JP2018091529A - 飛翔体 - Google Patents

Abstract

【課題】高速で飛翔する飛翔体を冷却して空力加熱から保護するとともに、衝突時に飛翔体を炸裂させること。【解決手段】液体充填部１１は、外殻の内側に設けられ、内部に液体１０が充填される。排出バルブ５は、液体充填部１１と接続され、液体１０の圧力が所定の値以上の場合に開く。排出ノズル４は、排出バルブ５からの排出物を、飛翔方向に対して逆方向に排出する。金属収納部２１は、液体充填部１１に接して設けられ、内部に金属２０が封入された密閉容器として構成される。【選択図】図１

Description

本発明は飛翔体に関する。

空気中を高速で飛翔する飛翔体では、空力加熱、すなわち飛翔体の表面が空気との摩擦熱によって加熱され、温度が上昇することが知られている。よって、温度上昇により飛翔体の誤動作や破損を防止するため、温度上昇を抑制する手法が提案されている。

例えば、飛翔体の先端ドームに冷却液を循環させることで、先端ドームの温度上昇を抑制する構成が提案されている。図７に、先端ドームの温度上昇を抑制できる飛翔体の構成例を示す（特許文献１）。

飛翔体本体５１０には、赤外線センサ５２１が先端ドーム５１１に対応して配設される。赤外線センサ５２１は、誘導制御部５２２に接続され、図示しない目標からの赤外線を検出して検出信号を誘導制御部５２２に出力する。誘導制御部５２２は、推進機を構成する操舵翼５２３に接続され、赤外線センサ５２１を介して入力した検出信号に基づいて誘導信号を生成して操舵翼５２３を駆動制御し、飛翔体本体５１０を目標方向に誘導する。

この飛翔体では、先端ドーム５１１の第１のドーム５１１Ａと第２のドーム５１１Ｂとの間に、冷却液収容部５１２が設けられている。飛翔体本体５１０の加速度が高められると、その加速度の変化を利用して冷却液貯蓄部５１７に収容した冷却液が、第２の配管５１５を通じて、先端ドーム５１１の冷却液収容部５１２に循環供給される。そして、冷却液は、先端ドーム５１１の空力加熱による熱量を奪った後、第１の配管５１４を通じて冷却器５１６に導かれて冷却され、再び、第３の配管５１８を通じて、冷却液貯蓄部５１７に収容される。そして、飛翔体本体５１０の飛翔速度の低下にともなって加速度が低下すると、液供給経路が反転し、冷却液貯蓄部５１７に収容される冷却液が冷却器５１６を経由して先端ドーム５１１の冷却液収容部５１２に供給され、先端ドーム５１１を冷却する。

冷却液貯蓄部５１７には、ピストン５１９が矢印Ａ、Ｂ方向に移動自在に収容配置した状態で、冷却液が内部に充満するように収容されている。これにより、ピストン５１９は、加速度の付与される方向に応じて冷却液貯蓄部５１７内において矢印Ａ又は矢印Ｂ方向に移動付勢され、移動方向に応じて冷却液貯蓄部５１７内の冷却液を第２の配管５１５又は第３の配管５１８の一方に排出する。なお、ピストン５１９は、ラッチ機構５２０を介して所望の加速度に到達するまでの間、冷却液貯蓄部５１７の所定の位置にラッチされて位置決めされる。

特開２００２−２７７１９９号公報

ところが、上記で説明した飛翔体は、以下に示す問題点を有する。上述した飛翔体おける冷却機構を、極超音速領域、例えばマッハ５を超える速度で飛翔する小型の飛翔体に適用するには、冷却機構そのものを小型化しなければならない。しかしながら、極超音速領域での空力加熱は１００ＭＷ／ｍ^２以上になることが知られており、これは超音速領域（マッハ１．２以上５未満）よりも一桁大きい値となるので、加速途中の飛翔体先端の温度は１０００℃を超え、飛翔中には２５００℃を超える。そのため、こうした小型の循環型冷却機構では、温度上昇に対して動作が追随できず、冷却が不十分となる問題が有った。

また、飛翔体を射出するときの加速度が大きな場合、例えばレールガンと称される電磁射出装置のように、射出するときの加速度が数万Ｇ以上と極めて高い場合、加速度に耐えるには飛翔体内部の構造をなるべく単純化することが望ましい。そのため、冷却液の循環機構やピストンなどの機械部品などの複雑な機構を飛翔体に搭載するのは好ましくない。また、炸薬などの加速の衝撃で点火するおそれがある物については、飛翔体に搭載できないという問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、高速で飛翔する飛翔体を冷却して空力加熱から保護するとともに、衝突時に飛翔体を炸裂させることである。

