JP5840781B2 - 受動的に制御される補助翼を備えたつばを有する、ロールするビークル - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は、スピンまたはロールする発射体／ミサイルのような、スピンする、ロールする、またはロール安定化された、ビークルに対する制御システムの分野に関する。

関連技術の説明

ある軍事的なアプリケーションにおいては、オペレーターが、発射体のとるコースや、衝撃を与えるターゲットの位置を効果的に制御することができる「スマート」な発射体への著しいニーズがある。このようなナビゲーション制御は、地球慣性系に関して急速にスピンする発射体に正確な力を伝えて、所望の方向コースを達成する能力を必要とする。過去のデバイスの中には、推進アウトレットのアレイ、燃料および火工品を使用して、所望の２次元コースの補正に必要な力を生成させるものもある。しかしながら、これらのデバイスは、早すぎる爆発の危険や、デバイスにより起こる震動が不正確なコース補正につながることが多いというような、著しい不利益を被るものである。

このような過去の発射体の一部は、スピンまたはロールする発射体を操縦するための操縦メカニズムを備えた誘導キットである。このようなキットおよび操縦メカニズムの改良に対する必要性がある。

本発明のある態様にしたがうと、操縦メカニズムは動圧の関数として迎え角を受動的に変更する補助翼を有する、ロールするつばを備えている。

本発明の別の態様にしたがうと、飛行体は、胴体の長軸のまわりをロールする胴体と、胴体に対して位置付け可能であるつばとを備える。つばは、発射体の動圧の関数として迎え角を受動的に変更する補助翼を備える。

本発明のまた別の態様にしたがうと、飛行体は、胴体の長軸のまわりをロールする胴体と、胴体に対して位置付け可能なつばとを備える。つばは、発射体の飛行中、つばに円周力を提供する補助翼を備える。補助翼は、発射体の動圧の関数として迎え角を弾力的に変更する。

本発明のさらに別の態様にしたがうと、ヒューズウエル誘導キットは、誘導キット胴体と、胴体に対して回転可能なつばとを備えている。つばは、動圧の関数として迎え角を受動的に変更する補助翼を備える。

先述のおよび関連する目的の遂行のために、本発明は、完全に説明し、特許請求の範囲において特に指摘している特徴を備えている。以下の説明および添付の図面は本発明のある実証的な実施形態を詳細に示している。これらの実施形態はしかしながら、本発明の原理が用いられるかもしれないさまざまな方法のいくつかを示しているに過ぎない。本発明の、他の目的、利点および新規な特徴は、図面とともに考慮されるとき、以下の発明の詳細な説明から明らかになるであろう。

添付の図面は、必ずしもスケーリングされておらず、本発明のさまざまな態様を示すものである。
図１は、本発明の実施形態にしたがった、発射体の斜視図である。 図２は、図１の発射体の一部である誘導キットの斜視図である。 図３は、本発明の実施形態にしたがった、つばの断面図である。 図４は、図３のつばの一部の詳細な図である。 図５は、本発明の別の実施形態にしたがった、つばの断面図である。 図６は、図５のつばの一部の詳細な図である。 図７は、第１のコンフィギュレーションにおける図５のつばの補助翼の平面図である。 図８は、第２のコンフィギュレーションにおける図７の補助翼の平面図である。 図９は、本発明の別の実施形態にしたがった、ヒューズウエル誘導キットの側面図である。 図１０は、図９のヒューズウエル誘導キットのつばの断面図である。 図１１は、図９の誘導キットの補助翼調節メカニズムの動作を概略的に示す図である。 図１２は、本発明のさらに別の実施形態にしたがった、つばの斜視図である。 図１３は、図１２のつばの一部の垂直横断面図である。 図１４は、図１３のセクション１４−１４に関する図である。

