JP6128801B2

JP6128801B2 - 空中発射システムの発射方位制御装置

Info

Publication number: JP6128801B2
Application number: JP2012242960A
Authority: JP
Inventors: 淳横手; 聡秀木村; 裕一野口
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2032-11-02
Also published as: JP2014091413A

Description

本発明は、輸送機でロケットを上空まで輸送し、上空において空中に投下し、降下中に空中でロケットを発射させる空中発射システムの発射方位制御装置に関する。

輸送機でロケットを上空まで輸送し、上空において空中に投下し、降下中に空中でロケットを発射させる空中発射システムとして、特許文献１、２及び非特許文献１が既に開示されている。

図１は、非特許文献１に記載された空中発射システムの模式図である。
この図において、１はロケット、２はプラットホーム、３は主パラシュート、４は補助パラシュートである。

この空中発射システムでは、ロケット１は、プラットホーム２にブランケット５で固定され、折り畳んだ主パラシュート３及び補助パラシュート４と共に輸送機内部に搭載される。
輸送機が所定の高度に達した時点で、ロケット１及びプラットホーム２を輸送機後部から抽出用パラシュート（図には非表示）で引き出して空中に投下して降下させる。その後、抽出用パラシュート（図には非表示）が主パラシュート３を引き出して分離し、主パラシュート３が開き、ロケット１及びプラットホーム２の降下速度が減速する。図１はこの降下状態を示している。

次いで、ロケット１の姿勢と落下速度が安定した時点で、ブランケット５を開放してプラットホーム２からロケット１を切り離し、ロケット１のロケットモータに点火して空中でロケット１を発射させるようになっている。

特開２００７−８３８３７号公報特開２０１０−２２１９８３号公報

ＫｅｎＨｅｉｎｄｅｌａｎｄＤｅａｎＷｏｌｆ，"ＰＡＲＡＣＨＵＴＥＴＥＳＴＳＦＯＲＡＭＩＳＳＩＬＥＤＥＳＣＥＮＴＳＹＳＴＥＭ"，ＡＩＡＡ−９９−１７５８

上述した空中発射システムにおいて、複数（この図で４つ）の主パラシュート３は連結具６に連結され、主パラシュート３が開いた後に、この連結具６にプラットホーム２の前後が連結ハーネス７により吊り下げられる。
しかし、主パラシュート３が開いた後の降下中に、ロケット１及びプラットホーム２が、主パラシュート３付近を中心とする振子運動をする。この振子運動を短時間に減衰させるために、図１に示す補助パラシュート４が用いられる。なお、補助パラシュート４は必須ではなく省略することができる。

一方、上述した空中発射システムにおいて、ロケット１の方位は、輸送機の飛行方位により決まり、輸送機から空中へ投下されたロケット１は、その時点では所定の方位に向けられている。しかし、上空の気流中を降下中に気流の方向が変化するとロケット１の方位が予め設定した方位から外れる可能性があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、降下中に気流の影響を受けずに、ロケットの方位を予め設定した方位に維持することができる空中発射システムの発射方位制御装置を提供することにある。

本発明によれば、ロケットがパラシュートと共に輸送機内部に搭載され、該ロケットを前記輸送機から該パラシュートで引き出して空中に投下して降下させる空中発射システムの発射方位制御装置であって、
降下中に、前記パラシュートで吊り下げられかつ前記ロケットの前後を連結ハーネスにより吊り下げる中空本体と、
前記中空本体内に設けられ、降下時において鉛直軸を中心に回転するフライホイールと、
前記ロケットに搭載された方位検出器と通信可能な受信装置を有し前記フライホイールの回転速度と回転方向を制御する方位制御器と、を備え、
前記方位制御器は、前記方位検出器で検出された現方位を受信し該現方位が予め設定した設定方位に一致するように前記回転方向を制御し、
前記フライホイールは、
前記鉛直軸を中心に回転可能であり該鉛直軸に対して対称に構成された回転体と、
前記回転体の外周部に周方向に等間隔に設けられ、ガスを周方向に噴射して前記回転体を正回転又は逆回転させる複数の正回転ノズル及び逆回転ノズルと、
推進薬を内蔵し前記ガスを発生するガス発生器と、
前記ガスを前記正回転ノズル又は前記逆回転ノズルに切り替えて供給する切替弁と、を有する、ことを特徴とする空中発射システムの発射方位制御装置が提供される。

また、前記方位制御器は、前記回転方向の制御を前記ガス発生器と前記切替弁で噴射方向を制御することにより行う。

前記ロケットは、プラットホームに固定され、該プラットホームと共に前記輸送機から前記パラシュートで引き出され、
前記中空本体は、前記プラットホームの前後を前記連結ハーネスにより吊り下げることにより前記ロケットの前後を吊り下げる、ことが好ましい。

