JP5626768B2 - 飛翔体 - Google Patents

Description

本発明は、例えばロケット弾等の飛翔体に関する。

従来、この種の飛翔体として、非特許文献１に開示された構成のものがある。
非特許文献１に記載された飛翔体は、誘導多連装ロケットシステム（ＧＭＬＲＳ：Gaided Multiple launch rocket system）であり、弾頭前端部に４つの操舵翼を、また、後端部のロケットモータに折り畳み安定翼をそれぞれ配するとともに、その弾頭内部に、目標位置に誘導するための地球測位システム（ＧＰＳ）を内蔵したものである。

Jane's Armor and Artillery, 2008-2009, Edited by Christopher Foss, pages 1026

しかしながら、上記非特許文献１に記載した飛翔体では、これに設けられている４つの操舵翼を発射当初から飛翔体の外部に突出させているので、空気抵抗が大きくなって飛翔距離を縮めてしまうとともに、それらの操舵翼の操舵のみによっては飛翔軌道の修正等には限界がある。

そこで本発明は、飛翔距離を延伸させられることを主たる課題とし、さらに、命中精度を向上させられる飛翔体の提供を副たる課題としている。

本発明に係わる飛翔体は、発射筒から発射され、目標位置に向けて飛翔する飛翔体において、飛翔体の軸線に直交する直径線上に、自己の飛翔姿勢を制御するための操舵可能な前翼を有し、前翼を配置した直径線に直交する直径線上に、前翼よりも大型で且つ飛翔距離を延伸させられる揚力を生じる翼面積を備えるとともに操舵可能に支持された飛翔距離延伸用翼を、飛翔体内の収容位置から飛翔体外の開翼位置に変位可能に配設している。
翼操舵手段は、開翼判定手段が飛翔距離延伸用翼を開翼させると判定するまでの間、前翼を操舵してヨー方向及びピッチ方向の姿勢を制御し、その後、開翼した飛翔距離延伸用翼とともに前翼を操舵することを特徴とする飛翔体。

また、上記飛翔体は、飛翔距離延伸用翼を開翼するための開翼機構を有し、所定の開翼条件に基づき、飛翔距離延伸用翼を開翼させるか否かを判定する開翼判定手段と、飛翔距離延伸用翼を開翼させると判定したときには、飛翔距離延伸用翼を開翼機構を介して開翼する開翼手段とを有している。

さらに、上記飛翔体は、飛翔距離延伸用翼を操舵するための翼操舵部が設けられており、自己の飛翔軌道及び飛翔姿勢が、飛翔開始前に予め算出した基準軌道及び基準姿勢の各許容範囲内となるように、開翼した飛翔距離延伸用翼を翼操舵部を介して操舵する翼操舵手段を有している。

さらに、上記飛翔体は、翼操舵手段が、開翼判定手段が飛翔距離延伸用翼を開翼させると判定するまでの間、前翼を操舵してヨー方向及びピッチ方向の姿勢を制御し、その後、開翼した飛翔距離延伸用翼とともに前翼を操舵することを特徴としている。
さらに、上記の飛翔体は、開翼機構が、収容位置から開翼位置に向けて、飛翔距離延伸用翼を段階的に移動させることを特徴としている。

本発明の飛翔体及びその制御方法によれば、自己の飛翔姿勢を制御するための操舵可能な前翼と、前翼よりも大型で且つ飛翔距離を延伸させられる揚力を生じる翼面積を備えた飛翔距離延伸用翼とを有し、飛翔距離延伸用翼を飛翔体内の収容位置から飛翔体外の開翼位置に変位可能に配設し、飛翔距離延伸用翼を開翼させるまでの間、前翼を操舵してヨー方向及びピッチ方向の姿勢を制御し、その後、開翼した飛翔距離延伸用翼とともに前翼を操舵するので、飛翔距離延伸用翼を開翼させるまでの間は空気抵抗を低減し、その後、開翼した飛翔距離延伸用翼による滑空能力が得られるので、飛翔距離を延伸させられる。

本発明によれば、所定の開翼条件に基づき、飛翔距離延伸用翼を開翼させるか否かを判定し、飛翔距離延伸用翼を開翼させると判定したときには、飛翔距離延伸用翼を開翼機構を介して開翼するので、飛翔距離をより確実に延伸させることができる。