詳細な説明

発射体のような、スピンする、ロールする、またはロール安定化された、物体またはビークルは、飛行中、胴体の長軸のまわりを回転（スピン）する胴体を備える。つばは発射体を操縦するために、胴体に対して位置付け可能であり、つばはつばを位置付けするためのロール力を提供する補助翼を有する。つばは、発射体を操縦するための横力を提供するエレベータも有する。つばの位置付けは、制動力のような抑制力で補助翼のロール力を緩和して、つばの位置を発射体の長軸に関して実質的に一定に保持することにより遂行してもよい。補助翼は、発射体の動圧における変化により、効果的な迎え角を受動的に変更する。低速において、発射体のスピン（ロール）方向とは反対の方向につばを逆回転させるのに十分なロール力を提供するために、受動的な補助翼は比較的大きな迎え角を有する。高速において、補助翼でロール力を発生させることがより簡単であるとき、補助翼はその迎え角を弾力的に減らし、つばに対する大きなロール力を防ぐ。つばに対するロール力を制限することにより、つばを位置付けするのに使用される逆制動力または他の抑止力の量が制限される。これにより、発射体の飛行中、より効率的にエネルギーを使用することができる。補助翼の迎え角の受動的な変更は、ねじり棒、板ばね、またはねじりばねのような、さまざまなメカニズムのいずれかを通して遂行してもよい。

図１は、スピンするまたはロールする胴体１２を有する、ビークルまたは発射体１０を示している。胴体１２は胴体１２の長軸１４のまわりを回転する。

発射体１０は、発射プロセスの一部としてスピンさせられるかもしれない、および／または、飛行中に発射体に伝えられるスピンまたはロールモーメントを有するかもしれないが、それは例えば、角度のついたまたそうでなければ揚力を生成させる尾部垂直安定板１８やカナードやまたは翼のような、気流においてモーメントを生成させる表面を使用することによる、あるいは、推力メカニズムを使用することによるものである。

図示した実施形態において、発射体１０は胴体１２の前端に結合されているヒューズウエル誘導キット２０も備える。「ヒューズウエル誘導キット」は、ここでは、ヒューズウエル中に取り付けられる１つのデバイスに、誘導装置と信管とを組み合わせるデバイスを指すために使用されている。誘導キット２０は、発射体１０の一部として、信管を受け入れるヒューズウエルにはめ込まれている。誘導キット２０は、おそらく発射体１０がターゲットに対し近距離にあるときに、発射体１０の（示されていない）弾頭または他の爆発物を爆発させるための信管を備えていてもよい。

誘導キット２０は、スピン安定化された発射体１０の操縦において使用される誘導機能も実行する。加えて図２を参照すると、誘導キット２０は、スピンするまたはロールする胴体１２に対して回転可能であるとともに、胴体１２と一緒にロールする誘導キット胴体に対して回転可能なつば２４を備える。つば２４は、胴体１２に対して位置付けして、揚力を生成させる空力的な表面（エレベータ）２６を位置付けし、傾斜旋回操縦を使用して発射体１０を操縦する横力を提供することができる。つば２４は、つば２４を位置付けするために使用される回転（円周）力を提供する補助翼２８も備える。補助翼２８からの空力的な力が、つば２４を胴体１２に対して回転させ、例えば、つば２４を胴体１２の方向とは反対方向に回転させる。つば２４のこの逆回転は、ブレーキ３０を使用することで調整してもよい。これにより、発射体１０の平行移動とともに動くが、胴体１２のスピンまたはロールとともには回転しない座標系に対して、実質的に一定の位置に維持されるように、つば２４を位置付けすることができる。したがって、発射体１０の所望の傾斜旋回操縦を達成するために、つば２４を長軸１４に対して位置付けして、エレベータ２６からの横力を正しい方向に加えることができる。

ブレーキ３０は、つば２４と胴体１２との間の相対的な回転を遅くするための、さまざまな既知の適切なメカニズムのうちのいずれかを使用してもよい。ブレーキ３０は、摩擦力や（電気モーターにおけるような）電気力やまたは磁力を利用して、つば２４と胴体１２との間の相対的な回転を遅くしてもよい。これにより、つば２４の位置付けを所望通りに得て、維持することができる。

発射体１０の増加する動圧（スピード）により、固定された迎え角を有する補助翼は増加する空力的な力をもたらして、胴体１２に対してつば２４を逆回転させる。逆回転の空力的な力の増加は、つば２４を位置付けするために、より大きな制動力の使用を必要とするだろう。これは、ブレーキ３０がより大きな力を働かせることができる必要があるだろうし、および／または、つば２４を位置付けするために、制動力を加える際に、より多くのエネルギーを消費させる必要があるかもしれない。

