JP4296425B2 - 飛翔体の操舵翼駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、飛翔体の操舵翼駆動装置に係わり、特に、限られた空間にアクチュエータを配置して操舵翼を操舵する機構に関する。

ジェット機はガソリンだけを自蔵し、これを燃焼させるに必要な酸素は大気中から取り入れるのに反して、ロケットは燃料とともに酸素をも自蔵しており、空気を必要としない。しかし、酸素を必要としないイオンロケット、プラズマロケットなどの電気式ロケット、あるいは原子力ロケットや光子ロケットのような原子核エネルギーを利用するロケットなどがある。いずれも後方に噴流を出してこの反動で前進し、宇宙空間を飛翔しうる推進機関をもった飛翔体である。そして、ロケットには研究用ロケット、観測用ロケット、ミサイル、輸送用ロケットおよび宇宙空間用ロケットなどがある。
図６に、飛翔体の構造を示す。多くの飛翔体は高速流体に適応した形状の筐体１６と、先端部に目的とする衛星装置１１などを搭載し、無線操縦装置１２で燃焼制御と操舵翼制御を行い、燃料部１３の燃料（固体燃料、液体燃料）を燃料送り装置、点火装置を介して、燃焼室１４で燃焼させ、燃焼噴流ガスをノズル１５から後方に排出させて、前方に推進させる。推進する方向を安定させるために筐体１６の後方周囲に尾翼を供え、複数個の固定翼９と操舵翼７、８が設けられ、推進させる方向を無線操縦装置１２を介して操舵翼駆動部１０を駆動し、操舵翼７、８を制御して目的とする方向に推進させる。この尾翼は空気層内で方向の安定を保つ作用をするが、真空の宇宙空間ではもちろん役に立たない。従って空気層を飛翔体が飛行する時の誘導方向を制御するために、飛翔体の操舵翼駆動装置が用いられる。機体およびエンジンの材料としては、鉄、鋼、ニッケル合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金が使用され、また、チタン合金やプラスチックも用いられる。

操舵翼７、８を駆動する操舵翼駆動部１０は、操舵翼７、８の近傍にアクチュエータを配置し、ギヤで操舵翼７、８を駆動している。そして、従来、油圧方式のアクチュエータが用いられていたが、近時、操作性や保守性に優れ、小型軽量である点などから、電子式のアクチュエータが要望され、採用されている。この電子式のなかにも、アナログ制御方式とデジタル制御方式があるが、最近のＣＰＵ技術の向上と高速化に伴い、操舵角度を直接デジタル値で送信、伝送可能なデジタル制御方式が、対環境ノイズ耐性、制御精度の面で優れているとの理由により主流となる。
デジタル制御方式において、操舵角制御系の制御利得は、ある一定の値に設定されており、操舵翼７、８は一般に操舵角度が大きくなるほど空気抵抗や空圧などにより受ける反力が増大し、翼駆動のために必要な駆動力も増大する。このような特性を考慮したとき、反力が最も大きい状態で翼を適正に駆動しえるように、制御利得は翼の操舵角度が大きいときの値に準拠して定められている。操舵角度が小さく高い精度が要求されるときの翼のハンチング現象を好適に解消する飛翔体の操舵装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２２３４９７号公報 （第３頁、第１図）

