JP6183836B2 - ポートカバー開口装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラムジェットに用いられるポートカバー開口装置に関する。

ラムジェットとは、ターボジェットのようにタービン及びコンプレッサ等の機械的な圧縮装置を持たず、空気取込口、燃焼器、排気ノズルから構成されるロケットエンジンのことをいう。
このようなラムジェット方法のロケットにおいて、飛翔体の発射直後においてはその内部に搭載された推進薬を燃焼させて取得した推進力によって所定の速度まで加速し、この推進薬の燃焼が終了した後に空気の取り込みを開始して別途飛翔体に搭載した燃料と混合燃焼させるといった方法が一般的に採用されている。

上記のようなロケットにおいて、空気取り込みを行うために空気取り込み口を設ける必要があるが、推進薬を燃焼させているときにおいては、圧力容器として機能すること及び空気取り込み口における気体の流れを遮断することの必要がある。そのため、推進薬の燃焼時における熱や圧力にも耐え得る構造を設ける必要である。

このような空気の取り込みの制御方法について、例えば、下記の特許文献１に記載されているポートカバー開口装置が用いられる。

この特許文献１に記載されたポートカバー開口装置は、ポートカバーの開口防止のために設けられたロック機構を解除するための火工品と、ポートカバーを開口させるために設けられたピストンを作動するための火工品とを用いることによって、その開口を完了させるというものである。

欧州特許出願公開第１６５３０７４号明細書

特許文献１の発明において、ポートカバーの開口防止のために設けられたロック機構を解除するために、及びポートカバーを開口させるために設けられたピストンを作動するために、それぞれ別々の火工品を用いている。そのため、ポートカバーの開口に係る部品点数が多くなってしまい、飛翔体全体の構造重量が大きくなるという問題点があった。また、複数の火工品を搭載する必要があるため、１種類の火工品のみが搭載されている場合と比較した場合に、飛翔体全体の信頼性が低下してしまうという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、１つの火工品によって、ポートカバーの開口防止のためのロックの解除及びポートカバーの開口を行うことができるポートカバー開口装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、空気導入用のポートを有する飛翔体に設けられたポートカバーと、
前記ポートカバーに固定されポートカバーを閉鎖位置から開口位置まで搖動可能に支持する回転シャフトと、
前記回転シャフトに固定されポートカバーと共に搖動するカム部材と、
前記カム部材と係合しカム部材を搖動させる直動アクチュエータと、を備え、
前記直動アクチュエータは、
（Ａ）前記ポートカバーを閉鎖位置にロックし、
（Ｂ）閉鎖位置の前記ロックを解除し、
（Ｃ）前記ポートカバーを開口させ、
（Ｄ）前記ポートカバーを開口位置にロックする、ことを特徴とするポートカバー開口装置が提供される。

前記カム部材は、前記ポートカバーが閉鎖位置にロックされている場合における搖動方向側に面する内面と、
前記搖動方向の反対側に面する外面と、を有し、
前記直動アクチュエータは、前記カム部材と係合可能なピストンロッドと、
前記ピストンロッドをその軸方向であって前記搖動方向側に移動させるピストン駆動装置と、を有し、
前記ピストンロッドは、その他端に設けられカム部材の外面に当接する外面当接部と、その中間部に設けられカム部材の内面に当接する内面当接部と、を有し、
前記ピストン駆動装置は、
前記（Ａ）において、前記内面当接部が前記内面に当接した状態に前記ピストンロッドを固定し、
前記（Ｂ）において、前記内面当接部が前記内面に当接した状態を解除するように、前記ピストンロッドをその軸方向であって前記搖動方向側に移動させ、
前記（Ｃ）において、前記外面当接部が前記外面に当接する状態にし、かつ、前記外面に対して付勢させるように前記ピストンロッドをさらに移動させ、
前記（Ｄ）において、前記外面当接部が搖動時における前記外面の移動経路上に位置する状態となるように前記ピストンロッドを固定する。

