JP4106473B2

JP4106473B2 - ブレイダによるエンベロープの製造方法

Info

Publication number: JP4106473B2
Application number: JP2000378550A
Authority: JP
Inventors: 裕士内田; 忠司魚住; 昌彦恩田
Original assignee: Murata Machinery Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Murata Machinery Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2020-12-13
Also published as: EP1215323A1; JP2002178994A; US20020069750A1; US6655253B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、成層圏プラットフォーム開発に関連して、飛行船などのエンベロープ膜の製造方法に関するものであり、特に、該飛行船などのエンベロープ膜をブレイダにより一体物として組織するようにしたブレイダによるエンベロープの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信分野、気象観測分野において、通信衛星並びに気象衛星に代わるシステムとして、成層圏プラットフォームの研究開発が急激に進行し、クローズアップされている。この成層圏プラットフォーム技術は、気象条件が比較的安定している高度約２０ｋｍ程度の成層圏に通信機械、観測センサなどを搭載した無人の飛行船を滞空させ、通信・放送、地球観測あるいは天体観測などに利用するものである。従って、軽くて強い材料で造る必要があり、分割形成した膜材を継ぎ合わすことなく、一体物として構成する必要がある。
【０００３】
従来、この成層圏プラットフォームのために製造されている飛行船は、図１２に示すもののように、そのエンベロープが多分割ゴアＧによって構成せれるものであって、該多分割ゴアを溶着線に沿って溶着した構造のものからなっている。この多分割ゴアの溶着による飛行船エンベロープは、分割形成したゴアを継ぎ合わせて溶着形成するものであるため、飛行船エンベロープとしての強度性の面において大きな問題を有するものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明では、上記する従来技術の問題点を解消すべくなしたものであって、飛行船、あるいは気球などのエンベロープを軽くて強い材料を用い、分割形成したものを継ぎ合わすことなく、ブレイダによって組成した一体物として構成するようにしたブレイダによるエンベロープの製造方法を提供しようとするものである。
【０００５】
この発明は、上記する目的を達成するにあたって、具体的には、ブレイダに対し、該ブレイダにおける組成方向に沿ってマンドレルを相対的に移動させながら前記マンドレルのまわりに、該マンドレルの軸線に対する組角度が±θ°の一対の組糸と、該軸線に対する角度が０°の中央糸とをそれぞれ複数組み合わせて該マンドレルの外周形状に沿った継ぎ目のない連続一体的な組成体を組成形成し、マンドレルを抜き取ってブレイディング組成物とするブレイダによるブレイディング組成物製造方法であって、前記ブレイダを用いて、継ぎ目のない連続一体的なブレイディング組成物としてエンベロープを組成形成するものであり、前記組糸並びに中央糸が、テープ体によるものであり、前記テープ体が、長さ方向中央部を最大幅とし、該長さ方向中央部から長さ方向両端部に向けて漸次細幅であるとともに、長さ方向中央部を最大厚さとし、該長さ方向中央部から長さ方向両端部に向けて漸次薄くなるテープであることを特徴とするブレイダによるエンベロープの製造方法を構成するものである。
【０００７】
さらに、この発明において、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブレイダによるエンベロープの製造方法であって、前記組糸並びに中央糸の各一端側が、前記エンベロープの一端側を組織し、前記組糸並びに中央糸の各他端側が、前記エンベロープの他端側を組織するものからなり、前記エンベロープの軸方向両端部における組物層の膜厚を軸方向中央部における膜厚より薄く形成してなることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明になるブレイダによる飛行船、あるいは気球などのエンベロープの製造方法について、図面に示す具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の一適用例に係るものであって、飛行船の具体的な実施例を示す概略的な外観図であり、図２は、当該飛行船の具体的な実施例にあって、応力計算を説明するための概略的な説明図である。
