JP3089394B2 - 超高圧軽量球形タンク - Google Patents
超高圧軽量球形タンクInfo
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
- B64G1/402—Propellant tanks; Feeding propellants
- B64G1/4021—Tank construction; Details thereof
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
- Pressure Vessels And Lids Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超高圧で且つ厳しい
軽量化が要求される衛星及びロケットの姿勢制御装置の
高圧ガスタンク、飛翔体の高圧ガスタンク等に適用され
る超高圧軽量球形タンクに関する。
軽量化が要求される衛星及びロケットの姿勢制御装置の
高圧ガスタンク、飛翔体の高圧ガスタンク等に適用され
る超高圧軽量球形タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の衛星及びロケットの姿勢制御装置
の高圧ガスタンクとしては図４に示すチタン合金製の球
形タンク６を用いていた。図中１は口金、７は固定金
具、Ｂ，Ｃは溶接カ所である。
の高圧ガスタンクとしては図４に示すチタン合金製の球
形タンク６を用いていた。図中１は口金、７は固定金
具、Ｂ，Ｃは溶接カ所である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】衛星用姿勢制御装置の
高圧ガスタンクは金属材料の中では最も比強度の高いチ
タン合金を使用しているが、それでも装置の中での重量
占有率は20％と高い。衛星はグラムオーダーの細かい重
量管理が実施されており、軽量化メリットは非常に高
い。
高圧ガスタンクは金属材料の中では最も比強度の高いチ
タン合金を使用しているが、それでも装置の中での重量
占有率は20％と高い。衛星はグラムオーダーの細かい重
量管理が実施されており、軽量化メリットは非常に高
い。
【０００４】軽量化のため、さらに比強度の高い複合材
を使用する場合、次のような問題点があった。長期間
（約３年）の高精度気密保持が必要。ロケットの打ち
上げ時の厳しい振動及び加速度に対する十分な強度が必
要。
を使用する場合、次のような問題点があった。長期間
（約３年）の高精度気密保持が必要。ロケットの打ち
上げ時の厳しい振動及び加速度に対する十分な強度が必
要。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために次の手段を講ずる。すなわち、本発明の超高
圧軽量球形タンクは、支持軸部（１Ｂ）と球殻の頭頂部
である口金支持部（１Ａ）から成る口金を溶接線（Ｂ）
によって半球部分殻に溶接形成される半球状ライナの一
対を接合線（Ｃ）に沿って溶接接合した球状ライナと、
前記球状ライナの外球面上に巻回配設され一体化された
繊維強化プラスチック材とで構成された超高圧軽量球形
タンクにおいて、前記口金の溶接線（Ｂ）を支持軸部
（１Ｂ）の外径から所定距離離間した位置に配置すると
ともに、上記繊維強化プラスチック材の板厚を支持軸部
（１Ｂ）の外径位置から上記半球状ライナの接合線
（Ｃ）に向け漸次減少し、かつ加圧時における上記繊維
強化プラスチック材の球面上の各位置での膨張変形量が
均一となるよう繊維強化プラスチック材を多層重畳して
巻回配設したことを特徴とする球形タンクを提供するに
ある。
するために次の手段を講ずる。すなわち、本発明の超高
圧軽量球形タンクは、支持軸部（１Ｂ）と球殻の頭頂部
である口金支持部（１Ａ）から成る口金を溶接線（Ｂ）
によって半球部分殻に溶接形成される半球状ライナの一
対を接合線（Ｃ）に沿って溶接接合した球状ライナと、
前記球状ライナの外球面上に巻回配設され一体化された
繊維強化プラスチック材とで構成された超高圧軽量球形
タンクにおいて、前記口金の溶接線（Ｂ）を支持軸部
（１Ｂ）の外径から所定距離離間した位置に配置すると
ともに、上記繊維強化プラスチック材の板厚を支持軸部
（１Ｂ）の外径位置から上記半球状ライナの接合線
（Ｃ）に向け漸次減少し、かつ加圧時における上記繊維
強化プラスチック材の球面上の各位置での膨張変形量が
