JP5216804B2 - 携帯用誘導弾の射出及び分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯用誘導弾の射出及び分離装置に関する。

誘導弾は、発射管の内部に装着され、発射信号により発射管から発射されるように構成される。
携帯用誘導弾の場合、射手と誘導弾との距離が近接しているので、誘導弾の発射過程でロケットモータの排気火炎により射手が負傷する可能性がある。その危険性を排除するために、誘導弾が発射管から射出され一定距離以上移動した後にロケットモータに点火するのが普通である。誘導弾を射出する装置としては、小型の射出用ロケットモータを使用するのが最近の傾向である。これは、射出による反動力を低減できる最も簡単な方法であるためである。このような射出用ロケットモータは、運搬時などのいかなる取り扱い環境下でも誘導弾が発射されるまでは誘導弾にしっかり固定されていなければならず、射出機能を果たしてからは誘導弾の重量の減少のために誘導弾から分離されることが好ましい。

射出装置を誘導弾から分離させるための分離装置の代表的な例として、ＰＡＤ（Propellant Actuated Device）がある。ＰＡＤは、火薬や推進剤を燃焼させることにより生成された圧力を分離ピストン運動に変換するように構成されている。しかし、この装置は、構成が非常に複雑で高価であり、別途の火薬と点火装置などを必要とするという問題がある。

分離装置の他の例としては、機構的な方式を採用した装置がある。この方式の分離装置は、誘導弾と射出装置を結合する複数の部品からなる。これらの部品は、誘導弾が射出されるときに発射管と機構的に干渉を起こして射出装置が分離されるようにする。しかし、この方式の構成は、簡単であるが、発射管との干渉により過度な衝撃力が射手に伝達されるという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みて提案されたものであり、本発明の目的は、構成が簡単であり、別途の分離装置を備えずに誘導弾を射出させた後に誘導弾から分離できる携帯用誘導弾の射出及び分離装置を提供することにある。

前述したような課題を解決するために、本発明による携帯用誘導弾の射出及び分離装置は、前記誘導弾の後尾に締結ネジにより固定できるように構成された装置固定部と、同心状の外部燃焼管及び内部燃焼管を含み、前記内部燃焼管には点火装置が装着され、前記外部燃焼管と前記内部燃焼管との間の空間には推進剤を備える燃焼室及び該燃焼室の燃焼ガスを放出させるノズルが配置されるように構成されたフレームユニットと、前記フレームユニットに対して相対移動可能に設置されるピストンを備え、流入した前記燃焼ガスの一部により形成された圧力で前記締結ネジを破断できる外力を提供できるように構成されたピストンユニットと、を含み、前記内部燃焼管には、前記点火装置が設置された点火室と前記燃焼室を連通する第１ホールと、前記燃焼室と前記ピストンユニットを連通する第２ホールと、がそれぞれ形成され、前記誘導弾からの早期分離を防止するために、前記推進剤の燃焼完了の際に、前記推進剤の燃焼による推力の方向と反対方向に作用する前記外力が前記推力より大きくなり、前記推進剤の燃焼完了後に、前記ピストンが前記誘導弾を加圧して前記締結ネジを破断し、前記誘導弾を押し出すように構成し、前記第２ホールは、前記ピストンユニットに流入した燃焼ガスが前記燃焼室に逆流するとき、少なくとも前記締結ネジを破断させるために必要な最小限の外力を提供できる程度の遅延時間で逆流するようなサイズに形成されように構成される。

本発明の一例として、前記第１ホール及び前記第２ホール間には前記点火室と前記ピストンユニットを分断する隔壁が形成される。
本発明の一例として、前記装置固定部は、前記誘導弾の後尾部に挿入されて半径方向に配置された前記締結ネジにより固定できるように形成され、その終端が前記誘導弾の後端面より突出するように形成される連結リングと、前記外部燃焼管の先端部に固定され、前記誘導弾の後端面及び前記連結リングの終端間に配置される支持部材と、前記連結リングの終端及び前記支持部材間に圧縮支持されて前記フレームユニットを前記誘導弾方向に付勢するスプリングとを含む。

本発明の一例として、前記ノズルは、円周方向に沿って複数配置される。
本発明の一例として、前記ピストンユニットは、前記ピストンが相対移動できるように前記内部燃焼管の内周面に形成され、前記第２ホールに連通するシリンダ部と、前記シリンダ部の先端部に配置され、移動した前記ピストンのさらなる移動を制限する移動制限リングとを含む。

