JP4239286B2 - ペイロード制振機構 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペイロード打上用ロケット内に設けられるペイロード(人工衛星)をペイロードアダプタ側に支持するペイロード制振機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ペイロード(人工衛星)打上用ロケットは、図5に示すように、一段ロケット1の先端に設けられた分割可能なフェアリング2,2内に、二段ロケット3を収容した多段ロケットであり、その二段ロケット3の先端部にペイロードアダプタ4と称される支持部材を介してペイロード5を備えた構成を有する。
【0003】
上記多段ロケットは、先ず一段ロケット1のエンジンを着火して一段ロケット1全体を上空の所定の高さまで打ち上げた後、その一段ロケット1の先端のフェアリング2,2を左右に開いて二段ロケット3を露出させ、次にこの二段ロケット3のエンジンを着火して一段ロケット1から分離し、この二段ロケット3側のエンジンの燃焼によって自ら推進して軌道上に達した後、その先端部に搭載されたペイロード5をペイロードアダプタ4から分離して軌道上に投入することでペイロード5の打ち上げが達成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ペイロード5は、図6に示すように、切離し機構が内臓されている構造体6の下面を、ペイロードアダプタ4の上面に支持させた構成を有している。
【0005】
このため、上述したように、打上時には一段ロケット1及び二段ロケット3の推進力により、ペイロード5全体にその高さ方向(機軸方向)に大きな振動が直接加わると同時に、推進時の空気との摩擦等によりロケット自体に径方向(機軸と直角方向)の振動が加わることになり、このためにペイロード5にロッキング(揺れ)Rが発生し、これによって、ペイロード5内部の機器等に悪影響を与える虞れがあるという問題がある。
【0006】
上記ペイロード5の振動を緩衝するためには、ペイロード5を何らかの手段によりペイロードアダプタ4に支持することが考えられるが、ペイロード5は将来分離されるフェアリング2,2で包囲されているのみであって、ペイロード5の上部をペイロードアダプタ4側から支持することはできず、このためにペイロード5は図6中矢印で示すようなロッキングRを生じ易い構造となっている。
【0007】
従って、ペイロード5の振動を緩衝するような手段を講じても、緩衝手段によってペイロード5がロッキングRを起こし、ロッキング幅が大きくなった場合には、ペイロード5とそれを包囲しているフェアリング2,2との相互間隔が狭いことによって、ペイロード5とフェアリング2,2とが接触するという問題も考えられる。
【0008】
本発明は、かかる従来の問題点を解決すべくなしたもので、ペイロードに加わる機軸方向及び機軸と直角方向の振動を効果的に緩衝して支持できるようにしたペイロード制振機構を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ペイロード打上用ロケット内に収容されるペイロードをペイロードアダプタ側に支持すると共に、ペイロードに加わる振動を緩衝するペイロード制振機構であって、ペイロードアダプタ上面に備えられる環状の下部プラットフォームとペイロード下部に備えられる環状の上部プラットフォームとの間に、ペイロードの荷重を支持してロケットの機軸方向の振動及びロッキングを防止する緩衝シリンダ装置と、ペイロードの機軸と直角方向の振動を緩衝するための周方向略水平に複数配置した横向きのセミアクティブダンパとを備え、前記緩衝シリンダ装置は、周方向に複数配置された鉛直シリンダと、該鉛直シリンダの各荷重受油室に油路を介してヘッド側油室が夫々連通し、各ピストンがピストンロッドで直列に連結された前記鉛直シリンダと同数の直列シリンダと、直列シリンダ相互間に配置したセミアクティブダンパ及び緩衝バネとを有することを特徴とするペイロード制振機構、に係るものである。
【0010】
また、セミアクティブダンパは流体粘度調節ダンパであってもよく、サーボ弁式油圧ダンパであってもよく、また、横向きのセミアクティブダンパは横向き緩衝バネを備えていてもよい。
【0011】
本発明によれば、周方向に複数備えた緩衝シリンダ装置によってペイロードに加わる機軸方向の振動を効果的に緩衝することができると共に、横向きセミアクティブダンパによってペイロードに加わる機軸と直角方向の振動を緩衝することができ、これによりペイロードのロッキングも同時に抑制でき、よってロケット打上時に発生するあらゆる方向へのペイロードの振動を効果的に緩衝してペイロードの内部機器への悪影響を大幅に低減できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0013】
図1は、図6に示すロケットに適用した本発明の実施の形態の一例を示したもので、ペイロードアダプタ4の上面に設けるようにした環状の下部プラットフォーム7と、ペイロード5の下部に設けるようにした環状の上部プラットフォーム8との間に、ペイロード制振機構を配置している。
【0014】