前記ピストン駆動装置は、
前記ピストンロッドの前記搖動方向側の先端部に固定されたピストンと、
該ピストンを移動可能に囲む中空筒形のピストンシリンダと、
前記ピストンシリンダ内に固定され前記ピストンを前記（Ａ）の位置に固定する破断可能な第１ストッパー部材と、
前記ピストンシリンダ内であって前記ピストンよりも前記ピストンロッド側に設置されその作動により前記ピストンを前記搖動方向側に移動させる火薬と、
前記ピストンシリンダ内に固定され前記ピストンを前記（Ｄ）の位置に固定する第２ストッパー部材と、を有する。

上述した本発明によると、回転シャフトに固定されポートカバーと共に搖動するカム部材と、カム部材と係合しカム部材を搖動させる直動アクチュエータと、を備えていることによって、ポートカバーの開口防止のためのロックの解除とポートカバーの開口とを一連の動作において行うことができる。よって、１つの火工品によって、ポートカバーの開口防止のためのロックの解除及びポートカバーの開口を行うことができる。

本発明におけるポートカバー開口装置を取り付けた飛翔体の構成図である。 本発明におけるポートカバーの開口前における構成図である。 本発明におけるポートカバーの開口後における構成図である。 本発明におけるポートカバー及びカム部材の拡大図である。 本発明におけるピストン駆動装置の模式図である。

本発明の好ましい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、重複した説明を省略する。

図１は、本発明におけるポートカバー開口装置１０を取り付けた飛翔体２０の構成図である。図１（Ａ）は、推進薬１３の燃焼時における構成図であり、図１（Ｂ）は、推進薬１３の燃焼後であってポートカバー１を開口した際における構成図である。
本発明の飛翔体２０は、例えば、ポートカバー１と、ポートカバー開口装置１０と、モータケース１２と、推進薬１３と、ノズル１４と、燃焼室１５、燃料室１６と、を備えるものを想定している。

この例における飛翔体２０は、大気圏内を飛翔するロケットを想定している。図１においては、飛翔体２０の進行方向後端付近の構成について図示している。
なお、この例における飛翔体２０は、図１（Ａ）に示したように、発射直後においてはその内部に搭載された推進薬１３を燃焼させて推進力を取得する。そして、この推進薬１３の燃焼が終了した後においては、図１（Ｂ）に示すように、後述するポートカバー開口装置１０によってポートカバー１を開口させて飛翔体２０外部の空気を燃焼室１５内部に取り込み、燃料室１６に格納した燃料と混合燃焼させることによって推進力を取得して飛翔を継続させるというものを想定している。
このポートカバー開口装置１０についての詳細は後述する。

モータケース１２は、この例においては、中空形状からなるものであって推進薬１３が内部に装填されたものを想定している。
また、この例におけるモータケース１２は、その軸心部に点火薬（図示しない）を備えた点火装置（図示しない）を有しており、この点火装置によって点火薬の点火を行うことによって、推進薬１３の燃焼が開始して飛翔体２０に推進力を与えるものを想定している。

ノズル１４は、この例においては、モータケース１２の飛翔方向後端に連通して設けられており、推進薬１３等によって発生するガスを飛翔方向後方に噴射するものである。

燃料室１６は、推進薬１３の燃焼終了後において、空気と混合燃焼させるための燃料を格納している。この燃料室１６は、後述するポートカバー１の開口と連動して燃焼室１５と連通し、燃焼室１５に燃料の供給を開始する構成であってもよい。

空気取込口（図示しない）は、飛翔体２０の進行方向前方に設けられており、飛翔体２０外部から内部に空気を案内するためのものである。また、図１（Ｂ）に示すように、推進薬１３の燃焼終了後であってポートカバー１の開口時においては、燃焼室１５内部にその空気を案内することを可能にするものである。この空気取込口は、飛翔体２０の進行方向前方に設けられていることによって、飛翔体２０の飛翔時において自動的に内部に空気を取り込むことが可能になっている。

図２は、本発明におけるポートカバー１の開口前における構成図であり、図３は、本発明におけるポートカバー１の開口後における構成図である。
本発明におけるポートカバー開口装置１０は、ポートカバー１、カム部材２、直動アクチュエータ５を備える。

ポートカバー開口装置１０は、ポートカバー１を閉鎖状態からロックを解除して開口させ、さらにその開口状態にロックするものである。この例におけるポートカバー開口装置１０は、モータケース１２の進行方向前方側の側面の一部に設けられているものを想定しており、これを開口した際には上述した空気取込口と連通して、モータケース１２内部に空気を取り込むことができるようになっている。

