JP3666710B2

JP3666710B2 - ロケットの可動ノズル

Info

Publication number: JP3666710B2
Application number: JP17235597A
Authority: JP
Inventors: 野雅弘 ▲高▼; 田泰弘森; 塚浩仁大; 井保夫北
Original assignee: 高野雅弘; 森田泰弘; 株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: JPH1113542A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロケット（とくに固体ロケット）において、噴流ガスの方向を変えて推力ベクトルの制御を行うのに利用されるロケットの可動ノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記したロケットの可動ノズルとしては、例えば、図７に示すように、固体ロケット１００の尾部１００ａにフレキシブルジョイント１０１を介して取り付けられてピッチ軸およびヨー軸回りに首振り可能としたノズル本体１０２と、固体ロケット１００の尾部１００ａおよびノズル本体１０２の間に略機軸方向に設けたリニアアクチュエータ１０３と、このリニアアクチュエータ１０３と同じく固体ロケット１００の尾部１００ａおよびノズル本体１０２の間に略機軸方向に設けた舵角検出用のポテンショメータ１０４を備えたものがある。
【０００３】
この場合、リニアアクチュエータ１０３の基端およびアクチュエータロッド１０３ａの先端は、固体ロケット１００の尾部１００ａおよびノズル本体１０２に接線方向の軸１０５を介してそれぞれ回動自在に連結してあり、この可動ノズルでは、ポテンショメータ１０４で舵角を検出しつつ、リニアアクチュエータ１０３を伸縮作動させてノズル本体１０２にピッチ軸およびヨー軸回りの首振り動作を行わせることによって、噴流ガスの方向制御を行うようにしている。
【０００４】
このロケットの可動ノズルに関しては、例えば、「ロケット工学」木村逸郎著１９９３年１月２７日、株式会社養賢堂発行の第５０７〜５０８頁に若干の説明がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来のロケットの可動ノズルにおいて、固体ロケット１００における固体推進薬の点火を行う投捨型のイグナイタがノズル本体１０２のスロート部分に取り付けられる場合には、イグナイタが投捨される際の反動により、アクチュエータロッド１０３ａを介してリニアアクチュエータ１０３に衝撃荷重が負荷されるうえ、これと同時に生じる固体ロケット１００の内圧上昇に伴うフレキシブルジョイント１０１の機軸方向の圧縮変形によるノズル本体１０２の揺動によってもリニアアクチュエータ１０３に過大な荷重が負荷されることから、上記衝撃荷重および過大な荷重が最大運用荷重を越えた場合には、リニアアクチュエータ１０３が破損することがないとは言えず、また、破損は免れても、リニアアクチュエータ１０３に負荷される過大な荷重の立上がり速度がリニアアクチュエータ１０３の作動速度よりも速いため、ノズル本体１０２が揺動する間はリニアアクチュエータ１０３を制御することができないという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題であった。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、投捨型のイグナイタを用いる場合において、このイグナイタを投捨する際の衝撃荷重およびこれに伴って生じるノズル本体の揺動による過大な荷重を減らすことができ、その結果、最大運用荷重の大きいリニアアクチュエータに変更することなく、噴流ガスの方向制御を確実に行うことが可能であるロケットの可動ノズルを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる発明は、ロケット尾部に位置してピッチ軸およびヨー軸回りに首振り可能としたノズル本体と、ロケット尾部およびノズル本体の間に略機軸方向に設けたノズル駆動用のリニアアクチュエータを備えたロケットの可動ノズルにおいて、リニアアクチュエータの軸心上には、リニアアクチュエータに対するノズル本体からの負荷荷重が最大運用荷重を越えた場合に作動して前記負荷荷重を軽減する緩衝機構を設け、緩衝機構は、ノズル本体側に略機軸方向に固定されたシリンダと、このシリンダに収納されると共にリニアアクチュエータの作動部と連結してリニアアクチュエータに対するノズル本体からの負荷荷重が最大運用荷重以内である場合にシリンダを介してノズル本体にリニアアクチュエータからの駆動力を伝達しかつリニアアクチュエータに対するノズル本体からの負荷荷重が最大運用荷重を越えた場合にその超過分の荷重を吸収する荷重吸収手段を具備している構成としたことを特徴としており、このロケットの可動ノズルの構成を従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
本発明の請求項２に係わるロケットの可動ノズルにおいて、緩衝機構は荷重吸収手段を２組具備し、シリンダ内において２組の荷重吸収手段を軸心方向に並べて配置すると共に、２組の荷重吸収手段の互いに対向する端部とリニアアクチュエータの作動部とをリンクさせた構成としている。
【０００９】
本発明の請求項３に係わるロケットの可動ノズルは、シリンダに荷重吸収手段の吸収量調整部を設けている構成としている。
【００１０】
本発明の請求項４に係わるロケットの可動ノズルにおいて、緩衝機構の荷重吸収手段は複数枚の皿ばねを積層してなっている構成としている。
【００１１】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わるロケットの可動ノズルでは、投捨型のイグナイタを用いる場合、このイグナイタの投捨時における衝撃荷重およびこれに伴うノズル本体の揺動による過大な荷重がリニアアクチュエータの最大運用荷重を越えたときには、緩衝機構のシリンダ内において荷重吸収手段が超過分の荷重を吸収することから、リニアアクチュエータの破損が回避され、一方、ロケットの内圧が定常に戻ってリニアアクチュエータに対するノズル本体からの負荷荷重が最大運用荷重以内になったときには、緩衝機構が作動せずに、すなわち、荷重吸収手段が作動せずにシリンダを介してノズル本体にリニアアクチュエータからの駆動力を伝達することから、噴流ガスの方向制御が確実になされることとなる。
【００１２】
本発明の請求項２に係わるロケットの可動ノズルでは、上記した構成としているので、荷重吸収手段とリニアアクチュエータの作動部とをリンクさせる作業が簡単になされることとなる。
本発明の請求項５に係わるロケットの可動ノズルでは、上記した構成としているので、荷重吸収手段の吸収量の調整が簡単になされることとなる。
【００１３】
本発明の請求項３に係わるロケットの可動ノズルでは、上記した構成としているので、荷重吸収手段の吸収量の調整が簡単になされることとなる。
【００１４】
本発明の請求項４に係わるロケットの可動ノズルでは、皿ばねの初期セット荷重の増減により、荷重吸収手段の作動開始荷重、すなわち、緩衝機構の作動開始荷重の設定がなされることから、この作動開始荷重の設定作業が簡単なものとなる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わるロケットの可動ノズルでは、上記した構成としているので、投捨型のイグナイタを用いる場合、このイグナイタの投捨時における衝撃荷重およびこれに伴うノズル本体の揺動による過大な荷重がリニアアクチュエータの最大運用荷重を越えたとしても、リニアアクチュエータの破損を確実に防ぐことができ、一方、リニアアクチュエータに対するノズル本体からの負荷荷重が最大運用荷重以内になったときには、噴流ガスの方向制御を確実に行うことが可能である、すなわち、最大運用荷重の大きいリニアアクチュエータを用いなくても、噴流ガスの方向制御を確実に行うことが可能であるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００１６】
