JP5142197B2

JP5142197B2 - 人工衛星用推薬タンク

Info

Publication number: JP5142197B2
Application number: JP2007319296A
Authority: JP
Inventors: 千秋鎌倉
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2027-12-11
Also published as: JP2009143250A

Description

本発明は、地球周回軌道上等の微小重力環境下で用いられる人工衛星用推薬タンクに関する。

地球周回軌道上等の微小重力環境下では、タンク等に収容された液体は地上のように自然に重力作用側に偏在することがない。
このため、人工衛星に搭載された例えば姿勢制御用スラスタに用いられる推薬タンクは、収容する液体（推薬）を捕捉して排出口に導く捕捉構造が設けられているとともに、推薬と反応しない不活性の押圧ガスを排出口とは反対側から圧入することにより、捕捉構造により捕捉した推薬を排出口から排出するように構成されている。

上記捕捉構造を備えた人工衛星用推薬タンクとして、特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１に開示された人工衛星用推薬タンクは、中空のタンクシェルの内部に捕捉構造体を配設した構成のものである。
捕捉構造体は、下部に排出ポート金具を固定したトラップ容器の外周に、前記タンクシェルの内面に沿って延出した弧状のベーンを周方向に複数配設されてなるものである。
特開２００２−１３７７９９号公報

しかし、上記従来の人工衛星用推薬タンクは、トラップ容器に固定した排出ポート金具をタンクシェルに貫通した状態で、そのトラップ容器の下部の外周面をタンクシェルの内周面に当接させて接合設置している。
すなわち、特許文献１に記載されている従来のものは、特定構造のタンクシェルへの溶接等による接合を想定した構造にしているために、既に開発されているタンクシェルへの推薬捕捉体の取り付け及び取り外しが難しいものである。
また、シェルを新規開発する場合であっても、溶接による接合構造であると推薬捕捉体の取り付け及び取り外しが難しいことも上記と同様である。

そこで本発明は、既に開発されているタンクシェルへの推薬捕捉体の取り付け及び取り外しを可能とすることができるとともに、部品の共通化を図ることができる人工衛星用推薬タンクの提供を目的としている。

上記課題を解決するための本発明は、内部に貯留している推薬を外部に排出するための排出ポートを殻壁に固定したタンクシェル内に、推薬を収集捕捉するための収集捕捉材を捕捉用容器に固定した推薬捕捉体を配している人工衛星用推薬タンクであって、上記排出ポートには複数の螺合孔が形成され、それらの螺合孔を介して螺合部材により上記推薬捕捉体を螺合連結しているとともに、その螺合部材を推薬捕捉体側から排出ポートに螺合するための螺合用空処を上記捕捉用容器の一部に設けており、推薬捕捉体には、上記螺合部材を挿入するための挿入孔が各螺合孔に対向して形成された連結用板に捕捉用容器が載置固定され、かつ、上記捕捉用容器の各螺合孔に対向する位置に上記螺合用空処が設けられ、タンクシェルは中空の球殻体であり、捕捉用容器は、上記タンクシェルの球心を通る仮想直径線を中心とした放射状に複数の推薬収集室を形成することにより、それら隣接する推薬収集室間に螺合用空処を区画形成し、かつ、推薬収集室は、外周部から内周部に向けて次第に間隔が狭くなる扇形に区画形成されている。

本発明によれば、タンクシェルの殻壁に固定された排出ポートの螺合孔に、捕捉用容器の一部に設けた螺合用空処を介して螺合部材を螺入することにより、推薬捕捉体を排出ポートに螺合連結することができる。これにより、既に開発されているタンクシェルへの取り付け及び取り外しを可能とすることができるとともに、部品の共通化を図ることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る人工衛星用推薬タンクを透視して示す全体斜視図、図２は、下側分割体と推薬捕捉体の平面図、図３は、上側分割体を取り除いた推薬捕捉体の内部の拡大平面図、図４は、上側分割体を取り除いた推薬捕捉体の斜視図である。

本発明の一実施形態に係る人工衛星用推薬タンク（以下、たんに「推薬タンク」という。）Ａは、タンクシェル１０に推薬捕捉体３０を内設したものであり、図示しない人工衛星の姿勢制御や軌道制御に用いられる。

タンクシェル１０は、半球殻形の上側分割体１１と、同じく半球殻形の下側分割体１２とを連結した所定の容量からなる中空の球殻体であり、そのタンクシェル１０の球心Ｏを通る仮想直径線Ｄが殻壁１１ａと交差する上側の位置と、その仮想直径線Ｄが殻壁１２ａと交差する下側の位置に開口１３と開口１４をそれぞれ形成している。

