JP2011237075A - 飛しょう体 - Google Patents

Abstract

【課題】本体の側面方向へ向けて燃焼ガスを噴射させることで推力を発生させる副推進手段を備えても、全長の長大化及び質量の増加を招かず、かつ推進力を得るための構成が簡易な飛しょう体を得ることを目的とする。
【解決手段】中空とされた本体２４の内部に、領域２０Ａ，２０Ｂに区分けされた固体推進薬２２が充填されており、固体推進薬２２は、領域２０Ａ，２０Ｂ毎に順次点火される、所謂マルチパルスによって燃焼される。そして、本体２４の後部に設けられたノズル２６が、固体推進薬２２の燃焼により発生した燃焼ガスを本体２４の後方向へ噴射することで推力を発生させ、本体２４の側面に設けられたサイドスラスタ３２が、本体２４の前方の領域２０Ａにおける固体推進薬２２の燃焼により発生した燃焼ガスを本体２４の側面方向へ噴射することで推力を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、飛しょう体に関するものである。

本体の後方向へ燃焼ガスを噴射させることで推力を発生させる主推進手段（以下、「ノズル」という。）、及び本体の側面方向へ燃焼ガスを噴射させることで推力を発生させる副推進手段（以下、「サイドスラスタ」という。）を備えた飛しょう体がある。

そして、図６に示すように、固体推進薬を燃料とした飛しょう体１００では、サイドスラスタ１０２で用いる固体推進薬が充填された充填部１０４Ａ、及びノズル１０６で用いる固体推進薬が充填された充填部１０４Ｂを備え、サイドスラスタ１０２で用いる固体推進薬とノズル１０６で用いる固体推進薬を分けて搭載していた。

このため、サイドスラスタを備えた飛しょう体は、サイドスラスタを備えない飛しょう体に比較して、全長が長くなり、質量も増していた。

また、特許文献１には、固体推進薬を燃焼させることで可燃性ガスを発生させる可燃性ガス発生器からの発生ガスを本体側面方向に噴射するサイドスラスタ、及び可燃性ガス発生器からの発生ガスと空気取り入れ口から取り入れた空気とを混合させ、その燃焼ガスをノズルから本体後方向へ噴出する２次燃焼室を備えた飛しょう体が記載されている。

特開２００１−７４３９９号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、ノズルとサイドスラスタとで用いる固体推進薬が兼用されているが、固体推進薬を燃焼させるための可燃性ガス発生器を必要とし、可燃性ガス発生器からの発生ガスをさらに空気と混合させて燃焼させるための２次燃焼室を必要とするといったように、推進力を得るための構成が複雑となっている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、本体の側面方向へ向けて燃焼ガスを噴射させることで推力を発生させる副推進手段を備えても、全長の長大化及び質量の増加を招かず、推進力を得るための構成が簡易な飛しょう体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の飛しょう体は以下の手段を採用する。

すなわち、本発明に係る飛しょう体は、中空とされた内部に複数の領域に区分けされた固体推進薬が充填され、該固体推進薬を該領域毎に順次点火して燃焼させる本体と、前記本体の後部に設けられ、前記固体推進薬の燃焼により発生した燃焼ガスを前記本体の後方向へ噴射することで、推力を発生させる主推進手段と、前記本体の側面に設けられ、前記固体推進薬の燃焼により発生した燃焼ガスを前記本体の側面方向へ噴射することで、推力を発生させる副推進手段と、を備える。

本発明によれば、中空とされた本体の内部に、複数の領域に区分けされた固体推進薬が充填されており、該固体推進薬は、該領域毎に順次点火される、所謂マルチパルスによって燃焼される。そして、本体の後部に設けられた主推進手段が、固体推進薬の燃焼により発生した燃焼ガスを本体の後方向へ噴射することで推力を発生させ、本体の側面に設けられた副推進手段が、固体推進薬の燃焼により発生した燃焼ガスを本体の側面方向へ噴射することで推力を発生させる。なお、副推進手段による推力は、例えば、飛しょう体の進行方向の調整に用いられる。

このように、本発明の飛しょう体は、固体推進薬をマルチパルスで燃焼させることにより推進力を得ており、副推進手段は、本体の前方の領域における固体推進薬の燃焼、すなわち、マルチパルスにおいて任意に時間的に後段としたパルスによる燃焼で発生した燃焼ガスを本体の側面方向へ噴射することで、推力を発生させて進行方向の調整を任意の時間で行う。

以上のように、本体に充填されている固体推進薬が、主推進手段及び副推進手段の推進薬として兼用されているため、本体に副推進手段専用の固体推進薬を積載する必要がなく、固体推進薬をマルチパルスによって燃焼させているので、副推進手段を備えても、全長の長大化及び質量の増加を招かず、推進力を得るための構成を簡易な構成とすることができる。