本発明の請求項２に係わるロケットの可動ノズルでは、荷重吸収手段とリニアアクチュエータの作動部とをリンクさせる作業を簡単なものとすることができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００１７】
本発明の請求項３に係わるロケットの可動ノズルでは、上記した構成としているので、荷重吸収手段の吸収量の調整を簡単に行うことができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００１８】
本発明の請求項４に係わるロケットの可動ノズルでは、上記した構成としたから、緩衝機構の作動開始荷重の設定を簡単に行うことが可能であるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１ないし図６は本発明に係わるロケットの可動ノズルの一実施例を示している。
【００２１】
図１および図２に示すように、この可動ノズル１０は、固体ロケット１における尾部１ａの開口縁部１ｂにフレキシブルジョイント２を介して取り付けられてピッチ軸Ｌ´ｐおよびヨー軸Ｌ´ｙ回りに首振り可能（回動可能）としたノズル本体１１と、固体ロケット１の尾部１ａおよびノズル本体１１の間に略機軸Ｌ方向に設けたリニアアクチュエータ１２と、このリニアアクチュエータ１２と同じく固体ロケット１の尾部１ａおよびノズル本体１１の間に略機軸Ｌ方向に設けた舵角検出用のポテンショメータ１３を備えており、ノズル本体１１のスロート部分には、固体推進薬の点火を行う仮想線で示す投捨型のイグナイタ３が取り付けられるようになっている。
【００２２】
リニアアクチュエータ１２およびポテンショメータ１３は、ノズル本体１１の外周に沿って２個ずつ配設してあり、２個のリニアアクチュエータ１２，１２は９０゜の間隔をもってピッチ軸Ｌ´ｐおよびヨー軸Ｌ´ｙ上にそれぞれ配設され、一方、２個のポテンショメータ１３，１３は９０゜の間隔をもちかつそれぞれリニアアクチュエータ１２，１２と対向するようにして配設されている。
【００２３】
この場合、リニアアクチュエータ１２の基端は、図３にも示すように、固体ロケット１の尾部１ａに設けたフランジ４に接線方向の軸５（ピッチ軸Ｌ´ｐあるいはヨー軸Ｌ´ｙと平行をなす軸、図示例ではピッチ軸Ｌ´ｐと平行をなす軸）を介して回動自在に連結してあると共に、アクチュエータロッド（作動部）１２ａの先端は、ノズル本体１１の外周面に設けた緩衝機構２０に連結してあり、一方、ポテンショメータ１３の両端は、固体ロケット１の尾部１ａおよびノズル本体１１に設けた各フランジ６，７にリニアアクチュエータ１２の基端と同じく接線方向の軸８を介してそれぞれ回動自在に連結してある。
【００２４】
緩衝機構２０は、図４および図５にも示すように、略円筒状をなすケース本体２１ａを有しかつケース本体２１ａの端部および外周面に位置してノズル本体１１に装着したブラケット１６に複数本のボルト９を介して固定されるフランジ２１ｂ，２１ｃを有するケース２１と、このケース２１のケース本体２１ａに形成しためねじ部２１ｄと螺合するおねじ部２２ｄを有するシリンダ２２と、このシリンダ２２の内側に軸方向に摺動自在に嵌合される内筒部２３ａ，外筒部２３ｂおよびリング状底部２３ｃを具備した二重筒状をなすスライダ２３と、このスライダ２３の両筒部２３ａ，２３ｂの間に形成された空間に積層状態で嵌め込んだ複数枚の皿ばね（荷重吸収手段）２４と、スライダ２３のリング状開口部が位置するシリンダ２２の端部にねじ込まれて複数枚の皿ばね２４を圧縮可能としたナット（吸収量調整部）２５を備えている。
【００２５】
