JP4267711B2 - 操縦可能ノズルを作動する部材のためのアンカー・デバイス - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、概して、操縦可能（または可動）ノズルを有するスラスタ（thruster）に関する。より詳細には、本発明は、ノズルを所望の向きにステアリング（あるいは操縦または向き決め）できるノズルの広がり部分（divergingportion、末広部）の壁にアクチュエータ部材をアンカリング（または固定化）することに関する。
背景技術
操縦可能ノズルを有するスラスタにおいて、ノズルの操縦（steering）はアクチュエータ部材、例えばピストン・アンド・シリンダー型のアクチュエータによって制御され、このアクチュエータ部材は一方の端部にて、ノズルの広がり部分の壁に連結されたピボット式リンクを介してノズルに連結されている。
一般的には、アクチュエータ部材は、広がり部分を取り囲むアクチュエータ・リングによってノズルにアンカリングされ、これにより、所望の剛性を与え、広がり部分の壁とアクチュエータ・リングに固定された金属アンカー取付部との間の断熱を提供する。
この解決法は、特に、質量の制限および断熱の増強のために、アクチュエータ・リングが熱構造複合材料、例えば炭素／炭素（Ｃ／Ｃ）複合材からなる場合に費用がかかる。加えて、アクチュエータ・リングが軸方向に平行移動すること、あるいは回転して移動することを防止する必要がある。広がり部分にねじ止めされたナットによってアクチュエータ・リングが平行移動することを防止できるが、これによって別の大寸法のパーツを追加することになる。
発明の目的および簡単な概要
本発明の目的は、大きな寸法および無視できない質量を有する高価な部品を使用する必要のないアンカー（anchor、固定もしくは取付）デバイスを提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、ノズルの正確な操縦性（steering）を保ち、ならびに、温度変化による膨張差にもかかわらずスラスタの操縦機能に応じるために、スラスタのミッションに亘って、アクチュエータ部材のアンカー点を適切な幾何学的な状態で維持するアンカー・デバイスを提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、ノズルとアクチュエータ部材のアンカー点との間に良好な断熱性を提供するアンカー・デバイスを提供することにある。
これらの目的は、アクチュエータ部材とのリンクを提供するための少なくとも一つの取付部と、取付部を広がり部分に取り付けるための取付手段とを含む、ノズルの広がり部分を操縦するアクチュエータ部材のためのアンカー・デバイスであって、取付手段が、広がり部分の壁に配置されて、保持されるように構成された少なくとも一つのインサートと、熱に由来する寸法の変化を補償するように構成された少なくとも一つの弾性変形可能なエレメントを含む固定手段とを含み、これにより、広がり部分に対して取付部を押圧する力を維持するデバイスによって達成することができる。
有利には、インサート（１つまたは複数）の各々が断熱材料、例えば熱構造複合材料（あるいは耐熱構造複合材料または高温構造複合材料）からなる。
本発明のアンカー・デバイスの特徴によれば、固定手段がスラスト（押圧）・エレメントを含み、スラスト・エレメントは、それと取付部との間で弾性変形可能なエレメント（１つまたは複数）の各々を圧縮するようにして、インサート（１つまたは複数）の各々に連結されている。
もう１つの特徴によれば、取付部と広がり部分の外面との間にスペーサーが挿入されている。スペーサーは、有利には、断熱材料からなる。
本発明のアンカー・デバイスの他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を読めば明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のアンカー・デバイスを備えるスラスタ・ノズルの縦方向（ｍｅｒｉｄｉａｎ）の半分の断面図である。
図２は、図１の面II−IIでのアンカー・デバイスの断面の拡大図である。
図３および４は、図２の面III−IIIおよびIV−IVでの断面図である。
実施形態の詳細な説明
図１は、広がり部分１２を含むノズル１０を示し、広がり部分１２はねじ止めなどでスロート（のど部）形成部１４に固定されている。常套の様式では、ノズルのスロートは、ノズルの軸Ａ上に位置する回転中心Ｃの周りでノズルがピボット（または旋回）できるように、可撓性の接合部を介してスラスタ（図示せず）の端部構造に連結される。広がり部分１２は、一般に複合材料からなる。特に、広がり部分１２は熱構造複合材料、例えば炭素／炭素複合材（炭素マトリックスで緻密化した炭素の繊維補強材を有する）またはセラミックマトリックス複合材（セラミックマトリックスで緻密化した、例えば炭素繊維またはセラミック繊維などの耐火性繊維補強材を有する）などからなっていてよい。