また、本発明の飛しょう体では、前記固体推進薬が充填された前記本体の内部を前方と後方とに仕切る断熱性を有した仕切り手段と、前記仕切り手段よりも前記本体の後方の前記領域における前記固体推進薬の燃焼が終了した後に、前記仕切り手段による仕切りを解除する解除手段と、をさらに備え、前記副推進手段が、前記仕切り手段よりも前記本体の前方の前記領域における前記固体推進薬の燃焼により発生した燃焼ガスを、前記本体の側面方向へ噴射して推力を発生させる。

本発明によれば、断熱性を有する仕切り手段は、固体推進薬が充填された本体の内部を前方と後方とに仕切るが、仕切り手段よりも本体の後方の領域における固体推進薬の燃焼が終了した後に、解除手段によって仕切り手段による仕切りが解除される。そして、副推進手段は、仕切り手段よりも本体の前方の領域における固体推進薬の燃焼により発生した燃焼ガスを、本体の側面方向へ噴射して推力を発生させるので、副推進手段には、仕切り手段よりも本体の後方の領域における固体推進薬の燃焼により発生した燃焼ガス、すなわち、マルチパルスにおいて時間的に前段のパルスによる燃焼ガスは流入しない。

このため、副推進手段が、主推進手段による推力を発生させるための燃焼ガスに晒され、該燃焼ガスの熱及び圧力によって損耗することを防ぐことができる。

また、本発明の飛しょう体では、前記主推進手段によって発生された推力の向きを変化させる推力偏向手段を、さらに備える。

本発明によれば、推力偏向手段によって、主推進手段で発生された推力の向きを変化させるので、主推進手段で発生させた推力を用いて、推進方向を変化させることができる。

また、本発明の飛しょう体では、前記副推進手段が、前記本体の側面方向へ噴射する前記燃焼ガスの量を調整可能とされている。

本発明によれば、本体の側面方向へ噴射する燃焼ガスの量を調整可能とされているので、副推進手段が発生させる推力の大きさを調整することができる。

本体の側面方向へ向けて燃焼ガスを噴射させることで推力を発生させる副推進手段を備えても、全長の長大化及び質量の増加を招かず、推進力を得るための構成が簡易とすることができる。

本発明の第１実施形態に係る飛しょう体の縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係る固体推進薬の区切りの例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る推力偏向装置を備えた飛しょう体の縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る飛しょう体の縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る推力偏向装置を備えた飛しょう体の縦断面図である。 従来の飛しょう体の縦断面図である。

以下に、本発明に係る飛しょう体の一実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜３を用いて説明する。

第１実施形態に係る飛しょう体１０は、中空とされた内部に領域２０Ａ，２０Ｂに区分けされた固体推進薬２２が充填され、固体推進薬２２を領域２０Ａ，２０Ｂ毎に順次点火して燃焼させる本体２４、及び本体２４の後部に設けられ、固体推進薬２２の燃焼により発生した燃焼ガスを本体２４の後方向へ噴射することで、推力（メインスラスト）を発生させるノズル２６を備えている。

なお、本第１実施形態に係る飛しょう体１０では、飛しょう体１０の前方（進行方向）側の領域を領域２０Ａとし、飛しょう体１０の後方側の領域を領域２０Ｂとする。そして、領域２０Ａ，２０Ｂは、隔膜２８（例えば、耐熱性を有するゴム）によって区分けされており、領域２０Ａにおける固体推進薬２２は、領域２０Ｂにおける固体推進薬２２の燃焼によって点火されない。

すなわち、本第１実施形態に係る飛しょう体１０は、領域２０Ａ，２０Ｂ毎に点火装置が設けられており、領域２０Ａ，２０Ｂ毎に順次点火される、所謂マルチパルスによって固体推進薬２２が燃焼される。そして、ノズル２６は、領域２０Ａ，２０Ｂにおける固体推進薬２２の燃焼により発生した燃焼ガスを噴射することで推力を発生させ、飛しょう体１０を飛しょうさせる。

領域２０Ａにおける固体推進薬２２の点火タイミングは、不図示の発射装置から飛しょう体１０が発射される場合である。一方、領域２０Ｂにおける固体推進薬２２の点火タイミングは、例えば、領域２０Ａにおける固体推進薬２２の燃焼が終了した後であって、飛しょう体１０の速度を維持又は再加速させる場合である。なお、隔膜２８は、領域２０Ａにおける固体推進薬２２が燃焼を開始する前、又は燃焼を開始時に隔膜の役割を失う。