高い発射体動圧において必要とされる制動量を減らすために、補助翼２８は、発射体１０の動圧の関数として、受動的にそれらの迎え角を変える。迎え角の変化は受動的であり、迎え角の変更をさせる、指示された入力の力またはコマンドされたアクションはない。迎え角の変更は、補助翼の迎え角の変更を可能にするメカニズムのコンフィギュレーションの結果であり、空力的な力は弾力的な力とバランスする。ある種の弾力的な力は、補助翼２８上の空力的な力とバランスして、異なるレベルの異なる空力的な力（発射体１０の異なる動圧）に対して、補助翼２８を異なる迎え角にする。

空中を進行する発射体に関して、ビークルをここで記述する。しかしながら、補助翼の位置付けシステムは、動力付きミサイル、動力付きでない発射体、または他の種類の飛行体であろうとなかろうと、さまざまな飛行体において使用してもよい。

補助翼２８を位置付けするための弾力的な力は、板ばね、ねじり棒、ねじりばね、およびゴムバンドのような、さまざまなメカニズムのいずれかからのものであってもよい。以下で記述する、実例となる実施形態において、これらの弾力的なメカニズムのいくつかを示す。

図３および図４は、補助翼４８が迎え角を受動的に変更できるようにするメカニズム４６を有するつば４４を図示している。メカニズム４６は、例えばねじり棒５０の端と補助翼４８との上の対応するキーを使用することにより、一端において、補助翼４８のシャフト５４に結合されているねじり棒５０を、補助翼４８のそれぞれに対して備えている。つばハウジング５８の対応するキー付けされた表面内にはめ込まれたねじり棒５０上で（示されていない）キーを使用するようなことにより、ねじり棒５０の反対の端は、つばハウジング５８に対して固定されている。したがって、ねじり棒５０は、つばハウジング５８に対するシャフト５４の回転への抵抗力を弾力的に提供する。発射体の飛行中に補助翼４８のブレード６２上で補助翼４８が空力的な力を経験したときに、補助翼４８をサポートするように、ベアリング６０がシャフト５４およびつばハウジング５８に結合されている。例えば、迎え角をシフトさせるように、補助翼４８がつばハウジング５８に対する位置をシフトさせることができる一方で、依然として空力的な負荷をブレード６２からつばハウジング５８へ送ることができるように、ベアリング６０は、ベアリング６０内で移動可能な丸みを帯びたシャフト端６４を備えたジャーナルベアリングであってもよい。

ねじり棒５０は、さまざまな形状のうちいずれかの、金属の一片であってもよい。補助翼４８が最大の迎え角にあり、補助翼４８上に空力的な力がないとき、ねじり棒５０に負荷がかからないようにねじり棒５０は構成されていてもよい。空力的な力は補助翼４８上にトルクをかけ、ねじり棒５０は補助翼４８の迎え角変更に対する抵抗力を提供する。補助翼のブレード６２上の空力的な力と、ねじり棒５０のねじれからの力との間のバランスが、あらゆる所定の動圧（スピード）に対する補助翼の位置（迎え角）を確立する。したがって、発射体の動圧の関数として、補助翼４８は迎え角を受動的に変更し、発射体の動圧が増加するにしたがって、迎え角を減少させる。

つば４４は、さらに記述していない他の部品を備える。例えば、つば４４（および以下に記述する他の実施形態でのつば）は、固定された迎え角のエレベータ６８を備える。

図５〜図８は別の実施形態を示し、つば８４は、補助翼８８の迎え角を受動的に変更するためのメカニズム８６を備える。メカニズム８６は、つばハウジング９８の外側上のブリスター９０内に位置する。補助翼８８はそれぞれ、ブレード８２およびシャフト８４を有し、ブリスター９０内で、タブ８６がシャフト８４から伸びている。ブリスター９０のそれぞれの内には、タブ８６と接触している、板ばねのような、弾力的なデバイス９４もある。ばね９４は補助翼８８を、ある低速の迎え角、例えば１０度に偏らせる（図７）。発射体がその動圧を増加させるにしたがって、ばね９４は迎え角の変更に対する抵抗力も提供し（図８）、動圧が増加すると、迎え角は例えば３度の高速の迎え角に減少する。補助翼８８を依然として機械的にサポートする一方で、補助翼８８が位置（迎え角）をシフトできるように、ベアリング１００を使用してもよい。ベアリング１００は、ベアリング６０と同様の方法で機能するジャーナルベアリングであってもよい（図３）。

