JP2021024313A - 飛翔体の高動圧分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の分離装置は、高動圧下で分離を行う場合、空力外乱によって上段と下段との間に相対的な横ずれが生じるおそれがある。【解決手段】飛翔体Ａの上段Ｕと下段Ｌを分離可能に結合する結合機構１と、結合機構１の解除に伴って下段Ｌから上段Ｕに分離力を付与する分離機構２と、分離機構２により下段Ｌから分離する上段Ｕを機軸方向に案内するガイド機構３とを備え、ガイド機構３が、下段Ｌの頭部から上段Ｕ側へ突出する下部ガイド４と、上段Ｕの尾部に配置されて下部ガイド４が摺動接触する上部ガイド５とを備えている高動圧分離装置。高動圧下で飛翔体Ａの上段Ｕと下段Ｌを分離する場合でも、ガイド機構３により、上段Ｕと下段Ｌとの間の相対的な横ずれを防ぐことができる。【選択図】図２

Description

本発明は、上段及び下段を備えた飛翔体の分離装置に関し、とくに、高動圧下で使用される飛翔体の高動圧分離装置に関するものである。

飛翔体の分離装置としては、飛翔体の段間を結合する結合手段と、飛翔体の段間を分離させる分離手段との組合せが周知である。結合手段としては、マルマンバンドや各種火工品が挙げられる。分離手段としては、例えば、スプリングとプッシュロッドとを組み合わせたものが周知である。この分離装置は、結合手段により飛翔体の上段と下段とを結合する。そして、分離装置は、結合手段の解除に伴って分離手段により下段から上段に分離力を付与し、下段と上段を分離させる。このような分離装置は、例えば、非特許文献１に記載されている。

『増補版 航空宇宙工学便覧』昭和５８年４月２５日発行、丸善株式会社、ｐ．４６０−４６１，７９１−７９３．

しかしながら、上記したような従来の分離装置は、高動圧下で分離を行う場合、段間の結合解除から分離完了に至る間に、空力外乱によって上段と下段との間に相対的な横ずれが生じるおそれがある。このような横ずれは、上段と下段が互いに干渉して機体に衝撃が加わるので、搭載機器の保護等の観点から防止する必要がある。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、高動圧下で飛翔体の上段と下段を分離する場合でも、上段と下段との間の相対的な横ずれを防ぐことができる飛翔体の高動圧分離装置を提供することを目的としている。

本発明に係わる飛翔体の高動圧分離装置は、飛翔体の上段と下段を分離可能に結合する結合機構と、結合機構の解除に伴って下段から上段に分離力を付与する分離機構と、分離機構により下段から分離する上段を機軸方向に案内するガイド機構とを備え、ガイド機構が、下段の頭部から上段側へ突出する下部ガイドと、上段の尾部に配置されて下部ガイドが摺動接触する上部ガイドとを備えている構成としており、上記構成をもって課題を解決するための手段としている。

本発明に係わる飛翔体の高動圧分離装置は、結合機構により飛翔体の上段と下段を結合する。飛翔体は、この状態で飛翔を開始し、所定のタイミングで上段と下段を分離する。高動圧分離装置は、結合機構の解除に伴って、分離機構により下段から上段に分離力を付与する。この際、高動圧分離装置は、結合解除から分離完了に至る間、ガイド機構により、下段から分離する上段を機軸方向に案内する。ガイド機構は、下段の下部ガイドと上段の上部ガイドとを相対的に機軸方向に摺動させて、上段と下段の機軸同士が一致する状態を維持する。

このようにして、飛翔体の高動圧分離装置は、高動圧下で飛翔体の上段と下段を分離する場合でも、上段と下段との間の相対的な横ずれを防ぐことができる。これにより、飛翔体の高動圧分離装置は、分離時に空力外乱を受けても、上段と下段の互いの干渉を防止して、機体に衝撃が加わるような事態を未然に阻止し得る。また、上記の高動圧分離装置は、下段の下部ガイドと上段の上部ガイドとを備えたガイド機構を採用したことから、比較的簡単な構造により、下段から分離する上段を確実に機軸方向に案内することができる。