本発明の一態様である飛翔体は、外殻と、前記外殻の内側に設けられ、内部に液体が充填された液体充填部と、前記液体充填部と接続され、前記液体の圧力が所定の値以上の場合に開く第１のバルブと、前記第１のバルブからの排出物を、飛翔方向に対して逆方向に排出する第１のノズルと、前記液体充填部に接して設けられ、内部に金属が封入された密閉容器として構成される金属収納部と、を有するものである。これにより、飛翔中の空力加熱によって外殻の先端部が加熱され、液体の圧力が所定の圧力以上になった場合に、第１のバルブが開いて、第１のノズルから液体が気化した高温ガスが飛翔体から排出される。その結果、気化熱によって液体が冷却されるので、外殻の先端部を過度の温度上昇から保護することができる。また、飛翔体が飛翔した後に外部の物体と衝突した場合、金属収納部が破損し、液体と金属とが混合される。このとき、高温の液体ないしは液体が気化して生じた高温ガスと金属とが化学反応して、好適には反応によるガスが生成され、炸裂を生じさせることができる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記液体又は前記液体が気化して生じるガスと、前記金属と、が所定の温度以上で混合された場合に発熱反応を生じる、ことが好ましい。これにより、飛翔体が飛翔した後に外部の物体と衝突した場合に、高温の液体ないしは液体が気化して生じた高温ガスと金属とが発熱反応を生じ、その結果、炸裂を生じさせることができる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記液体は、超臨界の状態で前記金属と混合される、ことが好ましい。これにより、超臨界状態では、液相と気相との間の区別がなくなるので、より好適に金属との反応を生じさせることが可能となる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記外殻には、前記飛翔方向に向いた先端を有する先端ドームが設けられ、前記先端ドームから前記金属収納部に向けて延在する突き棒を更に有する、ことが好ましい。これにより、飛翔体の先端が外部の物体と衝突した場合、確実に金属収納部を破損させ、より容易に液体と金属との混合物を炸裂させることができる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記突き棒は、前記飛翔方向に延在するように設けられる、ことが好ましい。これにより、飛翔体の先端が外部の物体と衝突した場合に、より効率的に衝突時の衝撃力を金属収納部に与えることで、より容易に金属収納部を破損させることができる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記金属収納部の側の前記突き棒の一端は、前記金属収納部に向けて細くなるテーパ形状を有する、ことが好ましい。これにより、飛翔体の先端が外部の物体と衝突した場合に、金属収納部のうちで衝撃力が与えられる部位の面積を小さくすることで、より容易に金属収納部を破損させることができる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記飛翔方向に延在するように前記金属収納部の内部に設けられた管を更に有し、前記管の一端は、前記突き棒に面する位置の前記金属収納部の内壁に当接し、前記管には、前記突き棒が前記金属収納部を突き破ることで前記液体充填部から導入された前記液体又は前記液体が気化して生じるガスを、前記金属へ向けて噴出させる複数の噴出孔が設けられる、ことが望ましい。これにより、金属の複数の部位に対して、管に設けられた噴出孔を通じて、同時かつ均一に液体ないしは液体が気化したガスを噴出させることができる。その結果、金属をより高速にかつ均一に炸裂させることができる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記突き棒に面する位置の前記金属収納部の厚みは、前記突き棒に面していない位置の前記金属収納部の厚みよりも薄い、ことが望ましい。これにより、突き棒に面する位置の金属収納部の機械的強度を低下させることで、飛翔体の先端が外部の物体と衝突した場合に、より容易に金属収納部を破損させることができる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記第１のバルブと前記第１のノズルとを複数組有する、ことが好ましい。これにより、第１のバルブと第１のノズルとからなる組の数によって、各ノズルからの排出物の流速を調整することができる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記液体充填部と前記金属収納部の内部とを接続可能に前記金属収納部に設けられた１又は複数の第２のバルブと、前記逆方向に向いた前記外殻の面に設けられ、制御信号を受信可能に構成された信号受信部と、前記信号受信部が受信した前記制御信号に応じて、前記１又は複数の第２のバルブを開くバルブ制御部と、を更に有する、ことが好ましい。これにより、制御信号に応じて、目標物と衝突する前に、又は、目標物に対して衝突コースを飛翔していない場合でも、目標物の近傍で飛翔体を炸裂させることができる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記液体充填部と接続される第３のバルブと、前記第３のバルブからの排出物を、前記逆方向に対して所定の角度で、前記飛翔体の後方に排出する第２のノズルと、を更に有し、前記バルブ制御部は、前記飛翔体の姿勢を検出し、検出結果に応じて前記第３のバルブの開閉を制御する、ことが望ましい。これにより、第３のバルブからガスを排出することで、飛翔体の姿勢を制御し、飛翔体を所望の目標物に誘導することが可能となる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記第３のバルブと前記第２のノズルとを複数組有する、ことが好ましい。これにより、飛翔体の姿勢制御をより精密に行うことができる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記液体充填部の周囲の前記外殻には、前記外殻よりも密度が大きい材料からなる破片化部を有する、ことが望ましい。これにより、液体と金属とによる炸裂が生じた場合に、密度が大きな破片が周囲に散布され、破片による破壊効果を増大させることができる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記破片化部の前記液体充填部に面した側には、複数の切溝が設けられる、ことが好ましい。これにより、炸裂時により容易に破片を生じさせることができ、かつ、切溝の位置によって所望の大きさの破片を得ることができる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記金属と前記外殻との間に設けられた、複数の子弾が収納された子弾収納部を更に有する、ことが好ましい。これにより、炸裂時に所望の大きさ及び形状を有する子弾を散布することで、破壊効果を増大させることができる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記液体は水であり、前記金属は、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛及びホウ素のうちのいずれか、又は、一部又は全部の混合物である、ことが好ましい。これにより、液体又は液体が気化したガスと金属とを混合したときに発熱反応が生じ、かつ、水素ガスを発生させることができ、その結果飛翔体を炸裂させることが可能となる。また、常温においては液体と金属とは化学反応を生じないので、安全に保管及び輸送が可能であり、かつ射出されたとときの加速により加わる力に対して耐久性の高い飛翔体を実現することができる。

