JP6688080B2

JP6688080B2 - フェアリング

Info

Publication number: JP6688080B2
Application number: JP2016001549A
Authority: JP
Inventors: 健一迎田
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2016-01-07
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2036-01-07
Also published as: JP2017121860A

Description

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；ＥｘｐａｎｄｉｎｇＳｈｉｅｌｄｅｄＭｉｌｄＤｅｔｏｎａｔｉｎｇＣｏｒｄ）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
１２ＣＥＳMＤＣ
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

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。
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。
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。
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。