JP6688080B2 - フェアリング - Google Patents

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本発明は、フェアリングに関する。
人工衛星等の宇宙航行体(ペイロード)を打ち上げるロケットには、宇宙航行体を保護するためのフェアリングが配置されている。フェアリングは、フェアリングを構成する分割体(フェアリング片)が分離機能を有する分離部材(例えば、ボルトとナット)により結合されている。そして、締結ボルトが切断されて、分割体が分離開頭することにより、フェアリングはロケットから分離する。
このようなフェアリングに用いられている分離部材は、飛行時に加わる空力荷重又は内外差圧に耐荷し、かつ、外部環境に対するシール性を確保するため、分割体の接合面の全域に亘って、配置されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−185699号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示されているフェアリングのように、分割体の接合面全域に多数の分離部材を配置すると、それに応じてコストが増加し、組立作業の手間も増加する。これに対して、単純に、分離部材の配置数を低減すると、分割体同士の接合強度が不足するおそれがある。
本発明は、上記課題を解決するもので、フェアリング先端部の接合を簡易にすることにより、フェアリング片同士の接合強度を維持し、かつ、製造コストを低減することができる、フェアリングを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係るフェアリングは、ロケットの先端に取り付けられるフェアリングであって、前記ロケットの進行方向に直交する方向へ分離開頭するように構成されている第1フェアリング片及び第2フェアリング片を備え、前記第1フェアリング片と前記第2フェアリング片の接合面には、当該第1フェアリング片と当該第2フェアリング片を締結するための締結機構と前記第1フェアリング片と前記第2フェアリング片の横ずれを防止するための横ずれ防止機構が配設されている。
これにより、高コストの締結部材の配置数を低減することができ、フェアリングの製造コストを低減することができる。
本発明のフェアリングによれば、製造コストを低減することができる。
図1は、本実施の形態1に係るフェアリングをロケットに装着された状態を示す模式図である。 図2Aは、図1に示すA−A線断面図である。 図2Bは、図1に示すB−B線断面図である。 図3は、本実施の形態2に係るフェアリングの要部を示す断面図である。 図4は、飛行中のフェアリングにかかる圧力をCFD解析により解析した結果を示すグラフである。
ところで、本発明者らが、迎角が0degで飛行中のフェアリングにかかる圧力をCFD解析により解析したところ、フェアリングの先端部には、空気力による圧縮荷重が作用することが確認された(図4参照)。
このため、本発明者等は、フェアリングの先端部分では、フェアリング片同士が押さえつけられるので、フェアリング片の接合面を強固に接合(締結)しなくてもよいことを見出し、本発明を想到した。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するための構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
(実施の形態1)
本実施の形態1に係るフェアリングは、ロケットの先端に取り付けられるフェアリングであって、ロケットの進行方向に直交する方向へ分離開頭するように構成されている第1フェアリング片及び第2フェアリング片を備え、第1フェアリング片と第2フェアリング片の接合面には、当該第1フェアリング片と当該第2フェアリング片を締結するための締結機構と第1フェアリング片と第2フェアリング片の横ずれを防止するための横ずれ防止機構とが配設されている。
また、本実施の形態1に係るフェアリングでは、横ずれ防止機構は、フェアリングの先端部に配設されていてもよい。
さらに、本実施の形態1に係るフェアリングでは、横ずれ防止機構は、第1フェアリング片と第2フェアリング片の接合面に設けられている貫通孔と、該貫通孔に嵌通するように配設されているピン部材と、から構成されていてもよい。
以下、本実施の形態1に係るフェアリングの一例について、図1〜図2Bを参照しながら説明する。
[フェアリングの構造]
図1は、本実施の形態1に係るフェアリングをロケットに装着された状態を示す模式図である。図2Aは、図1に示すA−A線断面図である。図2Bは、図1に示すB−B線断面図である。なお、図1においては、フェアリングの上下方向を図における上下方向として示している。
図1に示すように、本実施の形態1に係るフェアリング100は、円筒状の後端部101、円筒状の中間部102、及び頂部が丸みを帯びた円錐状の先端部103を備えていて、搭載アダプタ300に後端部101が結合された状態で、ロケット200の先端部に装着されている。また、フェアリング100は、後端部101、中間部102、及び先端部103がこの順で配置されている。すなわち、後端部101が下方に位置し、先端部103が上方に位置するように構成されている。なお、後端部101及び中間部102を直胴部と言う場合がある。