また、飛しょう体１０の本体２４内部に充填された固体推進薬２２は、本体２４内部の前方から後方へ貫通する中空部３０を有しており、固体推進薬２２は、該中空部３０の内径が広がるように、すなわち、本体２４内部の中心から外周に向けて燃焼する。なお、中空部３０の横断面の形状は限定されず、円形、多角形、星型等何れの形状でもよい。

また、本第１実施形態に係る飛しょう体１０では、固体推進薬２２を前後に区切っているが、固体推進薬２２の区切り方は、これに限定されず、図２に示すように、固体推進薬２２を、領域２０Ｂの前方側の外周を領域２０Ａで覆うように区切ってもよいし、他の方法で区切ってもよい。

さらに、本第１実施形態に係る飛しょう体１０は、本体２４の側面に設けられ、領域２０Ａにおける固体推進薬２２の燃焼により発生した燃焼ガスを本体２４の側面方向へ噴射することで、推力（サイドスラスト）を発生させるサイドスラスタ３２、及び本体２４後方に操舵翼３４を備えている。

サイドスラスタ３２及び操舵翼３４は共に飛しょう体１０の進行方向の調整に用いられるが、サイドスラスタ３２は、空気力学的に飛しょう体１０の進行方向を変更する操舵翼３４に比較して応答性が良い。そのため、サイドスラスタ３２は、例えば、飛しょう体１０が目標物に到達する目前における進行方向の調整に用いられる。

このように、サイドスラスタ３２は、進行方向の調整を行うため、領域２０Ａにおける固体推進薬２２の燃焼、すなわち、マルチパルスにおいて、時間的に後段のパルスによる燃焼で発生した燃焼ガスを本体２４の側面方向へ噴射することで、推力を発生させる。

以上のように、固体推進薬２２の燃焼をマルチパルス化することにより、本体２４に充填されている固体推進薬２２が、ノズル２６及びサイドスラスタ３２の推進薬として兼用でき、本体２４にサイドスラスタ３２専用の固体推進薬２２を積載する必要がないので、サイドスラスタ３２を備えても、飛しょう体１０の全長の長大化及び質量の増加を招かず、かつ推進力を得るための構成を簡易とできる。

なお、本第１実施形態に係る飛しょう体１０は、サイドスラスタ３２が本体２４の側面に４つ等間隔で設けられているが、サイドスラスタ３２の数はこれに限らず、４つ未満、又は５つ以上でもよい。

さらに、サイドスラスタ３２には、本体２４の側面方向へ噴射する燃焼ガスの量を調整可能とする調整弁（バルブ）が、サイドスラスタ３２毎に設けられており、該調整弁の開度を制御することで、サイドスラスタ３２が発生させる推力を制御することができる。特に、サイドスラスタ３２を作動させない場合（燃焼ガスを噴射させない場合）には、調整弁を閉じることにより、サイドスラスタ３２に燃焼ガスによる熱及び圧力によって、サイドスラスタ３２が損耗することを防ぐ。

また、本第１実施形態では、飛しょう体１０に、図３に示すように、ノズル２６に推力偏向装置３６を設けることで、ノズル２６で発生された推力の向きを変化させること（Thrust Vector Control：ＴＶＣ）ができ、ノズル２６で発生させた推力を用いて飛しょう体１０の推進方向を変化させることができる。

なお、本第１実施形態に係る飛しょう体１０では、推力偏向装置３６として、ノズル２６の燃焼ガス流路に突起を設けることで発生された推力の向きを変化させるジェットタブを用いるが、これに限らず、ノズル２６の口の向きを変えることで、ノズル２６で発生された推力の向きを変化させる推力偏向ノズルや、ノズル２６の口に設けられる複数のパドル（板状部材）を用い、該パドルの向きを変化させることで、ノズル２６で発生された推力の向きを変化させる推力偏向装置等、他の推力偏向装置を用いてもよい。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について説明する。

図４に、本第２実施形態に係る飛しょう体１０の構成を示す。なお、図４における図１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。

本第２実施形態に係る飛しょう体１０は、固体推進薬２２が充填された本体２４の内部を前方と後方とに仕切る断熱性を有した仕切り部材４０を備える。なお、本第２実施形態では、仕切り部材４０の材質として、金属を用いるが、これに限らず、仕切り部材４０の材質として、断熱性を有するものであれば何れの材質でもよい。

本第２実施形態では、仕切り部材４０は、上述した第１実施形態における領域２０Ａと領域２０Ｂとを区切る隔膜２８が設けられている位置に設けられる。そして、第２実施形態では、隔膜２８は、固体推進薬２２のみを区切っており、中空部３０を区切っていなかったが、仕切り部材４０は、固体推進薬２２と共に中空部３０も仕切っている。