図1に示すペイロード制振機構は、環状の下部プラットフォーム7と環状の上部プラットフォーム8との間における周方向等間隔の3ヶ所(正三角形位置)には、下部プラットフォーム7と上部プラットフォーム8との間を接続してペイロード5の荷重を支持してロケット機軸S方向の振動を緩衝し、且つペイロード5のロッキングを防止するための緩衝シリンダ装置10を設ける。
【0015】
上記緩衝シリンダ装置10は、図1、図2に示すように、周方向等間隔位置に配置された3本の鉛直シリンダ11a,11b,11cと、該鉛直シリンダ11a,11b,11cに接続された同数の直列シリンダ12a,12b,12cとを備えている。
【0016】
直列シリンダ12a,12b,12cは、夫々のピストン13が一直線状になるようにピストンロッド14によって直列に連結された構成を有しており、前記鉛直シリンダ11a,11b,11cの各荷重受油室15に、対応している直列シリンダ12a,12b,12cのヘッド側油室16が油路17を介して連通している。
【0017】
更に、直列シリンダ12aのピストン13と直列シリンダ12bとの間には緩衝バネ18とセミアクティブダンパ9を設け、また直列シリンダ12bのピストン13と直列シリンダ12cの間にも同一の弾撥力を有する緩衝バネ18とセミアクティブダンパ9を設けている。
【0018】
また、前記下部プラットフォーム7と上部プラットフォーム8との間における周方向等間隔の3ヶ所には、下部プラットフォーム7と上部プラットフォーム8に設けた固定ブロック7a,8a間に位置して略水平方向に延びてペイロード5の機軸Sと直角方向の振動を緩衝する横向きのセミアクティブダンパ19を設けている。図中19Aは、横向きのセミアクティブダンパ19の夫々に設けた横向き緩衝バネである。
【0019】
図3はセミアクティブダンパ9,19として用いられる流体粘度調節ダンパ27の例を示したものであり、流体粘度調節ダンパ27は、シリンダ20の内部に、ピストンロッド21に支持され且つシリンダ20内壁と所要の隙間22を有して移動可能な電磁石23を備えたピストン24を備えており、前記シリンダ20の内部には、油などの液体にフェライト粒子などの磁性粉末を混合した磁性流体25が充填されている。図3の構成において、電線26及びピストンロッド21を介して前記電磁石23に電流を流すことにより、電磁石23によって隙間22を含めて外部に磁場を形成できるようになっている。図3の流体粘度調節ダンパ27では、電磁石23によって磁場が形成されると、隙間22を流れる磁性流体25の抵抗が増加され、従って電磁石23に供給する電圧を変化させて電磁石23による磁場の強さを制御することにより、ピストン24の移動抵抗を任意に調節することができるようになっている。
【0020】
また、図4はセミアクティブダンパ9,19として用いられるサーボ弁式油圧ダンパ40の例を示したものであり、サーボ弁式油圧ダンパ40は、油が充填されたシリンダ28の内部に、ピストンロッド29に支持されたピストン30が移動自在に備えられており、シリンダ28の一方の室31に連通する油路32と、シリンダ28の他方の室33に連通する油路34との間に、油路34の開口部35の開口割合を調節する調節弁体36を備えたスプール37が設けられている。該スプール37の軸方向の移動位置が入力電圧38によりサーボ弁39を介して調節できるようになっている。図4のサーボ弁式油圧ダンパ40では、サーボ弁39にてスプール37を移動させ調節弁体36により油路34の開口部35の開口割合を調節すると、油路32,34間を流動する油の抵抗を変化させて、ピストン30の移動抵抗を任意に調節することができるようになっている。
【0021】
次に、上記形態例の作用を説明する。
【0022】
図6に示したように、ロケットの推進力によってペイロードアダプタ4からペイロード5側にロケット機軸S方向の大きな振動が加わった場合には、図1、図2に示す緩衝シリンダ装置10の鉛直シリンダ11a,11b,11cが収縮変形し、各鉛直シリンダ11a,11b,11cの変形分の油が荷重受油室15から油路17を介して各直列シリンダ12a,12b,12cのヘッド側油室16に流入して、ピストン13を移動させようとするが、直列シリンダ12a,12b,12cの相互間に備えられたセミアクティブダンパ9及び緩衝バネ18によってピストン13の動きが抑制される。これにより、下部プラットフォーム7から上部プラットフォーム8に伝わるロケット機軸S方向の振動が効果的に緩衝される。
【0023】
一方、ロケット推進時における空気との摩擦によって、ペイロードアダプタ4又はペイロード5側に機軸Sと直角方向の振動が複合的に作用することによってペイロード5をロッキングさせる力が発生しようとする。
【0024】
上記において、下部プラットフォーム7と上部プラットフォーム8とが相対的に傾く、即ちロッキングが発生しようとした場合、ピストン13がピストンロッド14により連結されて一体に移動するようになっている直列シリンダ12a,12b,12cのヘッド側油室16に、対応する鉛直シリンダ11a,11b,11cの各荷重受油室15が油路17にて連通された構成を有しているので、鉛直シリンダ11a,11b,11cは常に同時に伸縮して別個の動きをすることができない。このために、下部プラットフォーム7と上部プラットフォーム8とは相対的に傾くことがなく、ペイロード5のロッキングを確実に防止することができる。
【0025】
ペイロードアダプタ4又はペイロード5側に機軸Sと直角方向の振動が加わった場合は、図1の周方向略水平に複数配置されている横向きのセミアクティブダンパ19によって効果的に緩衝される。