従来の飛翔体の操舵翼駆動機構は以上のように構成されているが、操舵翼駆動部１０のアクチュエータから操舵翼７、８への駆動は、アクチュエータを操舵翼７、８の近傍に配置して、ギヤを用いて行われる。操舵翼７、８は筐体１６の後方の尾翼に設けられ、方向制御のために複数の固定翼９の後方の箇所に設けられる。飛翔体の筐体１６の中央空間は推進用のノズル１５が占有し、その外周にアクチュエータを設置する空間が無い場合は、筐体１６の外側にアクチュエータを設置しなければならない。全ての操舵翼７、８にアクチュエータを外部に配置すると航空力学的に推進力の大きな損失になるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、操舵翼を駆動するアクチュエータ機構の設置場所に自由度を与え、航空力学的に損失の少ない飛翔体の操舵翼駆動装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の飛翔体の操舵翼駆動装置は、操舵翼とその操舵翼を操舵軸で駆動する電動アクチュエータを備えた飛翔体の操舵翼駆動装置において、モータの回転を出力軸の軸芯方向変位に変換して出力しその軸芯方向が飛翔体軸芯方向に平行にして飛翔体外周部に設置された電動アクチュエータと、飛翔体外周部に回動可能に設けられた円筒状枠体と、一方の電動アクチュエータの出力にて円筒状枠体の軸芯方向に垂直な軸芯の周りに搖動する駆動側搖動レバーと、駆動側搖動レバーの先端が円筒状枠体に穿設した駆動側案内溝に係合しこの搖動レバーの搖動にて円筒状枠体が回動する機構と、円筒状枠体の軸芯に対し垂直な方向の支軸に搖動し先端が円筒状枠体に穿設した従動側案内溝に係合している従動側搖動レバーと、他方の電動アクチュエータの出力にて円筒状枠体の軸芯に対して垂直な方向の操舵軸に回転を伝動する回転伝動機構と、従動側搖動レバーの搖動にて操舵軸に回転を伝動する回転伝動機構とからなるものである。

本発明の飛翔体の操舵翼駆動装置は上記のように構成されており、飛翔体の外周部に回動可能な円筒状枠体を設け、その円筒状枠体の外周に電動アクチュエータを並設する。一方の電動アクチュエータの出力にて、円筒状枠体の軸芯方向に垂直な軸芯の周りに搖動する駆動側搖動レバーを設け、その先端に円筒状枠体に穿設した駆動側案内溝に係合して搖動レバーの搖動によって円筒状枠体を回動させる。そして、円筒状枠体の軸芯に対し垂直な方向の支軸で搖動し先端が円筒状枠体に穿設した従動側案内溝に係合している従動側搖動レバーを設け、その従動側搖動レバーの搖動にて操舵軸に回転を伝動する回転伝動機構を設ける。また、他方の電動アクチュエータの出力にて、円筒状枠体の軸芯に対して垂直な方向の操舵軸に回転を伝動する回転伝動機構を設ける。

本発明の飛翔体の操舵翼駆動装置は上記のように構成されており、駆動源の電動アクチュエータが筐体周囲の任意の位置に配置でき、その動力伝達が筐体軸上で回動できる円筒状枠体を介して、操舵翼に伝達されるので、電動アクチュエータの位置と操舵翼の位置は離れていてもよく、電動アクチュエータの配置について自由に設定できる。従来の技術では電動アクチュエータは操舵翼の近傍しか配置できなかったが、本発明では円筒状枠体を用いたリンク機構により電動アクチュエータの駆動力を操舵翼に伝えることができ電動アクチュエータの配置場所に自由度を与えることができた。
これにより、空力特性の悪化を最小限に抑えつつ、飛翔体内部に推進器用の空間を設ける（エンベロープ要求）ことができる。

本操舵翼駆動機構は、電動アクチュエータの配置場所を自由に設計して、円筒状枠体を用いたリンク機構により駆動力を操舵翼に伝えることができる飛翔体の操舵翼駆動装置を実現した。

