JP5105881B2

JP5105881B2 - 二次元低重力環境模擬装置

Info

Publication number: JP5105881B2
Application number: JP2007003138A
Authority: JP
Inventors: 忠司足立
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-01-11
Also published as: JP2008168760A

Description

本発明は、宇宙空間や小惑星の表面及びその近傍といった低重力環境で使用する機器の開発において、二次元の低重力環境を模擬的に得るのに利用される二次元低重力環境模擬装置に関するものである。

宇宙空間等の低重力環境で使用する機器は、その開発において、人工的に得た低重力環境で実際に作動させ、物理的な特性などを検証することが行われている。一般に、低重力環境を人工的に得る手段としては、非特許文献１に記載されているように、ロケット弾道飛行、航空機自由落下及び落下塔などが周知である。

ところで、上記した低重力環境を得る手段は、三次元の低重力環境が得られるものの、大掛りな設備と多額の費用がかかるうえに、低重力環境を得られる時間が短いという問題がある。そこで、対象となる機器が、例えば、物体を分離したり放出したりすることで一方向に力が発生するようなものである場合には、その方向のみの低重力環境すなわち二次元の低重力環境が得られれば、諸特性の実質的な検証が可能である。

そこで、二次元の低重力環境を模擬的に得る装置としては、図２に示すように、上面に多数の噴射孔１０１を規則的に配置した基盤１０２と、供試体（機器）Ａを載置する支持板１０３を用い、基盤１０２の各噴射孔１０１から空気を噴射して支持板１０３とともに供試体Ａを僅かに浮揚させるものや、図３に示すように、充分な長さを有する吊り索１１０で供試体Ａを吊り下げるものがあった。これらの模擬装置では、供試体Ａを水平方向へ自由に移動可能にすることで、水平方向（二次元）の低重力環境が模擬的に得られることとなる。
『第２版・航空宇宙工学便覧』丸善、平成４年９月３０日、ｐ．１０８１

しかしながら、上記したような従来の二次元低重力環境模擬装置において、空気で供試体を浮揚させるものでは、支持板に対する供試体の位置決めが非常に難しく、供試体の重心が僅かでも偏移していると、支持板が基盤に接触して摩擦力が増大し、良好な二次元の低重力環境が得られないという問題点があった。

また、吊り索で供試体を吊り下げるものでは、吊り索の振れ角αが大きくなると、横加速度が増大して二次元低重力の状態が崩れるため、吊り索の振れ角αが小さい供試体すなわち発生する力（移動量・反力）が小さい供試体に限られる。また、供試体の重心に偏りがあると、力の発生する方向と振れ方向を一致させるのが難しくなり、良好な二次元の低重力環境が得られないうえに、供試体が回転し易いことから、供試体の姿勢を安定させることが非常に困難であるという問題点があった。

このように、従来の二次元低重力環境模擬装置では、供試体の姿勢を安定させるのが難しく、良好な二次元の低重力環境が得られないことがあるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、供試体の姿勢を安定させることが容易であって、供試体に対して良好な二次元の低重力環境を得ることができる二次元低重力環境模擬装置を提供することを目的としている。

本発明の二次元低重力環境模擬装置は、上面を水平で滑らかな滑走面とした基盤と、滑走面上で全方位に走行自在な移動台車を備え、基盤が、滑走面を形成する滑走板を備えると共に、滑走板が、表面を平滑にしたガラス板、金属板、及び石板のいずれかであり、滑走面には、低粘性潤滑剤が塗布してあり、移動台車は、ハニカム板から成る供試体載置用の支持板の下面に複数の脚部を備えると共に、各脚部に、金属製の走行用ボールがその一部を下向きに露出させた状態で回転自在に収容してある構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の二次元低重力環境模擬装置は、基盤の滑走板すなわちガラス板、金属板、及び石板のいずれかから成る滑走板の滑走面に塗布した低粘性潤滑剤と、走行台車の金属製の走行用ボールとの相互作用により、滑走面と走行台車との間の摩擦力が非常に小さいものとなり、供試体の作動により一方向に力が発生すると、その反力で移動台車とともに供試体が自由に移動する。つまり、供試体にとっては、力の発生方向である水平方向に二次元の低重力環境が得られることとなる。