この実施例において、緩衝機構２０は、スライダ２３，複数枚の皿ばね２４およびナット２５をセットしたシリンダ２２を２個備えており、２個のシリンダ２２，２２は、ケース２１のケース本体２１ａの両側からはめ込んである。この場合、ケース本体２１ａの中間部分で互いに向き合う両スライダ２３，２３の各リング状底部２３ｃ，２３ｃの間には、アクチュエータロッド１２ａの先端に設けた球面軸受１４とピン１５を介して連結してアクチュエータロッド１２ａと両スライダ２３，２３とを連動させるリンク部２６が設けてあり、このリンク部２６は、２個のシリンダ２２，２２をケース本体２１ａに対して両側から互いに対称をなすように締め込んで位置決めピン２７により固定することで、両スライダ２３，２３の各リング状底部２３ｃ，２３ｃにがたつきなく当接するようになっている。
【００２６】
緩衝機構２０におけるリンク部２６の両側に位置する複数枚の皿ばね２４は、シリンダ２２に対するナット２５の締め込みによりいずれも縮んだ状態でスライダ２３に収納されており、このときの複数枚の皿ばね２４の弾性力Ｆ_０は、リニアアクチュエータ１２の最大運用荷重Ｆよりも若干大きく設定してある。
【００２７】
つまり、この緩衝機構２０において、リニアアクチュエータ１２に対するノズル本体１１からの負荷荷重が最大運用荷重Ｆ以内である場合には、すなわち、図６に示す斜線部分では、リニアアクチュエータ１２とノズル本体１１とを剛の状態で連結して、ノズル本体１１にリニアアクチュエータ１２からの駆動力を伝達する。
【００２８】
また、ノズル本体１１からリニアアクチュエータ１２に対してその最大運用荷重Ｆを越え、さらに、複数枚の皿ばね２４の弾性力Ｆ_０をも越える引張り荷重が負荷された状態（図４に示す状態）では、緩衝機構２０が作動を開始して、すなわち、シリンダ２２内における図３左側に位置するスライダ２３がアクチュエータロッド１２ａと連結したリンク部２６に押圧されることによって、複数枚の皿ばね２４が図４に示すストロークＡの範囲でさらに縮んで超過分の荷重を吸収し、一方、ノズル本体１１からリニアアクチュエータ１２に対してその最大運用荷重Ｆを越え、さらに、複数枚の皿ばね２４の弾性力Ｆ_０をも越える圧縮荷重が負荷された状態では、シリンダ２２内における図３右側に位置する複数枚の皿ばね２４がストロークＡの範囲でさらに縮んで超過分の荷重を吸収するようになっている。
【００２９】
なお、図３および図４における符号２８は、ナット回り止めピンである。
【００３０】
上記した可動ノズル１０では、２個のポテンショメータ１３，１３で舵角を検出しつつ、リニアアクチュエータ１２，１２を適宜伸縮作動させてノズル本体１１にピッチ軸Ｌ´ｐおよびヨー軸Ｌ´ｙ回りの首振り動作を行わせることによって、噴流ガスの方向制御を行う。
【００３１】
この間、リニアアクチュエータ１２に対するノズル本体１１からの負荷荷重は最大運用荷重Ｆ以内であることから、この段階では作動を開始しない緩衝機構２０を介してリニアアクチュエータ１２とノズル本体１１とは剛の状態で連結されることとなり、したがって、ノズル本体１１にリニアアクチュエータ１２からの駆動力が伝達されて、この可動ノズル１０による噴流ガスの方向制御が確実になされることとなる。
【００３２】
一方、イグナイタ３を投捨する場合には、その反動によってアクチュエータロッド１２ａを介してリニアアクチュエータ１２に衝撃荷重が負荷されるうえ、これと同時に生じる固体ロケット１の内圧上昇に伴うフレキシブルジョイント２の機軸Ｌ方向の圧縮変形によるノズル本体１１の揺動によってもリニアアクチュエータ１２に過大な荷重が負荷されるが、これらの荷重がリニアアクチュエータ１２の最大運用荷重Ｆを越え、さらには、複数枚の皿ばね２４の弾性力Ｆ_０をも越える場合には、緩衝機構２０のシリンダ２２内における図３左側に位置する複数枚の皿ばね２４（あるいはシリンダ２２内における図３右側に位置する複数枚の皿ばね２４）がストロークＡの範囲でさらに縮んで超過分の荷重を吸収することから、リニアアクチュエータ１２の破損が回避されることとなり、その結果、固体ロケット１の内圧が定常に戻ったときには、上記と同じく、この可動ノズル１０による噴流ガスの方向制御が支障なくなされることとなる。る。
【００３３】