【０００９】
図１に示す飛行船ＡＳは、この発明の一適用例を示すものであって、この発明では、上記飛行船のためのエンベロープに限ることなく、気球のためのエンベロープ、あるいはこれらに類する構造物のエンベロープに対して適用が可能なものである。この発明の一適用例に係る飛行船ＡＳは、ガス嚢を主体とするエンベロープＥｎと尾翼Ｔａとを備え、内部にヘリウム・ガスなどからなる浮揚ガスを充填した加圧膜構造により形成され、エンベロープＥｎ内のガス嚢におけるヘリウム・ガスの余剰浮力で上昇して、ミッション高度で余剰浮力分の浮揚ガスを放出して地上約２０〜２２ｋｍ程度の成層圏域で滞空し、下降はヘリウム・ガスの一部をされに排出して自重により降下するように構成されているものである。また、この飛行船は、成層圏域における天候の好条件により、太陽光をエネルギー源として安定的に利用できるため、エンベロープＥｎの上部外面には太陽電池ＳＣを配設したものからなっている。
【００１０】
一方、飛行船の応力計算にもとづいて、上記する飛行船におけるエンベロープＥｎの設計条件を設定することができる。図２に示すように、飛行船におけるエンベロープに対する応力としては径方向応力と、軸方向応力とがある。ここに、飛行船の径をＤとし、飛行船の長さをＬとし、飛行船の内圧をＰとした場合、径方向応力Ｓｄは、Ｓｄ＝（Ｄ／２）×Ｐであり、軸方向応力Ｓａは、Ｓａ＝（Ｄ／４）×Ｐである。すなわち、飛行船の径Ｄが小さくなると応力も小さくなるので、飛行船の軸方向中央部分から軸方向端部側に向けて膜厚を薄く設計することができることになる。
【００１１】
上記する飛行船におけるエンベロープＥｎは、特に、下記する設計条件が要求される。すなわち、(1) 軽くて強い材料であること、(2) 極限まで軽くするため糊代あるいは縫い代などは不要であること、(3) 必要最小限の膜厚であること、(4) 糸の切断部分を少なくすること、(5) 一体成形が可能であることなどが挙げられる。
【００１２】
これらのことから、飛行船におけるエンベロープの製造に関して、該飛行船エンベロープをブレイダによって製造することが理想的である。このブレイダによる飛行船エンベロープの製造によれば、(1) 軽くて強い材料が適用可能であり、(2) 糊代あるいは縫い代などが不要であって、極限まで軽くでき、(3) 必要最小限の膜厚に組成でき、(4) 糸の切断部分をなくすことができ、(5) 一体成形が可能であり、さらには、組糸並びに中央糸に薄肉テープを用いて、該薄肉テープの厚さを変えることで前記応力対応が可能であるというものである。
【００１３】
次いで、上記するブレイダ並びにブレイダにより組成される組成物の具体的な構成例について、図９、図１０および図１１にもとづいて詳細に説明する。図９は、ブレイダの基本構成の一例を示す概略的な正面図であり、図１０は、図９に示したブレイダの概略的な側断面図であり、図１１は、当該ブレイダによって組成される組成物の典型例を示す概略的な斜視図である。
【００１４】
まず、図９にもとづき、ブレイダの一構成例について説明する。図９および図１０において、ブレイダＢＲは、ブレイダ本体Ｂｂとマンドレル装置Ｂｍから構成されている。
【００１５】
ブレイダＢＲにおけるブレイダ本体Ｂｂは、軸線が水平で一側に開口ｅを有するほぼ円筒状の機台Ｆｂ内に配置された曲率半径Ｒの曲面状の上板Ｕと、上板Ｕの周方向に穿設された軌道に沿って走行するボビンキャリアーＣと、ボビンキャリアーＣを軌道に沿って走行させるための駆動装置Ｄと、糸条案内装置Ｇを有している。
【００１６】
そして、ボビンキャリアーＣに載置されたボビンからボビンの軸線方向に引き出される糸条Ｙが上板Ｕのほぼ中心に集合し、また、マンドレル装置Ｂｍに取り付けられたマンドレルｍの位置は、マンドレルｍ上に形成される組物の組み上げ点Ｐが上板Ｕの中心に位置するようになっている。マンドレル装置Ｂｍは、マンドレルｍを一次元、二次元あるいは三次元的に位置制御することができる。
【００１７】