本発明に係わる飛翔体の高動圧分離装置の第１実施形態を説明する分離前の飛翔体の側面図（Ａ）、及び分離後の飛翔体の側面図（Ｂ）である。 図１に示す飛翔体の段間部分を示す説明図である。 図１に示す段間部分における上段の分離面を説明する平面図（Ａ）、及び下段の分離面を説明する平面図（Ｂ）である。 飛翔体の分離直後の状態を示す説明図である。 図４に続いて分離完了の状態を示す説明図である。 本発明に係わる飛翔体の高動圧分離装置の第２実施形態における段間部分を示す説明図である。 図６に示す段間部分における上段の分離面を説明する平面図（Ａ）、及び下段の分離面を説明する平面図（Ｂ）である。 本発明に係わる飛翔体の高動圧分離装置の第３実施形態における段間部分を示す説明図である。 図８に示す段間部分における上段の分離面を説明する平面図（Ａ）、及び下段の分離面を説明する平面図（Ｂ）である。 図８に示す段間部分の分離完了の状態を示す説明図である。

〈第１実施形態〉
図１（Ａ）に示す飛翔体Ａは、上段Ｕと下段Ｌとを分離可能に結合した構造である。図示の上段Ｕは、誘導装置や弾薬等の所定のペイロードを搭載する。この上段Ｕは、下段Ｌとの分離後、推進機関若しくは慣性により目標に向けて飛翔し続ける。下段Ｌは、ロケットモータ等の推進機関を備え、その尾部に、ロケットノズルＮや複数の尾翼Ｗを有する。尾翼Ｗは、固定翼及び操舵翼のいずれでも良い。

上記飛翔体Ａの高動圧分離装置は、図１（Ａ）及び図２に示すように、飛翔体Ａの上段Ｕと下段Ｌを分離可能に結合する結合機構（仮想線で示す）１と、結合機構１の解除に伴って下段Ｌから上段Ｕに分離力を付与する分離機構２と、分離機構２により下段Ｌから分離する上段Ｕを機軸方向に案内するガイド機構３とを備えている。

結合機構１は、とくに限定されるものではないが、周知のマルマンバンドやセパレーションナット等の火工品を適宜組み合わせて用いることができる。分離機構２は、とくに限定されるものではないが、この実施形態では、ケース２Ａ、コイルスプリング２Ｂ及びプッシュロッド２Ｃをユニット化したものである、分離機構２は、図３（Ｂ）に示す下段Ｌにおいて、機軸回りに９０度間隔で４箇所に配置してある。

各分離機構２は、軸線を機軸方向（図２中で左右方向）に合わせて配置した筒状のケース２Ａと、ケース２Ａに収容したコイルスプリング２Ｂと、コイルスプリング２Ｂに対して同軸上に配置したプッシュロッド２Ｃとを備えている。プッシュロッド２Ｃは、中間に、コイルスプリング２Ｂを受けるための鍔部２Ｄを有すると共に、下段Ｌの頭部において突没可能である。

各分離機構２は、結合機構１により上段Ｕと下段Ｌとを結合した状態において、ケース２Ａの下端部とプッシュロッド２Ｃの鍔部２Ｄとの間に、コイルスプリング２Ｂを圧縮状態にして収容すると共に、プッシュロッド２Ｃの上端部を上段Ｕに当接させている。よって、各分離機構２は、常に、上段Ｕに対してコイルスプリング２Ｂの復元力（反発力）を付与している。

ガイド機構３は、図２及び図３に示すように、下段Ｌの頭部から上段Ｕ側へ突出する下部ガイド４と、上段Ｕの尾部に配置されて下部ガイド４が摺動接触する上部ガイド５とを備えている。また、ガイド機構３は、より好ましい実施形態として、複数の下部ガイド４を備えており、各下部ガイド４が、機軸を中心とする円周を分割した概略矩形の円弧板状（湾曲板状）を成している。さらに、上部ガイド５は、各下部ガイド４の内周側及び外周側の少なくとも一方側の面が摺動接触する円周面である。

この実施形態の下部ガイド４は、図３（Ｂ）に下段Ｌの分離面を示すように、９０度間隔で４箇所に配置してある。また、上部ガイド５は、図３（Ａ）に上段Ｕの分離面を示すように、下段Ｌ側に開放された空洞部６の内周である円周面である。したがって、この実施形態のガイド機構３は、各下部ガイド４の外周面が、その外側の円周面である上部ガイド５に摺動接触する。

ここで、先述した分離機構２は、図３（Ｂ）に示すように、ガイド機構３の隣接する下部ガイド４，４同士の中間に配置してある。これに対して、上段Ｕの空洞部６の内側には、各分離機構２と同じ位相で４箇所に受圧部７が配置してある。したがって、各分離機構２のプッシュロッド２Ｃは、図２に示すように、夫々の上端部が、上段Ｕにおける受圧部７に夫々当接する。