本発明の二次元低重力環境模擬装置は、供試体が発生する力の大きさや供試体の重心位置に左右されることなく、供試体の姿勢を安定させることができ、滑走面と走行台車の間に生じる摩擦力を極めて小さいものにして、供試体に対して水平方向の低重力環境すなわち二次元の低重力環境を良好に得ることができる。また、支持板にハニカム板を採用して移動台車を軽量化することで、二次元の低重力環境に対する移動台車の質量の影響を極力回避することができる。

本発明の二次元低重力環境模擬装置は、上面を水平で滑らかな滑走面とした基盤と、滑走面上で全方位に走行自在な移動台車を備えており、基盤の滑走面には低粘性潤滑剤が塗布してある。また、移動台車は、供試体載置用の支持板に、例えば３個又は４個程度（その数はとくに限定されない）の複数の走行用ボールを備えたものとなっている。

このように、二次元低重力環境模擬装置は、構造が比較的簡単で小型化や低コスト化を実現し易いものであるうえに、基盤の滑走面上で全方位に走行可能な移動台車を採用したことで、供試体の姿勢を安定させることが容易であり、供試体に発生する力の方向と水平方向とを一致させることも簡単である。

また、二次元低重力環境模擬装置は、低粘性潤滑剤と走行用ボールの相互作用により、滑走面と移動台車との間に生じる摩擦力を極めて小さくすることができ、摩擦力が小さくなるほどより正確で良好な二次元の低重力環境をもたらすこととなる。このとき、当該二次元低重力環境模擬装置は、とくに、移動台車に走行用ボールを採用しているので、滑走面に対する移動台車の接触面積が最小限となり、摩擦力のさらなる低減を実現して、より良好な二次元の低重力環境を得ることができる。

さらに、二次元低重力環境模擬装置は、基盤自体の上面を水平で滑らかな滑走面に形成することも可能であるが、より簡単な構成でより滑らかな滑走面を得る構成として、基盤が、滑走面を形成する滑走板を備えた構成とし、とくに、滑走板に、表面を平滑に且つ厚さを均一に形成したガラス板、金属板、及び大理石の石板などの硬質の板を用いることにより、滑走面と移動台車との間の摩擦力をさらに低減して、より良好な二次元の低重力環境を得ることができる。

さらに、二次元低重力環境模擬装置は、より好ましい実施形態として、移動台車が、支持板の下面に複数の脚部を備えると共に、各脚部に、走行用ボールがその一部を下向きに露出させた状態で回転自在に収容してある構成とすることができ、この際、支持板にハニカム板を採用して移動台車を軽量化することで、二次元の低重力環境に対する移動台車の質量の影響を極力回避することができ、また、金属製の走行用ボールを採用することで、滑走面と移動台車との間の摩擦力をさらに低減して、より良好な二次元の低重力環境を得ることができる。

そしてさらに、本発明の二次元低重力環境模擬装置は、とくに一方向や一回転方向に力が発生する供試体を対象とした二次元の低重力環境試験方法に適用することができる。このとき、供試体の姿勢は、力が発生する方向又は軸回り方向を水平方向とする。当該二次元低重力環境模擬装置を用いた低重力環境試験方法によれば、試験を低コストで非常に容易に且つ正確に行うことができると共に、繰り返し行うことも容易であり、これに従来既知の航空機自由落下や落下塔による三次元低重力環境試験を組み合わせれば、三次元低重力環境試験の回数を減らしても正確な検証が可能となり、三次元低重力環境試験の事前試験としても非常に有用である。

次に、図面に基づいて、本発明の二次元低重力環境模擬装置の一実施形態をより具体的に説明する。

図１（ａ）に示す二次元低重力環境模擬装置は、上面を水平で滑らかな滑走面１とした基盤２と、滑走面１上で全方位に走行自在な移動台車１０を備え、滑走面１には、低粘性潤滑剤３が塗布してある。

図示例の基盤２は、例えば光学機器の配設等に用いられる光学定盤であって、下側の複数箇所に水平調整機構４を備えており、その上面を正確な水平状態に調整して維持することができる。また、図示例の基盤２は、上側に滑走板５が重合してあって、これにより上面を水平で滑らかな滑走面１としており、とくに、滑走板５として表面が滑らかなガラス板を用いることで、移動台車１０との間の摩擦力をより小さいものにしている。