本発明の飛翔体の操舵翼駆動装置の１実施例を、図１、図２、図３を参照しながら説明する。図１は本発明の飛翔体の操舵翼駆動装置を搭載した飛翔体を示し、図２は飛翔体の操舵翼駆動装置の斜視図を示し、図３は本発明の飛翔体の操舵翼駆動装置の駆動伝達機構を示す図である。
本発明の飛翔体の操舵翼駆動装置は、モータ１ａ、２ａの回転を出力軸の軸芯方向変位に変換して出力しその軸芯方向が飛翔体軸芯方向に平行にして飛翔体外周部に設置されたアクチュエータ１、２と、飛翔体外周部に回動可能に設けられた円筒状枠体５と、一方のアクチュエータ１の出力にて円筒状枠体５の軸芯方向に垂直な軸芯の周りに搖動する駆動側の搖動レバー１ｄと、駆動側の搖動レバー１ｄの先端が円筒状枠体５に穿設した駆動側の案内溝５ａに係合しこの搖動レバー１ｄの搖動にて円筒状枠体５が回動する機構と、円筒状枠体５の軸芯に対し垂直な方向の支軸に搖動し先端が円筒状枠体５に穿設した従動側の案内溝５ｂに係合している従動側の搖動レバー４ｂと、他方のアクチュエータ２の出力にて円筒状枠体５の軸芯に対して垂直な方向の操舵軸３に回転を伝動する回転伝動機構と、従動側の搖動レバー４ｂの搖動にて操舵軸４に回転を伝動する回転伝動機構とから構成される。

本発明の飛翔体の操舵翼駆動装置と従来の操舵翼駆動装置と異なるところは、従来の装置が、図６に示すように、操舵翼駆動部１０のアクチュエータがそれぞれ操舵翼７、８の近傍に配置され、ギヤを用いて操舵しており、飛翔体の筐体１６の中央空間は推進用のノズル１５が占有しているので、その外周の狭い空間にアクチュエータが設置される。これに対し本飛翔体の操舵翼駆動装置は、飛翔体の外周部に回動可能な円筒状枠体５を設け、その円筒状枠体５の外周にアクチュエータ１、２を並設し、一方のアクチュエータ１の出力にて、円筒状枠体５の軸芯方向に垂直な軸芯の周りに搖動する駆動側の搖動レバー１ｄを設け、その先端に円筒状枠体５に穿設した駆動側の案内溝５ａに係合して搖動レバー１ｄの搖動によって円筒状枠体５を回動させる。そして、円筒状枠体５の軸芯に対し垂直な方向の支軸で搖動し先端が円筒状枠体５に穿設した従動側の案内溝５ｂに係合している従動側の搖動レバー４ｂを設け、その従動側の搖動レバー４ｂの搖動にて操舵軸４に回転を伝動している。また、他方のアクチュエータ２の出力にて、円筒状枠体５の軸芯に対して垂直な方向の操舵軸３に回転を伝動している。
この装置の機構によってアクチュエータ１、２の配置を任意に設定することができ、空力特性の損出を最小限に抑えつつ、飛翔体内部に推進器用の空間を設ける（エンベロープ要求）ことができる。