上側の開口１３には吸入ポート１５を、また、下側の開口１４には排出ポート１６をそれぞれ配設している。
なお、上記した「上側」，「下側」という文言は、図示している位置関係を示すためのものであり、上記地球周回軌道上等においては「一側」，「他側」と言い換えることができる。
吸入ポート１５は、推薬と反応しない不活性の押出ガスをタンクシェル１０内に圧入するためのものであり、上記した開口１３に例えば溶接等により固定された平面視円形の取付け盤１７の上面に、連結管１８を周壁１９ａに固定した円筒形の突出部１９を一体に形成したものである。

排出ポート１６は、タンクシェル１０の内部に充填された推薬を排出させて図示しないスラスタに供給するためのものであり、上記した開口１４に例えば溶接等により固定された平面視円形の取付け盤２０の下面に、連結管２３を周壁２１ａに固定した円筒形の突出部２１を一体に形成したものである。
本実施形態においては、図４に示すように、取付け盤２０に螺合孔である４つのねじ孔２２…が互いに９０度間隔で同一円周上に形成されている。なお、ねじ孔の数は４つに限るものではなく、例えば３つ若しくは５つ以上としてもよいことは勿論である。

次に、推薬捕捉体３０について説明する。
推薬捕捉体３０は、連結用板３２、捕捉用容器３４、及びその捕捉用容器３４に突設された４枚の収集捕捉材としてのベーン３５…を有している。
連結用板３２は平面視円形に形成されており、これには、螺合部材であるボルト３１を挿入するための挿入孔３３…が、上記ねじ孔２２…に対向して形成されている。具体的には、ボルト３１を挿入するための挿入孔３３…が、仮想直径線Ｄを中心とする一の円周上に９０度間隔で複数形成されている。

捕捉用容器３４は、推薬を内部に捕捉して排出ポート１６に導くための捕捉構造物５０（図３，４参照）を内設したものであり、図２，３に示すように、平面視において上記した連結用板３２よりも大きな外径になっている。
上記の捕捉用容器３４は、連結用板３２のタンクシェル１０内に臨む一面（図示上面）３２ａに取り付けられた下側器体３６と、これと平面視において同形の上側器体３７とを溶接により固定連結したものである。換言すると、捕捉用容器３４は、連結用板３２に載置されている。
なお、下側器体３６と上側器体３７とは溶接等により固定連結することに限らず、例えばボルトによる締結構造としてもよい。

まず、下側器体３６について説明する。
下側器体３６は、仮想直径線Ｄを中心とし、かつ、上記挿入孔３３と９０度の位相差をもって４つの推薬収集部３８…を平面視略十字形にして形成することにより、隣接する推薬収集部３８，３８間に、推薬捕捉体３０側からボルト３１を挿入するための扇形の螺合用空処αを区画形成している。換言すると、平面視において、上記連結用板３２の挿入孔３３が螺合用空処αにおいて露出するようにしている。
このように、螺合用空処αを有してボルト結合していることにより、殻壁１２ａを共通化することができる。
なお、本実施形態においては、上記の螺合用空処αを扇形に形成しているが、他の形状にしてもよい。

推薬収集部３８は、仮想直径線Ｄを中心とする所定の角度をなす側辺縁３９，３９、これら側辺縁３９，３９の外端部３９ａ，３９ａ間を仮想直径線Ｄを中心とした円周に沿って曲成された外周辺縁４０、及び隣接する推薬収集部３８の側辺縁３９，３９の内端部３９ｂ，３９ｂどうしをつなぐ所定曲率の内辺縁４１によって略扇形の輪郭に形成した底壁４２に、外周側壁４３、各側壁４４，４４、及び内辺側壁４５を連成することにより形成されている。
すなわち、推薬収集部３８は、側壁４４，４４が、外周部から内周部に向けて次第に間隔が狭くなる扇形に区画していることにより、後述するベーン３５によって収集捕捉された推薬を捕捉構造物５０に捕捉させやすくしている。

各内辺側壁４５には、図１，４に示すように、タンクシェル１０内の推薬を捕捉用容器３４内に導入するための導入孔４５ａがそれぞれ形成されている。

下側器体３６の底壁４２には、仮想直径線Ｄを中心とした平面視円形の多孔板５５が配設されており、その多孔板５５には、排出ポート１６に連通する多数の連通孔５６…が複数の円周上に等角度間隔で形成されている。
また、上記底壁４２には仮想直径線Ｄを中心とした一円周上に、タンクシェル１０内の推薬を捕捉用容器３４内に導入するための３つの導入孔４２ａ…が一定の間隔で穿設されている。