均一となるよう繊維強化プラスチック材を多層重畳して
巻回配設したことを特徴とする球形タンクを提供するに
ある。
【０００６】本発明の超高圧軽量球形タンクは、前記ラ
イナ２の球面状の外周面に、口金の軸芯を基準に前記ラ
イナの測地線に沿って、繊維強化プラスチック材５を支
持軸部（１Ｂ）から離れるに従い板厚が薄くなるように
順次多層に巻き付け、一体化して複合材とし、加圧時に
おける上記繊維強化プラスチック材の各部での膨張変形
量が均一となるよう繊維強化プラスチック材の配列、板
厚分布を設定することを特徴とする球形タンクにある。
イナ２の球面状の外周面に、口金の軸芯を基準に前記ラ
イナの測地線に沿って、繊維強化プラスチック材５を支
持軸部（１Ｂ）から離れるに従い板厚が薄くなるように
順次多層に巻き付け、一体化して複合材とし、加圧時に
おける上記繊維強化プラスチック材の各部での膨張変形
量が均一となるよう繊維強化プラスチック材の配列、板
厚分布を設定することを特徴とする球形タンクにある。
【０００７】本発明の超高圧軽量球形タンクにおいて、
前記ライナ２の球面部分では、板厚を支持軸部（１Ｂ）
に最も近い頂角を持つ環状の領域１では同一板厚とし、
次の頂角をもつ環状の領域２では勾配１／４〜１／35と
し、更に次の頂角をもつ環状の領域３では勾配１／120
以下で接合線（Ｃ）に向って漸減させ、前記ライナ２及
び口金支持部１Ａとを含む半球状体の外表面に繊維強化
プラスチック材を順次積層して加圧時の膨張変形量及び
ライナに生じる応力の変化量を均一化することを特徴と
する球形タンクにある。
前記ライナ２の球面部分では、板厚を支持軸部（１Ｂ）
に最も近い頂角を持つ環状の領域１では同一板厚とし、
次の頂角をもつ環状の領域２では勾配１／４〜１／35と
し、更に次の頂角をもつ環状の領域３では勾配１／120
以下で接合線（Ｃ）に向って漸減させ、前記ライナ２及
び口金支持部１Ａとを含む半球状体の外表面に繊維強化
プラスチック材を順次積層して加圧時の膨張変形量及び
ライナに生じる応力の変化量を均一化することを特徴と
する球形タンクにある。
【０００８】本発明の超高圧軽量球形タンクは、前記ラ
イナはチタン合金であり、前記繊維強化プラスチック材
はカーボンファイバーリインフォースドプラスチック材
であることを特徴とする球形タンクにある。
イナはチタン合金であり、前記繊維強化プラスチック材
はカーボンファイバーリインフォースドプラスチック材
であることを特徴とする球形タンクにある。
【０００９】上記において、応力が集中する口金部のラ
イナの肉厚が口金から離れるにつれ漸次減少するので応
力の変化量が均一化される。また応力の集中しやすい溶
接線部も口金から所定距離離れているので、集中度が軽
減される。
イナの肉厚が口金から離れるにつれ漸次減少するので応
力の変化量が均一化される。また応力の集中しやすい溶
接線部も口金から所定距離離れているので、集中度が軽
減される。
【００１０】さらに複合材料となる繊維強化プラスチッ
ク材の配列が、加圧時における各部の変形量がほぼ均一
となるように配分されている。このため加圧時に各部が
均一の板厚に変形し、応力の変化も均一に配分される。
以上のようにして、気密性を持ち、かつ十分な強度を持
つ複合材料により軽量化された超高圧軽量球形タンクが
得られる。なお、ライナ及び口金を下記の如く意味する
ものとして定義する。 半球状ライナ：ライナ２の部分と、口金１の支持部１Ａ
と口金１の口金支持軸部１Ｂとを含む半球体に支持軸が
ついた半球状体を半球状ライナと称し、この半球状ライ
ナの一対を接合線（Ｃ）で接合して球状体を形成するの
である。 口金(1) ：口金支持部１Ａと球殻の頭頂部である口金支
持軸部１Ｂとから成るものとする。繊維強化プラスチッ
ク材を多重積層して配列巻回する部分は図示のライナ２
の部分と口金１の口金支持部１Ａと口金支持軸部１Ｂと
を含む半球状体を２個一対として接合線Ｃで接合して、
球状体としこの上にＣＦＲＰ５を多重積層して配列巻回
し球状体を形成するもので、繊維強化プラスチック材Ｃ
ＦＲＰを多重積層するのは図示のライナ２の部分と口金
支持部１Ａとを含む部分である。接合は溶接又はその他
の接合でもよく特定されるものてはない。
ク材の配列が、加圧時における各部の変形量がほぼ均一
となるように配分されている。このため加圧時に各部が
均一の板厚に変形し、応力の変化も均一に配分される。
以上のようにして、気密性を持ち、かつ十分な強度を持