なお、滑走板５には、表面が平滑で且つ厚さが均一なものを用いるので、この滑走板５を基盤２に重合した状態で水平な滑走面１が得られるが、場合によっては、基盤２の水平調整機構４を操作して、滑走板５の滑走面１が正確な水平になるように調整することも可能である。

さらに、滑走板５の滑走面１に塗布する低粘性潤滑剤３は、好適なものとして、例えば、呉工業株式会社の『ＣＲＣ５−５６（商品名）』を用いることができる。これにより、ガラス板から成る滑走板５と相俟って、より滑らかで低摩擦の滑走面１を実現する。

移動台車１０は、図１（ｂ）及び（ｃ）にも示すように、供試体Ａを載置するための支持板１１を備えると共に、支持板１１の下面の四隅に脚部１２が設けてあり、各脚部１２には、走行用ボール１３を回転自在に設けてある。これにより、移動台車１０は、車輪の旋回軸を有するキャスターを用いた場合に比べて、全方位へ円滑に移動することができると共に、滑走面１との接触面積を最小限にしている。また、移動台車１０は、各脚部１２に水平調整機構を設けて、支持板１１の上面が水平になるように調整し得る構成にしても良い。

支持板１１は、その材質がとくに限定されるものではないが、ハニカム板で構成してあって、これにより充分な機械的強度を確保したうえで移動台車１０を軽量化し、二次元の低重力環境に対する移動台車１０の質量の影響が極力小さくなるようにしている。

また、走行用ボール１３は、その材質がとくに限定されるものではないが、滑走板５に塗布した低粘性潤滑剤とによる摩擦力低減の相互作用をより高めるために、金属製のものを用いており、各脚部１２において、その一部を下向きに露出させた状態で回転自在に収容されており、簡単な構成により移動台車１０を全方位に走行可能にしている。

上記構成を備えた二次元低重力環境模擬装置は、宇宙空間や小惑星の表面及びその近傍といった低重力環境（無重力環境を含む）で使用する機器、とくに物体を分離したり放出したりすることで一方向に力が発生するような機器を供試体Ａとし、移動台車１０において、力の発生方向が水平方向となるように位置決めされ、供試体Ａを作動させてその際の物理的な特性などを検証する。

このとき、当該二次元低重力環境模擬装置は、移動台車１０を用いているので、供試体Ａを安定した姿勢に維持することができると共に、低粘性潤滑剤３を塗布した滑走面１と移動台車１０の走行用ボール１３との間の摩擦力が非常に小さいので、供試体Ａを作動させると、その反力によって供試体Ａとともに移動台車１０も自由に移動する。つまり、供試体Ａに対してその力が発生する方向すなわち水平方向（二次元）の低重力環境が良好に得られたものとなる。

また、当該二次元低重力環境模擬装置は、構造が比較的簡単で安価に作製することが可能であり、様々な供試体に対して繰り返し実験を行うことも極めて容易である。さらに、供試体Ａは、一方向に直線的な力が発生するものだけでなく、滑走面１に対して垂直な軸線回りに回転するような動作をするものにも当然適用可能である。そしてさらに、基盤２上に複数の移動台車１０を設け、これらの移動台車１０に互いに関連する機器を搭載して実験を行うことも可能である。

なお、本発明の二次元低重力環境模擬装置は、その構成の細部が上記の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその構成を適宜変更することができる。

本発明の二次元低重力環境模擬装置の一実施形態を説明する側面図（ａ）、移動台車の側面図（ｂ）及び移動台車の底面図（ｃ）である。従来の二次元低重力環境模擬装置を説明する側面図である。従来の二次元低重力環境模擬装置の他の例を説明する側面図である。

符号の説明

１滑走面
２基盤
３低粘性潤滑剤
５滑走板
１０移動台車
１１支持板
１２脚部
１３走行用ボール

Claims

上面を水平で滑らかな滑走面とした基盤と、滑走面上で全方位に走行自在な移動台車を備え、
基盤が、滑走面を形成する滑走板を備えると共に、滑走板が、表面を平滑にしたガラス板、金属板、及び石板のいずれかであり、
滑走面には、低粘性潤滑剤が塗布してあり、
移動台車は、ハニカム板から成る供試体載置用の支持板の下面に複数の脚部を備えると共に、各脚部に、金属製の走行用ボールがその一部を下向きに露出させた状態で回転自在に収容してあることを特徴とする二次元低重力環境模擬装置。