【0026】
即ち、ペイロード5の絶対加速度・速度を加速度センサにより検出するようにし、検出された絶対加速度・速度を用いて、図3の流体粘度調節ダンパ27による電磁石23の磁場の強さを調節したり、また、図4のサーボ弁式油圧ダンパ40のスプール37により調節弁体36の位置を調節して、セミアクティブダンパ9及び横向きのセミアクティブダンパ19のダンパグレードを変化させる。これにより、セミアクティブダンパ9及び横向きのセミアクティブダンパ19の応答周波数が変化し、ペイロード5の機軸Sと直角方向の振動を効果的に緩衝できる。セミアクティブダンパ19には、緩衝バネ19Aが設けられているので、ペイロード5は大きく移動することなく、常に初期の原点位置に保持されるように緩衝される。また、緩衝シリンダ装置10を構成している鉛直シリンダ11a,11b,11c及び直列シリンダ12a,12b,12cは、軽量で応答性に優れており、ペイロード5の制振機構として好適に用いることができる。
【0027】
上記したように、緩衝シリンダ装置10によってペイロード5の重量を支持し且つペイロード5に加わるロケット機軸S方向の振動を効果的に緩衝すると共に、ペイロード5のロッキングを防止することができ、更に、横向きのセミアクティブダンパ19によってペイロード5に加わる機軸Sと直角方向の振動を防止でき、これにより、ロケット打上時に発生するあらゆる方向へのペイロード5の振動を効果的に緩衝してペイロード5の内部機器への悪影響を大幅に低減することができる。また、ロケットのペイロード制振機構としては軽量であることが望まれるが、前記形態例では、軽量で簡略な装置構成によってペイロード5の振動を効果的に緩衝でき、これにより設計も容易になる。
【0028】
尚、前記形態例では、前記緩衝シリンダ装置10及び横向きのセミアクティブダンパ19は三角配置した場合について例示したが、四角形配置或いはそれ以上としてもよいこと、セミアクティブダンパ9及び横向きのセミアクティブダンパ19には、図示以外の種々の流体粘度調節ダンパ27及びサーボ弁式油圧ダンパ40が採用できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、周方向に複数備えた緩衝シリンダ装置によってペイロードに加わる機軸方向の振動を効果的に緩衝することができると共に、横向きのセミアクティブダンパによってペイロードに加わる機軸と直角方向の振動を緩衝することができ、これによりペイロードのロッキングも同時に抑制でき、よってロケット打上時に発生するあらゆる方向へのペイロードの振動を効果的に緩衝してペイロードの内部機器への悪影響を大幅に低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のペイロード制振機構の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図2】 図1における緩衝シリンダ装置の一例を示す回路構成図である。
【図3】 流体粘度調節ダンパによるセミアクティブダンパの例を示す概略切断側面図である。
【図4】 サーボ弁式油圧ダンパによるセミアクティブダンパの例を示す概略切断側面図である。
【図5】 ペイロード打上用ロケットの一例を示す概略側面図である。
【図6】 従来のペイロード支持部の一例を示す概略側面図である。
【符号の説明】
4 ペイロードアダプタ
5 ペイロード
7 下部プラットフォーム
8 上部プラットフォーム
9 セミアクティブダンパ
10 緩衝シリンダ装置
11a,11b,11c 鉛直シリンダ
12a,12b,12c 直列シリンダ
13 ピストン
14 ピストンロッド
15 荷重受油室
16 ヘッド側油室
17 油路
18 緩衝バネ
19 セミアクティブダンパ
19A 緩衝バネ
27 流体粘度調節ダンパ
40 サーボ弁式油圧ダンパ
Claims (4)
- ペイロード打上用ロケット内に収容されるペイロードをペイロードアダプタ側に支持すると共に、ペイロードに加わる振動を緩衝するペイロード制振機構であって、ペイロードアダプタ上面に備えられる環状の下部プラットフォームとペイロード下部に備えられる環状の上部プラットフォームとの間に、ペイロードの荷重を支持してロケットの機軸方向の振動及びロッキングを防止する緩衝シリンダ装置と、ペイロードの機軸と直角方向の振動を緩衝するための周方向略水平に複数配置した横向きのセミアクティブダンパとを備え、前記緩衝シリンダ装置は、周方向に複数配置された鉛直シリンダと、該鉛直シリンダの各荷重受油室に油路を介してヘッド側油室が夫々連通し、各ピストンがピストンロッドで直列に連結された前記鉛直シリンダと同数の直列シリンダと、直列シリンダ相互間に配置したセミアクティブダンパ及び緩衝バネとを有することを特徴とするペイロード制振機構。
- セミアクティブダンパが流体粘度調節ダンパであることを特徴とする請求項1記載のペイロード制振機構。
- セミアクティブダンパがサーボ弁式油圧ダンパであることを特徴とする請求項1記載のペイロード制振機構。
- 横向きのセミアクティブダンパが横向き緩衝バネを備えていることを特徴とする請求項1記載のペイロード制振機構。
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