本発明の射出及び分離装置は、別途の分離装置を備えずに２つの機能、すなわち、射出機能と分離機能を同時に満たすことができる。外部は射出用ロケットモータであり、内部は分離に必要な部品を配置した構造を採択することで、誘導弾における配置空間と重量を最小化することができる。そして、本発明の射出及び分離装置は、推進剤が燃焼している間ではなく、推進剤の燃焼が完了した後に分離を行うことができるため、推力を誘導弾に完全に伝達することができる。
本発明の一例によれば、スプリングが適用された誘導弾と射出及び分離装置の連結構造により衝撃や落下などの環境条件で有利になる。

本発明の一例によれば、多重ノズルを採択して排気火炎を短くすることができるため、より小さい室内空間でも誘導弾発射が可能である。

本発明に係る射出及び分離装置の詳細構成を示す断面図である。 締結ネジの剪断及び分離の原理を示すグラフである。 図１の射出及び分離装置の動作後の状態を示す動作状態図である。

以下、本発明に係る携帯用誘導弾の射出及び分離装置を添付した図面に基づいて詳細に説明する。
本発明に係る誘導弾の射出及び分離装置の特徴は、独特の環状構造を採択することにより射出用ロケットモータと分離装置を統合して一体型に構成した点にある。すなわち、外部は射出用ロケットモータであり、内部は分離に必要なピストンとシリンダからなる。誘導弾射出は、射出用ロケットモータが燃焼して生成する推力により行われ、分離は射出用ロケットモータの燃焼の完了時にピストン及びシリンダが相対移動することにより生成された力が締結ネジを剪断することにより行われる。このような動作方式及び構造により配置空間と重量を最小化することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る携帯用誘導弾の射出及び分離装置の詳細構成を示す断面図である。
図１を参照すると、射出及び分離装置１００は、誘導弾１に当該射出及び分離装置１００を固定するための装置固定部１１０、射出のための推力を発生できるように形成された射出用ロケットモータとしての機能を有するフレームユニット１３０、並びに誘導弾１と当該射出及び分離装置１００との分離のための力を提供するピストンユニット１４０を含む。

装置固定部１１０は、複数の締結ネジ１１３により誘導弾１の後尾部３に装着され、連結リング１１４、支持部材１１１、スプリング１１２などを含む。
連結リング１１４は、誘導弾１の後尾部３に挿入されて半径方向に配置された締結ネジ１１３により固定できるように形成される。この連結リング１１４が誘導弾１の軸方向に外力を受けると、締結ネジ１１３に剪断力が加えられ、締結ネジ１１３が一定値以上の剪断力を受けると、締結ネジ１１３が破断して連結リング１１４が誘導弾１から分離される。

連結リング１１４の終端は誘導弾１の後端面より突出するように形成されてスプリング１１２の装着空間を提供する。誘導弾１の後端面及び連結リング１１４の終端間には支持部材１１１が配置される。支持部材１１１は、後述する外部燃焼管１３１の先端部に固定される。
連結リング１１４の終端及び支持部材１１１間にはスプリング１１２が圧縮支持される。このようなスプリング１１２は、フレームユニット１３０を誘導弾１側に付勢して、誘導弾１のネジ孔２と連結リング１１４のネジ孔を整列させるための遊びを提供するとともに、射出及び分離装置１００を常に誘導弾１側に押すため、外部の衝撃や落下などにより締結ネジ１１３が剪断することを防止する。

フレームユニット１３０は、同心状の外部燃焼管１３１と内部燃焼管１３２を含む。外部燃焼管１３１及び内部燃焼管１３２間の空間は燃焼室１３５を形成し、燃焼室１３５内には推進剤１３４が設置される。燃焼室１３５の後尾には燃焼室１３５の燃焼ガスを放出させるノズル１３６が配置される。このようなノズル１３６は、円周方向に複数配置されてもよい。このような多重ノズルは、単一ノズルに比べて排気火炎を短くすることができるので、狭い空間又は室内でも発射できるという利点がある。

内部燃焼管１３２には、点火装置、すなわち、起爆装置１２１と点火器１２２が設置される。
ピストンユニット１４０は、内部燃焼管１３２の先端部に装着され、ピストン１４１と、ピストン１４１が軸方向に相対移動できるように内部燃焼管１３２の内周面に形成されるシリンダ部１４２と、を含む。このピストンユニット１４０は、流入した燃焼ガスの一部により形成された圧力で締結ネジ１１３を破断できる外力を提供できるように構成される。シリンダ部１４２と点火室１２５とは隔壁１３８により分断される。