上記構成を備えた飛翔体Ａの高動圧分離装置は、図１（Ａ）に示すように、結合機構１により飛翔体Ａの上段Ｕと下段Ｌとを結合する。飛翔体Ａは、この状態で飛翔を開始し、図１（Ｂ）に示すように、所定のタイミングで上段Ｕと下段Ｌの分離を行う。

すなわち、高動圧分離装置は、結合機構１の解除に伴って、分離機構２により下段Ｌから上段Ｕに分離力を付与する。ここで、高動圧分離装置は、各分離機構２が、圧縮状態にしたコイルスプリング２Ｂの反発力を、プッシュロッド２Ｃを介して常に上段Ｕに付与しているので、結合機構１を解除すれば、分離機構２による分離動作を開始する。

この際、高動圧分離装置は、分離動作の開始に伴って、図４に示すように、ガイド機構３により、下段Ｌから分離する上段Ｕを機軸方向に案内する。ガイド機構３は、結合機構１による結合解除から分離機構２による分離完了に至るまでの間、下段Ｌの下部ガイド４と上段Ｕの上部ガイド５とを相対的に機軸方向に摺動させる。

より詳細には、ガイド機構３は、円弧板状を成す各下部ガイド４の外周側面と、空洞部６の内周面（円周面）である上部ガイド５とを互いに機軸方向に摺動させ、上段Ｕと下段Ｌの機軸同士が一致する状態を維持する。その後、高動圧分離装置は、図５に示すように、下部ガイド４から上部ガイド５が離脱して、下段Ｌから上段Ｕが完全に分離する。分離後、飛翔体Ａは、上段Ｕのみとなって飛翔を継続する。

このようにして、飛翔体Ａの高動圧分離装置は、高動圧下で飛翔体Ａの上段Ｕと下段Ｌを分離する場合でも、上段Ｕと下段Ｌとの間の相対的な横ずれを防ぐことができる。これにより、飛翔体Ａの高動圧分離装置は、分離時に空力外乱を受けても、上段Ｕと下段Ｌの互いの干渉を防止して、機体に衝撃が加わるような事態を未然に阻止し得る。

また、上記の高動圧分離装置は、下段Ｌにおける円弧板状の下部ガイド４と、上段Ｕに配置した円周面である上部ガイド５とを備えたガイド機構３を採用したことから、比較的簡単で軽量な構造でありながら、下部ガイド４と上部ガイド５との互いの摺動面を円周方向の複数箇所（図示例では４箇所）に均等に配置して、横方向の荷重に充分に耐えることができ、高動圧下であっても横ずれが生じない良好な分離を実現することができる。

さらに、上記の高動圧分離装置は、ガイド機構３として、円弧板状の下部ガイド４と、円周面である上部ガイド５との採用により、上段Ｕ及び下段Ｌの分離面の中央領域を有効に利用することが可能である。

なお、上記実施形態では、円弧板状の下部ガイド４の外周面と、空洞部６の内周面（円周面）である上部ガイド５とが摺動接触する構造のガイド機構３を例示したが、下部ガイド４の内周面と、円柱等の外周面（円周面）である上部ガイド５とが摺動接触する構造のガイド機構３を採用することもできる。円周面である上部ガイド５は、例えば、上段Ｕの尾部に配置した環状や円柱状の部品により形成しても良い。

〈第２実施形態〉
図６及び図７は、本発明に係わる飛翔体の高動圧分離装置の第２実施形態を説明する図である。なお、第１実施形態と同一の構成部位については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図示の高動圧分離装置は、下段Ｌの構成については第１実施形態と同じである。この実施形態では、上段Ｕの尾部に、環状の上部ガイド１５を備えている。この上部ガイド１５は、空洞部６の内周面に沿って固定してあると共に、各下部ガイド４と同じ位相の４箇所に凹部１５Ａを有している。各凹部１５Ａは、上段Ｕの尾部方向及び空洞部６の内側に開放されていると共に、円弧板状の下部ガイド４を収容する凹形状を成して、内周側の円周面を有する。

つまり、この実施形態のガイド機構３は、上部ガイド１５の各凹部１５Ａが、各下部ガイド４外周側の面と摺動接触する円周面を有する。また、この実施形態の分離機構２は、夫々のプッシュロッド２Ｃの上端が、環状の上部ガイド１５の尾部端面に当接する。

上記の飛翔体の高動圧分離装置は、先の実施形態と同様に、高動圧下で飛翔体の上段Ｕと下段Ｌを分離する場合でも、上段Ｕと下段Ｌとの間の相対的な横ずれを防ぐことができる。これにより、高動圧分離装置は、分離時に空力外乱を受けても、上段Ｕと下段Ｌの互いの干渉を防止して、機体に衝撃が加わるような事態を未然に阻止し得る。