本発明の一態様である飛翔体は、上記の飛翔体であって、前記金属は、粉末、中空部を有する部材、又は、多孔質部材として、前記金属収納部内に封入される、ことが好ましい。これにより、液体又は液体が気化したガスと金属との接触面積を大きくして、発熱反応を高速かつ効率的に起こすことができる。

本発明によれば、高速で飛翔する飛翔体を冷却して空力加熱から保護するとともに、衝突時に飛翔体を炸裂させることができる。

実施の形態１にかかる飛翔体の断面構成を模式的に示す図である。 実施の形態２にかかる飛翔体の断面構成を模式的に示す図である。 実施の形態２にかかる飛翔体の変形例の断面構成を模式的に示す図である。 実施の形態３にかかる飛翔体の断面構成を模式的に示す図である。 実施の形態３にかかる飛翔体の変形例の断面構成を模式的に示す図である。 実施の形態４にかかる飛翔体の断面構成を模式的に示す図である。 先端ドームの温度上昇を抑制できる飛翔体の構成例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

実施の形態１
実施の形態１にかかる飛翔体について説明する。図１に、実施の形態１にかかる飛翔体１００の断面構成を模式的に示す。図１では、飛翔体１００は、紙面水平方向に平行なＸ軸の正方向（紙面右方向）を進行方向とする飛翔体として表示している。本実施の形態における飛翔体１００は、火砲、電磁射出装置などの、対象物に高加速度を与えて射出する装置から射出されるものとして説明する。

本実施の形態において、飛翔体１００は、高加速度で射出され、加速開始後の数ミリ秒で、飛翔体１００の先端ないしは前面の温度は、１０００℃程度まで加熱される。そのため、加熱による損傷から保護するため、飛翔体１００には、飛翔体１００の先端ないしは前面の部分の外殻を冷却するための機構が設けられる。以下、飛翔体１００の構成について、具体的に説明する。

飛翔体１００は、例えば金属部材で構成される、飛翔体本体１、先端ドーム２及び底部３からなる外殻を有している。飛翔体本体１及び先端ドーム２は、Ｘ軸方向を中心軸とする筒状の部分を有する部材として構成される。この筒状の部分は、紙面内でＸ軸に垂直な方向であるＹ軸と紙面の法線方向に平行なＺ軸とが属する面内において、例えば円形の断面を有する。先端ドーム２は、飛翔中の空気抵抗を抑制するため、例えば先端２Ｃを頂点とする円錐形状を有している。

飛翔体本体１及び先端ドーム２の内部の空間には、液体１０が充填される液体充填部１１が設けられる。そして、液体充填部１１の内部には、金属２０が収納された密閉容器である金属収納部２１が、液体充填部１１内の液体１０と接するように設けられる。

なお、以下では、所定温度以上の高温の液体１０又は液体１０の高温のガスが金属２０に接触したときに、発熱を伴う化学反応が生じるように、液体１０及び金属２０が選択される。液体１０又は液体１０の高温ガスと金属２０とを高速、高効率に化学反応させるには、液体１０又は液体１０の高温ガスと金属２０との接触面積を大きくできることが好ましい。よって、金属２０は、粉末として、例えばハニカム構造などの中空部を多数する部材として、又は、液体１０又は液体１０の高温ガスを導入可能な微細な孔を有する多孔質部材として、金属収納部２１の内部に封入されることが好ましい。

本実施の形態では、先端ドーム２は、ドーム部２Ａと突き棒２Ｂとを有する。ドーム部２Ａは、上記の通り、先端２Ｃを頂点とするドーム形状を有する部材として構成される。突き棒２Ｂは、先端２Ｃ近傍の先端ドーム２の内壁と金属収納部２１とを連結している。

