JP2014091414A - Attitude stabilization device of air-launching system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、輸送機でロケットを上空まで輸送し、上空において空中に投下し、降下中に空中でロケットを発射させる空中発射システムの姿勢安定装置に関する。 The present invention relates to an attitude stabilization device for an air launch system that transports a rocket to the sky with a transport aircraft, drops the rocket into the air in the sky, and launches the rocket in the air while descending.
輸送機でロケットを上空まで輸送し、上空において空中に投下し、降下中に空中でロケットを発射させる空中発射システムとして、特許文献1、2及び非特許文献1が既に開示されている。
図1は、非特許文献1に記載された空中発射システムの模式図である。
この図において、1はロケット、2はプラットホーム、3は主パラシュート、4は補助パラシュートである。
FIG. 1 is a schematic diagram of an air launch system described in Non-Patent
In this figure, 1 is a rocket, 2 is a platform, 3 is a main parachute, and 4 is an auxiliary parachute.
この空中発射システムでは、ロケット1は、プラットホーム2にブランケット5で固定され、折り畳んだ主パラシュート3及び補助パラシュート4と共に輸送機内部に搭載される。
輸送機が所定の高度に達した時点で、ロケット1及びプラットホーム2を輸送機後部から抽出用パラシュート(図には非表示)で引き出して空中に投下して降下させる。その後、抽出用パラシュート(図には非表示)が主パラシュート3を引き出して分離し、主パラシュート3が開き、ロケット1及びプラットホーム2の降下速度が減速する。図1はこの降下状態を示している。
In this aerial launch system, the
When the transport aircraft reaches a predetermined altitude, the
次いで、ロケット1の姿勢と落下速度が安定した時点で、ブランケット5を開放してプラットホーム2からロケット1を切り離し、ロケット1のロケットモータに点火して空中でロケット1を発射させるようになっている。
Next, when the attitude and the falling speed of the
上述した空中発射システムにおいて、複数(この図で4つ)の主パラシュート3は連結具6に連結され、主パラシュート3が開いた後に、この連結具6にプラットホーム2の前後が連結ハーネス7により吊り下げられる。
しかし、主パラシュート3が開いた後の降下中に、ロケット1及びプラットホーム2が、主パラシュート3付近を中心とする振子運動をする。この振子運動を短時間に減衰させるために、図1に示す補助パラシュート4が用いられる。なお、補助パラシュート4は必須ではなく省略することができる。
In the aerial launch system described above, a plurality of (four in this figure)
However, during the descent after the
一方、上述した空中発射システムにおいて、ロケット1の方位は、輸送機の飛行方位により決まり、輸送機から空中へ投下されたロケット1は、その時点では所定の方位に向けられている。しかし、上空の気流中を降下中に気流の方向が変化するとロケット1の方位が予め設定した方位から外れる可能性があった。
On the other hand, in the above-described aerial launch system, the azimuth of the
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、降下中に気流の影響を受けずに、ロケットの方位を予め設定した方位に維持することができる空中発射システムの姿勢安定装置を提供することにある。 The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide an attitude stabilization device for an aerial launch system capable of maintaining a rocket orientation in a preset orientation without being affected by an air current during descent.
本発明によれば、ロケットがプラットホームに固定され、パラシュートと共に輸送機内部に搭載され、ロケット及びプラットホームを輸送機からパラシュートで引き出して空中に投下して降下させる空中発射システムの姿勢安定装置であって、
降下中に、パラシュートで吊り下げられかつプラットホームに固定された中空本体と、
中空本体内に設けられ、降下時においてロケットの中心軸に平行な回転軸を中心に回転するフライホイールと、
フライホイールの回転開始時点を制御する姿勢制御器と、を備える、ことを特徴とする空中発射システムの姿勢安定装置が提供される。
According to the present invention, there is provided an attitude stabilization device for an aerial launch system in which a rocket is fixed to a platform and mounted in a transport aircraft together with a parachute, and the rocket and the platform are pulled out of the transport aircraft with a parachute and dropped into the air to descend. ,
A hollow body suspended by a parachute and secured to the platform during the descent;
A flywheel that is provided in the hollow body and rotates around a rotation axis parallel to the center axis of the rocket when descending;
There is provided an attitude stabilization device for an air launch system, comprising: an attitude controller that controls a rotation start time of a flywheel.