また、上記の高動圧分離装置は、円弧板状の下部ガイド４と、円弧板状の空間（凹部１５Ａ）を有する上部ガイド１５を備えたガイド機構３を採用したことから、比較的簡単で軽量な構造により、横方向の荷重に対する耐力をより一層向上させて、高動圧下であっても横ずれが生じない良好な分離を実現することができる。

なお、上記実施形態では、上段Ｕの空洞部６内に、内側に凹部１５Ａを有する環状の上部ガイド１５を配置し、凹部１５Ａと下部ガイド４の外周面とが摺動接触する構成を例示したが、上部ガイド１５の厚さ寸法等によっては、上部ガイド１５の外周側に凹部を設け、凹部と下部ガイド４の内周面とが摺動接触する構成にすることもできる。また、上段Ｕの尾部に、上部ガイド１５に相当する肉厚部分を一体成形し、この肉厚部分に、凹部１５Ａを形成しても良い。

さらに、上段Ｕは、その尾部に空洞部６が無い構成にすることもあり得る。この場合には、上段Ｕの尾部に、下部ガイド４が摺動自在に挿入可能なスリット状（深い溝状）の上部ガイドを配置する。このようなガイド機構では、下部ガイド４が、上部ガイドの内周面及び外周面の両面と摺動自在に接触すると共に、上下のガイドが機軸方向のみに係脱する凹凸関係になるので、横方向の荷重に対する耐力をより一層高めることができる。

〈第３実施形態〉
図８〜図１０は、本発明に係わる飛翔体の高動圧分離装置の第３実施形態を説明する図である。

図８に示す飛翔体の高動圧分離装置は、飛翔体Ａの上段Ｕと下段Ｌを分離可能に結合する結合機構（仮想線で示す）１と、結合機構１の解除に伴って下段Ｌから上段Ｕに分離力を付与する分離機構２と、分離機構２により下段Ｌから分離する上段Ｕを機軸方向に案内するガイド機構３とを備えている。

この実施形態のガイド機構３は、図８及び図９に示すように、下段Ｌの頭部から上段Ｕ側へ突出する下部ガイド４と、上段Ｕの尾部から下段Ｌ側に突出し且つ下部ガイド４に対して摺動自在に組み合わされる上部ガイド２５とを備えている。また、ガイド機構３は、より好ましい実施形態として、複数の下部ガイド４及び複数の上部ガイド２５を備えており、各下部ガイド４及び各上部ガイド２５が、機軸を中心とする同一円周上で互い違いの位置に配置してあると共に、同円周を分割した概略矩形の円弧板状（湾曲板状）を成している。

すなわち、ガイド機構３は、図９（Ｂ）に示す下段Ｌの分離面の外周において、９０度間隔の４箇所に下部ガイド４を備えている。また、ガイド機構３は、図９（Ａ）に示す上段Ｕの分離面の外周において、９０度間隔の４箇所に上部ガイド２５を備えている。これらの下部ガイド４及び上部ガイド２５は、隣接する下部ガイド４，４同士の間に上部ガイド２５が入り込み、且つ隣接する上部ガイド２５，２５同士の間に下部ガイド４が入り込むように、互いに組み合わされる。

これにより、各下部ガイド４及び各上部ガイド２５は、円周方向に交互に且つ連続的に配列されて、飛翔体Ａの外壁の一部を形成している。そして、各下部ガイド４及び各上部ガイド２５は、円周方向における両側の端面同士（機軸方向に沿う端面同士）が、互いに機軸方向に摺動自在に接触する。つまり、この実施形態では、下部ガイド４と上部ガイド２５との互いの摺動面が、円周方向に所定間隔で合計８箇所に配置される。

分離機構２は、図９（Ｂ）に示すように、ガイド機構３の隣接する下部ガイド４，４同士の中間に配置してある。したがって、各分離機構２のプッシュロッド２Ｃは、夫々の上端部が、上段Ｕにおける各上部ガイド２５の下端面に当接する。

上記構成を備えた飛翔体の高動圧分離装置は、第１実施形態と同様に、結合機構１により飛翔体（図１参照）の上段Ｕと下段Ｌとを結合し、飛翔体の飛翔中において、所定のタイミングで上段Ｕと下段Ｌの分離を行う。

この際、高動圧分離装置は、分離動作の開始に伴って、ガイド機構３により、下段Ｌから分離する上段Ｕを機軸方向に案内する。ガイド機構３は、結合機構１による結合解除から分離機構２による分離完了に至るまでの間、下段Ｌの下部ガイド４と上段Ｕの上部ガイド２５とを相対的に機軸方向に摺動させる。

