JP2012122703A - 飛翔体射出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】飛翔体の射出に伴う加速度を効果的に低減させることができる飛翔体射出装置を提供する。
【解決手段】飛翔体射出装置１０は、有底円筒状をなす発射筒１１の内底部に発射薬１３が収容されたガス発生器１２を配設するとともに、該ガス発生器１２より開口部側に飛翔体１６が収容されて構成されている。そして、ガス発生器１２と飛翔体１６の後端部との間に、発射薬１３の燃焼による燃焼ガスが膨張するための膨張室１５が設けられ、かつ飛翔体１６の外周面と発射筒１１の周壁１１ｂ内周面との間に燃焼ガスの一部を放出する隙間１７が形成されている。発射筒１１は開口部が上になるように傾斜配置されるとともに、飛翔体１６の後退を規制し、膨張室１５を形成するように飛翔体１６の後端部が規制部材で支持されている。膨張室１５の長さは、発射筒１１の内径の０．２〜３倍であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば砲弾等の飛翔体を射出させるためのもので、簡易な構成で飛翔体の加速度を低減させることができる飛翔体射出装置に関する。

砲弾等の飛翔体の射出装置は、発射筒の内底部に発射薬又はガス発生剤を有するガス発生器が固定されるとともに、それより開口部側には飛翔体が配置されて構成されている。この飛翔体射出装置において、発射薬を使用した場合には発射薬の燃焼圧力をある程度高くしなければ、発射薬が不完全燃焼することから、飛翔体の加速度を低減させることはできなかった。また、ガス発生剤を使用した場合にはそのガス発生剤を高圧で燃焼させ、生成した燃焼ガスを減圧して発射筒内に噴出することはできるが、初期圧力が高くなるため、飛翔体の加速度を抑えることが困難であった。加速度が大きいと飛翔体の電子機器等が破損する可能性が高かった。

この種の飛翔体射出装置として具体的には、次に示すような発射速度変更装置が知られている（特許文献１を参照）。すなわち、この発射速度変更装置は、発射筒に装填された発射装薬の燃焼ガスにより発射する飛翔体の発射速度を増減変更するためのもので、発射装薬と飛翔体との間に燃焼ガスの圧力を増減調整するためのガス圧力調整体を配設したものである。かかる発射速度変更装置によれば、発射装薬を増減することなく、飛翔体の発射速度を容易に変更することができるとともに、余剰の発射装薬を生じさせるおそれがない。

特開２００９−２９９９１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、飛翔体の底部外周面に弾帯が配設され、その弾帯で発射筒内が仕切られている（特許文献１の段落番号０００９及び図１）。そのため、圧力調整用空間（α２）内の圧力は短時間のうちに上昇して装填用空間（α１）内の圧力と同じになり、速度調整を行うことはできてもその効果は少なく、加速度調整を行うことは難しい。言い換えれば、圧力調整用空間は装填用空間内の余剰の燃焼ガスを流し込む緩衝容器に過ぎない。

しかも、圧力調整用空間の端部が弾帯によって塞がれていることから、圧力調整用空間内の燃焼ガスが飛翔体と発射筒との間の隙間に流れることはない。従って、特許文献１に記載されている発射速度変更装置の構造では、飛翔体の加速度を有効に低減させることは困難であった。

そこで、本発明の目的とするところは、飛翔体の射出に伴う加速度を効果的に低減させることができる飛翔体射出装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、第１の発明の飛翔体射出装置は、有底筒状をなす発射筒の内底部に発射薬が収容されたガス発生器を配設するとともに、該ガス発生器より開口部側に飛翔体を収容したものである。そして、前記ガス発生器と飛翔体の後端部との間に、ガス発生器に収容された発射薬の燃焼による燃焼ガスが膨張するための膨張室を設けるとともに、飛翔体の外周面と発射筒の内周面との間に燃焼ガスの一部を放出する隙間を形成することを特徴とする。

第２の発明の飛翔体射出装置では、第１の発明において、前記発射筒は開口部が上になるように傾斜配置されるとともに、飛翔体の後退を規制し、膨張室を形成するように飛翔体の後端部が規制部材で支持されていることを特徴とする。

第３の発明の飛翔体射出装置では、第１又は第２の発明において、前記発射筒の軸線方向における膨張室の長さは、発射筒の内径の０．２〜３倍に設定されていることを特徴とする。

第４の発明の飛翔体射出装置では、第１から第３のいずれか１項の発明において、前記飛翔体の外周面と発射筒の内周面との間には、一定の隙間を形成するようにスペーサを介在させたことを特徴とする。