本発明によれば、自己の飛翔軌道及び飛翔姿勢が、飛翔開始前に予め算出した基準軌道及び基準姿勢の各許容範囲内となるように、開翼した飛翔距離延伸用翼を操舵するので、命中精度を向上させることができる。

本発明によれば、自己の飛翔姿勢を制御するための操舵可能な前翼を有しており、翼操舵手段は、飛翔距離延伸用翼とともに前翼を操舵するので、命中精度をより向上させることができる。

本発明によれば、収容位置から開翼位置に向けて、飛翔距離延伸用翼を段階的に移動させることにより、飛翔状況によって飛翔距離延伸用翼を段階的に移動させることができ、空気抵抗を効果的に抑えて、飛翔距離を延伸させることができる。

本発明の一実施形態に係る飛翔体を示すものであり、（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る飛翔体の外観を示す斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）に包囲線Ｉで示す部分における飛翔距離延伸用翼を収容位置に変位させているときの部分拡大図であり、（Ｃ）は、その正面図である。 本発明の一実施形態に係る飛翔体を示すものであり、（Ａ）は、その飛翔体の外観を示す斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）に包囲線Ｉで示す部分における飛翔距離延伸用翼を開翼位置に変位させているときの部分拡大図、（Ｃ）は、その正面図である。 図１，２に包囲線Ｉで示す部分に相当する概略平断面図である。 開翼動作を示すフローチャートである。 本発明に係るロケット弾が発射されてから着弾するまでの飛翔経路を示す説明図であり、従来技術Ｉ，ＩＩとともに対比して示している。

以下に、本発明を実施するための形態について、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飛翔体を示すものであり、（Ａ）は、その飛翔体の外観を示す斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）に包囲線Ｉで示す部分における飛翔距離延伸用翼を収容位置に変位させているときの部分拡大図であり、（Ｃ）は、その正面図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係る飛翔体を示すものであり、（Ａ）は、その飛翔体の外観を示す斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）に包囲線Ｉで示す部分における飛翔距離延伸用翼を開翼位置に変位させているときの部分拡大図、（Ｃ）は、その正面図である。さらに、図３は、図１，２に包囲線Ｉで示す部分に相当する概略平断面図である。

本発明の一実施形態に係る飛翔体の一例であるロケット弾Ａは、例えば多連装ロケットランチャ（図示しない）から発射され、目標位置に向けて飛翔するものであり、それは、弾頭部１０の後部にロケットモータ部２０を連結してなるものである。

弾頭部１０は、前半部を尖頭形にし、かつ、後半部を一定の直径にした筒体１１内に、弾頭（図示しない）を収容したものであり、これの外周面１１ａには、軸線Ｏ１を通る直径線Ｌ１上に操舵可能な２つの前翼１２，１２が配設されている。
なお、後述する図４，５においては、前翼をカナード翼と記している。

また、図１，２の各（Ｃ）に示すように、軸線Ｏ１を通りかつ直径線Ｌ１に直交する直径線Ｌ２上には、後述する飛翔距離延伸用翼１４，１４の筒体１１外への移動を許容するための翼用孔１３，１３が軸線Ｏ１に沿う長い横長にして形成されている。

翼用孔１３，１３の奥部には、飛翔距離延伸用翼１４，１４を、図３に示す筒体１１内の収容位置（ア）から筒体１１外の開翼位置（イ）に変位させるための開翼機構３０、上記した前翼１２とともに飛翔距離延伸用翼１４を操舵するための翼操舵部４０及び下記の制御部５０が配設されている。

飛翔距離延伸用翼１４は、これの先端部を中心として、上記収容位置（ア）から開翼位置（イ）に回動可能に軸支され、また、飛翔距離を延伸させられる揚力を生じる十分な翼面積を有しているものである。また、飛翔距離延伸用翼１４は、上記翼操舵部４０によって操舵可能になっている。
ロケットモータ部２０は、これの前端部から後端部にかけて一定の直径にした筒形のものであり、その後端部には、開閉式の４つの尾翼１５…が９０度間隔で配設されている。

上記した開翼機構３０、翼操舵部４０は、次の機能を有する制御部５０に接続されている。
・所定の開翼条件に基づき、飛翔距離延伸用翼１４を開翼させるか否かを判定する機能。この機能を「開翼判定手段５０ａ」という。
「所定の開翼条件」は、飛翔開始前に予め算出した基準軌道、姿勢履歴、姿勢許容範囲及び目標位置であり、制御部５０内のメモリ（図示しない）に記憶されている。
「目標位置」は「目標地点」ともいい、射距離，高度等により判定している。
「姿勢履歴」は、時間に対してあるべき姿勢角（ピッチ角、ヨー角、ロール角）の関係をいう。
「姿勢許容範囲」は、上記の時間に対してあるべき姿勢角の許容範囲のことである。
上記姿勢履歴と姿勢許容範囲は、基準軌道から外れないようにするための姿勢角制御の基準となるものである。