このため、仕切り部材４０によって、領域２０Ｂにおける固体推進薬２２の燃焼により発生した燃焼ガスが中空部３０を通過し、サイドスラスタ３２に達することが防がれる。

さらに、飛しょう体１０は、仕切り部材よりも本体２４の後方の領域２０Ｂにおける固体推進薬２２の燃焼が終了した後に、仕切り部材４０による仕切りが解除される。

本第２実施形態では、仕切り部材４０による仕切りの解除は、仕切り部材４０よりも前方の固体推進薬２２、すなわち、領域２０Ａにおける固体推進薬２２の燃焼開始により仕切り部材４０の一部が開口することにより行われる。しかし、仕切り部材４０による仕切りの解除は、これに限らず、例えば、固体推進薬２２の燃焼開始により仕切り部材４０が吹き飛ばされることにより行ったり、仕切り部材４０を吹き飛ばす（爆破する）ための爆破装置を本体２４内部に備え、領域２０Ａにおける固体推進薬２２の燃焼前に該爆破装置によって、仕切り部材４０を吹き飛ばすことにより行ってもよい。

そして、サイドスラスタ３２は、仕切り部材４０よりも本体の前方の領域２０Ａにおける固体推進薬２２の燃焼により発生した燃焼ガスを、本体２４の側面方向へ噴射して推力を発生させる。

以上のように、仕切り部材４０が、中空部３０と共に領域２０Ａ，２０Ｂを仕切るため、サイドスラスタ３２には、仕切り部材４０よりも本体２４の後方の領域２０Ｂにおける固体推進薬２２の燃焼により発生した燃焼ガス、すなわち、マルチパルスにおいて時間的に前段のパルスによる燃焼ガスは流入しない。このため、仕切り部材４０を設けることによって、サイドスラスタ３２が、ノズル２６による推力を発生させるための燃焼ガスに晒され、サイドスラスタ３２が、該燃焼ガスの熱及び圧力によって損耗することを防ぐことができる。

また、本第２実施形態に係る飛しょう体１０は、図５に示すように、ノズル２６に推力偏向装置３６を設けることで、ノズル２６で発生された推力の向きを変化させること（Thrust Vector Control：ＴＶＣ）ができ、ノズル２６で発生させた推力を用いて飛しょう体１０の推進方向を変化させることができる。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記各実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記各実施形態では、固体推進薬２２を領域２０Ａ，２０Ｂの２つの領域に区分けする場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、固体推進薬２２を３つ以上の領域に区分けする形態としてもよい。この形態の場合、サイドスラスタ３２は、例えば、本体２４において最も前方側の領域における固体推進薬２２の燃焼により発生した燃焼ガスを本体２４の側面方向へ噴射することで、推力を発生させる。

また、上記各実施形態では、本体２４の後部に操舵翼３４を備える場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、本体２４の後部に操舵翼３４の代わりに安定翼を備える形態、又は本体２４の後部に操舵翼及び安定翼を備える形態としてもよい。また、本体２４の前部又は中部等に操舵翼及び安定翼の少なくとも何れか一方を備える形態としてもよい。

１０ 飛しょう体
２２ 固体推進薬
２４ 本体
２６ ノズル
３２ サイドスラスタ
３６ 推力偏向装置
４０ 仕切り部材

Claims (4)

1. 中空とされた内部に複数の領域に区分けされた固体推進薬が充填され、該固体推進薬を該領域毎に順次点火して燃焼させる本体と、
   前記本体の後部に設けられ、前記固体推進薬の燃焼により発生した燃焼ガスを前記本体の後方向へ噴射することで、推力を発生させる主推進手段と、
   前記本体の側面に設けられ、前記固体推進薬の燃焼により発生した燃焼ガスを前記本体の側面方向へ噴射することで、推力を発生させる副推進手段と、
   を備えた飛しょう体。
2. 前記固体推進薬が充填された前記本体の内部を前方と後方とに仕切る断熱性を有した仕切り手段と、
   前記仕切り手段よりも前記本体の後方の前記領域における前記固体推進薬の燃焼が終了した後に、前記仕切り手段による仕切りを解除する解除手段と、
   さらに備え、
   前記副推進手段は、前記仕切り手段よりも前記本体の前方の前記領域における前記固体推進薬の燃焼により発生した燃焼ガスを、前記本体の側面方向へ噴射して推力を発生させる請求項１記載の飛しょう体。
3. 前記主推進手段によって発生された推力の向きを変化させる推力偏向手段を、
   さらに備えた請求項１又は請求項２記載の飛しょう体。
4. 前記副推進手段は、前記本体の側面方向へ噴射する前記燃焼ガスの量を調整可能とされている請求項１〜請求項３の何れか１項記載の飛しょう体。

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