飛翔体１００の底部３には、底部３を貫通している排出ノズル４が設けられる。排出ノズル４は、排出バルブ５とガス排出管６とを介して、液体充填部１１と連結されている。これにより、液体充填部１１の内部の液体１０が高温高圧になった場合に排出バルブ５が開くと、排出ノズル４から進行方向に対して逆方向に高温のガスを排出することができる。なお、以下では、排出ノズル４を第１のノズルとも称し、排出バルブ５を第１のバルブとも称する。

以下、飛翔体１００が射出され空気中を高速で飛翔しているときの、飛翔体１００の動作について説明する。飛翔体１００の飛翔中には、空気との摩擦によって先端ドーム２の温度が上昇する。例えば、飛翔体１００が極超音速で飛翔する場合には、先端ドーム２は、３０００［Ｋ］程度まで温度が上昇させ得る程度の熱量が生じる。このとき、液体充填部１１内部の液体１０は、先端ドーム２を冷却する冷却液として働くことで、先端ドーム２の熱による損傷を防止する。また、先端ドーム２が継続的に加熱されると、先端ドーム２から液体１０に熱が伝導することで、液体１０の温度及び圧力が上昇する。

本構成では、液体充填部１１内の圧力が所定の値、例えば１０００気圧程度まで上昇すると、排出バルブ５が自律的に開く。排出バルブ５が開いたことで高温高圧状態の液体１０は気化し、高温のガスがガス排出管６と排出バルブ５とを介して、排出ノズル４から飛翔体１００の後方に排出される。これにより、液体充填部１１の内部に圧力は一定以下に維持され、飛翔体１００の破損を防止することができる。なお、このとき、ガスの排出量及び排出速度によっては、飛翔体１００に補助的な推進力を付与することが可能である。

また、高温ガスを後方に排出することで、飛翔体１００の後部における乱流の発生を抑制することも可能である。これにより、飛翔体１００近傍の流れを整え、空気抵抗を低減できるので、飛翔体１００の飛翔姿勢の安定化を図ることができる。

なお、ここでは、排出ノズル４と排出バルブ５とを一組有するものとして説明したが、これは例示に過ぎない。排出ノズル４と排出バルブ５とは複数設けられてもよく、すなわち、排出ノズル４と排出バルブ５とからなる組を複数有してもよい。この場合、排出バルブ５から排出されるガスの流速、又は、底部３から後方に排出されるガスの分布を排出バルブ５の数によって調整することができる。

その後、先端ドーム２が任意の物体、例えば目標物に衝突すると、突き棒２Ｂが金属収納部２１を破壊する。その結果、金属収納部２１内の金属２０は、液体１０が気化した高温のガスと、接触ないしは混合される。本実施の形態では、上述のように、爆発的な化学反応を生じるように、換言すれば炸裂するように、液体１０及び金属２０が選択されている。換言すれば、液体１０と金属２０とは、飛翔体１００が物体と衝突した場合に、炸薬と同様の化学反応を生じることが理解できる。

本実施の形態においては、例として、液体１０が水であり、金属２０がアルミニウムである場合について説明する。アルミニウムは、例えば粉末化された状態で金属収納部２１に封入される。アルミニウムと高温水蒸気とは、以下の反応式（１）に示す反応を生じる。

２Ａｌ＋３Ｈ_２Ｏ＝Ａｌ_２Ｏ_３＋３Ｈ_２＋８１８．２１［ｋＪ／ｍｏｌ］ （１）

特に、温度が３７４°、圧力が２１８気圧の状態では、水は超臨界状態となって液相と気相との区別がなくなるので、金属２０との反応に適した状態となる。よって、ここでは、所定の温度以上の液体１０又は液体１０が気化して生じたガスと、金属２０と、が接触、混合された場合に、発熱反応とガス発生が生じるものとして説明する。

式（１）からわかるように、高温水蒸気とアルミニウムとの化学反応によって、発熱と、それに伴う高温の水素ガスの発生とが生じる。つまり、飛翔体１００の内部での爆発的な反応によって飛翔体１００が破裂し、飛翔体１００の周囲に複数の破片が高速散布されることとなる。その結果、炸裂と破片効果によって、目標物ないしはその周囲に対する破壊効果を増大させることができる。

本構成では、液体１０及び金属２０として、水とアルミニウムとのような常温では化学反応が進行しない組み合わせを選択している。このため、飛翔体１００が飛翔していない場合には、飛翔体１００に衝撃が加えられ、又は、誤動作が生じて、液体１０と金属２０とが混合されたとしても炸裂しない。また、飛翔体１００を、例えばレールガンにおけるような数万Ｇ、例えば３万Ｇ以上の高加速度にて射出する場合でも、射出時には液体１０は常温であるので、高加速によって誤って炸裂する事態を確実に防止することができる。また、常温では炸裂しないので、飛翔体１００は、保管及び輸送のときの安全確保の観点から有利である。

また、本構成では、通常の燃焼反応を伴う炸薬を使用しないので、化学反応による二酸化炭素は生じない。そのため、飛翔体１００は、温暖化防止に貢献することが可能となる。かつ、飛翔体１００は、炸薬を使用しないので、炸薬を起爆する信管が必要ない。そのため、信管の着脱を行わずに済むので、より容易に飛翔体１００を保管し、かつ、射出することができる。