第５の発明の飛翔体射出装置では、第１から第４のいずれか１項の発明において、前記発射薬は、初期の圧力増加が低く、燃焼時間の経過とともに圧力が漸増する漸増型の燃焼パターンを示すように、円筒状に形成されるとともに、その外周面に不燃剤によるコーティング層が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に係る本発明では、ガス発生器と飛翔体の後端部との間に、ガス発生器に収容された発射薬の燃焼による燃焼ガスが膨張するための膨張室が設けられるとともに、飛翔体の外周面と発射筒の内周面との間に燃焼ガスの一部を放出する隙間が形成されている。このため、発射薬の燃焼により生成した高圧の燃焼ガスが膨張室で膨張してその圧力が低減される。さらに、膨張室に入った燃焼ガスの一部は、飛翔体と発射筒との間の隙間から放出される。従って、前記膨張室と隙間の相乗的な作用に基づいて燃焼ガスの圧力が有効に低下し、飛翔体の加速を抑えることができる。

よって、本発明の飛翔体射出装置によれば、飛翔体の射出に伴う加速度を効果的に低減させることができる。

本発明の実施形態における飛翔体射出装置を模式的に示す断面図。 （ａ）は飛翔体をその軸線と直交方向に延びる支持突起で支持した状態の飛翔体射出装置を示す断面図、（ｂ）は飛翔体をその軸線方向に延びる支持ピンで支持した状態の飛翔体射出装置を示す断面図、（ｃ）は飛翔体を円筒状のリングで支持した状態の飛翔体射出装置を示す断面図。 飛翔体の加速度と経過時間との関係を示すグラフ。 （ａ）は飛翔体が片寄って配置された状態の飛翔体射出装置を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の４ｂ−４ｂ線断面図。 （ａ）は飛翔体がスペーサで保持された状態の飛翔体射出装置を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の５ｂ−５ｂ線断面図。 （ａ）は円筒状をなす発射薬の外周面に不燃剤のコーティング層を形成した状態の発射薬を示す斜視図、（ｂ）は円筒状をなす発射薬を示す斜視図、（ｃ）は円板状をなす発射薬を示す斜視図、（ｄ）は丸棒状をなす発射薬を示す斜視図。 発射薬の燃焼圧力と経過時間との関係を示すグラフ。 飛翔体の加速度又は発射薬の燃焼圧力と経過時間との関係を示すグラフ。 飛翔体の加速度と経過時間との関係を示すグラフ。

以下に本発明を具体化した実施形態を図１〜９に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、飛翔体射出装置１０を構成する発射筒１１は有底円筒状をなし、その底壁１１ａ内面の中心にはガス発生器１２が取着されている。ガス発生器１２内には発射薬１３が収容され、該発射薬１３の燃焼によって燃焼ガスが発生するように構成されている。発射薬１３としては、無煙火薬、コンポジット火薬等の一般的な発射薬や推進薬が用いられる。発射薬１３の形状としては、図６（ａ）に示すような円筒状でその外周面に不燃剤のコーティング層１４が形成された形状、図６（ｂ）に示すような円筒状、図６（ｃ）に示すような円板状、図６（ｄ）に示すような丸棒状等が採用される。このような形状の発射薬１３がガス発生器１２内に１本ないし複数本収容されている。

図１に示すように、発射筒１１内のガス発生器１２より開口部側には燃焼ガスが膨張する膨張室１５を介して砲弾等の飛翔体１６が配置されている。この飛翔体１６は、前部が尖頭部１６ａ、中央部が円柱状をなす飛翔体本体１６ｂ、さらに後部が円錐台部１６ｃとなっている。飛翔体本体１６ｂの外周面と発射筒１１の周壁１１ｂ内周面との間には一定の隙間１７が設けられている。そして、発射薬１３の燃焼で生成した高圧の燃焼ガスにより飛翔体１６を発射筒１１から射出させるように構成されている。このとき、高圧の燃焼ガスは膨張室１５で膨張してその圧力が低下すると同時に、膨張室１５内の燃焼ガスの一部が飛翔体本体１６ｂと発射筒１１の周壁１１ｂとの間の隙間１７から放出され、膨張室１５における燃焼ガスの圧力がさらに低下するようになっている。