つ複合材料により軽量化された超高圧軽量球形タンクが
得られる。なお、ライナ及び口金を下記の如く意味する
ものとして定義する。 半球状ライナ：ライナ２の部分と、口金１の支持部１Ａ
と口金１の口金支持軸部１Ｂとを含む半球体に支持軸が
ついた半球状体を半球状ライナと称し、この半球状ライ
ナの一対を接合線（Ｃ）で接合して球状体を形成するの
である。 口金(1) ：口金支持部１Ａと球殻の頭頂部である口金支
持軸部１Ｂとから成るものとする。繊維強化プラスチッ
ク材を多重積層して配列巻回する部分は図示のライナ２
の部分と口金１の口金支持部１Ａと口金支持軸部１Ｂと
を含む半球状体を２個一対として接合線Ｃで接合して、
球状体としこの上にＣＦＲＰ５を多重積層して配列巻回
し球状体を形成するもので、繊維強化プラスチック材Ｃ
ＦＲＰを多重積層するのは図示のライナ２の部分と口金
支持部１Ａとを含む部分である。接合は溶接又はその他
の接合でもよく特定されるものてはない。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１ない
し図３により説明する。図１にて、１は口金で、半球状
ライナ２はチタン合金製の２つの半球状体をライナの接
合線（Ｃ）で接合して一体化し球形タンクとしたもの
で、２個の半球状ライナ２，２の軸上Ｃ−Ｃの左右に口
金１，１が配置される。タンクの中心Ｏから口金１の軸
ＣＬを結ぶ線を軸として口金に最も近い４°の頂角を持
つ範囲を領域１、領域１に続く次の４°〜９°の頂角を
持つ範囲を領域２、次の領域２に続く更に次の９°〜90
°の頂角を持つ範囲を領域３とする。図１にて、口金１
は口金支持部１Ａと口金支持軸部１Ｂとより成り、半球
状ライナ２はチタン合金製の球状体で、ライナ２は口金
支持部１Ａと溶接線Ｂと接合され口金支持軸部１Ｂを含
む半球状体をさすものとする。軸上Ｃの左右に口金１が
配置される。タンクの中心Ｏから口金１の軸ＣＬを結ぶ
線を軸として４°の頂角を持つ範囲を領域１、領域１に
続く次の４°〜９°の頂角を持つ範囲を領域２、領域２
に続く次の９°〜90°の頂角を持つ範囲を領域３とす
る。
し図３により説明する。図１にて、１は口金で、半球状
ライナ２はチタン合金製の２つの半球状体をライナの接
合線（Ｃ）で接合して一体化し球形タンクとしたもの
で、２個の半球状ライナ２，２の軸上Ｃ−Ｃの左右に口
金１，１が配置される。タンクの中心Ｏから口金１の軸
ＣＬを結ぶ線を軸として口金に最も近い４°の頂角を持
つ範囲を領域１、領域１に続く次の４°〜９°の頂角を
持つ範囲を領域２、次の領域２に続く更に次の９°〜90
°の頂角を持つ範囲を領域３とする。図１にて、口金１
は口金支持部１Ａと口金支持軸部１Ｂとより成り、半球
状ライナ２はチタン合金製の球状体で、ライナ２は口金
支持部１Ａと溶接線Ｂと接合され口金支持軸部１Ｂを含
む半球状体をさすものとする。軸上Ｃの左右に口金１が
配置される。タンクの中心Ｏから口金１の軸ＣＬを結ぶ
線を軸として４°の頂角を持つ範囲を領域１、領域１に
続く次の４°〜９°の頂角を持つ範囲を領域２、領域２
に続く次の９°〜90°の頂角を持つ範囲を領域３とす
る。
【００１２】口金１の支持部１Ａの領域１では半球状ラ
イナ２は同一肉厚として、領域２では半球状ライナ２は
勾配１／４〜１／35で、口金１から離れるほど肉厚が漸
減する。さらに領域２の外縁Ａより20mm以上離れた縁Ｂ
で、次のライナ部材２と溶接される。さらに領域３の外
縁Ｃで、反対側のライナ部材と溶接される。半球状ライ
ナ２の肉厚は、領域３で、勾配１／120 以下で外縁Ｃに
向って漸減する。勾配は図３に示すように、円弧の長さ
Ｌと内外縁での肉厚の差Δｔより、Δｔ／Ｌで定義す
る。
イナ２は同一肉厚として、領域２では半球状ライナ２は
勾配１／４〜１／35で、口金１から離れるほど肉厚が漸
減する。さらに領域２の外縁Ａより20mm以上離れた縁Ｂ
で、次のライナ部材２と溶接される。さらに領域３の外
縁Ｃで、反対側のライナ部材と溶接される。半球状ライ
ナ２の肉厚は、領域３で、勾配１／120 以下で外縁Ｃに
向って漸減する。勾配は図３に示すように、円弧の長さ
Ｌと内外縁での肉厚の差Δｔより、Δｔ／Ｌで定義す
る。
【００１３】半球状ライナ２の外周面には、軸ＣＬを基
準に、図２に示すように、インプレーン巻（測地線に沿
って巻く）で、ＣＦＲＰ（カーボンファイバーリインフ
ォースドプラスチック）を順次Ｎ層に巻き、一体化して