・飛翔距離延伸用翼１４を開翼させると判定したときには、その飛翔距離延伸用翼１４を開翼機構３０を介して開翼する機能。この機能を「開翼手段５０ｂ」という。
「開翼させる」とは、収容位置（ア）から開翼位置（イ）に移動させることであり、一時に移動させる場合の他、飛翔状況に対応して、段階的に若しくはある程度の時間をかけて収容位置（ア）から開翼位置（イ）に徐々に移動させる態様も含む。これにより、飛翔状況に対応して徐々に翼面積を増加させ、滑空能力が向上するよう、揚抗比（揚力／抵抗力）を全体の飛翔を通じて最大化することができる。

・自己の飛翔軌道及び飛翔姿勢が、基準軌道及び基準姿勢の各許容範囲内となるように、開翼した飛翔距離延伸用翼１４を翼操舵部４０を介して操舵する機能。この機能を「翼操舵手段５０ｃ」という。
本実施形態においては、飛翔開始前に予め算出した基準軌道、姿勢履歴及び姿勢許容範囲に基づいて、開翼した飛翔距離延伸用翼１４を操舵している。

次に、開翼動作について、図４，５をも参照して説明する。図４は、開翼動作を示すフローチャート、図５は、本発明に係るロケット弾が発射されてから着弾するまでの飛翔経路を示す説明図であり、従来技術Ｉ，ＩＩとともに示している。
図５に示す「従来技術Ｉ」はカナード翼がないロケット弾、「従来技術ＩＩ」は４つのカナード翼が発射当初から体外に突出して配設されているロケット弾をそれぞれ示している。

ステップ１（図中、「Ｓ１」と略記する。以下、同様。）：発射前において、最適軌道計算等を行なって、基準軌道、姿勢履歴、姿勢許容範囲及び開翼地点を算出する。
ステップ２：発射地点（ウ）（図５参照）から、ロケット弾Ａの発射を行なう。これにより、ロケット弾Ａは目標地点（オ）に向けて飛翔する。
ステップ３：開翼地点（エ）であるか否かを判定して、開翼地点（エ）でないと判定したときには、ステップ４に進む。

ステップ４：ヨー方向の飛翔軌道、飛翔姿勢等が許容範囲内であるか否かを判別し、ここで、当該飛翔軌道、飛翔姿勢等が許容範囲内でないと判定されたならばステップ５に進み、そうでなければステップ３に戻る。

ステップ５：ヨー方向の制御が可能となるロール角度となるように、カナード翼１２，１２によりロール制御する。
ステップ６：カナード翼１２，１２により、ヨー方向の姿勢を制御して、ステップ３に戻る。

ステップ７：ピッチ方向の軌道、姿勢等が許容範囲内であるか否かを判別し、ここで、当該軌道、姿勢等が許容範囲内でないと判定されたならばステップ８に進み、そうでなければステップ３に戻る。

ステップ８：ピッチ方向の制御が可能となるロール角度となるように、カナード翼１２，１２によりロール制御する。
ステップ９：カナード翼１２により、ピッチ方向の姿勢を制御して、ステップ３に戻る。

ステップ１０：飛翔距離延伸用翼１４，１４を収容位置（ア）から開翼位置（イ）に移動変位させる。
ステップ１１：発射前に設定した軌道、姿勢等の許容範囲内になるように、開翼した飛翔距離延伸用翼１４，１４とともにカナード翼１２，１２を制御する。

図５に（カ）で示す距離は、従来技術ＩＩにおけるカナード翼による滑空により延伸した値から、それらカナード翼による抵抗増加により短縮した値を減算したものを示している。また、（キ）で示す距離は、飛翔距離延伸用翼による滑空により延伸した値から、開翼後の飛翔距離延伸用翼及び前翼（カナード翼）による抵抗増加により短縮した値を減算したものを示している。
なお、一般的には、飛翔速度が速い飛翔前半での抵抗による飛翔距離短縮の影響が大きいと考えられる。