実施の形態２
次に、実施の形態２にかかる飛翔体について説明する。実施の形態２にかかる飛翔体２００は、実施の形態１にかかる飛翔体１００の変形例である。図２に、実施の形態２にかかる飛翔体２００の断面構成を模式的に示す。飛翔体２００は、実施の形態１にかかる飛翔体１００の金属収納部２１を金属収納部２２に置換した構成を有する。

飛翔体２００では、金属収納部２２の内部に、推進方向、すなわちＸ軸を中心軸方向とする高温ガス導入管２３が設けられている。高温ガス導入管２３には、ガス噴出孔２４が複数設けられている。本構成では、金属２０は、金属収納部２２の内壁と高温ガス導入管２３とで囲まれる部位に収納される。

先端ドーム２の先端２Ｃの内壁と金属収納部２２との間には、進行方向、すなわちＸ軸を長手方向とする突き棒２Ｂが設けられる。本構成では、金属収納部２２のうち、突き棒２Ｂに面する位置には、ラプチャーデスク２５が設けられている。ラプチャーデスク２５は、金属収納部２２の他の部位よりも肉厚が薄くなるように形成される。これにより、ラプチャーデスク２５は、突き棒２Ｂによって容易に突き破ることができる。なお、突き棒２Ｂの先端は、ラプチャーデスク２５と離隔していてもよいし、当接していてもよい。なお、突き棒２Ｂの先端は、ラプチャーデスク２５に向かって細くなるテーパ形状であることが望ましい。

また、金属収納部２２の周囲の飛翔体本体１には、破片化部１Ａが設けられている。本実施の形態では、破片化部１Ａは飛翔体本体１の一部であり、例えば破片化部１Ａの内壁に切溝を設けることで、液体１０と金属２０とが反応したときに、容易に複数の破片となるように構成される。これにより、目標物又は目標物の周囲に対する破片による破壊効果を増大させることができる。また、破片化部１Ａを、飛翔体本体１の破片化部１Ａ以外の部位よりも密度の大きな材料で構成してもよい。この場合、破片効果を更に増大させることができる。

本実施の形態では、飛翔体２００が目標物に衝突すると、突き棒２Ｂがラプチャーデスク２５を突き破ることで気化した液体１０が、高温ガス導入管２３に導入される。その後、高温ガスは、ガス噴出孔２４を通じて金属２０に向かって噴出する。これにより、実施の形態１と同様に、発熱反応と水素ガスの発生が生じることとなる。よって、飛翔体１００と同様の効果を奏することができる。

また、本実施の形態にかかる飛翔体２００によれば、金属２０の各部位に対してより均一に高温ガスを噴出させることができる。すなわち、発熱反応及び水素ガスの発生を均一に、かつ、高速に行わせることができる。その結果、目標物ないしはその周囲に対する破壊効果を更に増大させることができる。

本実施の形態では、破片化部１Ａを設ける例について説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、破片化部１Ａに代えて、予め分離された金属片からなる子弾を収納する部位を設けてもよい。図３に、実施の形態２にかかる飛翔体２００の変形例である飛翔体２０１の断面構成を模式的に示す。この例では、飛翔体２００における金属収納部２２を金属収納部２６に置換し、破片化部１Ａを除去した構成を有する。金属収納部２６では、金属２０の周囲に、例えば金属からなる子弾２８が収納された子弾収納部２７が設けられている。金属収納部２６のその他の構成は、金属収納部２２と同様である。

飛翔体２０１によれば、液体１０と金属２０とが反応したときに、子弾が散布される。これにより、飛翔体２００において破片が散布されるのと同様の効果を奏することができる。よって、目標物又は目標物の周囲に対する子弾による破壊効果を増大させることができる。なお、図３では、子弾収納部２７を金属収納部２６の内部に設ける例について説明したが、子弾収納部２７を金属収納部２６の外部に設けることも可能である。

実施の形態３
次に、実施の形態３にかかる飛翔体について説明する。図４に、実施の形態３にかかる飛翔体３００の断面構成を模式的に示す。飛翔体３００は、飛翔体２００の先端ドーム２及びラプチャーデスク２５を、それぞれ先端ドーム７及びガス導入制御バルブ２９に置換し、かつ、バルブ制御部３０及び信号受信部３３を追加した構成を有する。なお、以下では、ガス導入制御バルブ２９を第２のバルブとも称する。