搭載アダプタ300は、略錐台(円錐台)状に形成されている。搭載アダプタ300の上底部分には、人工衛星等の宇宙航行体400が接続される航行体側接続部が設けられていて、搭載アダプタ300の下底部分には、ロケット200の先端部が接続されるロケット側接続部が設けられている。
また、搭載アダプタ300には、後端部101が載置されている。具体的には、例えば、搭載アダプタ300の下部外周部に、外方に突出したツバ部を設け、該ツバ部の上面に後端部101を載置してもよい。搭載アダプタ300と後端部101の間(後述する接合面100d)は、分離機能を有する締結機構12により結合(連結)されている。
また、フェアリング100は、ロケット200の進行方向(図における上下方向)に沿って分割されるように構成されている。具体的には、2つのフェアリング片(第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100b)に分離開頭するように構成されている。
第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100bとの上下方向の分割面が、接合面100cを構成し、第1フェアリング片100a及び第2フェアリング片100bと搭載アダプタ300との径方向の分割面が、接合面100dを構成する。
また、第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100bの接合面100cは、後述する横ずれ防止機構11又は締結機構12により結合(連結)されている。さらに、第1フェアリング片100a及び第2フェアリング片100bと搭載アダプタ300との接合面100dは、締結機構12により結合(連結)されている。
ここで、図2A及び図2Bを参照しながら、横ずれ防止機構11及び締結機構12の構造について、詳細に説明する。
図2Aに示すように、横ずれ防止機構11は、本実施の形態1においては、第1フェアリング片100a及び第2フェアリング片100bの接合面100cに設けられている貫通孔103C、103Dと、ピン部材11aと、から構成されていて、先端部103に配設されている。以下、横ずれ防止機構11の具体的な構造について、説明する。
先端部103における、第1フェアリング片100a側の端部及び第2フェアリング片100b側の端部には、それぞれ、フランジ103A及びフランジ103Bが形成されている。フランジ103Aは、接合面100cを構成するフランジ面を有していて、当該フランジ面には、貫通孔103Cが設けられている。同様に、フランジ103Bは、接合面100cを構成するフランジ面を有していて、当該フランジ面には、貫通孔103Dが設けられている。
第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100bは、フランジ103Aのフランジ面とフランジ103Bのフランジ面が接触し、かつ、貫通孔103Cと貫通孔103Dが連通するように配置されている。
ピン部材11aは、軸部と頭部を有していて、軸部が貫通孔103C及び貫通孔103Dを嵌通するように配置されている。なお、ピン部材11aは、軸部が、貫通孔103Cと螺着し、貫通孔103Dのみを嵌通するように構成されていてもよい。これにより、第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100bの横ずれを防止することができる。
ここで、第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100bの横ずれとは、第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100bの分離方向(図2Aにおける左右方向)以外の方向への第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100bの位置ずれをいう。
また、本実施の形態1においては、第2フェアリング片100bの外表面(図2Aにおける上側の表面)には、第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100bの接合面100cを覆うように(より正確には、第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100bの外表面を覆うように)、遮蔽板13が取付け部材14により取り付けられている。
これにより、遮蔽板13及び取付け部材14により、第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100bの分離を妨害することなく、接合面100cをより確実にシール性を確保することができる。