上記本発明の構成によれば、降下時においてフライホイールが中空本体内で鉛直軸を中心に回転するので、その回転方向と逆方向のトルクが中空本体に作用し、中空本体に吊り下げられたロケット及びプラットホームの方位を変更することができる。
また、方位制御器によりフライホイールの回転速度と回転方向を制御することにより、降下中に気流の影響を受けずに、ロケットの方位を予め設定した方位に維持することができる。

従来の空中発射システムにおける降下状態を示す図である。本発明による発射方位制御装置を備えた空中発射システムにおける降下状態を示す図である。フライホイールを上方から見た図２の平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図２は、本発明による発射方位制御装置２０を備えた空中発射システムにおける降下状態を示す図である。
この図において、１１はロケット、１２はプラットホーム、１３はパラシュート、１５はブランケット、１６は連結具、１７は吊下ハーネスである。
この空中発射システムにおいて、ロケット１１はパラシュート１３と共に輸送機内部に搭載され、ロケット１１を輸送機からパラシュートで引き出して空中に投下して降下させるようになっている。さらに好ましくは、ロケット１１が、ブランケット１５によりプラットホーム１２に固定され、パラシュート１３と共に輸送機内部に搭載され、ロケット１１及びプラットホーム１２を輸送機から抽出用パラシュート（図には非表示）で引き出して空中に投下して降下させるようになっている。

ロケット１１は、内部にロケットモータ１１ａと飛行用の電子機器１１ｂを搭載し、図で下端に設けられた噴射ノズル１１ｃからガスを噴射してその軸心方向に飛行するようになっている。
飛行用の電子機器１１ｂは、方位検出器を有しており、ロケット１１の方位を検出しその方位データを方位制御器２６（後述する）に送信することもできる。この送信は、無線通信又は予め設定された通信ラインによる。

ブランケット１５は、ロケット１１をプラットホーム１２に固定し、ロケット１１の姿勢と落下速度が安定した時点で、ブランケット１５を開放するようになっている。この開放は、地上、電子機器１１ｂ又は方位制御器２６からの指令信号、又は予め設定されたタイマーにより作動できるが、航空機や地上からの指令信号により作動してもよい。

プラットホーム１２から切り離なされたロケット１１は、次いでロケット１１のロケットモータ１１ａに点火して空中でロケット１１を発射させる。この点火も、地上、電子機器１１ｂ又は方位制御器２６からの指令信号、又は予め設定されたタイマーにより作動できる。

図２において、プラットホーム１２はその下面に沿ってロケット１１を固定できるように構成された細長い部材であり、プラットホーム１２の長さ方向がロケット１１の軸方向と一致している。

図２において、本発明による発射方位制御装置２０は、中空本体２２、フライホイール２４、及び方位制御器２６を備える。

中空本体２２は、降下中に、パラシュート１３で吊り下げられ、かつプラットホーム１２の前後をそれぞれ連結ハーネス１６ａ，１６ｂにより吊り下げ、プラットホーム１２を介してロケット１１の前後を連結ハーネス１６ａ，１６ｂにより吊り下げるようになっている。
中空本体２２は、大きな開口を有し、内部で発生するガスを外部に放出するようになっている。また中空本体２２からの放出ガスの反力により中空本体２２の位置及び姿勢が変化しないように、この開口の全面積は十分大きく設定されている。
なお、連結ハーネス１６ａ，１６ｂは、直接ロケット１１の前後を吊り下げてもよい。

この例で中空本体２２の上部は、吊下ハーネス１７を介して連結具１６の下端に吊り下げられている。連結具１６は、好ましくはより戻しであり、パラシュート１３に対して中空本体２２が鉛直軸を中心に自由に回転でき、吊下ハーネス１７が捩れないようになっている。連結具１６（より戻し）は、1台に限定されず、複数を直列に用いてもよい。
プラットホーム１２の前後を吊り下げる連結ハーネス１６ａ，１６ｂの長さは、降下時において、ロケット１１の上下角が所定の角度（例えば３０〜６０°）となるように設定されている。

フライホイール２４は、中空本体２２内に設けられ、降下時において鉛直軸２５を中心に回転する。
方位制御器２６は、この例では中空本体２２の外部に設けられ、フライホイール２４の回転速度と回転方向を制御する。なお、方位制御器２６は、ロケット１１に設けられていてもよい。

図３は、フライホイール２４を上方から見た図２の平面図である。
この図において、フライホイール２４は、回転体３０、複数の正回転ノズル３２ａ及び逆回転ノズル３２ｂ、ガス発生器３４、及び切替弁３６を有する。
回転体３０は、降下時において鉛直軸２５を中心に回転可能であり、鉛直軸２５に対して対称に構成されている。鉛直軸２５を回転可能に支持する軸受は、回転抵抗の小さい磁気軸受、空気軸受、又はベアリング軸受であるのがよい。

複数（この図で３組）の正回転ノズル３２ａ及び逆回転ノズル３２ｂは、回転体３０の外周部に周方向に等間隔に設けられ、ガスを周方向に噴射して回転体３０を正回転又は逆回転させるようになっている。
ガス発生器３４は、内部に推進薬を内蔵し、その点火によりガスを発生する。この例において、ガス発生器３４は１対の正回転ノズル３２ａと逆回転ノズル３２ｂに１台ずつ、計３台が設けられているが、全体で１台であってもよい。