次に、本発明の飛翔体の操舵翼駆動装置の構成各部について説明する。
飛翔体は、図１に示すように、高速流体に適応した形状の筐体１６ａと、先端部に目的とする衛星装置１１などを搭載し、無線操縦装置１２で燃焼制御と操舵翼制御を行い、燃料部１３ａの燃料（固体燃料、液体燃料）を燃料送り装置、点火装置を介して、燃焼室１４ａで燃焼させ、燃焼噴流ガスをノズル１５ａから後方に排出させて前方に推進させる。推進する方向を安定させるために、操舵翼７ａ、操舵翼８ａが設けられ、無線操縦装置１２を介してアクチュエータ部１７を駆動し、操舵翼７ａ、８ａを制御して目的とする方向に推進させる。駆動伝達方法は、ノズル１５ａの外周に回動可能な円筒状枠体５が設けられ、その外周の任意の位置にアクチュエータ部１７（図３に示す２個のアクチュエータ１、２）が設けられる。一方のアクチュエータ１で円筒状枠体５を介して操舵軸４を駆動し操舵翼８ａを操舵し、他方のアクチュエータ２で操舵軸３を駆動し、操舵翼７ａを操舵する。
アクチュエータ部１７は、図２に示すように、円筒上取付枠１８の周囲に２個のアクチュエータ１、２が並設され、アクチュエータ１は、円筒状取付枠１８内に回動可能に設けられた円筒状枠体５を搖動させ、円筒状枠体５に設けられた案内溝５ｂに係合されたリンク棒４ｅを搖動させる。そして、リンク棒４ｅが搖動することにより操舵軸４が駆動される。また、アクチュエータ２は、操舵軸３を駆動する。
アクチュエータ１は、図３に示すモータ１ａの回転が、ボールねじ１ｂとナット１ｃによって上下動に変換され、ナット１ｃに係合し固定支軸３ａに水平に回転可能に取付けられた駆動側の搖動レバー１ｄが、アクチュエータ１の回転に応じて搖動する。
円筒状枠体５は、図２に示す円筒状取付枠１８の内側に設けられ、図３に示す回動案内機構６ａ、６ｂ上をスライド回転する。円筒状枠体５の円周上に案内溝５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが設けられ、搖動レバー１ｄの先端に設けられたリンク棒１ｅが、案内溝５ａに係合され、アクチュエータ１の作動により搖動レバー１ｄが搖動してリンク棒１ｅが搖動すると、円筒状枠体５が回動案内機構６ａ、６ｂ上を回動する。そして、案内溝５ｂに係合されたリンク棒４ｅが搖動する。案内溝５ｃ、５ｄはさらにもう一対の別のアクチュエータを設けることができる溝である。
従動側の搖動レバー４ｂは、円筒状枠体５の軸芯に対し垂直な方向の固定支軸４ａに回転可能に設けられ、先端が円筒状枠体５に穿設した従動側の案内溝５ｂに係合するリンク棒４ｅを有する。そして、従動側の搖動レバー４ｂの搖動にて操舵軸４が回転する。
アクチュエータ２は、図３に示すモータ２ａの回転が、ボールねじ２ｂとナット２ｃによって上下動に変換され、ナット２ｃに係合し固定支軸３ａに水平に回転可能に取付けられた搖動レバー２ｄが、アクチュエータ２の回転に応じて搖動する。そして、円筒状枠体５の軸芯に対して垂直な方向の操舵軸３に回転を伝動する。

次に、本飛翔体の操舵翼駆動装置の動作について、図３を参照しながら説明する。
図１に示す無線操縦装置１２からの信号によってアクチュエータ１のモータ１ａが回転制御され、ナット１ｃがボールねじ１ｂの回転により上下動する。ナット１ｃに係合する搖動レバー１ｄが固定支軸３ａに水平に支えられナット１ｃの上下動に応じて回転する。
搖動レバー１ｄの先端に設けられたリンク棒１ｅが円筒状枠体５の案内溝５ａに係合されているので、円筒状枠体５がリンク棒１ｅの搖動に応じて回動案内機構６ａ、６ｂ上を回動する。
円筒状枠体５の円周上に設けられた案内溝５ｂに搖動レバー４ｂの先端のリンク棒４ｅが係合されており、固定支軸４ａに支えられ回転可能な搖動レバー４ｂがリンク棒４ｅの搖動によって回転し、連結された操舵軸４が操舵される。
また、図１に示す無線操縦装置１２からの信号によってアクチュエータ２のモータ２ａが回転制御され、ナット２ｃがボールねじ２ｂの回転により上下動する。ナット２ｃに係合する搖動レバー２ｄが固定支軸３ａに水平に支えられナット２ｃの上下動に応じて回転し、連結された操舵軸３が操舵される。
上記の機構により、アクチュエータ１は円筒状枠体５を介して反対側に設けられた操舵軸４を操舵し、アクチュエータ２は近傍の操舵軸３を操舵する。これにより一箇所にアクチュエータ１、２を配置して、他の空間に推進に必要な他の機器類を配置することができ、有効に空間を使用して、航空力学的にコンパクトな形状に製作することができる。