複合材とする。したがって、口金１の近くは積層数が少
ないものの肉厚が厚くなる。一方口金１から離れるに従
って各層の肉厚は薄くなるが積層数は増加する。これら
のことを考慮して、各部での膨張変形が均一になるよう
に繊維の配列、肉厚分布を設定する。
準に、図２に示すように、インプレーン巻（測地線に沿
って巻く）で、ＣＦＲＰ（カーボンファイバーリインフ
ォースドプラスチック）を順次Ｎ層に巻き、一体化して
複合材とする。したがって、口金１の近くは積層数が少
ないものの肉厚が厚くなる。一方口金１から離れるに従
って各層の肉厚は薄くなるが積層数は増加する。これら
のことを考慮して、各部での膨張変形が均一になるよう
に繊維の配列、肉厚分布を設定する。
【００１４】以上において、応力が集中する口金１部の
半球状ライナ２の肉厚が、口金から離れるにつれ漸次減
少するので、ライナに生じる応力の変化量が均一化され
る。また応力の集中しやすい溶接線Ｂ部も口金１から所
定距離離れているので、集中度が軽減される。
半球状ライナ２の肉厚が、口金から離れるにつれ漸次減
少するので、ライナに生じる応力の変化量が均一化され
る。また応力の集中しやすい溶接線Ｂ部も口金１から所
定距離離れているので、集中度が軽減される。
【００１５】さらに複合材料となるＣＦＲＰ５の繊維の
配列が、各部の変形がほぼ均一となるように配分されて
いる。このため各部が均一に変形し、応力も均一に配分
される。
配列が、各部の変形がほぼ均一となるように配分されて
いる。このため各部が均一に変形し、応力も均一に配分
される。
【００１６】以上のようにして、気密性を持ち、かつ十
分な強度を有するとともに半球状ライナ２とＣＦＲＰ５
の複合材料により従来のチタン合金製に比べ約40％軽量
化された超高圧軽量球形タンクが得られた。
分な強度を有するとともに半球状ライナ２とＣＦＲＰ５
の複合材料により従来のチタン合金製に比べ約40％軽量
化された超高圧軽量球形タンクが得られた。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によると、従
来のチタン合金製タンクと比べ大幅な軽量化が得られ
る。また気密性もライナにより十分保たれる。
来のチタン合金製タンクと比べ大幅な軽量化が得られ
る。また気密性もライナにより十分保たれる。
【図１】 本発明の実施の一形態の断面図である。
【図２】 同一形態の繊維の巻き方を示した図である。
【図３】 同一形態の説明図である。
【図４】 従来例の断面図である。
１ 口金 １Ａ 口金支持部 １Ｂ 口金支持軸部 ２ 半球状ライナ ５ ＣＦＲＰ（カーボンファイバーリインフォースドプ
ラスチック材） ６ チタン合金 ７ 固定金具 Ｂ 溶接線 Ｃ ライナの接合線
ラスチック材） ６ チタン合金 ７ 固定金具 Ｂ 溶接線 Ｃ ライナの接合線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 久人 長崎県長崎市深堀町５丁目717番１号 三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 外山 幸文 山口県下関市彦島江の浦町６丁目16番１ 号 三菱重工業株式会社下関造船所内 (56)参考文献 特開 平４−230500（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−132499（ＪＰ，Ａ) 実公 平７−46640（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16J 12/00 B64G 1/40 F17C 1/04
Claims (4)
- 【請求項１】 支持軸部（１Ｂ）と球殻の頭頂部である
口金支持部（１Ａ）から成る口金(1) を溶接線（Ｂ）に
よって半球部分殻に溶接形成される半球状ライナの一対
を接合線（Ｃ）に沿って溶接接合した球状ライナ(2)
と、前記球状ライナの外球面上及び口金支持部（１Ａ）
とに巻回配設され一体化された繊維強化プラスチック材
(5) とで構成された超高圧軽量球形タンクにおいて、 前記口金(1) は口金支持部（１Ａ）と口金支持軸部（１
Ｂ）とより成り、 前記口金(1) の溶接線（Ｂ）を支持軸部（１Ｂ）の外径
から所定距離離間した位置に配置するとともに、上記繊
維強化プラスチック材(5) の板厚を支持軸部（１Ｂ）の
外径位置から上記半球状ライナの接合線（Ｃ）に向け漸