切替弁３６は、ガス発生器３４で発生したガスを正回転ノズル３２ａ又は逆回転ノズル３２ｂに切り替えて供給する。この例において、切替弁３６は１対の正回転ノズル３２ａと逆回転ノズル３２ｂに１台ずつ、計３台が設けられているが、全体で１台であってもよい。

上述した構成により、回転体３０（及び正回転ノズル３２ａ、逆回転ノズル３２ｂ、ガス発生器３４及び切替弁３６）を推進薬から発生するガスの噴射により高速回転（例えば、５０００〜１００００ＲＰＭ）させることができ、必要なトルクに対してフライホイール２４を小型化することができる。
なお本発明はこの構成に限定されず、例えば電動機（モータ）で回転体３０を回転させてもよい。

図３において、中空本体２２には、回転体３０の回転方向と回転速度を検出する回転センサ３８が設けられている。回転センサ３８の検出データは方位制御器２６に入力される。
また、方位制御器２６は、ロケット１１に搭載された飛行用の電子機器１１ｂと通信可能な受信装置を備え、ロケット１１に搭載された方位検出器で検出された現方位を受信し、現方位が予め設定した設定方位に一致するように、ガス発生器３４によるガス発生量と切替弁３６による噴射方向を制御することもできる。

上述した本発明の構成によれば、降下時においてフライホイール２４が中空本体２２内で鉛直軸２５を中心に回転するので、その回転方向と逆方向のトルクが中空本体２２に作用し、中空本体２２に吊り下げられたロケット１１及びプラットホーム１２の方位を変更することができる。
また、方位制御器２６によりフライホイール２４の回転速度と回転方向を制御することにより、降下中に気流の影響を受けずに、ロケット１１の方位を予め設定した方位に維持することができる。

さらに、推進薬から発生するガスの噴射によりフライホイール２４を回転させるので、高速回転（例えば、５０００〜１００００ＲＰＭ）が可能であり、かつ必要なトルクに対してフライホイール２４を小型化することができるので、航空機に搭載しやすい。

従って、電動機（モータ）や大型のフライホイールを用いない小型の発射方位制御装置２０を構成し、ロケット１１の発射方位を予め設定した方位、或いは任意の方位に合わせることができる。
これにより、好ましくない方位に向かってロケット１１を打上することを未然に防ぐことができ、ロケットモータ１１ａに点火後にロケット推進薬を消費（浪費）して飛翔方向を変える必要性も無くすことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

１１ロケット、１１ａロケットモータ、
１１ｂ飛行用電子機器、１１ｃ噴射ノズル、
１２プラットホーム、１３パラシュート、
１５ブランケット、１６連結具、
１６ａ，１６ｂ連結ハーネス、１７吊下ハーネス、
２０発射方位制御装置、２２中空本体、
２４フライホイール、２５鉛直軸、２６方位制御器、
３０回転体、３２ａ正回転ノズル、３２ｂ逆回転ノズル、
３４ガス発生器、３６切替弁、３８回転センサ

Claims

ロケットがパラシュートと共に輸送機内部に搭載され、該ロケットを前記輸送機から該パラシュートで引き出して空中に投下して降下させる空中発射システムの発射方位制御装置であって、
降下中に、前記パラシュートで吊り下げられかつ前記ロケットの前後を連結ハーネスにより吊り下げる中空本体と、
前記中空本体内に設けられ、降下時において鉛直軸を中心に回転するフライホイールと、
前記ロケットに搭載された方位検出器と通信可能な受信装置を有し前記フライホイールの回転速度と回転方向を制御する方位制御器と、を備え、
前記方位制御器は、前記方位検出器で検出された現方位を受信し該現方位が予め設定した設定方位に一致するように前記回転方向を制御し、
前記フライホイールは、
前記鉛直軸を中心に回転可能であり該鉛直軸に対して対称に構成された回転体と、
前記回転体の外周部に周方向に等間隔に設けられ、ガスを周方向に噴射して前記回転体を正回転又は逆回転させる複数の正回転ノズル及び逆回転ノズルと、
推進薬を内蔵し前記ガスを発生するガス発生器と、
前記ガスを前記正回転ノズル又は前記逆回転ノズルに切り替えて供給する切替弁と、を有する、ことを特徴とする空中発射システムの発射方位制御装置。
前記方位制御器は、前記回転方向の制御を前記ガス発生器と前記切替弁で噴射方向を制御することにより行う、ことを特徴とする請求項１に記載の空中発射システムの発射方位制御装置。
前記ロケットは、プラットホームに固定され、該プラットホームと共に前記輸送機から前記パラシュートで引き出され、
前記中空本体は、前記プラットホームの前後を前記連結ハーネスにより吊り下げることにより前記ロケットの前後を吊り下げる、ことを特徴とする請求項１に記載の空中発射システムの発射方位制御装置。