ブリスター９０は、低い抗力を提供する流線型の形状を有していてもよい。ブリスター９０を使用することで、メカニズム８６が、つば８４に囲まれた内部スペース１０４内に侵入することを防ぐ。このことにより、上述したような受動的に移動可能な補助翼８８を持たない発射体に対するものと同じ内部スペースのコンフィギュレーションが可能になる。

図９〜図１１は、つば１２４を備えるヒューズウエル誘導キット１２０のさらなる実施形態を示し、つば１２４は補助翼１２８の受動的な迎え角変更を可能にするメカニズム１２６を有する。補助翼１２８はそれぞれ、シャフト１３４に取り付けられたブレード１３２を有する。ブレード１３２およびシャフト１３４は、単一の連続的なまとまった部品のうちの一部分であってもよい。

シャフト１３４は、つばハウジング１３８内のホール１３６を通っている。ホール１３６はその周囲にベアリングを有して、補助翼１２８が位置（迎え角）をシフトできるように助けてもよい。シャフト１３４はねじ付きシャフト端１４２を有する。シャフト端１４２上にねじ込まれたナット１４８によって、ばねワッシャー（ベルヴィルワッシャー）１４４が、シャフト端１４２上に保たれている。ばねワッシャー１４４は、補助翼１２８をつばハウジング１３８に対して引きよせ続けるために使用されている。

ピン１５２は、クランク１５４をシャフト端１４２に堅く接続するために使用されている。クランク１５４の末端１５６は張力ばね１５８に接続され、張力ばね１５８は補助翼を最大の迎え角に偏らせるために使用され、補助翼１２８上の空力的な力による、迎え角の受動的な減少への抵抗力を提供するために使用される。張力ばね１５８はさまざまな適切なばねのうちのいずれかであってもよい。クランク１５４の動きを制限するために、止め具１６０および１６２が提供されていてもよく、補助翼１２８が取得可能な、最大および／または最小の迎え角に対する制限を提供する。図１１は、止め具１６０および１６２に対するクランク１５４の２つの終端の位置を示す。

図１２〜図１４は、さらに別の実施形態のつば１８４を示し、つば１８４内では、補助翼１８８がそれらの迎え角を受動的に変更できるようにするメカニズム１８６が使用されている。補助翼ブレード２０２内にねじ込まれ、つばハウジング１９８内のホールを通るピボットピン２００の使用により、それぞれの補助翼１８８はつばハウジング１９８に結合されている。ピボットピン２００、および、したがって補助翼１８８が、つばハウジング１９８に対して旋回できるように、ベアリング保持装置２０６により保持されているベアリング２０４が使用されている。つばハウジング１９８からの外側突起部２１０に位置しているゴムバンド２０８は、一端がピボットピン２００に、反対端が突起部２１０の対向する壁間に伸びる第２のピン２１２に取り付けられている。ゴムバンド２０８はピボットピン２００の周囲に巻きついている。ゴムバンド２０８の伸びは、発射体が動いていないときに生じる初期最大値からの迎え角の減少に対する抵抗力を提供する。ブレード２０２上の空力的な力と、伸ばされたゴムバンド２０８からの復元する弾性的な力との間のバランスが、補助翼１８８を位置付けし、発射体の動圧が増加するにしたがって、補助翼１８８はそれらの迎え角を受動的に減少させる。補助翼１８８の迎え角を制限するための機械的止め具として、１つ以上の動き制限ピン２１６を使用してもよい。

先述の実施形態において、補助翼は互いに独立して迎え角を変更することができる。これは、各補助翼が、復元する力によって決定された局所的な迎え角に緩和できるようにすることで、大きな迎え角における性能を改善させるかもしれない。固定された発射体では、動圧と発射体の大きな迎え角とのいくつかの組み合わせに対して、つばのスピン反転が可能であるかもしれない。異なる補助翼に対するわずかに異なる迎え角が、このつばのスピン反転を回避するのを助けてもよい。しかしながら、代替として、例えば補助翼を機械的にリンクさせることにより、２つの補助翼の迎え角をリンクさせてもよい。