螺合用空処αは、挿入孔３３にボルト３１を挿入する作業を行うのに十分な大きさのものであり、隣接する側壁４４，４４及び内辺側壁４５によって、外周部から挿入孔３３が位置する内周部に向けて次第に間隔が狭まる平面視略Ｕ字形に区画されている。

次に、上側器体３７について説明する。
上側器体３７は、上記下側器体３６と同じ輪郭の平面視略十字形に形成していることにより、隣接する推薬収集部４６，４６間に、平面視において上記と同一の螺合用空処αを区画形成している。換言すると、螺合用空処αにおいて、上記連結用板３２の挿入孔３３が平面視において露出するようにしている。

推薬収集部４６の上壁４７は、仮想直径線Ｄを中心とする所定の角度をなす側辺縁４８，４８と、これら側辺縁４８，４８の外端部４８ａ，４８ａ間を仮想直径線Ｄを中心とした円周に沿って曲成された外周辺縁４９、及び隣接する推薬収集部４６の側辺縁４８，４８の内端部４８ｂ，４８ｂどうしをつなぐ所定曲率の内辺縁５４によって輪郭が形成されており、それら各辺縁に外周側壁５１、各側壁５２，５２、及び内辺側壁５３を連成することにより、上側器体３７側の推薬収集部４６が形成されている。

捕捉用容器３４は、上記した多孔板５５の連通孔５６…は排出ポート１６に連通しており、従って、タンクシェル１０内部に貯留されている推薬は、それら連通孔５６…から排出ポート１６を通じて外部に排出されるようになっている。
本実施形態においては、上側器体３７と、下側器体３６とを連結することにより、それら各推薬収集部３８と推薬収集部４６とにより推薬収集室５７を区画形成している。

多孔板５５には、仮想直径線Ｄに一致して円筒形の導出管６０が立設されているとともに、その導出管６０の周壁６０ａには、多数の連通孔６１…が形成されているとともに、仮想直径線Ｄを中心とし、かつ、各推薬収集部３８の中心軸線Ｏ１，Ｏ２に一致した４枚の第一の捕捉片６２…と、それら各第一の捕捉片６２間に所定の角度間隔で８枚の第二の捕捉片６３…とが突設されている。
導出管６０の連通孔６１は、捕捉用容器３４内に流入した推薬を排出ポート１６に導出（流出）するためのものである。

第一の捕捉片６２は、詳細を後述するベーン３５が収集捕捉し、推薬収集部３８内に導入した推薬を導出管６０に収集するように、推薬収集部３８の外周側壁４３に近接する長さにして形成されている。
一方、第二の捕捉片６３は、推薬収集部３８内に貯留している推薬を導出管６０に向けて捕捉誘導するものであり、その開放端部６３ａを推薬収集部３８の側辺縁３９の内端部３９ｂに近接させた長さにしている。

ベーン３５は、推薬を収集捕捉して推薬収集部３８に導入するためのものであり、各推薬収集部３８の中心軸線Ｏ１，Ｏ２に一致するように、これの基端部が上記した推薬収集部３８の外周側壁４３に固定されていることにより、捕捉用容器３４を中心として等間隔（９０度間隔）で４枚設けられている。

各ベーン３５は、所定厚さの薄板によってタンクシェル１０の殻壁１２ａの内周面に沿う所定幅で先細りの弧状に形成されており、その外縁は殻壁１２ａの内周面と所定の隙間を有し、また、先端は所定の位置まで延出して形成されている。

上記の構成からなる推薬タンクＡの動作は、次のとおりである。
捕捉用容器３４を含むタンクシェル１０内に充填貯留されている推薬は、吸入ポート１５から供給される押出ガスに押圧され、タンクシェル１０内から底壁４２の導入孔４２ａや各内辺側壁４５の導入孔４５ａを介して捕捉用容器３４内に流入した後に、導出管６０の連通孔６０ａ及び多孔板５５の連通孔５６を通じて排出ポート１６から排出される。

微小重力環境下では、推薬はその表面張力によってタンクシェル１０の殻壁１１ａ，１２ａの内周面及び推薬捕捉体３０に付着して位置し、推薬の排出に伴ってタンクシェル１０の中央に押出ガス領域が広がるが、推薬がさらに減少すると、推薬はベーン３５によって捕捉されて当該ベーン３５とその周囲の殻壁１２ａの内壁面の間に保持されるとともに、ベーン３５に沿って捕捉用容器３４の推薬収集部３８，４６に向かって流れ、押出ガスの圧力によって、底壁４２の導入孔４２ａや各内辺側壁４５の導入孔４５ａを通じて捕捉用容器３４内に移動する。
これにより、タンクシェル１０内に推薬が残存している限り、捕捉用容器３４内は常に推薬が充たされた状態を保つものである。