本発明の実施形態によれば、前記フライホイールは、
前記回転軸を中心に回転可能であり回転軸に対して対称に構成された回転体と、
回転体の外周部に周方向に等間隔に設けられ、ガスを周方向に噴射して回転体を回転させる複数の噴射ノズルと、
推進薬を内蔵し前記ガスを発生するガス発生器と、
前記推進薬を点火する点火装置と、を有する。
According to an embodiment of the present invention, the flywheel is
A rotating body that is rotatable about the rotation axis and configured symmetrically with respect to the rotation axis;
A plurality of injection nozzles that are provided at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral portion of the rotating body and inject gas in the circumferential direction to rotate the rotating body;
A gas generator containing the propellant and generating the gas;
An ignition device for igniting the propellant.
また、前記姿勢制御器は、ロケットに搭載された方位検出器で検出された現方位を受信し、現方位が予め設定した設定方位に一致した後に、点火装置により推進薬を点火する。 The attitude controller receives the current direction detected by the direction detector mounted on the rocket, and ignites the propellant by the ignition device after the current direction matches a preset set direction.
上記本発明の構成によれば、降下時においてフライホイールが中空本体内でロケットの中心軸に平行な回転軸を中心に回転するので、その回転方向と逆方向のトルクが中空本体に作用するが、中空本体がプラットホームの上部に固定されているので、ロケット及びプラットホームの自重により、ロケットの回転軸まわりの回転(ロール)を自動的に防止することができる。
一方、フライホイールは、そのジャイロ剛性により回転軸方向を維持する。
従って、姿勢制御器によりフライホイールの回転開始時点を制御することにより、回転開始後の降下中に気流の影響を受けずに、ロケットの方位を予め設定した方位に維持することができる。
According to the above configuration of the present invention, the flywheel rotates around the rotation axis parallel to the center axis of the rocket in the hollow body when descending, so that torque in the direction opposite to the rotation direction acts on the hollow body. Since the hollow body is fixed to the upper part of the platform, rotation (roll) around the rotation axis of the rocket can be automatically prevented by the weight of the rocket and the platform.
On the other hand, the flywheel maintains the rotational axis direction by its gyro rigidity.
Therefore, by controlling the flywheel rotation start time by the attitude controller, the rocket heading can be maintained at a preset heading without being influenced by the airflow during the descent after the start of rotation.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図2は、本発明による姿勢安定装置20を備えた空中発射システムにおける降下状態を示す図である。
この図において、11はロケット、12はプラットホーム、13はパラシュート、15はブランケット、16は連結具、17は吊下ハーネスである。
この空中発射システムにおいて、ロケット11はブランケット15によりプラットホーム12に固定され、パラシュート13と共に輸送機内部に搭載され、ロケット11及びプラットホーム12を輸送機から抽出用パラシュート(図には非表示)で引き出して空中に投下して降下させるようになっている。
FIG. 2 is a diagram showing a lowered state in the air launch system including the
In this figure, 11 is a rocket, 12 is a platform, 13 is a parachute, 15 is a blanket, 16 is a connector, and 17 is a hanging harness.
In this aerial launch system, the
ロケット11は、推進薬を内蔵したロケットモータ11aと飛行用の電子機器11bを搭載し、図で下端に設けられた噴射ノズル11cからガスを噴射してその軸心方向に飛行するようになっている。
飛行用の電子機器11bは、方位検出器を有しており、ロケット11の方位を検出しその方位データを姿勢制御器26(後述する)に送信することもできる。この送信は、無線通信又は予め設定された通信ラインによる。
The
The
ブランケット15は、ロケット11をプラットホーム12に固定し、ロケット11の姿勢と落下速度が安定した時点で、ブランケット15を開放するようになっている。この開放は、航空機、地上、電子機器11b又は姿勢制御器26からの指令信号、又は予め設定されたタイマーにより作動するのがよい。
The
プラットホーム12から切り離なされたロケット11は、次いでロケット11のロケットモータ11aに点火して空中でロケット11を発射させる。この点火も、航空機、地上、電子機器11b又は姿勢制御器26からの指令信号、又は予め設定されたタイマーにより作動できる。
The
図2において、プラットホーム12はその下面に沿ってロケット11を固定できるように構成された細長い部材であり、プラットホーム12の長さ方向がロケット11の軸方向と一致している。
In FIG. 2, the
図2において、本発明による姿勢安定装置20は、中空本体22、フライホイール24、及び姿勢制御器26を備える。
In FIG. 2, the
中空本体22は、降下中に、パラシュート13で吊り下げられ、かつプラットホーム12に直接固定されている。なお、中空本体22とプラットホーム12を一体的に構成してもよい。また中空本体22は、プラットホーム12の上部に直接固定されていることが好ましい。
中空本体22は、大きな開口を有し、内部で発生するガスを外部に放出するようになっている。また中空本体22からの放出ガスの反力により中空本体22の位置及び姿勢が変化しないように、この開口の全面積は十分大きく設定されている。
The hollow body 22 is suspended by the
The hollow main body 22 has a large opening and discharges gas generated inside to the outside. Further, the entire area of the opening is set sufficiently large so that the position and posture of the hollow body 22 do not change due to the reaction force of the gas released from the hollow body 22.