動圧と逆に補助翼の取付角を変化させることにより、単一のつばのコンフィギュレーションは、発射体と、発射体装薬と、ガンの上下角との広い組み合わせに対応することができる。上述したつばにとっての他の利点は、それらのコンフィギュレーションが機械的に単純であって自動調節式であり、それらはつばの慣性において最小限の増加しかもたらさず、それらは安価で、ガンを強力にするのを可能にし、そして外部の動力またはセンサを必要としないことである。

１つ以上の実施形態に関して上述した特徴の多くは、他の実施形態の特徴と組み合わせてもよい。他の実施形態とともに使用してもよい特徴の例は、ブリスター、機械的止め具、ピボットベアリングまたは他のベアリングを使用することを含み、つばハウジング内の全体もしくは一部に位置する補助翼調節メカニズムを有すること、つばハウジングの周辺回りのエレベータと調節可能な補助翼とを交互にすること、傾斜旋回操縦のためのエレベータおよびヒューズウエル誘導キットの、部分であるつばを備えることを含む。

本発明は、ある好ましい実施形態に関して示し記述してきたが、本明細書および添付の図面を読んで理解するとき、均等な改変および修正が当業者に考えつくであろうことは明らかである。特に、上述したエレメントにより実行されるさまざまな機能（コンポーネント、アセンブリ、デバイス、コンポジション等）に関して、このようなエレメントを説明するために使用した（「手段」への言及を含む）用語は、特に示していない限り、ここで図示した本発明の例示的な実施形態における機能を実行する開示した構造とは構造的に均等ではなくても、説明したエレメントの特定の機能を実行する任意のエレメント（すなわち機能的に均等であるエレメント）に対応するように意図されている。さらに、いくつかの図示した実施形態のうちの１つ以上に関してのみ本発明の特定の特徴を上で説明していないかもしれないが、任意の所定のまたは特定のアプリケーションに対して望ましく有利であるかもしれないので、そのような特徴は他の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わせてもよい。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］飛行体において、
胴体の長軸のまわりをロールする胴体と、
前記胴体に対して位置付け可能であるつばとを具備し、
前記つばは、発射体の動圧の関数として迎え角を受動的に変更する補助翼を備える飛行体。
［２］前記補助翼は、前記発射体の飛行中、前記つばに円周力を提供し、前記胴体とは反対の方向に前記つばを逆ロールさせる［１］記載の飛行体。
［３］前記補助翼は、前記発射体の動圧の関数として迎え角を弾力的に変更する［１または［２］記載の飛行体。
［４］前記補助翼に動作可能に結合され、前記動圧が増加するにつれて前記補助翼をピボット回転させることにより前記補助翼の迎え角を減らす傾向がある前記補助翼上の圧力に対抗してばね力を提供するそれぞれのばねをさらに具備する［３］記載の飛行体。
［５］前記ばね力は板ばねにより提供される［４］記載の飛行体。
［６］前記ばね力はねじりばねにより提供される［４］記載の飛行体。
［７］前記ばね力はゴムバンドにより提供される［４］記載の飛行体。
［８］ねじり棒が前記補助翼に動作可能に結合され、前記補助翼を位置付けする［１］ないし［３］のいずれか１項記載の飛行体。
［９］前記つばのつばハウジングに対して外部のブリスターをさらに具備し、前記補助翼の迎え角を変更するためのメカニズムの少なくとも一部分は前記ブリスター中に位置する［１］ないし［８］のいずれか１項記載の飛行体。
［１０］前記つばは、エレベータも備え、
前記補助翼は前記胴体に対する前記つばの位置付けのために使用され、
前記エレベータは前記発射体に対する操縦力を提供するために使用される［１］ないし［９］のいずれか１項記載の飛行体。
［１１］前記エレベータはそれぞれ、固定された迎え角を有する［１０］記載の飛行体。
［１２］前記エレベータは、傾斜旋回操縦のために使用される［１０］または［１１］記載の飛行体。
［１３］前記補助翼の迎え角変更を制限する機械的止め具をさらに具備する［１］ないし［１２］のいずれか１項記載の飛行体。
［１４］前記補助翼は互いに独立して、迎え角を受動的に変更する［１］ないし［１３］のいずれか１項記載の飛行体。
［１５］前記胴体に対する前記つばの逆ロールを制動するためのブレーキをさらに具備する［１］ないし［１４］のいずれか１項記載の飛行体。
［１６］つばはヒューズウエル誘導キットの一部である［１］ないし［１５］のいずれか１項記載の飛行体。
［１７］飛行体において、
胴体の長軸のまわりをロールする胴体と、
前記胴体に対して位置付け可能であるつばとを具備し、
前記つばは、発射体の飛行中、前記つばに円周力を提供する補助翼を備え、
前記補助翼は、前記発射体の動圧の関数として迎え角を弾力的に変更する飛行体。
［１８］ヒューズウエル誘導キットにおいて、
誘導キット胴体と、
前記胴体に対して回転可能なつばとを具備し、
前記つばは、動圧の関数として迎え角を受動的に変更する補助翼を備えるヒューズウエル誘導キット。
［１９］前記補助翼は、前記動圧の関数として迎え角を弾力的に変更する［１８］記載の誘導キット。
［２０］前記つばは固定された迎え角のエレベータの対も備える［１８］または［１９］記載の誘導キット。