なお、本実施の形態1においては、第2フェアリング片100bの外表面に遮蔽板13を取付け部材14に取り付ける形態を採用したが、これに限定されず、第1フェアリング片100aの外表面に遮蔽板13を取付け部材14に取り付ける形態を採用してもよい。
また、図2Bに示すように、締結機構12は、フランジブルボルト式分離機構から構成されていて、中間部102に配設されている。
中間部102の第1フェアリング片100a側の端部及び第2フェアリング片100b側の端部にも、それぞれ、フランジ102A及びフランジ102Bが形成されている。フランジ102Aは、接合面100cを構成するフランジ面を有していて、当該フランジ面には、貫通孔102Cが設けられている。同様に、フランジ102Bは、接合面100cを構成するフランジ面を有していて、当該フランジ面には、貫通孔102Dが設けられている。
第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100bは、フランジ102Aのフランジ面とフランジ102Bのフランジ面が接触し、かつ、貫通孔102Cと貫通孔102Dが連通するように配置されている。そして、貫通孔102Cと貫通孔102Dには、締結機構12を構成するノッチボルト12Aの軸部が挿通されている。
締結機構12は、第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100bを締結するノッチボルト12A及びナット12Bと、ノッチボルト12Aを切断するためのESMDC(膨脹型密封導爆線;Expanding Shielded Mild Detonating Cord)12C及びT字状の押さえ部材12Dと、から構成されている。
ESMDC12Cは、フランジ102Aにおける裏面(フランジ面の反対側の面)の貫通孔102C近傍に配置されていて、ロケット200の進行方向に延びるように配置されている(図1参照)。また、押さえ部材12Dは、軸部とかさ状の部分を有していて、軸部には、その軸心に沿って貫通孔が設けられている。そして、押さえ部材12Dは、かさ状の部分とフランジ102Aの裏面とでESMDC12Cを挟持するように配置されている。
ノッチボルト12Aは、軸部に切断を容易にする溝(刻み目;図示せず)が設けられていて、該軸部が、押さえ部材12Dの貫通孔、貫通孔102C、及び貫通孔102Dを挿通するように配置されている。そして、ノッチボルト12Aとナット12Bにより、中間部102の第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100bが締結されている。
また、図1に示すように、搭載アダプタ300と後端部101には、ヒンジ部材21が配設されている。具体的には、ヒンジ部材21は、接合面100dを跨ぐように、搭載アダプタ300の外周面と後端部101の外周面に取り付けられている。
本実施の形態1においては、一対のヒンジ部材21は、フェアリング100の軸心を挟んで、互いに対向するように、搭載アダプタ300と後端部101に取り付けられていてもよい。換言すると、一対のヒンジ部材21のうち、一方のヒンジ部材21が取り付けられている位置(フェアリング100の軸心を中心とした場合の周方向の位置)を0°とすると、他方のヒンジ部材21が、180°の位置に取り付けられている。なお、以下の説明においては、一方のヒンジ部材21が取り付けられている位置を基準(0°)にして、他の部材の配置位置を説明する。
また、本実施の形態1においては、二組の一対のヒンジ部材21が、搭載アダプタ300と後端部101に取り付けられていてもよい。この場合、対となるヒンジ部材21が、それぞれ、フェアリング100の軸心を挟んで、互いに対向するように取り付けられる。すなわち、一方の一対のヒンジ部材21が、それぞれ、2°と178°の位置に取り付けられ、他方の一対のヒンジ部材21が、それぞれ、−2°と−178°の位置に取り付けられていてもよい。
後端部101、中間部102、及び先端部103は、それぞれ、ハニカムコアの両面にCFRP(炭素繊維強化プラスチック)又はアルミ板等を接着したハニカムサンドイッチ構造を有するパネルと、該パネルを締結する締結部材(例えば、ボルトとナット)と、を備えている(いずれも図示せず)。後端部101は、曲面状の複数のパネルを締結部材によって締結することにより、円錐台状に形成される。同様に、曲面状の複数のパネルを締結部材によって締結することにより、中間部102は円筒状に形成され、先端部103は略円錐状に形成される。
そして、後端部101の上端部に中間部102が載置され、後端部101と中間部102の接合面が、適宜な締結部材により結合(締結)されている。また、中間部102の上端部に先端部103が載置され、中間部102と先端部103の接合面が、適宜な締結部材により結合(締結)されている。
なお、本実施の形態1においては、後端部101を円筒状に形成されている態様を採用したが、これに限定されず、後端部101が円錐台状に形成されている態様を採用してもよい。