ポートカバー１は、空気導入用のポート１２ａを有する飛翔体２０に設けられるものであり、この開閉を制御することで、ポート１２ａからの空気の取り入れを制御することを可能になるというものである。
このポートカバー１には、このポートカバー１に固定されており、さらにポートカバー１を閉鎖位置（全閉位置）から開口位置（全開位置）まで搖動可能に支持する回転シャフト１ａが取り付けられている。また、この例における回転シャフト１ａは、図４に示すように、ポートカバー１の一側面において１つのみ取り付けられているが、例えばポートカバー１の両側面にそれぞれ１つずつ取り付けられており、ポートカバー１を中心としてこれらが互いに一直線になるように設けられているものであってもよい。さらに、ポートカバー１の内部を貫通しているものであって、ポートカバー１の両側面からそれぞれ露出しているものであってもよい。

このポートカバー１は、モータケース１２におけるポート１２ａに設けられており、図２に示すように、その閉鎖時においては、ポート１２ａを完全に密閉する形で位置している。そのため、この閉鎖時においては、燃焼室１５内部に飛翔体２０外部の空気が取り込まれることを防止することが可能になる。一方、図３に示すように、ポートカバー１の開口時においては、ポート１２ａにおいて燃焼室１５外部と内部が連通することになるため、燃焼室１５内部に空気を取り込むことが可能になる。

カム部材２は、図４に示すように、回転シャフト１ａに固定され、ポートカバー１と共に搖動するものである。この例におけるカム部材２は、ポートカバー１が閉鎖位置にロックされている場合における搖動方向側に面する内面２ａと、搖動方向の反対側に面する外面２ｂと、を有するものを想定している。
このカム部材２は、回転シャフト１ａに対して固定されているものを想定しているが、例えば、取外しが可能なものであって、回転シャフト１ａに対する取り付け角度を変更することができるものであってもよい。
本発明におけるポートカバー１とカム部材２とは、回転シャフト１ａを介して一体的に取り付けられていることによって、これらを一体的に搖動させることが可能になる。そのため、後述するようにカム部材２を搖動させることによって、ポートカバー１を開口させることが可能になる。
なお、図４の例において、カム部材２は１つのみ取り付けられているが、回転シャフト１ａがポートカバー１の両側面にそれぞれ取り付けられている場合（または、回転シャフト１ａがポートカバー１を貫通して取り付けられている場合）においては、その回転シャフト１ａの両端にそれぞれカム部材２が１つずつ取り付けられている構成であってもよい。

直動アクチュエータ５は、カム部材２と係合しカム部材２を搖動させるものである。この例においては、カム部材２と係合可能なピストンロッド３と、ピストンロッドをその軸方向であってポートカバー１が閉鎖位置にロックされている場合における搖動方向側に移動させるピストン駆動装置４を有するものを想定している。さらに、この例においては、ピストンロッド３は、その他端に設けられカム部材２の外面２ｂに当接する外面当接部３ｂと、その中間部に設けられカム部材２の内面２ａに当接する内面当接部３ａと、を有しているものを想定している。

このピストン駆動装置４は、その作動前においては、ピストンロッド３における内面当接部３ａがカム部材２における内面２ａに当接した状態で、ピストンロッド３が固定しているものを想定している。つまり、この内面当接部３ａは、内面２ａと対向する方向から内面２ａに当接しているため、ピストンロッド３を固定することで、カム部材２の搖動を防止することが可能になるというものである。そのため、この直動アクチュエータ５によって、ポートカバー１を閉鎖位置においてロックすることが可能になる。

次に、上述のようにピストンロッド３が移動した場合、上述した内面２ａと内面当接部３ａの当接した状態が解除されることになる。そのため、カム部材２は搖動が可能になる状態になる。そのため、この直動アクチュエータ５によって、ポートカバー１の閉鎖位置におけるロックを解除することが可能になる。

さらに、このピストンロッド３のさらなる移動によって、外面当接部３ｂが外面２ｂに当接する状態にし、かつ、外面２ｂに対して付勢させることになる。そのため、この付勢力によってカム部材２が搖動し、これに一体的に取り付けられている回転シャフト１ａ及びポートカバー１も搖動することによって、ポートカバー１を開口させることが可能になる。