上記飛翔体１６の支持、言い換えれば膨張室１５の形成及び隙間１７の形成について説明する。
図２（ａ）に示すように、発射筒１１の周壁１１ｂ内周面には発射筒１１の中心に向かって延びる規制部材としての支持突起１８が周方向に９０度間隔をおいて突出形成されている。この支持突起１８による支持によって飛翔体１６の自重による後退が規制されるとともに、膨張室１５の容積が決定されるようになっている。膨張室１５の容積は、飛翔体１６の後端部と発射筒１１の底壁１１ａ内面との長さＬと発射筒１１の内径ｄとに基づいて算出される容積〔π（ｄ／２）^２×Ｌ〕からガス発生器１２及び支持突起１８の容積を差し引いた容積である。

図２（ｂ）に示すように、発射筒１１の底壁１１ａには貫通孔１９が周方向に９０度間隔をおいて開口され、これら貫通孔１９に規制部材としての支持ピン２０が挿通されてその先端部が飛翔体１６の底面に当接するように構成されている。この支持ピン２０によって飛翔体１６の後退が規制されると同時に、膨張室１５の容積が決定される。このように構成した場合には、支持ピン２０の挿通長さを変更することにより、膨張室１５の容積を増減させることができる。

図２（ｃ）に示すように、発射筒１１の底壁１１ａ内面上にはガス発生器１２を取り囲むように規制部材としての円筒状をなすリング２１が配置され、そのリング２１上に飛翔体１６が支持されている。該リング２１には複数の長円状をなす連通孔２２が形成され、これら連通孔２２から発射薬１３の燃焼ガスが吹き出されるようになっている。このリング２１によって飛翔体１６の後退が規制されるとともに、膨張室１５の容積が決定される。なお、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、発射筒１１は通常その開口部が上になるように傾斜配置されている。

前記発射筒１１の軸線方向における膨張室１５の長さＬは、燃焼ガスの発生速度、飛翔体１６の形状や質量、許容される最大加速度等によって決定されるが、概ね発射筒１１の内径ｄの好ましくは０．２〜３倍、さらに好ましくは０．５〜２倍に設定される。この値が０．２倍より小さい場合、膨張室１５に基づく機能が十分に発揮されず、飛翔体１６の加速度を効果的に低減させることが難しくなる。その一方、３倍より大きい場合、発射筒１１の長さが長くなって飛翔体射出装置１０が大型化するため好ましくない。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、飛翔体１６と発射筒１１との間の隙間１７が小さく（数ミリ以下）、飛翔体１６がガタついてもよい場合には、発射筒１１内に飛翔体１６をそのまま載置し、隙間１７が周方向に均一に形成されていなくてもよい。一方、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、飛翔体１６と発射筒１１との間の隙間１７が大きく、飛翔体１６の固定が必要な場合には、飛翔体１６の外周面と発射筒１１の周壁１１ｂの内周面との間に複数のスペーサ２３を介在させる。この場合、飛翔体１６を発射筒１１の軸線に沿って配置することができ、隙間１７を周方向に均一に形成することができる。

さて、飛翔体１６の加速度は、飛翔体１６の質量が一定である場合、膨張室１５内の燃焼ガスの圧力に比例することから、飛翔体１６の加速度を低減させるためには膨張室１５内の燃焼ガスの圧力を低下させることが必要である。さらに、膨張室１５内の燃焼ガスの圧力は、燃焼ガスの発生量と燃焼ガスの放出量との差に比例し、膨張室１５の容積に反比例する。従って、膨張室１５内の燃焼ガスの圧力を低下させるためには、飛翔体１６の射出に差し支えない範囲で膨張室１５の容積を大きくするとともに、前記隙間１７を大きくして燃焼ガスの放出量を大きくすることが有効である。

飛翔体１６の発射速度を同一にする条件下で、膨張室１５の大小による飛翔体１６の加速度は図９に示すようになる。すなわち、図９の実線に示すように、膨張室１５の容積が小さい場合には発射薬１３の燃焼初期における加速度が大きいため最大加速度が大きい。図９の破線に示すように、膨張室１５の容積が中程度の場合には発射薬１３の燃焼初期における加速度が抑えられ、最大加速度は膨張室１５の容積が小さい場合に比べて小さくなる。図９の一点鎖線に示すように、膨張室１５の容積が大きい場合には発射薬１３の燃焼初期における加速度は十分に抑えられ、最大加速度は最も低くなる。

図３に示すように、前記隙間１７の大きさによって飛翔体１６の発射に伴う加速度を変えることができる。すなわち、図３の実線に示す隙間１７がない場合に比べて、図３の破線に示す小さい隙間１７を設けた場合の方が飛翔体１６の加速度は低減され、さらに図３の一点鎖線に示すような大きい隙間１７を設けた場合の方が飛翔体１６の加速度は一層低減される。