また、本実施の形態1においては、先端部103にのみ、横ずれ防止機構11が配設されえている形態を採用したが、これに限定されない。横ずれ防止機構11は、フェアリング100の外表面が外部から圧縮荷重が作用している部分であれば、どのような部分に配設されていてもよい。例えば、ロケット200の打ち上げ時又は飛行時を想定したCFD解析を行い、CFD解析により、フェアリング100に圧縮荷重がかかる部分(圧力係数(Cp)が0以上の部分)に横ずれ防止機構11を配置してもよい。また、横ずれ防止機構11は、先端部103の接合面100cの全領域に亘って配設されていてもよく、接合面100cの所定の領域にのみ配設されていてもよい。
さらに、本実施の形態1においては、締結機構12は、先端部103に配設されていない形態を採用したが、これに限定されず、先端部103に締結機構12が配置されている形態を採用してもよい。この場合、締結機構12は、フェアリング100を分離しやすくする観点から、先端部103の頂部(上端部)に配置されていてもよい。
このように構成された、本実施の形態1に係るフェアリング100では、フェアリング100の先端部103においては、横ずれ防止機構11により、第1フェアリング片100aと第2フェアリング片100bを結合している、これにより、従来のフェアリング100に比して、締結機構12の使用する部材数を低減することができる。このため、製造コストを低減することができ、また、作業時間を短縮することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態2に係るフェアリングは、横ずれ防止機構は、第1フェアリング片の接合面に設けられている溝部と、該溝部と嵌合するように第2フェアリング片の接合面に設けられている突起部と、から構成されている。
以下、図3を参照しながら、本実施の形態2に係るフェアリングの一例について、説明する。
図3は、本実施の形態2に係るフェアリングの要部を示す断面図である。
図3に示すように、本実施の形態2に係るフェアリング100では、実施の形態1に係るフェアリング100と基本的構成は同じであるが、横ずれ防止機構11の構成が異なる。具体的には、横ずれ防止機構11は、フランジ103Aの表面に設けられている溝11bと、フランジ103Bに設けられている突起部11cと、から構成されている。突起部11cは、溝11bに嵌合するように形成されている。
このように構成された、本実施の形態2に係るフェアリング100であっても、実施の形態1に係るフェアリング100と同様の作用効果奏する。
なお、本実施の形態2においては、フランジ103Aの表面に、1つの溝11bが設けられている形態を採用したが、これに限定されず、2つ以上の溝11bが設けられている形態を採用してもよい。この場合、突起部11cは、溝11bと同じ数だけ設けられていてもよく、溝11bの配置数よりも少ない配置数であってもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明のフェアリングは、生産コストを低減することができるため、有用である。
11 横ずれ防止機構
11a ピン部材
11b 溝
11c 突起部
12 締結機構
12A ノッチボルト
12B ナット
12C ESMDC
12D 押さえ部材
13 遮蔽板
14 取付け部材
21 ヒンジ部材
100 フェアリング
100a 第1フェアリング片
100b 第2フェアリング片
100c 接合面
100d 接合面
101 後端部
102 中間部
102A フランジ
102B フランジ
102C 貫通孔
102D 貫通孔
103 先端部
103A フランジ
103B フランジ
103C 貫通孔
103D 貫通孔
200 ロケット
300 搭載アダプタ
400 宇宙航行体

Claims (4)

  1. ロケットの先端に取り付けられるフェアリングであって、
    前記ロケットの進行方向に直交する方向へ分離開頭するように構成されている第1フェアリング片及び第2フェアリング片を備え、
    前記第1フェアリング片と前記第2フェアリング片の接合面には、当該第1フェアリング片と当該第2フェアリング片の接合面を締結し、能動的に分離する機能を有する締結機構と前記第1フェアリング片と前記第2フェアリング片の接合面を結合し、かつ、横ずれを防止するための横ずれ防止機構とが配設されていて、
    前記横ずれ防止機構は、前記第1フェアリング片と前記第2フェアリング片の接合面を分離させる機能を有さない、フェアリング。
  2. 前記横ずれ防止機構は、前記フェアリングの先端部の接合面に配設されている、請求項1に記載のフェアリング。
  3. 前記横ずれ防止機構は、前記第1フェアリング片と前記第2フェアリング片の接合面に設けられている貫通孔と、該貫通孔に嵌通するように配設されているピン部材と、から構成されている、請求項1又は2に記載のフェアリング。
  4. 前記横ずれ防止機構は、前記第1フェアリング片の接合面に設けられている溝部と、前記溝部と嵌合するように前記第2フェアリング片の接合面に設けられている突起部と、から構成されている、請求項1又は2に記載のフェアリング。



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