上記の実施例では、アクチュエータ１の駆動力を、円筒状枠体５を介して操舵軸４に伝達する機構について説明したが、円筒状枠体５の案内溝５ａ、５ｂ以外に適宜に案内溝を設けてその案内溝の位置で操舵翼を駆動することができる。
図４に、２つのアクチュエータ１、２を円筒状枠体２５の周囲に設け、操舵軸３に対し他方の操舵軸２０を９０°の方向に配置した図を示す。これによりアクチュエータ１と操舵軸２０の位置は、円筒状枠体５の円周の任意の位置に設定することができる。
図５に、ノズル１５ａの外側の円筒状枠体２６の周囲に、アクチュエータ１、２により駆動される操舵翼８ａと操舵翼７ａに、さらに、アクチュエータ２１、２２により駆動される操舵翼２３と操舵翼２４を設けた配置図を示す。この場合円筒状枠体２６を上下に２個設けて行われる。このように環状空間２７にアクチュエータ１、２、２１、２２を設け、４箇所で操舵することもできる。
また、一つのアクチュエータ１で複数の操舵軸４を同時に操舵することもできる。
また、上記の実施例では、飛翔体の筐体１６ａで説明したが、これに限らず、方向舵翼を操作する推進物体の操舵に本機構を適用することができる。

本発明は、飛翔体の操舵翼駆動装置に利用され、特に、限られた空間にアクチュエータを配置して操舵翼を操舵する装置に用いられる。

本発明の飛翔体の操舵翼駆動装置の１実施例を示した説明図である。 本発明の飛翔体の操舵翼駆動装置の駆動部の斜視図を示した説明図である。 本発明の飛翔体の操舵翼駆動装置の駆動機構を説明するための図である。 本発明の飛翔体の操舵翼駆動装置の他の実施例を示した説明図である。 本発明の飛翔体の操舵翼駆動装置の他の実施例を示した説明図である。 従来の飛翔体の構造を説明するための図である。

符号の説明

１、２ アクチュエータ
１ａ、２ａ モータ
１ｂ、２ｂ ボールねじ
１ｃ、２ｃ ナット
１ｄ、２ｄ、４ｂ 搖動レバー
１ｅ、４ｅ リンク棒
３、４、２０ 操舵軸
３ａ、４ａ 固定支軸
５、２５、２６ 円筒状枠体
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 案内溝
６ａ、６ｂ 回動案内機構
７、７ａ、８、８ａ、２３、２４ 操舵翼
９ 固定翼
１０ 操舵翼駆動部
１１ 衛星装置
１２ 無線操縦装置
１３、１３ａ 燃料部
１４、１４ａ 燃焼室
１５、１５ａ ノズル
１６、１６ａ 筐体
１７、２１、２２ アクチュエータ部
２７ 環状空間

Claims (1)

1. 操舵翼とその操舵翼を操舵軸で駆動する電動アクチュエータを備えた飛翔体の操舵翼駆動装置において、モータの回転を出力軸の軸芯方向変位に変換して出力しその軸芯方向が飛翔体軸芯方向に平行にして飛翔体外周部に設置された電動アクチュエータと、飛翔体外周部に回動可能に設けられた円筒状枠体と、一方の電動アクチュエータの出力にて円筒状枠体の軸芯方向に垂直な軸芯の周りに搖動する駆動側搖動レバーと、駆動側搖動レバーの先端が円筒状枠体に穿設した駆動側案内溝に係合しこの搖動レバーの搖動にて円筒状枠体が回動する機構と、円筒状枠体の軸芯に対し垂直な方向の支軸に搖動し先端が円筒状枠体に穿設した従動側案内溝に係合している従動側搖動レバーと、他方の電動アクチュエータの出力にて円筒状枠体の軸芯に対して垂直な方向の操舵軸に回転を伝動する回転伝動機構と、従動側搖動レバーの搖動にて操舵軸に回転を伝動する回転伝動機構とからなる飛翔体の操舵翼駆動装置。

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