接続ケーブル１２１ａ、１２１ｂに点火のための電源が印加されると、起爆装置１２１と点火器１２２が動作する。点火ガスは、点火室１２５と燃焼室１３５とを連通する第１ホール１３２ａから燃焼室１３５に流入して推進剤１３４を点火、燃焼させる。推進剤１３４の燃焼ガスがノズル１３６から放出されて推力が発生して誘導弾１を前方に押す。この過程で、燃焼室１３５のガスの一部はピストンユニット１４０に流入して圧力を形成し、この圧力により締結ネジ１１３が剪断されることにより射出装置１００が分離される。

本実施形態の第１の特徴は、締結ネジ１１３の剪断に必要な力を得る方法とその時点にある。剪断に必要な力は、内部燃焼管１３２に形成され、燃焼室１３５とシリンダ部１４２とを連通する第２ホール１３２ｂから流入した燃焼ガスの一部を利用して得る。すなわち、別途の推進剤や火薬を使用しない。流入した燃焼ガスは圧力を形成するため、ピストン１４１及びシリンダ部１４２間に相対運動（相対移動）を誘発する力を生成する。この力の強度は、シリンダ部１４２の断面積を変化させて調節する（断面積に応じて定める）ことができる。射出用ロケットモータの燃焼初期、すなわち、推進剤１３４の燃焼初期には、シリンダ部１４２を後ろに押す力は推力により抑制されるので、締結ネジ１１３を剪断するのに十分な程度に発達しない。このために、ピストン１４１とシリンダ部１４２の端部は接している。しかし、推進剤１３４の燃焼末期には、推力が急激に低下して力の均衡が崩れる。

図２は、締結ネジの剪断及び分離の原理を示すグラフである。図２は、時間による力の変化の様子を示す。力Ｆ１は、射出用ロケットモータの燃焼、すなわち、推進剤１３４の燃焼による推力であり、力Ｆ２は、ピストンユニット１４０により発生する力である。この２つの力の方向は反対である。ピストン１４１が誘導弾１の後端面に接しているため、力Ｆ２は、シリンダ部１４２を後ろに押して締結ネジ１１３を剪断する方向に作用する。燃焼初期に、力Ｆ２は、第２ホール１３２ｂから流入する燃焼ガスによる圧力により形成されるため、徐々に増加し、その強度は力Ｆ１より小さい（Ａ）。従って、力Ｆ２は、反対方向の力Ｆ１により抑制されるため、締結ネジ１１３を剪断するのに必要な相対運動は起こらない。燃焼ガス流入によって圧力が上昇し続けると、力Ｆ２が力Ｆ１と同一になり（Ｂ）、その後も圧力が上昇し続けると、力の強度が逆転してＦ２＞Ｆ１の条件となる（Ｃ）。しかし、推力に打ち勝った力Ｆ２が締結ネジ１１３を剪断できるほどには十分でないため、直ちに締結ネジ１１３が剪断されるわけではない。しかし、射出用ロケットモータの燃焼が完了すると、推力は急激に消滅するのに対して、ピストンユニット１４０による力は徐々に消滅する（Ｄ）。これは、第２ホール１３２ｂから燃焼ガスが逆流する、即ち、圧力が低下するのに時間がかかるためである。この差により力の均衡は崩れる。すなわち、推力消滅により２つの力の差（Ｆ２−Ｆ１）が急に大きくなると、締結ネジ１１３が剪断され、相対運動が起こる。これは、射出装置と誘導弾との分離を意味する。このような条件を満たす第２ホール１３２ｂは、燃焼室１３５内の燃焼ガスがなくなってピストンユニット１４０に流入した燃焼ガスが燃焼室１３５に逆流するとき、少なくとも締結ネジ１１３を破断させるために必要な最小限の外力を提供できる程度の遅延時間で逆流できるサイズに形成される。

図３は、図１の射出及び分離装置の動作後の状態を示す動作状態図である。図３は、分離された後の本発明の射出及び分離装置を示す図である。これは、ピストン１４１とシリンダ部１４２の相対運動により締結ネジ１１３が剪断されて誘導弾と分離されている状態である。
分離が起こる時点は重要である。射出用ロケットモータが燃焼している間、すなわち、推進剤１３４が燃焼している間に分離が行われると、射出用ロケットモータの推力が誘導弾１に完全に伝達されない可能性がある。従って、分離は、できれば射出用ロケットモータの燃焼が完了した後に起こったほうがよい。本発明の分離装置は、このような条件を満たすことができる。