加えて、発射薬１３の種類、例えば燃焼パターンの異なる発射薬１３によって膨張室１５内の燃焼圧力を変え、飛翔体１６の加速度を変化させることができる。前記図６（ａ）の形状を有する発射薬１３の場合には、図７の（ａ）に示すように、発射薬１３の内周面と端面のみが燃焼することから、燃焼圧力が初期には低く、時間の経過とともに燃焼圧力が増大する漸増型の燃焼パターンを示す。これに対し、図６（ｂ）に示す円筒状の発射薬１３の場合には、図７の（ｂ）に示すように、燃焼圧力が時間の経過とともに若干低下するが、ほぼ一定のフラット型の燃焼パターンを示す。図６（ｃ）及び図６（ｄ）の形状を有する発射薬１３の場合には、図７の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、燃焼圧力が初期には高く、時間の経過とともに燃焼圧力が次第に低下する燃焼パターンを示す。

上記漸増型の燃焼パターンを示す発射薬１３と、フラット型の燃焼パターンを示す発射薬１３に関し、燃焼圧力又は加速度と経過時間との関係について説明する。図８に示すように、漸増型の燃焼パターンを示す発射薬１３の燃焼圧力は、図８の実線に示すように時間の経過とともに若干上昇する一方、フラット型の燃焼パターンを示す発射薬１３の燃焼圧力は図８の破線に示すように時間の経過とともに若干低下する。漸増型の燃焼パターンを示す発射薬１３を使用した場合の飛翔体１６の加速度は、図８の一点鎖線に示すように前半で抑えられて低くなる一方、フラット型の燃焼パターンを示す発射薬１３を使用した場合の飛翔体１６の加速度は、図８の二点鎖線に示すように前半の加速度が高くなる。

次に、前記のように構成された飛翔体射出装置１０について作用を説明する。
さて、図１に示すように、飛翔体１６を射出するに当たって発射薬１３を燃焼させると、ガス発生器１２と飛翔体１６の後端部との間に膨張室１５が設けられていることから、生成した高圧の燃焼ガスがガス発生器１２から膨張室１５内へ吹き出され、その膨張室１５内で膨張する。従って、燃焼ガスの圧力は膨張室１５の大きさに応じて急激に低下する。

さらに、飛翔体１６の外周面と発射筒１１の周壁１１ｂ内周面との間には所定の隙間１７が形成されていることから、膨張室１５に吹き込まれた燃焼ガスの一部はその隙間１７を流れて放出され、その分膨張室１５内の燃焼ガスの圧力は低下する。従って、膨張室１５に基づく作用と隙間１７に基づく作用とが相俟って、膨張室１５内の燃焼ガスの圧力は顕著に低下し、その状態が維持され、飛翔体１６の加速が抑えられる。

具体的に、飛翔体１６の発射速度を同一にする条件下で、表１に示すように膨張室１５の長さ、隙間１７の寸法及び発射薬１３の量を変化させた場合について試験を行った。すなわち、比較例１では膨張室１５及び隙間１７を設けず、比較例２では長さ１００ｍｍの膨張室１５を設けたが、隙間１７を設けず、比較例３では膨張室１５を設けることなく、１ｍｍの隙間１７を設け、比較例４では膨張室１５を設けることなく、２ｍｍの隙間１７を設けた。一方、実施例１では長さ１００ｍｍの膨張室１５を設けるとともに、１ｍｍの隙間１７を設けた。実施例２では長さ１００ｍｍの膨張室１５を設けるとともに、２ｍｍの隙間１７を設けた。発射速度は、いずれも４０ｍ／ｓに設定した。そして、常法に従って、飛翔体１６の加速度（最大加速度、Ｇ）を測定した。その結果を表１に示した。

表１に示したように、比較例１と比較例２を比べると、膨張室１５を設けることにより、最大加速度は１４３Ｇから１０９Ｇに低下した。実施例１と比較例３を比較すると、膨張室１５と隙間１７の両方を設けることにより、最大加速度を１３４Ｇから１０１Ｇに低下させることができた。さらに、実施例２と比較例４を比較すると、膨張室１５と隙間１７の両方を設け、かつ隙間１７の寸法を２ｍｍに設定することにより、最大加速度を１２６Ｇから９２Ｇにまで低下させることができた。