また、ポートカバー１の開口に伴うカム部材２の搖動後において、ピストンロッド３の外面当接部３ｂがその搖動時における外面２ｂの移動経路上に位置する状態となるようにピストンロッド３を固定させる。これによって、ポートカバー１が飛翔体２０内部に取り込まれた空気による抵抗を受けた場合等においても、外面２ｂは外面当接部３ｂに当接することによって搖動することがなくなる。そのため、ポートカバー１の開口後に、そのポートカバー１を開口位置においてロックすることが可能になる。

なお、カム部材２の形状を楕円等の縦長形状にし、長手方向の一端部に近い位置において回転シャフト１ａに取り付け、その他端部において外面当接部３ｂと当接させるような形状にすることが好ましい。
この構成によって、外面当接部３ｂが外面２ｂに対して与える付勢力が回転シャフト１ａに及んでしまい、回転シャフト１ａを破損させることを防ぐことができる。

内面２ａ及び内面当接部３ａは、その当接時において接触面積を可能な限り広くする形状であることが好ましい。例えば、図２に示すように、内面当接部３ａは平板形状からなるものを採用し、内面２ａは当接時においてこの平板形状における平面部に沿うことが可能な角度に設けられた面を有する切れ込み部を有しているものを採用することが好ましい。

ピストン駆動装置４の構造について、以下に詳細に説明をする。
図５は、本発明におけるピストン駆動装置４の模式図である。図５（Ａ）は、ピストン駆動装置４の作動前における模式図であり、図５（Ｂ）は、ピストン駆動装置４の作動後における模式図である。
ピストン駆動装置４は、ピストン４ａと、ピストンシリンダ４ｂと、第１ストッパー部材４ｃと、火薬４ｄと、第２ストッパー部材４ｅとを有するものを想定している。

この例において、ピストン４ａは、ピストンロッド３の先端部に固定されたものであり、ピストンシリンダ４ｂは、ピストン４ａを移動可能に囲むものであって、中空筒形の形状からなるものを想定している。

また、第１ストッパー部材４ｃは、ピストンシリンダ４ｂ内に固定され、内面当接部３ａが内面２ａに当接した位置にピストン４ａを固定するものであって、破断可能であるものを想定している。

火薬４ｄは、ピストンシリンダ４ｂ内であって、ピストン４ａよりもピストンロッド側に設置され、その作動によりピストン４ａを移動させるものである。
また、第２ストッパー部材４ｅは、ピストンシリンダ４ｂ内に固定されており、外面当接部３ｂが搖動時における外面２ｂの移動経路上に位置する状態となる位置にピストン４ａを固定するものである。

ピストン駆動装置４の作動前において、ピストンシリンダ４ｂ内に固定された第１ストッパー部材４ｃによって、ピストン４ａは、ピストンロッド３がポートカバー１を閉鎖位置にロックする位置に固定されているものを想定している。

ピストン駆動装置４の作動時においては、ピストンシリンダ４ｂ内であってピストン４ａよりもピストンロッド側に設置された火薬４ｄを作動させ、この時に発生する衝撃によって第１ストッパー部材４ｃを破断させる。これによって、ピストン４ａをピストンシリンダ４ｂの奥部に移動させる。このピストン４ａの移動後、ピストンシリンダ４ｂ内に固定された第２ストッパー部材４ｅと、ピストン４ａにもうけられて凹部４ｆとを嵌合させることによって、ポートカバー１が開口位置に位置している状態でピストン４ａ及びピストンロッド３をロックさせるというものである。
この構成を有することによって、火薬４ｄの作動前においてはピストン４ａ及びピストンロッド３を固定させ、火薬４ｄの作動後においては、ピストンシリンダ４ｂの奥部に移動したピストン４ａをそこに固定させることが可能になる。
なお、第２ストッパー部材４ｅは、例えばＯリングや低剛性の金属リング等を想定している。

また、ピストンシリンダ４ｂの奥部に緩衝材４ｇを設置しておき、火薬４ｄの作動時におけるピストン４ａによって、ピストンロッド３、ピストン４ａ及びピストンシリンダ４ｂの奥部を損傷させない構成であってもよい。