図４に示すように、ガス導入制御バルブ２９の開閉は、バルブ制御部３０によって制御される。先端ドーム７は、先端ドーム２の突き棒２Ｂを除去した構成を有する。

バルブ制御部３０は、例えば、電池３１と制御回路３２とを有する。制御回路３２は、電池３１から電源供給を受けて動作可能に構成される。制御回路３２は、信号受信部３３を介して、飛翔体３００の外部、例えば飛翔体３００の射出装置から制御信号ＣＯＮを受け取ることができる。この例では、信号受信部３３は、無線信号である制御信号ＣＯＮを受信可能なアンテナとして構成される。例えば、信号受信部３３は、底部３に設けられてリング状のアンテナとして設けることができる。制御回路３２は、受け取った制御信号ＣＯＮに応じてガス導入制御バルブ２９を開くことで、高温ガス導入管２３に高温ガスを導入して、発熱反応と水素ガス発生を行わせる。これにより、実施の形態１及び２と同様の効果を奏することができる。

ここでは信号受信部３３を底部３に設けているが、その理由について説明する。飛翔体３００は、例えば極超音速で飛翔するため、先端ドーム７の表面温度が数千℃にまで上昇することが有る。このような高温環境下では、先端ドーム７の表面の材料に電離が生じるので、飛翔体の先端ないしは前面に、電波や光を送信する送信機や、電波や光を受信する受信機を設置したとしても、飛翔中には電波や光を用いた通信や物体のセンシングを行うことは困難である。そこで、本実施の形態においては、上記のような材料の電離の影響を受けることの無い底部３に信号受信部３３を設け、飛翔体３００の動作を制御するための制御信号ＣＯＮを受信する構成としている。これにより、例えば飛翔体３００の射出装置の側で目標物の位置を追跡し、追跡結果に応じた制御信号ＣＯＮを飛翔体３００に与えることで、飛翔体３００を目標物に誘導することが可能となる。

なお、実施の形態１及び２においては、いわゆる着発信管による起爆動作と同様に、飛翔体が目標物と衝突することで発熱反応及び水素ガス発生が行われていた。これに対し、本構成では、いわゆる時限信管による起爆動作と同様に、飛翔体が目標物に衝突する前や、飛翔体が目標物に対して衝突コースを飛翔していない場合でも、所望の時期に発熱反応及び水素ガス発生を行わせることができる。これにより、目標物の特性や望まれる破壊効果に応じて、炸裂タイミングを任意に制御することが可能となる。これは、飛翔体３００が直接対象物に衝突しない場合に、目標物の近傍で飛翔体３００を炸裂させることで、目標物に爆風及び破片による破壊効果を与えることができる点で、有利である。

また、飛翔体３００が飛翔していないときにガス導入制御バルブ２９が誤って開いた場合でも、液体１０と金属２０とは常温であるので、化学反応による炸裂は生じない。よって、実施の形態１及び２と同様に、安全性の高い飛翔体を実現することができる。

本実施の形態では、信号受信部３３をアンテナとして説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、アンテナに代えて、光センサからなる信号受信部３４を設けてもよい。図５に、実施の形態３にかかる飛翔体３００の変形例である飛翔体３０１の断面構成を模式的に示す。この例では、飛翔体３００における信号受信部３３を信号受信部３４に置換した構成を有する。信号受信部３４は、光信号である制御信号ＣＯＮを受信し、受信した信号を光電変換してバルブ制御部３０へ出力する。これにより、飛翔体３０１は、飛翔体３００と同様に、受け取った制御信号ＣＯＮに応じてガス導入制御バルブ２９を開くことができる。これにより、実施の形態１及び２と同様の効果を奏することができる。

なお、本実施の形態では、ガス導入制御バルブ２９を１つ有するものとして説明したが、これは例示に過ぎない。ガス導入制御バルブ２９を複数個設けてもよい。ガス導入制御バルブ２９を先端２Ｃ付近のみならず、金属収納部２２の側面に複数個設けることで、金属２０へより均一かつ同時に高温ガスを噴出させることができる。これにより、高温ガスと金属２０との混合物を、より均一かつ高速に炸裂させることができる。

実施の形態４
次に、実施の形態４にかかる飛翔体について説明する。図６に、実施の形態４にかかる飛翔体４００の断面構成を模式的に示す。飛翔体４００は、飛翔体３００のバルブ制御部３０をバルブ制御部４０に置換し、かつ、姿勢制御用ガス排出ノズル５１、姿勢制御用ガス排出バルブ５２及びガス排出管５３を追加した構成を有する。なお、図６では、姿勢制御用ガス排出ノズル５１、姿勢制御用ガス排出バルブ５２及びガス排出管５３が、それぞれ２つずつ設けられる例を示した。なお、以下では、姿勢制御用ガス排出ノズル５１を第２のノズルとも称し、姿勢制御用ガス排出バルブ５２を第３のバルブとも称する。

バルブ制御部４０は、バルブ制御部３０に姿勢検出部４３を追加した構成を有する。バルブ制御部４０の電池４１及び制御回路４２は、それぞれバルブ制御部３０の電池３１及び制御回路３２に対応する。姿勢検出部４３は、飛翔中の飛翔体４００の姿勢を検出し、検出結果を制御回路４２へ出力する。制御回路４２は、飛翔体３００と同様にガス導入制御バルブ２９の開閉を制御するとともに、姿勢検出部４３から受けとった検出結果に応じて姿勢制御用ガス排出バルブ５２を制御することができる。