上述した本発明の一実施形態に係るロケット弾Ａによれば、次の効果を得ることができる。
飛翔距離を延伸させられる揚力を生じる翼面積にした飛翔距離延伸用翼１４，１４を、ロケット弾Ａ（筒体１１）内の収容位置（ア）からロケット弾Ａ（筒体１１）外の開翼位置（イ）に変位可能に配設しているので、飛翔距離を延伸させられる。

・所定の開翼条件に基づき、飛翔距離延伸用翼を開翼させるか否かを判定し、飛翔距離延伸用翼を開翼させると判定したときには、飛翔距離延伸用翼を開翼機構を介して開翼するので、飛翔距離をより確実に延伸させることができる。

・自己の飛翔軌道及び飛翔姿勢が、飛翔開始前に予め算出した基準軌道及び基準姿勢の各許容範囲内となるように開翼した飛翔距離延伸用翼を操舵するので、命中精度を向上させることができる。
・自己の飛翔姿勢を制御するための操舵可能な前翼を有しており、翼操舵手段が、飛翔距離延伸用翼とともに前翼を操舵するので、命中精度をより向上させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・上述した実施形態においては、飛翔距離延伸用翼を回動させる構成のものについて説明したが、軸線Ｏ１と直交する方向に移動自在に配設しておき、収容位置から開翼位置に移動変位させるようにしてもよい。

・収容位置から開翼位置に向けて、飛翔距離延伸用翼を段階的に移動させるようにしてもよい。これにより、飛翔状況によって飛翔距離延伸用翼を段階的に移動させることができ、空気抵抗を効果的に抑えて、飛翔距離を延伸させることができる。
換言すると、抵抗力を抑えながら必要な揚力を得ることができ、滑空能力を向上させることができる。

・上記した実施形態においては、ヨー方向の制御を行なった後にピッチ方向の制御を行なう例について説明したが、ピッチ方向の制御を行なった後にヨー方向の制御を行なうようにしてもよいことは勿論である。

１４ 飛翔距離延伸用翼
３０ 開翼機構
５０ａ 開翼判定手段
５０ｂ 開翼手段
Ａ 飛翔体
（ア） 収容位置
（イ） 開翼位置

Claims (3)

1. 発射筒から発射されるとともに、目標位置に向けて飛翔する飛翔体において、
   飛翔体の軸線に直交する直径線上に、自己の飛翔姿勢を制御するための操舵可能な前翼を有し、
   前翼を配置した直径線に直交する直径線上に、前翼よりも大型で且つ飛翔距離を延伸させられる揚力を生じる翼面積を備えるとともに操舵可能に支持された飛翔距離延伸用翼を、飛翔体内の収容位置から飛翔体外の開翼位置に変位可能に配設し、
   飛翔距離延伸用翼を開翼するための開翼機構と、
   所定の開翼条件に基づき、飛翔距離延伸用翼を開翼させるか否かを判定する開翼判定手段と、
   飛翔距離延伸用翼を開翼させると判定したときには、飛翔距離延伸用翼を開翼機構を介して開翼する開翼手段と、
   飛翔距離延伸用翼を操舵するための翼操舵部と、
   自己の飛翔軌道及び飛翔姿勢が、飛翔開始前に予め算出した基準軌道及び基準姿勢の各許容範囲内となるように、開翼した飛翔距離延伸用翼を翼操舵部を介して操舵する翼操舵手段とを有し、
   翼操舵手段は、開翼判定手段が飛翔距離延伸用翼を開翼させると判定するまでの間、前翼を操舵してヨー方向及びピッチ方向の姿勢を制御し、その後、開翼した飛翔距離延伸用翼とともに前翼を操舵することを特徴とする飛翔体。
2. 開翼機構は、上記収容位置から開翼位置に向けて飛翔距離延伸用翼を段階的に移動させることを特徴とする請求項１に記載の飛翔体。
3. 請求項１または２に記載の飛翔体を制御する方法であって、
   飛翔距離延伸用翼を開翼させるまでの間は、前翼によりヨー方向又はピッチ方向の制御を可能にするロール角度にロール制御をして、夫々のロール角度において前翼によりヨー方向又はピッチ方向の姿勢制御を行い、
   飛翔距離延伸用翼を開翼させた後には、飛翔距離延伸用翼により滑空して、前翼によりヨー方向の姿勢制御を行うと共に、飛翔距離延伸用翼によりピッチ方向の姿勢制御を行うことを特徴とする飛翔体の制御方法。

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