なお、図２及び図３に示すように、外面２ｂと外面当接部３ｂをそれぞれ曲面（それぞれ第１凸曲面及び第２凸曲面）にするものであってよい。
この構成によって、外面２ｂと外面当接部３ｂとが当接している時間を長くすることが可能になり、上記当接によってカム部材２が得た運動エネルギーを効率的にポートカバー１の開口に使うことが可能になる。

上述した本発明によると、回転シャフト１ａに固定されポートカバー１と共に搖動するカム部材２と、カム部材２と係合しカム部材２を搖動させる直動アクチュエータ５と、を備えていることによって、ポートカバー１の開口防止のためのロックの解除とポートカバー１の開口とを一連の動作において行うことができる。よって、１つの火工品によって、ポートカバー１の開口防止のためのロックの解除及びポートカバー１の開口を行うことができる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ ポートカバー
１ａ 回転シャフト
２ カム部材
２ａ 内面
２ｂ 外面
３ ピストンロッド
３ａ 内面当接部
３ｂ 外面当接部
４ ピストン駆動装置
４ａ ピストン
４ｂ ピストンシリンダ
４ｃ 第１ストッパー部材
４ｄ 火薬
４ｅ 第２ストッパー部材
４ｆ 凹部
４ｇ 緩衝材
５ 直動アクチュエータ
１０ ポートカバー開口装置
１２ モータケース
１２ａ ポート
１３ 推進薬
１４ ノズル
１５ 燃焼室
１６ 燃料室
２０ 飛翔体

Claims (2)

1. 空気導入用のポートを有する飛翔体に設けられたポートカバーと、
   前記ポートカバーに固定されポートカバーを閉鎖位置から開口位置まで搖動可能に支持する回転シャフトと、
   前記回転シャフトに固定されポートカバーと共に搖動するカム部材と、
   前記カム部材と係合しカム部材を搖動させる直動アクチュエータと、を備え、
   前記カム部材は、前記ポートカバーが閉鎖位置にロックされている場合における搖動方向側に面する内面と、
   前記搖動方向の反対側に面する外面と、を有し、
   前記直動アクチュエータは、前記カム部材と係合可能なピストンロッドと、
   前記ピストンロッドをその軸方向であって前記搖動方向側に移動させるピストン駆動装置と、を有し、
   前記ピストンロッドは、その他端に設けられカム部材の外面に当接する外面当接部と、その中間部に設けられカム部材の内面に当接する内面当接部と、を有し、
   前記ピストン駆動装置は、
   （Ａ）前記内面当接部が前記内面に当接した状態に前記ピストンロッドを固定し、
   （Ｂ）前記内面当接部が前記内面に当接した状態を解除するように、前記ピストンロッドをその軸方向であって前記搖動方向側に移動させ、
   （Ｃ）前記外面当接部が前記外面に当接する状態にし、かつ、前記外面に対して付勢させるように前記ピストンロッドをさらに移動させ、
   （Ｄ）前記外面当接部が搖動時における前記外面の移動経路上に位置する状態となるように前記ピストンロッドを固定し、
   それにより前記直動アクチュエータは、
   前記（Ａ）において、前記ポートカバーを閉鎖位置にロックし、
   前記（Ｂ）において、閉鎖位置の前記ロックを解除し、
   前記（Ｃ）において、前記ポートカバーを開口させ、
   前記（Ｄ）において、前記ポートカバーを開口位置にロックする、ことを特徴とするポートカバー開口装置。
2. 前記ピストン駆動装置は、
   前記ピストンロッドの前記搖動方向側の先端部に固定されたピストンと、
   該ピストンを移動可能に囲む中空筒形のピストンシリンダと、
   前記ピストンシリンダ内に固定され前記ピストンを前記（Ａ）の位置に固定する破断可能な第１ストッパー部材と、
   前記ピストンシリンダ内であって前記ピストンよりも前記ピストンロッド側に設置されその作動により前記ピストンを前記搖動方向側に移動させる火薬と、
   前記ピストンシリンダ内に固定され前記ピストンを前記（Ｄ）の位置に固定する第２ストッパー部材と、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のポートカバー開口装置。

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