姿勢制御用ガス排出バルブ５２は、ガス排出管５３を介して、液体充填部１１と接続されている。姿勢制御用ガス排出バルブ５２は、バルブ制御部４０によって開閉が制御される。姿勢制御用ガス排出バルブ５２が開いた場合、高温ガスは姿勢制御用ガス排出ノズル５１を介して、飛翔体４００の後方に噴出される。なお、姿勢制御用ガス排出ノズル５１は、飛翔体４００の中心軸に対して傾いて設けられており、高温ガスを飛翔体４００の中心軸から離れる方向に排出する。これにより、複数個設けられた姿勢制御用ガス排出バルブ５２の開閉を制御することで、飛翔体４００のヨー方向に力を加えることができる。その結果、飛翔体４００を目標物に対して精度よく誘導することが可能となる。

また、飛翔体４００は、制御回路４２での姿勢検出の結果だけでなく、信号受信部３３を介して受け取った制御信号ＣＯＮに応じて姿勢制御を行ってもよい。更に、飛翔体４００は、制御回路４２での姿勢検出の結果、及び、信号受信部３３を介して受け取った制御信号ＣＯＮの両方に応じて、姿勢制御を行ってもよい。

なお、姿勢制御用ガス排出ノズル５１と姿勢制御用ガス排出バルブ５２とを２組有するものとして説明したが、これは例示に過ぎない。姿勢制御用ガス排出ノズル５１と姿勢制御用ガス排出バルブ５２とは１又は３以上設けられてもよく、すなわち、姿勢制御用ガス排出ノズル５１と姿勢制御用ガス排出バルブ５２とからなる組を１組又は３組以上有してもよい。姿勢制御用ガス排出ノズル５１と姿勢制御用ガス排出バルブ５２とからなる組を１組有する場合、姿勢制御の方向に制限はあるものの、飛翔体の姿勢を制御できる。また姿勢制御用ガス排出ノズル５１と姿勢制御用ガス排出バルブ５２とからなる組を３組以上有する場合、より精密に飛翔体の姿勢制御を行うことが可能となる。

その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では、液体１０として水を用い、金属２０としてアルミニウムを用いる場合について説明したが、他の材料を用いることも可能である。

例えば、液体１０として水を用い、金属２０としてマグネシウムを用いてもよい。高温水蒸気とマグネシウムとは、以下の反応式（２）に示す反応を生じる。
Ｍｇ＋Ｈ_２Ｏ＝ＭｇＯ＋Ｈ_２＋３１５．８７［ｋＪ／ｍｏｌ］ （２）

例えば、液体１０として水を用い、金属２０として亜鉛を用いてもよい。高温水蒸気と亜鉛とは、以下の反応式（３）に示す反応を生じる。
Ｚｎ＋Ｈ_２Ｏ＝ＺｎＯ＋Ｈ_２＋６２．１７［ｋＪ／ｍｏｌ］ （３）

例えば、液体１０として水を用い、金属２０としてホウ素を用いてもよい。高温水蒸気とホウ素とは、以下の反応式（４）に示す反応を生じる。
２Ｂ＋３Ｈ_２Ｏ＝Ｂ_２Ｏ_３＋３Ｈ_２＋４１６．０１［ｋＪ／ｍｏｌ］ （４）
なお、ホウ素については、一般に、金属元素と非金属元素との中間の性質を示す半金属として分類されることがあるが、ここではホウ素の金属元素としての性質に着目し、金属収納部に封入されるホウ素を金属として取り扱う。

上述では、金属２０として用いる材料として、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛及びホウ素のいずれかを用いることができると説明したが、これらのうちの複数を混合して用いてもよい。すなわち、金属２０として、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛及びホウ素のうち、いずれか２つの粉末の混合物、いずれか３つの粉末の混合物、及び４つの粉末の混合物を金属２０として用いてもよい。

実施の形態２では、破片化部１Ａを有する飛翔体２００と子弾収納部２７を有する飛翔体２０１について説明したが、破片化部１Ａ及び子弾収納部２７の両方を有する飛翔体を構成してもよい。また、実施の形態３及び４においても、飛翔体に子弾収納部２７のみを設け、又は、破片化部１Ａ及び子弾収納部２７の両方を設けてもよい。

実施の形態３及び４では、突き棒２Ｂを有しない飛翔体について説明したが、ガス導入制御バルブ２９と干渉しない位置に、実施の形態１及び２と同様に突き棒２Ｂを設けてもよいことはいうまでもない。