次減少し、かつ加圧時における上記繊維強化プラスチッ
ク材(5) の球面上の各位置での膨張変形量が均一となる
よう繊維強化プラスチック材(5) を多層重畳して巻回配
設したことを特徴とする超高圧軽量球形タンク。 - 【請求項２】 前記ライナ(2) の球面状の外周面に、口
金(1) の軸芯を基準に前記ライナの測地線に沿って、繊
維強化プラスチック材(5) を支持軸部（１Ｂ）から離れ
るに従い肉厚が薄くなるように順次多層に巻き付け、一
体化して複合材とし、加圧時における上記繊維強化プラ
スチック材(5) の各部での膨張変形量が均一となるよう
繊維強化プラスチック材(5) の配列、板厚分布を設定す
ることを特徴とする請求項１記載の超高圧軽量球形タン
ク。 - 【請求項３】 前記ライナ(2) の球面部分では、板厚を
支持軸部（１Ｂ）に最も近い頂角を持つ環状の領域１で
は同一板厚とし、次の頂角をもつ環状の領域２では勾配
１／４〜１／35とし、更に次の頂角をもつ環状の領域３
では勾配１／120以下で接合線（Ｃ）に向って漸減さ
せ、その外表面に繊維強化プラスチック材(5) を順次積
層して加圧時の膨張変形量及びライナに生じる応力の変
化量を均一化することを特徴とする請求項１記載の超高
圧軽量球形タンク。 - 【請求項４】 前記ライナ(2) はチタン合金であり、前
記繊維強化プラスチック材(5) はカーボンファイバーリ
インフォースドプラスチック材である請求項１記載の超
高圧軽量球形タンク。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08102586A JP3089394B2 (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 超高圧軽量球形タンク |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08102586A JP3089394B2 (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 超高圧軽量球形タンク |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09292026A JPH09292026A (ja) | 1997-11-11 |
| JP3089394B2 true JP3089394B2 (ja) | 2000-09-18 |
Family
ID=14331344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08102586A Expired - Lifetime JP3089394B2 (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 超高圧軽量球形タンク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3089394B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4592573B2 (ja) * | 2005-12-01 | 2010-12-01 | 三菱重工業株式会社 | テープ貼付経路設定方法及びプログラム並びにテープ貼付装置 |
| US9776693B2 (en) * | 2013-03-15 | 2017-10-03 | Hadal, Inc. | Systems and methods for improving buoyancy in underwater vehicles |
| US9187168B2 (en) * | 2013-07-30 | 2015-11-17 | The Boeing Company | Natural-path tearstraps and stiffeners for spherical composite pressure bulkheads |
-
1996
- 1996-04-24 JP JP08102586A patent/JP3089394B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09292026A (ja) | 1997-11-11 |
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