シリンダ部１４２の先端部には、移動したピストン１４１のさらなる移動を制限する移動制限リング１４３が設置される。すなわち、射出装置１００の分離後も複数の部品に分散するのではなく、全ての部品が１つの塊となって分離されるように構成されている。ピストン１４１とシリンダ部１４２の相対運動は、移動制限リング１４３により距離が制限される。移動制限リング１４３の役割は、ピストン１４１が相対運動により離脱することを防止して射出装置１００と１つの塊で分離されるようにする。

なお、上記実施形態では、締結ネジ１１３を誘導弾１の後尾部３に半径方向に配置し、誘導弾１の軸方向の外力によって剪断力を加えることにより締結ネジ１１３を破断している。しかし、このような破断方法に限らず、例えば、締結ネジ１１３を誘導弾１の軸方向に配置し、誘導弾１の軸方向の外力によって引張応力を加えることにより締結ネジ１１３を破断するようにしてもよい。

前述したような携帯用誘導弾の射出及び分離装置は、前述した実施形態の構成及び方法に限定されるものではない。前記実施形態は、多様な変形ができるように各実施形態の全部又は一部を選択的に組み合わせて構成することもできる。

１ 誘導弾
３ 後尾部
１００ 射出及び分離装置
１１０ 装置固定部
１１１ 支持部材
１１２ スプリング
１１３ 締結ネジ
１２１ 起爆装置
１２２ 点火器
１３０ フレームユニット
１３１ 外部燃焼管
１３２ 内部燃焼管
１３２ａ 第１ホール
１３２ｂ 第２ホール
１３４ 推進剤
１３５ 燃焼室
１３６ ノズル
１４０ ピストンユニット
１４１ ピストン
１４２ シリンダ部
１４３ 移動制限リング

Claims (5)

1. 誘導弾を射手から一定距離射出させた後に前記誘導弾から分離できるように構成された携帯用誘導弾の射出及び分離装置において、
   前記誘導弾の後尾に締結ネジにより固定できるように構成された装置固定部と、
   同心状の外部燃焼管及び内部燃焼管を含み、前記内部燃焼管には点火装置が装着され、前記外部燃焼管と前記内部燃焼管との間の空間には推進剤を備える燃焼室及び該燃焼室の燃焼ガスを放出させるノズルが配置されるように構成されたフレームユニットと、
   前記フレームユニットに対して相対移動可能に設置されるピストンを備え、流入した前記燃焼ガスの一部により形成された圧力で前記締結ネジを破断できる外力を提供できるように構成されたピストンユニットとを含み、
   前記内部燃焼管には、前記点火装置が設置された点火室と前記燃焼室を連通する第１ホールと、前記燃焼室と前記ピストンユニットを連通する第２ホールと、がそれぞれ形成され、
   前記誘導弾からの早期分離を防止するために、前記推進剤の燃焼完了の際に、前記推進剤の燃焼による推力の方向と反対方向に作用する前記外力が前記推力より大きくなり、前記推進剤の燃焼完了後に、前記ピストンが前記誘導弾を加圧して前記締結ネジを破断し、前記誘導弾を押し出すように構成し、
   前記第２ホールは、前記ピストンユニットに流入した燃焼ガスが前記燃焼室に逆流するとき、少なくとも前記締結ネジを破断させるために必要な最小限の外力を提供できる程度の遅延時間で逆流するようなサイズに形成されることを特徴とする、携帯用誘導弾の射出及び分離装置。
2. 前記第１ホール及び第２ホール間には前記点火室と前記ピストンユニットを分断する隔壁が形成されることを特徴とする請求項１に記載の携帯用誘導弾の射出及び分離装置。
3. 前記装置固定部は、
   前記誘導弾の後尾部に挿入されて半径方向に配置された前記締結ネジにより固定できるように形成され、その終端が前記誘導弾の後端面より突出するように形成される連結リングと、
   前記外部燃焼管の先端部に固定され、前記誘導弾の後端面及び前記連結リングの終端間に配置される支持部材と、
   前記連結リングの終端及び支持部材間に圧縮支持されて前記フレームユニットを前記誘導弾方向に付勢するスプリングと、
   を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の携帯用誘導弾の射出及び分離装置。
4. 前記ノズルは、円周方向に沿って複数配置されることを特徴とする請求項２に記載の携帯用誘導弾の射出及び分離装置。
5. 前記ピストンユニットは、
   前記ピストンが相対移動できるように前記内部燃焼管の内周面に形成され、前記第２ホールに連通するシリンダ部と、
   前記シリンダ部の先端部に配置され、移動した前記ピストンのさらなる移動を制限する移動制限リングと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の携帯用誘導弾の射出及び分離装置。

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