アクチュエータ部材のための複数のアンカー・デバイスが、広がり部分に取り付けられる。図１には１個だけのアンカー・デバイス２０を示す。ノズルを所望の向きに操縦するために、少なくとも２つのアンカー・デバイスが軸Ａの周囲の角度位置に１８０°以外の他の角度、例えば９０°の角度で互いに隔間して設けられる。
アンカー・デバイス２０は、壁の厚さが最も厚い位置で広がり部分に配置され、この最大厚さは、壁の厚さが連続的に増加することによるものである。
アクチュエータ部材１８の一方の端部１８ａとのピボット式リンクを提供するピン１６を支持するという連結の目的のために、各アンカー・デバイス２０は金属取付部２２を含む。図示した例では、アクチュエータ部材１８はピストン・アンド・シリンダー・デバイスであり、そのもう一方の端部１８ｂは、スラスタの本体に固定された支持体（図示せず）にピボット式で取り付けられている。
図２〜４に、アンカー・デバイス２０の現時点で好ましい実施態様をより詳細に示す。
取付部２２には実質的に矩形の基部（またはベース）２２ａが含まれ、ピン１６は、基部２２ａの中央部から突き出た２つのプレート２２ｂで支持される。基部２２ａの頂面には、環状凹部２２ｃがプレート２２ｂを取り囲んで形成されている。
金属リングで構成される弾性変形可能なエレメント２４が凹部２２ｃ内に配置される。リング２４は、環状凹部２２ｃの軸に対する法線とゼロでない角度を形成する円錐台形の面を有する。
リング２４の寸法および形状は、リングがフリーの状態にあるときに、リング２４の上縁部の一つ、例えばリングの外側縁部２４ａが、基部２２ａの面の上に突き出るように選択される。
リング２４は、基部２２ａの頂面に対して押圧されるカバープレートの形態を有するスラスト（または押圧）エレメント２６によって、凹部２２ｃの内側で圧縮される。このため、リング２４は、カバープレート２６に対して押圧する外側上縁部２４ａと、凹部２２ｃの底部にて基部２２ａに対して押圧する内側底縁部２４ｃとを有し、リングが弾性変形する。
取付部２２と広がり部分１２との間には、スペーサー２８が挿入されている。
カバープレート２６は取付部２２に対して押圧され、取付部２２はスペーサー２８と共に、ボルト３０およびナット３１によって広がり部分１２に対して押圧される。各ボルト３０は、広がり部分１２の壁に挿入され、締結されたインサート（または挿入物）３２に形成された歯が刻まれた部分または皿穴（ｃｏｕｎｔｅｒｓｕｎｋ）部分と係合する頭部３０ａを有し、ボルト３０のシャンク（または軸部）３０ｂは、スペーサー２８、基部２２ａ、およびカバープレート２６を貫通する。ナット３１は、シャンク３０ｂの端部と係合し、金属ワッシャー（または座金）３４を介してカバープレート２６を押圧する。
各々のインサート３２は、広がり部分１２の外面（外側面）からその厚さ方向に形成された止まりハウジング（blind housing）３６に収容された円筒形のパーツである。例えば、各インサートは各々のハウジング３６にねじ込まれ、また、接着される。各インサート３２の底部に配置されるカップ３８は、ボルトの頭部３０ａを覆う。
インサート３２は、広がり部分１２の外面からわずかに突き出し、スペーサー２８は、インサートの外面に向かって圧迫し、広がり部分の表面に対して隙間（またはクリアランス）Ｊを残す。
ペグ（または杭）４０、例えば２つのペグは、スペーサー２８および基部２２ａの接触面に形成された止まり穴（blind hole）に整列して受容される。他のペグ４２、例えば同様の２つのペグは、スペーサー２８および広がり部分１２の対向面に形成された止まり穴に整列して受容される。
操作時には、ノズルから放出されるガスによって、広がり部分１２の壁は著しく加熱される。この壁は、取付部を構成する金属材料と異なる熱膨張係数を有する複合材料からなる。従って、アンカー・デバイスのエレメント、特に取付部２２を、過剰な加熱から保護し、膨張差を補償することが必要である。また、アクチュエータ部材のアンカー点の位置での横滑りを回避し、これにより、ノズルの操縦における不正確さ、即ち意図した操縦方向からの逸れを回避するために、そのような膨張差にもかかわらず、取付部２２を広がり部分に向かって押圧し続けることが重要である。
従って、スペーサー２８の機能は、広がり部分１２から取付部２２を断熱することにある。スペーサー２８は、有利には、熱構造複合材料、例えば炭素／炭素（Ｃ／Ｃ）複合材またはセラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）からなる。スペーサー２８の断熱機能は、広がり部分１２の壁に面する面および基部２２ａに面する面に凹部（またはセットバック）２８ａおよび２８ｂを加工することによって強化できる。
ボルト３０およびナット３１は、好ましくは耐火性であり、熱膨張係数の小さな金属あるいは合金からなる。しかしながら、それらを広がり部分１２から断熱することが好ましい。この断熱は、頭部３０ａを保護するカップ３８と同様に、有利にはＣ／ＣまたはＣＭＣ複合材からなるインサート３２により提供される。