以上の実施形態により発揮される効果を以下にまとめて記載する。
（１）本実施形態の飛翔体射出装置１０では、ガス発生器１２と飛翔体１６の後端部との間に膨張室１５が設けられるとともに、飛翔体１６の外周面と発射筒１１の周壁１１ｂ内周面との間に隙間１７が形成されている。このため、発射薬１３の燃焼により生成した高圧の燃焼ガスが膨張室１５に吹き込まれ、急激に膨張してその圧力が低下する。なおかつ、膨張室１５に到った燃焼ガスの一部は、飛翔体１６と発射筒１１との間の隙間１７を通って放出される。従って、膨張室１５と隙間１７に基づく作用が相乗的に働き、燃焼ガスの圧力が有効に低下し、飛翔体１６の加速を抑えることができる。

よって、本実施形態の飛翔体射出装置１０によれば、膨張室１５と隙間１７という簡易な構成で飛翔体１６の射出に伴う加速度を効果的に低減させることができ、飛翔体１６の射出に伴う取扱性を向上させることができる。
（２）発射筒１１は開口部が上になるように傾斜配置されるとともに、飛翔体１６の後退を規制し、膨張室１５を形成するように飛翔体１６の後端部が規制部材で支持されている。このため、膨張室１５の大きさを保持することができ、膨張室１５の機能を十分に発揮することができる。
（３）発射筒１１の軸線方向における膨張室１５の長さＬが発射筒１１の内径の０．５〜２倍に設定されることにより、発射筒１１を大型化させることなく、適切な大きさの膨張室１５を形成することができ、飛翔体１６の加速度低減効果を有効に発揮することができる。
（４）飛翔体１６の外周面と発射筒１１の周壁１１ｂ内周面との間にスペーサ２３を介在させることにより、飛翔体１６と発射筒１１の間にスペーサ２３の大きさに応じた一定の隙間１７を形成することができ、膨張室１５から燃焼ガスの一部を、隙間１７を介して円滑に放出することができる。
（５）発射薬１３は円筒状に形成されるとともに、その外周面に不燃剤によるコーティング層１４が形成されている。この場合、発射薬１３はその内周面と端面からのみ燃焼するため、初期の圧力増加が低く、燃焼時間の経過とともに圧力が漸増する漸増型の燃焼パターンを示し、飛翔体１６の加速度は燃焼初期に抑えられ、最大加速度を低減させることができる。

なお、前記実施形態を次のように変更して実施することもできる。
・ 前記飛翔体１６の後端部を支持する支持突起１８や支持ピン２０を発射筒１１の周方向に１８０度対向するように２本設けたり、周方向に１２０度間隔をおいて３本設けたりすることもできる。

・ 前記図６（ａ）に示す発射薬１３において、不燃剤によるコーティング層１４を発射薬１３の端面にも形成し、又は内周面にも形成して燃焼面積を調節するように構成することも可能である。

・ 発射薬１３を多角筒状に形成することができ、またその外周面に不燃剤によるコーティング層１４を形成することができ、或いは多角柱状等に形成することもできる。
・ ガス発生器１２は発射筒１１の底壁１１ａではなく、飛翔体１６の後部に取り付けることもできる。

１０…飛翔体射出装置、１１…発射筒、１２…ガス発生器、１３…発射薬、１４…コーティング層、１５…膨張室、１６…飛翔体、１７…隙間、１８…規制部材としての支持突起、２０…規制部材としての支持ピン、２１…規制部材としてのリング、２３…スペーサ、Ｌ…膨張室の長さ、ｄ…発射筒の内径。

Claims (5)

1. 有底筒状をなす発射筒の内底部に発射薬が収容されたガス発生器を配設するとともに、該ガス発生器より開口部側に飛翔体を収容した飛翔体射出装置であって、
   前記ガス発生器と飛翔体の後端部との間に、ガス発生器に収容された発射薬の燃焼による燃焼ガスが膨張するための膨張室を設けるとともに、飛翔体の外周面と発射筒の内周面との間に燃焼ガスの一部を放出する隙間を形成することを特徴とする飛翔体射出装置。
2. 前記発射筒は開口部が上になるように傾斜配置されるとともに、飛翔体の後退を規制し、膨張室を形成するように飛翔体の後端部が規制部材で支持されていることを特徴とする請求項１に記載の飛翔体射出装置。
3. 前記発射筒の軸線方向における膨張室の長さは、発射筒の内径の０．２〜３倍に設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の飛翔体射出装置。
4. 前記飛翔体の外周面と発射筒の内周面との間には、一定の隙間を形成するようにスペーサを介在させたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の飛翔体射出装置。
5. 前記発射薬は、初期の圧力増加が低く、燃焼時間の経過とともに圧力が漸増する漸増型の燃焼パターンを示すように、円筒状に形成されるとともに、その外周面に不燃剤によるコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の飛翔体射出装置。

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