この例で中空本体22の上部は、連結ハーネス16a,16bを介して連結具16の下端に吊り下げられている。連結具16は、好ましくはより戻しであり、パラシュート13に対して中空本体22が鉛直軸を中心に自由に回転でき、吊下ハーネス17が捩れないようになっている。連結具16(より戻し)は、1台に限定されず、複数を直列に用いてもよい。
中空本体22の上下端を吊り下げる連結ハーネス16a,16bの長さは、降下時において、ロケット11の上下角が所定の角度(例えば30〜60°)となるように設定されている。
In this example, the upper portion of the hollow body 22 is suspended from the lower end of the
The lengths of the connecting
フライホイール24は、中空本体22内に設けられ、降下時においてロケット11の中心軸に平行な回転軸25を中心に回転する。
姿勢制御器26は、この例では中空本体22の外部に設けられ、フライホイール24の回転開始時点を制御する。
なお、回転開始時点は、パラシュート13付近を中心とするロケット11及びプラットホーム12の振子運動が減衰した後の時点であることが好ましい。
The
In this example, the
The rotation start time is preferably the time after the pendulum motion of the
図3は、図2のフライホイールを回転軸方向から見た図である。
この図において、フライホイール24は、回転体30、複数の噴射ノズル32、ガス発生器34、及び点火装置36を有する。
回転体30は、降下時において回転軸25を中心に回転可能であり、回転軸25に対して対称に構成されている。回転軸25を回転可能に支持する軸受は、回転抵抗の小さい磁気軸受、空気軸受、又はベアリング軸受であるのがよい。
FIG. 3 is a view of the flywheel of FIG. 2 as viewed from the direction of the rotation axis.
In this figure, the
The rotating body 30 can rotate around the rotating
複数(この図で4組)の噴射ノズル32は、回転体30の外周部に周方向に等間隔に設けられ、ガスを周方向に噴射して回転体30を回転させるようになっている。この回転方向は、時計回りでも反時計回りでもよい。
ガス発生器34は、内部に推進薬を内蔵し、その点火によりガスを発生する。この例において、ガス発生器34は回転体30に内蔵されている。
A plurality (four sets in this figure) of the injection nozzles 32 are provided on the outer peripheral portion of the rotating body 30 at equal intervals in the circumferential direction, and jets gas in the circumferential direction to rotate the rotating body 30. This direction of rotation may be clockwise or counterclockwise.
The gas generator 34 contains a propellant inside and generates gas by ignition. In this example, the gas generator 34 is built in the rotating body 30.
点火装置36は、ガス発生器34内の推進薬を点火する。この図において、点火装置36は、回転体30の外部に示しているが、回転体30の内部に設定してもよい。
姿勢制御器26は、ロケット11に搭載された方位検出器で検出された現方位を受信し、現方位が予め設定した設定方位に一致した後に、点火装置36(後述する)により推進薬を点火する。
The ignition device 36 ignites the propellant in the gas generator 34. In this drawing, the ignition device 36 is shown outside the rotating body 30, but may be set inside the rotating body 30.