また、この可動ノズル１０の緩衝機構２０では、スライダ２３，複数枚の皿ばね２４およびナット２５をセットしたシリンダ２２を２個備え、これらのシリンダ２２，２２をケース２１のケース本体２１ａの両側からはめ込むことにより、アクチュエータロッド１２ａと各スライダ２３，２３とをリンクさせるようにしているので、荷重吸収手段としての複数枚の皿ばね２４とリニアアクチュエータ１２の作動部としてのアクチュエータロッド１２ａとをリンクさせる作業が簡単になされることとなり、さらに、この可動ノズル１０の緩衝機構２０において、シリンダ２２の端部に吸収量調整部としてのナット２５をねじ込んで複数枚の皿ばね２４を圧縮するようにしているので、複数枚の皿ばね２４における弾性力Ｆ_０の調整、すなわち、緩衝機構２０の作動開始荷重の調整が簡単になされることとなる。
【００３４】
さらにまた、この可動ノズル１０の緩衝機構２０では、荷重吸収手段を複数枚の皿ばね２４を積層してなるものとしているので、皿ばねの枚数を増減するだけで、すなわち、初期セット荷重を増減するだけで、緩衝機構２０の作動開始荷重の設定がなされることとなり、したがって、この作動開始荷重の設定作業が簡単なものとなる。
【００３５】
なお、本発明に係わるロケットの可動ノズルの詳細な構成は、上記した実施例に限定されるものではなく、他の構成として、例えば、荷重吸収手段としてコイルばねや、ウレタンばねを採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるロケットの可動ノズルの一実施例を示す固体ロケット尾部の断面説明図である。
【図２】図１に示したロケットの可動ノズルにおけるリニアアクチュエータおよびポテンショメータの位置関係を示す説明図である。
【図３】図１に示したロケットの可動ノズルにおけるリニアアクチュエータおよび緩衝機構の拡大説明図である。
【図４】図３に示したロケットの可動ノズルにおける緩衝機構の部分拡大断面説明図である。
【図５】図３に示したロケットの可動ノズルにおける緩衝機構をロケット尾部側から見た部分破砕説明図である。
【図６】図３に示したロケットの可動ノズルにおける緩衝機構の作動範囲を示すグラフである。
【図７】従来のロケットの可動ノズルを示す固体ロケット尾部の断面説明図である。
【符号の説明】
１固体ロケット
１ａロケット尾部
１０可動ノズル
１１ノズル本体
１２リニアアクチュエータ
１２ａアクチュエータロッド（リニアアクチュエータの作動部）
２０緩衝機構
２２シリンダ（緩衝機構）
２４皿ばね（荷重吸収手段；緩衝機構）
２５ナット（吸収量調整部）
Ｌ機軸
Ｌ´ｐピッチ軸
Ｌ´ｙヨー軸

Claims

ロケット尾部に位置してピッチ軸およびヨー軸回りに首振り可能としたノズル本体と、ロケット尾部およびノズル本体の間に略機軸方向に設けたノズル駆動用のリニアアクチュエータを備えたロケットの可動ノズルにおいて、リニアアクチュエータの軸心上には、リニアアクチュエータに対するノズル本体からの負荷荷重が最大運用荷重を越えた場合に作動して前記負荷荷重を軽減する緩衝機構を設け、緩衝機構は、ノズル本体側に略機軸方向に固定されたシリンダと、このシリンダに収納されると共にリニアアクチュエータの作動部と連結してリニアアクチュエータに対するノズル本体からの負荷荷重が最大運用荷重以内である場合にシリンダを介してノズル本体にリニアアクチュエータからの駆動力を伝達しかつリニアアクチュエータに対するノズル本体からの負荷荷重が最大運用荷重を越えた場合にその超過分の荷重を吸収する荷重吸収手段を具備していることを特徴とするロケットの可動ノズル。
緩衝機構は荷重吸収手段を２組具備し、シリンダ内において２組の荷重吸収手段を軸心方向に並べて配置すると共に、２組の荷重吸収手段の互いに対向する端部とリニアアクチュエータの作動部とをリンクさせた請求項１に記載のロケットの可動ノズル。
シリンダに荷重吸収手段の吸収量調整部を設けている請求項１または２に記載のロケットの可動ノズル。
緩衝機構の荷重吸収手段は複数枚の皿ばねを積層してなっている請求項１ないし３のいずれかに記載のロケットの可動ノズル。