こうして、ボビンキャリアーＣが駆動装置Ｄによって軌道に沿って走行させられるとともに、マンドレルｍの位置がマンドレル装置Ｂｍによって制御され、その結果、多数の糸条Ｙが交錯し、また、必要に応じて、機台ＦｂのフレームＦｂ’にほぼ水平に配置されたボビンキャリアーＣから中糸用糸条ｙが、軌道に沿って走行するボビンキャリアーＣから巻き戻され組み上げられる糸条Ｙに交絡することにより、ブレイディングが行われて種々の形状のマンドレルｍ上に組物層が組み上げられる。
【００１８】
次いで、上記ブレイダによって組成されたブレイディング組成物の基本的な構造例について、図１１にもとづいて詳細に説明する。図１１に示すブレイディング組成物Ｂ・Ｃは、円筒状（パイプ状）組成体として組成されるものである。図１に示す例において、前記ブレイディング組成物Ｂ・Ｃは、軸線に対する組角度が±θ°の一対の組糸２１、２２と、軸線に対する角度が０°の中央糸２３によって組織されている。
【００１９】
この発明の一例にあって、飛行船ＡＳのエンベロープＥｎは、上記するブレイダにより上記する基本構成になるブレイディング組成物Ｂ・Ｃのように組成されるものである。以下、この発明になるブレイダＢＲによる飛行船などのためのエンベロープＥｎの製造方法について説明する。
【００２０】
まず、この発明の一実施例において、飛行船エンベロープＥｎを製造するべくブレイダＢＲに用いる一対の組糸１、２および中央糸３の構成例について、図３および図４にもとづいて説明する。この発明において、前記一対の組糸１、２および中央糸３は、テープ体によって構成されるものであり、前記テープ体は、長さ方向中央部から長さ方向両端部に向けて漸次細幅であるとともに、長さ方向中央部から長さ方向両端部に向けて漸次薄くなる紡錘型テープである。
【００２１】
前記一対の組糸１、２および中央糸３は、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、例えば、ケブラーあるいはザイロンなどの素線糸を平面状に組み合わせて厚さ寸法約０．１ｍｍ程度のシート体４を形成し、このシート体４から長さ寸法の異なるシート体４Ａ、４Ｂ、４Ｃを形成し、これらを積層状に接合して、長さ方向中央部から長さ方向両端部に向けて漸次薄くなる積層シートＬＳを形成する。図に示す例において、前記積層シートＬＳは、長さ方向中央部において厚さ寸法ｔが、約０．３ｍｍ程度であり、長さ方向両端部において厚さ寸法ｔが、約０．１ｍｍ程度のシート材として構成される。
【００２２】
この積層シートＬＳは、図３Ａに示すような湾曲したスリットライン５に沿って幅寸法ｗが、長さ方向中央部から長さ方向両端部に向けて漸次細幅になるようにスリットされ、図４に示すような紡錘型テープ６に形成される。すなわち、該紡錘型テープ６は、長さ方向中央部６ａから長さ方向両端部６ｂ、６ｂに向けて漸次細幅であるとともに、長さ方向中央部６ａから長さ方向両端部６ｂ、６ｂに向けて漸次薄くなる構造体として準備されるものである。
【００２３】
この紡錘型テープ６は、組成される飛行船エンベロープＥｎの長さ寸法Ｌ、径寸法Ｄの構造体に対して、これをそれぞれ一連なりの組糸１、２並びに中央糸３によって組成することができる程度の長さ寸法に形成され、ブレイダＢＲにセットするべく、図４Ｃおよび図４Ｄに示すようなボビン７として準備される。
【００２４】
このようにして準備された紡錘型テープ６によるボビン７をブレイダＢＲにセットする。図７に、当該ブレイダＢＲに対してボビン７をセットした状態の要部を概略的に示すとともに、図８に、一対の組糸１、２としてのボビン７と、中央糸３としてのボビン７の配置関係を概略的に示すものである。図７において、組成される飛行船エンベロープＥｎのためのマンドレルｍに対し、そのまわりの円周に沿って、軸線に対する組角度が＋θ°の組糸１としてのボビン７Ａが多数個セットされ、その外側の円周に沿って、軸線に対する組角度が−θ°の組糸としてのボビン７Ｂが多数個セットされており、さらにまた、別の円周に沿って、軸線に対する角度が０°の中央糸としてのボビン７Ｃが多数個セットされる。
【００２５】
前記ボビン７Ａ、７Ｂ、７Ｃからそれぞれ巻き出された紡錘型テープ６によって、前記マンドレルｍ上に組まれていく組織部分８に対して絞りワイヤなどからなる絞り手段９によって絞り込みがなされ、組成体１０が組織される。このようにして組織された組成体１０に対しては、樹脂コーティング処理がなされるようになっている。
【００２６】
図７に示す実施例において、前記マンドレルｍは、例えば、空気を入れた風船のような構造体によって構成されているものであって、一対の組糸並びに中央糸によるブレイディング後は、空気を抜いて、組成された組成体１０の中から抜き取ることができるようになっている。
【００２７】