より詳細には、ガイド機構３は、円弧板状を成す各下部ガイド４及び各上部ガイド２５の端面同士を相対的に機軸方向に摺動させ、上段Ｕと下段Ｌの機軸同士が一致する状態を維持する。その後、高動圧分離装置は、図１０に示すように、下部ガイド４，４同士の間から各上部ガイド２５が離脱して、下段Ｌから上段Ｕが完全に分離する。

このようにして、飛翔体の高動圧分離装置は、第１実施形態と同様に、高動圧下で飛翔体Ａの上段Ｕと下段Ｌを分離する場合でも、上段Ｕと下段Ｌとの間の相対的な横ずれを防ぐことができる。これにより、高動圧分離装置は、分離時に空力外乱を受けても、上段Ｕと下段Ｌの互いの干渉を防止して、機体に衝撃が加わるような事態を未然に阻止し得る。

さらに、上記の高動圧分離装置は、ガイド機構３において、夫々複数の下部ガイド４及び上部ガイド２５が、機軸を中心とする同一円周上で互い違いの位置に配置してあると共に、同円周を分割した円弧板状を成している。これにより、高動圧分離機構は、比較的簡単で軽量な構造でありながら、下部ガイド４と上部ガイド２５との互いの摺動面を円周方向の複数箇所（図示例では８箇所）に均等に配置して、横方向の荷重に充分に耐えることができ、高動圧下であっても横ずれが生じない良好な分離を実現することができる。

また、上記の高動圧分離装置は、円弧板状の下部ガイド４及び上部ガイド２５の採用により、これらのガイド４，２５で飛翔体Ａの外壁の一部を形成し得ると共に、上段Ｕ及び下段Ｌの分離面の中央領域を有効に利用することが可能になる。さらに、上記のガイド機構３は、円弧板状を成す複数の下部ガイド４及び複数の上部ガイド２５において、それらの端面同士を相対的に摺動させる。これにより、ガイド機構３は、下部ガイド４と上部ガイド２５との接触面積を小さくしたうえで、機軸方向への案内を確実に行うことができる。

上記各実施形態のガイド機構３を構成する下部ガイド４及び上部ガイド５，１５，２５は、円周方向及び機軸方向の諸寸法、夫々の数及び厚さ寸法等がとくに限定されるものではないが、これらは、飛翔体Ａの重量、速度、分離機構２の分離力、プッシュロッド２Ｃのストローク等に応じて適宜選択することができる。

また、下部ガイド４は、機軸に直交する２軸方向の横ずれを考慮すると、夫々４枚若しくは８枚であることがより望ましい。さらに、上記各実施形態では、下部ガイド４及び上部ガイド５，１５，２５を全周にわたって配置した構成を例示したが、複数の下部ガイド４及び複数の上部ガイド５，１５，２５を円周上の一部に配置した構成にすることも可能である。

なお、本発明に係わる飛翔体の高動圧分離装置は、その構成が上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

Ａ 飛翔体
Ｌ 下段
Ｕ 上段
１ 結合機構
２ 分離機構
３ ガイド機構
４ 下部ガイド
５ 上部ガイド（円周面である上部ガイド）
１５ 上部ガイド（円周面である上部ガイド）
１５Ａ 凹部（円周面である上部ガイド）
２５ 上部ガイド（円弧板状の上部ガイド）

Claims (3)

1. 飛翔体の上段と下段を分離可能に結合する結合機構と、
   結合機構の解除に伴って下段から上段に分離力を付与する分離機構と、
   分離機構により下段から分離する上段を機軸方向に案内するガイド機構とを備え、
   ガイド機構が、下段の頭部から上段側へ突出する下部ガイドと、上段の尾部に配置されて下部ガイドが摺動接触する上部ガイドとを備えていることを特徴とする飛翔体の高動圧分離装置。
2. ガイド機構が、複数の下部ガイドを備えており、
   各下部ガイドが、機軸を中心とする円周を分割した円弧板状を成しており、
   上部ガイドが、各下部ガイドの内周側及び外周側の少なくとも一方側の面が摺動接触する円周面であることを特徴とする請求項１に記載の飛翔体の高動圧分離装置。
3. ガイド機構が、複数の下部ガイド及び複数の上部ガイドを備えており、
   各下部ガイド及び各上部ガイドが、機軸を中心とする同一円周上で互い違いの位置に配置してあると共に、同円周を分割した円弧板状を成していることを特徴とする請求項１に記載の高動圧分離装置。

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