The
上述した構成により、回転体30を推進薬から発生するガスの噴射により高速回転(例えば、5000〜10000RPM)させることができ、必要なトルクに対してフライホイール24を小型化することができる。
なお本発明はこの構成に限定されず、例えば電動機(モータ)で回転体30を回転させてもよい。
With the above-described configuration, the rotating body 30 can be rotated at high speed (for example, 5000 to 10000 RPM) by injection of gas generated from the propellant, and the
In addition, this invention is not limited to this structure, For example, you may rotate the rotary body 30 with an electric motor (motor).
上述した本発明の構成によれば、降下時においてフライホイール24が中空本体22内でロケット11の中心軸に平行な回転軸25を中心に回転するので、その回転方向と逆方向のトルクが中空本体22に作用するが、中空本体22がプラットホーム12の上部に固定されているので、ロケット11及びプラットホーム12の自重により、ロケット11の回転軸まわりの回転(ロール)を自動的に防止することができる。
一方、フライホイール24は、そのジャイロ剛性により回転軸方向を維持する。
従って、姿勢制御器26によりフライホイール24の回転開始時点を制御することにより、回転開始後の降下中に気流の影響を受けずに、ロケット11の方位を予め設定した方位に維持することができる。
According to the configuration of the present invention described above, the
On the other hand, the
Therefore, by controlling the rotation start time of the
さらに、推進薬から発生するガスの噴射によりフライホイール24を回転させるので、高速回転(例えば、5000〜10000RPM)が可能であり、かつ必要なトルクに対してフライホイール24を小型化することができるので、航空機に搭載しやすい。
Furthermore, since the
従って、ロケット11の発射方位を予め設定した方位に合わせることができ、好ましくない方向に向かってロケット11を打上することを未然に防ぐことができ、ロケットモータ11aに点火後にロケット推進薬を消費(浪費)して飛翔方向を変える必要性も無くすことができる。
Accordingly, the launch direction of the
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, is shown by description of a claim, and also includes all the changes within the meaning and range equivalent to description of a claim.
11 ロケット、11a ロケットモータ、
11b 飛行用電子機器、11c 噴射ノズル、
12 プラットホーム、13 パラシュート、
15 ブランケット、16 連結具、
16a,16b 連結ハーネス、17 吊下ハーネス、
20 姿勢安定装置、22 中空本体、
24 フライホイール、25 回転軸、26 姿勢制御器、
30 回転体、32 噴射ノズル、
34 ガス発生器、36 点火装置
11 rockets, 11a rocket motors,
11b electronic equipment for flight, 11c injection nozzle,
12 platforms, 13 parachutes,
15 blankets, 16 couplings,
16a, 16b connection harness, 17 suspension harness,
20 posture stabilizer, 22 hollow body,
24 flywheel, 25 rotation axis, 26 attitude controller,
30 rotating body, 32 injection nozzle,
34 Gas generator, 36 Ignition device
Claims (3)
降下中に、パラシュートで吊り下げられかつプラットホームに固定された中空本体と、
中空本体内に設けられ、降下時においてロケットの中心軸に平行な回転軸を中心に回転するフライホイールと、
フライホイールの回転開始時点を制御する姿勢制御器と、を備える、ことを特徴とする空中発射システムの姿勢安定装置。 An attitude stabilization device for an aerial launch system in which a rocket is fixed to a platform, mounted inside a transport aircraft together with a parachute, the rocket and the platform are pulled out from the transport aircraft with a parachute, dropped into the air, and lowered.
A hollow body suspended by a parachute and secured to the platform during the descent;
A flywheel that is provided in the hollow body and rotates around a rotation axis parallel to the center axis of the rocket when descending;
An attitude control device for an air launch system, comprising: an attitude controller that controls a rotation start time of a flywheel.
前記回転軸を中心に回転可能であり回転軸に対して対称に構成された回転体と、
回転体の外周部に周方向に等間隔に設けられ、ガスを周方向に噴射して回転体を回転させる複数の噴射ノズルと、
推進薬を内蔵し前記ガスを発生するガス発生器と、
前記推進薬を点火する点火装置と、を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の空中発射システムの姿勢安定装置。 The flywheel is
A rotating body that is rotatable about the rotation axis and configured symmetrically with respect to the rotation axis;
A plurality of injection nozzles that are provided at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral portion of the rotating body and inject gas in the circumferential direction to rotate the rotating body;
A gas generator containing the propellant and generating the gas;
The attitude stabilization device for an air launch system according to claim 1, further comprising: an ignition device that ignites the propellant.
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