実施の形態４においても、信号受信部３３に代えて信号受信部３４を設けてもよい。

１ 飛翔体本体
１Ａ 破片化部
２、７ 先端ドーム
２Ａ ドーム部
２Ｂ 突き棒
２Ｃ 先端
３ 底部
４ 排出ノズル
５ 排出バルブ
６、５３ ガス排出管
１０ 液体
１１ 液体充填部
２０ 金属
２１、２２、２６ 金属収納部
２３ 高温ガス導入管
２４ ガス噴出孔
２５ ラプチャーデスク
２７ 子弾収納部
２８ 子弾
２９ ガス導入制御バルブ
３０、４０ バルブ制御部
３１、４１ 電池
３２、４２ 制御回路
３３、３４ 信号受信部
４３ 姿勢検出部
５１ 姿勢制御用ガス排出ノズル
５２ 姿勢制御用ガス排出バルブ
１００、２００、２０１、３００、３０１、４００ 飛翔体
５１０ 飛翔体本体
５１１ 先端ドーム
５１１Ａ 第１のドーム
５１１Ｂ 第２のドーム
５１２ 冷却液収容部
５１４ 第１の配管
５１５ 第２の配管
５１６ 冷却器
５１７ 冷却液貯蓄部
５１８ 第３の配管
５１９ ピストン
５２０ ラッチ機構
５２１ 赤外線センサ
５２２ 誘導制御部
５２３ 操舵翼
ＣＯＮ 制御信号

Claims (17)

1. 外殻と、
   前記外殻の内側に設けられ、内部に液体が充填された液体充填部と、
   前記液体充填部と接続され、前記液体の圧力が所定の値以上の場合に開く第１のバルブと、
   前記第１のバルブからの排出物を、飛翔方向に対して逆方向に排出する第１のノズルと、
   前記液体充填部に接して設けられ、内部に金属が封入された密閉容器として構成される金属収納部と、を備える、
   飛翔体。
2. 前記液体又は前記液体が気化して生じるガスと、前記金属と、が所定の温度以上で混合された場合に発熱反応を生じる、
   請求項１に記載の飛翔体。
3. 前記液体は、超臨界の状態で前記金属と混合される、
   請求項２に記載の飛翔体。
4. 前記外殻には、前記飛翔方向に向いた先端を有する先端ドームが設けられ、
   前記先端ドームから前記金属収納部に向けて延在する突き棒を更に備える、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の飛翔体。
5. 前記突き棒は、前記飛翔方向に延在するように設けられる、
   請求項４に記載の飛翔体。
6. 前記金属収納部の側の前記突き棒の一端は、前記金属収納部に向けて細くなるテーパ形状を有する、
   請求項４又は５に記載の飛翔体。
7. 前記飛翔方向に延在するように前記金属収納部の内部に設けられた管を更に備え、
   前記管の一端は、前記突き棒に面する位置の前記金属収納部の内壁に当接し、
   前記管には、前記突き棒が前記金属収納部を突き破ることで前記液体充填部から導入された前記液体又は前記液体が気化して生じるガスを、前記金属へ向けて噴出させる複数の噴出孔が設けられる、
   請求項４乃至６のいずれか一項に記載の飛翔体。
8. 前記突き棒に面する位置の前記金属収納部の厚みは、前記突き棒に面していない位置の前記金属収納部の厚みよりも薄い、
   請求項４乃至７のいずれか一項に記載の飛翔体。
9. 前記第１のバルブと前記第１のノズルとを複数組有する、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載の飛翔体。
10. 前記液体充填部と前記金属収納部の内部とを接続可能に前記金属収納部に設けられた１又は複数の第２のバルブと、
    前記逆方向に向いた前記外殻の面に設けられ、制御信号を受信可能に構成された信号受信部と、
    前記信号受信部が受信した前記制御信号に応じて、前記１又は複数の第２のバルブを開くバルブ制御部と、を更に備える、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の飛翔体。
11. 前記液体充填部と接続される第３のバルブと、
    前記第３のバルブからの排出物を、前記逆方向に対して所定の角度で、前記飛翔体の後方に排出する第２のノズルと、を更に備え、
    前記バルブ制御部は、前記飛翔体の姿勢を検出し、検出結果に応じて前記第３のバルブの開閉を制御する、
    請求項１０に記載の飛翔体。
12. 前記第３のバルブと前記第２のノズルとを複数組有する、
    請求項１１に記載の飛翔体。
13. 前記液体充填部の周囲の前記外殻には、前記外殻よりも密度が大きい材料からなる破片化部を有する、
    請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の飛翔体。
14. 前記破片化部の前記液体充填部に面した側には、複数の切溝が設けられる、
    請求項１３に記載の飛翔体。
15. 前記金属と前記外殻との間に設けられた、複数の子弾が収納された子弾収納部を更に有する、
    請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の飛翔体。
16. 前記液体は水であり、
    前記金属は、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛及びホウ素のうちのいずれか、又は、一部又は全部の混合物である、
    請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の飛翔体。
17. 前記金属は、粉末、中空部を有する部材、又は、多孔質部材として、前記金属収納部内に封入される、
    請求項１６に記載の飛翔体。

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