Claims (15)

1. 飛行体において、
   胴体の長軸のまわりをロールする胴体と、
   前記胴体に対して位置付け可能であるつばとを具備し、
   前記つばは、前記飛行体の動圧の関数として前記つばのつばハウジングに対する迎え角を受動的に変更する補助翼を備え、
   前記補助翼は、前記飛行体の動圧の関数として迎え角を変更し、前記迎え角における変更は、前記補助翼上の空力的な力が前記補助翼における弾力的な力とバランスすることを含む飛行体。
2. 前記補助翼は、前記飛行体の飛行中、前記つばに円周力を提供し、前記胴体とは反対の方向に前記つばを逆ロールさせる請求項１記載の飛行体。
3. 前記補助翼に動作可能に結合され、前記弾力的な力を提供するそれぞれのばねをさらに具備し、前記弾力的な力は、前記動圧が増加するにつれて前記補助翼をピボット回転させることにより前記補助翼の迎え角を減らす傾向がある請求項１または２記載の飛行体。
4. 前記弾力的な力は板ばねにより提供される請求項３記載の飛行体。
5. 前記弾力的な力はねじりばねにより提供される請求項３記載の飛行体。
6. 前記弾力的な力はゴムバンドにより提供される請求項３記載の飛行体。
7. ねじり棒が前記補助翼に動作可能に結合され、前記補助翼を位置付けする請求項１または２記載の飛行体。
8. 前記つばのつばハウジングに対して外部のブリスターをさらに具備し、前記補助翼の迎え角を変更するためのメカニズムの少なくとも一部分は前記ブリスター中に位置する請求項１ないし７のいずれか１項記載の飛行体。
9. 前記つばは、エレベータも備え、
   前記補助翼は、前記胴体に対する前記つばの位置付けのために使用され、
   前記エレベータは、前記飛行体に対する操縦力を提供するために使用される請求項１ないし８のいずれか１項記載の飛行体。
10. 前記エレベータはそれぞれ、固定された迎え角を有する請求項９記載の飛行体。
11. 前記エレベータは、傾斜旋回操縦のために使用される請求項９または１０記載の飛行体。
12. 前記補助翼の迎え角変更を制限する機械的止め具をさらに具備する請求項１ないし１１のいずれか１項記載の飛行体。
13. 前記補助翼は、互いに独立して迎え角を受動的に変更する請求項１ないし１２のいずれか１項記載の飛行体。
14. 前記胴体に対する前記つばの逆ロールを制動するためのブレーキをさらに具備する請求項１ないし１３のいずれか１項記載の飛行体。
15. つばはヒューズウエル誘導キットの一部である請求項１ないし１４のいずれか１項記載の飛行体。

Images