以上のことから明らかなように、この発明では、軸線に対する組角度が±θ°の一対の組糸と、軸線に対する角度が０°の中央糸とをブレイダによって組物層として組織し、この組物層によって飛行船のエンベロープを一体物として組成形成することができ、前記一対の組糸並びに中央糸を長さ方向中央部から長さ方向両端部に向けて漸次細幅であるとともに、長さ方向中央部から長さ方向両端部に向けて漸次薄くなる紡錘型テープによって構成しておくことにより、飛行船エンベロープの軸方向両端部における組物層の膜厚を軸方向中央部における膜厚より薄く形成することができるようになっている。
【００２８】
【発明の効果】
以上の構成になるこの発明のブレイダによるエンベロープ製造方法によれば、(1) 軽くて強い材料が適用可能であり、(2) 糊代あるいは縫い代などが不要であって、極限まで軽くでき、(3) 必要最小限の膜厚に組成でき、(4) 糸の切断部分をなくすことができ、(5) 一体成形が可能であり、さらには、組糸並びに中央糸に薄肉テープを用いて、該薄肉テープの厚さを変えることで前記応力対応が可能であるなどの点において、極めて有効に作用するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の一適用例に係る飛行船の具体的な実施例を示す概略的な外観図である。
【図２】図２は、当該飛行船の具体的な実施例にあって、応力計算を説明するための概略的な説明図である。
【図３】図３は、一対の組糸および中央糸のための紡錘型テープを形成する基礎となるシート体の一例を示すものであって、図３Ａは、該シート体から紡錘型テープをスリットによって形成する一態様を示す概略的な平面図であり、図３Ｂは、その中央縦断面図である。
【図４】図４は、一対の組糸および中央糸のための紡錘型テープの形態を示すものであり、図４Ａは、紡錘型テープの概略的な平面図であり、図４Ｂは、概略的な一側面図であり、図４Ｃは、この紡錘型テープを巻き取ったボビンの形態を示す概略的な斜視図であり、図４Ｄは、その概略的な断面図である。
【図５】図５は、飛行船エンベロープの組成過程において、一対の組糸および中央糸による組成過程の状態を示す概略的な側面図である。
【図６】図６は、当該ブレイディングによって組成された飛行船エンベロープの一構成例を示す概略的な側面図である。
【図７】図７は、ブレイダＢＲに対してボビン７をセットした状態の要部を示す概略的な斜視図である。
【図８】図８は、一対の組糸としてのボビンと、中央糸としてのボビンの配置関係を示す概略的な斜視図である。
【図９】図９は、ブレイダの基本構成の一例を示す概略的な正面図である。
【図１０】図１０は、図９に示したブレイダの概略的な側断面図である。
【図１１】図１１は、当該ブレイダによって組成される組成物の典型例を示す概略的な斜視図である。
【図１２】図１２は、従来の飛行船エンベロープの製造に関して、該飛行船エンベロープを多分割ゴアによって構成する例を示す概略的な斜視図である。
【符号の説明】
１、２一対の組糸
３中央糸
４シート体
５スリットライン
６紡錘型テープ
７ボビン
Ｅｎ飛行船エンベロープ
ＢＲブレイダ
８組成過程の組織部分
ｍマンドレル
９絞り手段
１０組織された組成体

Claims

ブレイダに対し、該ブレイダにおける組成方向に沿ってマンドレルを相対的に移動させながら前記マンドレルのまわりに、該マンドレルの軸線に対する組角度が±θ°の一対の組糸と、該軸線に対する角度が０°の中央糸とをそれぞれ複数組み合わせて該マンドレルの外周形状に沿った継ぎ目のない連続一体的な組成体を組成形成し、マンドレルを抜き取ってブレイディング組成物とするブレイダによるブレイディング組成物製造方法であって、前記ブレイダを用いて、継ぎ目のない連続一体的なブレイディング組成物としてエンベロープを組成形成するものであり、
前記組糸並びに中央糸が、テープ体によるものであり、前記テープ体が、長さ方向中央部を最大幅とし、該長さ方向中央部から長さ方向両端部に向けて漸次細幅であるとともに、長さ方向中央部を最大厚さとし、該長さ方向中央部から長さ方向両端部に向けて漸次薄くなるテープであることを特徴とするブレイダによるエンベロープの製造方法。
前記組糸並びに中央糸の各一端側が、前記エンベロープの一端側を組織し、前記組糸並びに中央糸の各他端側が、前記エンベロープの他端側を組織するものからなり、前記エンベロープの軸方向両端部における組物層の膜厚を軸方向中央部における膜厚より薄く形成してなることを特徴とする請求項１に記載のブレイダによるエンベロープの製造方法。