取付部２２、カバープレート２６、およびリング２４は、高温に耐える金属または合金、例えば、米国の会社であるＨａｙｎｅｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．（インディアナ州ココモ）から「Ｈａｙｎｅｓ（登録商標）ａｌｌｏｙ Ｎｏ． ７１８」として市販されるような「インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）（登録商標）」タイプの合金からなる。また、ワッシャー３４に同じ合金を用いることができる。他の耐火金属または合金も想定できる。
金属エレメントが膨張した場合でも、使用した構成は、リング２４に働く弾性的な予応力（プレストレス）のおかげで、広がり部分１２に向かって取付部２２を押圧しつづけることができる。即ち、リングは広がり部分に対して押圧する力を調節するように作用する。
ペグ４０、４２には、ボルト３０およびナット３１と同じまたは類似の材料を用いることができる。取付部２２に接続されたアクチュエータ部材によってノズルに操縦力が加えられた場合、ペグ４０、４２は、誘発されたスリップ・フォース（または滑動力）を伝達する。従って、これらは取付部２２またはスペーサー２８がスライドまたは回転することを防止する。加えて、ペグ４０、４２は、剪断力を吸収する（ｔａｋｅ ｕｐ）ことによって、ボルト３０にかかる応力を本質的に引張りだけであることを確保する。
スペーサー２８が直接に広がり部分の壁を押圧する代わりに、インサート３２を押圧することにより、インサートのねじ部に剪断力を制限することができる。
アンカー・デバイス２０が取り付けられる広がり部分１２の厚みがより大きいことは、アクチュエータ部材のスラスト部での剛性を増強させ、従って、ノズルの挙動およびノズルの操縦精度に悪影響を及ぼし得た変形を回避するように働く。
上述の実施態様は、いくつかの方法で改変することができる。従って、リング２４を、複数の弾性変形可能なエレメント、例えばボルト３０が通過する基部に形成された凹部に配置されたワッシャーで置換できる。また、広がり部分の壁に固定された単一のインサートにボルトの頭部をアンカリング（または固定）することができ、スペーサー２８をこのインサートに対して押圧することができる。

Claims (11)

1. アクチュエータ部材（１８）とのリンクを提供するための少なくとも一つの取付部（２２）と、取付部を広がり部分に取り付けるための取付手段とを含む、ノズルの広がり部分を操縦するアクチュエータ部材のためのアンカー・デバイスであって、取付手段が、
   断熱材料からなり、かつ広がり部分の壁内に配置および保持される少なくとも一つのインサート（３２）であって、アクチュエータ部材によって付与される操縦力が取付部を通じて加えられるインサートと、
   取付部を支え、かつ圧縮状態で保持される少なくとも一つの弾性変形可能なエレメント（２４）を含んで成り、これにより、取付け部が熱に由来する寸法変形に曝されるときに、広がり部分に対して取付部を押圧する力が維持される、固定手段と
   を含むことを特徴とする、デバイス。
2. １つまたは各々のインサート（３２）が複合材料からなる、請求の範囲第１項に記載のデバイス。
3. 固定手段がスラスト・エレメント（２６）を含み、スラスト・エレメント（２６）は、スラスト・エレメント（２６）と取付部（２２）との間で１つまたは各々の弾性変形可能なエレメントを圧縮するようにして、少なくとも１つのインサート（３２）に連結されている、請求の範囲第１または２項に記載のデバイス。
4. 少なくとも１つの弾性変形可能なエレメント（２４）が、取付部（２２）に形成された凹部（２２ｃ）内に配置されている、請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載のデバイス。
5. 取付部（２２）と広がり部分の壁との間に挿入されたスペーサー（２８）を含む、請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載のデバイス。
6. スペーサー（２８）が断熱材料からなる、請求の範囲第５項に記載のデバイス。
7. スペーサー（２８）が複合材料からなる、請求の範囲第６項に記載のデバイス。
8. スペーサー（２８）が１つまたは各々のインサート（３２）に載置されている、請求の範囲第５〜７項のいずれかに記載のデバイス。
9. 請求の範囲第１〜８項のいずれかに記載の少なくとも一つのアンカー・デバイスを備える広がり部分を有し、１つまたは各々のインサート（３２）が、広がり部分（１２）の領域であって、その壁の厚さが広がり部分の他の領域よりも大きい領域に配置されている、操縦可能ノズル。
10. 壁の厚さがより大きい領域が、厚さがより薄い隣接する領域と連続的につながっている、請求の範囲第９項に記載の操縦可能ノズル。
11. １つまたは各々のインサート（３２）が、広がり部分（１２）の壁内に形成されたハウジングの内側にねじ込まれおよび接着されている、請求の範囲第９または１０項に記載の操縦可能ノズル。

Images