このようにして、タンクシェル１０内の推薬を気液分離した状態で余すことなく捕捉用容器３４に移動させることができる。ここで、ベーン３５は、その方向を本推薬タンクＡから推薬を供給するスラスタの方向に一致させることで、当該スラスタを駆動することで生ずる加速度の作用による推薬の移動によって効率良く推薬を捕捉できる。

捕捉用容器３４内の推薬は、タンクシェル１０内に推薬が残存して当該捕捉用容器３４内に充満している状態では、導出管６０の連通孔６０ａ及び多孔板５５の連通孔５６を通じて直接外部に排出されるが、排出が進行してタンクシェル１０内が空となるとともに捕捉用容器３４内の残存量が少なくなると、その表面張力によって捕捉用容器３４内の第一，第二の捕捉片６２，６３に捕捉された状態になって導出管６０の連通孔６０ａ及び多孔板５５の連通孔５６から外部に排出できるために、捕捉用容器３４内に残存している推薬も効率よく排出することができるものである。

なお、本発明は上記した実施形態に限らず、次のような変形実施が可能である。
上記した実施形態においては、４つの推薬収集部を平面視略十字形に形成した例について説明したが、３又は５以上の推薬収集部を形成する場合には、それらの推薬収集部を上記タンクシェルの球心を通る仮想直径線を中心とした放射状に形成することにより、それら隣接する推薬収集部間に螺合用空処を区画形成した構成にしてもよい。

上記した実施形態においては、収集捕捉材として４枚のベーン３５を例として説明したが、ベーンに限るものではなく、例えばメッシュを形成した部材を採用することもできる。
上記した実施形態においては、捕捉用容器を中心とした等角度間隔で４枚のベーンを配設した例について説明したが、その配設位置及び数はこれに限らず適宜増減変更可能なものであり、また、ベーンの長さについても衛星の仕様によって設定すればよい。

さらに、上記した実施形態において、推薬と押出ガスとを気液分離するメッシュ部材を、上記した多孔板に重ね合わせた構成にして、押出ガスの捕捉用容器内への侵入を防ぐようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る人工衛星用推薬タンクを透視して示す全体斜視図である。下側分割体と推薬捕捉体の平面図である。上側分割体を取り除いた推薬捕捉体の拡大平面図である。上側分割体を取り除いた推薬捕捉体の斜視図である。

符号の説明

１０タンクシェル
１１ａ，１２ａ殻壁
１６排出ポート
２２螺合孔
３０推薬捕捉体
３１螺合部材（ボルト）
３２連結用板
３４捕捉用容器
３５収集捕捉材（ベーン）
５０捕捉構造物
５７推薬収集室
６０導出管
６２第一の捕捉片
６３第二の捕捉片
α 螺合用空処

Claims

内部に貯留している推薬を外部に排出するための排出ポートを殻壁に固定したタンクシェル内に、推薬を収集捕捉するための収集捕捉材を捕捉用容器に固定した推薬捕捉体を配している人工衛星用推薬タンクであって、
上記排出ポートには複数の螺合孔が形成され、それらの螺合孔を介して螺合部材により上記推薬捕捉体を螺合連結しているとともに、その螺合部材を推薬捕捉体側から排出ポートに螺合するための螺合用空処を上記捕捉用容器の一部に設けており、
推薬捕捉体には、上記螺合部材を挿入するための挿入孔が各螺合孔に対向して形成された連結用板に捕捉用容器が載置固定され、かつ、上記捕捉用容器の各螺合孔に対向する位置に上記螺合用空処が設けられ、
タンクシェルは中空の球殻体であり、
捕捉用容器は、上記タンクシェルの球心を通る仮想直径線を中心とした放射状に複数の推薬収集室を形成することにより、それら隣接する推薬収集室間に螺合用空処を区画形成し、かつ、推薬収集室は、外周部から内周部に向けて次第に間隔が狭くなる扇形に区画形成されていることを特徴とする人工衛星用推薬タンク。
各推薬収集室毎に、収集捕捉材が固定されている請求項１に記載の人工衛星用推薬タンク。
推薬を排出ポートに導出するための多数の連通孔を形成した筒形の導出管に、収集捕捉材によって収集捕捉した推薬を推薬収集室内に導入して導出管に収集するための複数の第一の捕捉片と、これら第一の捕捉片により捕捉用容器内に導入された推薬を導出管に収集するための複数の第二の捕捉片とを突設してなる捕捉構造物を、捕捉用容器内に配設している請求項１又は２に記載の人工衛星用推薬タンク。
収集捕捉材がベーンである請求項１〜３のいずれか１項に記載の人工衛星用推薬タンク。