JP6906440B2

JP6906440B2 - 飛しょう体

Info

Publication number: JP6906440B2
Application number: JP2017249657A
Authority: JP
Inventors: 永中▲西▼
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2037-12-26
Also published as: JP2019116978A

Description

本発明は、電子装置が設けられる飛しょう体のフレーム、および飛しょう体に関する。

電子装置が搭載される飛しょう体において、電子装置は飛しょう体の飛しょう中に自己発熱する。飛しょう体では、運用時間中において電子装置内部の温度を保証温度以下に保つために、電子装置における自己発熱を放熱するしくみが必要である。

特許文献１には、電子機器が自己発熱により外殻構造部材よりも高温になっている場合、電子機器から外殻構造部材に放熱することで電子機器を冷却する技術が開示されている。

特開平８−２７８０９９号公報

ところで、飛しょう体の中には、数秒という短い時間で超音速または極超音速に達して飛しょうする飛しょう体がある。さらには、超音速で数分間以上飛しょうする飛しょう体もある。飛しょう体では、超音速または極超音速のように速度が速くなると空力加熱の影響が大きくなり飛しょう体が高温に晒される。飛しょう体では、空力加熱の影響を受けて、飛しょう体の外殻構造部材も加熱される。したがって、飛しょう体では、超音速または極超音速のように速度が速くなる場合、外殻構造部材を用いて電子装置を冷却することは困難になる。

このため、飛しょう体のフレームなど、飛しょう体の外殻構造部材より内側において、熱容量を確保して、電子装置の自己発熱を蓄熱することが好ましい。

飛しょう体は軽量化および低コスト化が望まれるため、飛しょう体のフレームは金属の中でも比重が小さく、比熱が大きく、かつ切削加工性のよいアルミニウム合金を用いて形成されることが好ましい。

しかしながら、フレームを用いて電子装置を冷却するにはフレームの熱容量を大きくすることが必要であるが、アルミニウム合金を用いて飛しょう性能を保てる重量の範囲内でフレームを生成すると熱容量が足りないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軽量かつ熱容量の大きい、飛しょう体のフレームを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる、飛しょう体は、ホーミング装置の外表面を形成する円筒状の外殻部材と、外殻部材に固定され、かつ互いに離間して配置される第１の主構造部材および第２の主構造部材と、外殻部材と第１の主構造部材と第２の主構造部材とによって形成される空間と外部とを繋ぐ弁であって、外殻部材に固定され、空間の圧力が第１の値を超えないようにする機能を持つ弁と、空間内で、第１の主構造部材と第２の主構造部材とを連結し、かつ互いに離間して配置される金属で形成された長尺の第１のフレームおよび金属で形成された長尺の第２のフレームと、第１のフレームおよび第２のフレームに固定される電子装置と、を備える。第１のフレームおよび第２のフレームは、長尺の長手方向に垂直な第１方向についての第１端側に金属よりも比重が小さい冷媒が封入される第１内部空間を有し、第１端側と第１方向についての反対側の第２端側に、第１内部空間とは連結されておらず、冷媒が封入される第２内部空間を有し、第１内部空間と第２内部空間との間の中央部に第３内部空間を有し、第１内部空間には、第１内部空間内に向けて突出する少なくとも１つのフィンが形成され、第２内部空間には、第２内部空間内に向けて突出する少なくとも１つのフィンが形成され、第３内部空間には、金属よりも比重が小さい樹脂成型部材が設けられ、第１のフレームおよび第２のフレームの第１内部空間および第２内部空間の各冷媒封入口には、冷媒の相変化における第１相状態を通過させ、第１相状態より運動エネルギーが小さい第２相状態を通過させないフィルタと、を具える。

本発明によれば、軽量かつ熱容量の大きい、飛しょう体のフレームを得ることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる飛しょう体のフレームを有する飛しょう体の一例を示す概略図図１におけるホーミング装置の内部構成を説明するための部分断面図図２における線III−IIIに沿う部分断面図図２における線III−IIIに沿うフレームの断面図図４のフレームの運用状態について説明するための図本発明の実施の形態２にかかる飛しょう体のフレームの一例を示す断面図本発明の実施の形態３にかかる飛しょう体のフレームの一例を示す断面図

以下に、本発明の実施の形態にかかる飛しょう体のフレーム、および飛しょう体を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１にかかる飛しょう体のフレーム、および飛しょう体について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる飛しょう体のフレームを有する飛しょう体の一例を示す概略図である。

図１に示す、飛しょう体１は、飛しょう体１を目標へ誘導するホーミング装置２と、飛しょう体１に推進力を与える推進装置３とを備える。

図２は、図１におけるホーミング装置の内部構成を説明するための部分断面図である。

図２に示す、ホーミング装置２は、外殻部材１１と、主構造部材１２，１３と、本発明の実施の形態１にかかる飛しょう体のフレームであるフレーム１４と、電子装置１５と、弁１６とを備える。

外殻部材１１は、ホーミング装置２の外表面の一部を形成する。主構造部材１２は、外殻部材１１に嵌合し、外殻部材１１に固定される。主構造部材１３は、外殻部材１１に嵌合し、外殻部材１１に固定される。

フレーム１４は、主構造部材１２，１３に、ボルトといった雄螺子とねじ穴またはナットといった雌螺子とにより締結される。電子装置１５は、フレーム１４にボルトといった雄螺子を用いて締結される。弁１６は、外殻部材１１に固定される。弁１６は、ホーミング装置２の内部の圧力が、ある値を超えないようにする機能を持つ。

本実施の形態では、主構造部材１２およびフレーム１４を介した外殻部材１１から電子装置１５への熱経路１７が存在している。

図３は、図２における線III−IIIに沿う部分断面図である。

図３に示す、フレーム１４は、外殻部材１１により囲まれる、ホーミング装置２内部の閉じた空間である内部空間１１ａに設けられる。フレーム１４は、Ｉ形鋼形状であり、断面がＩ字形状である。フレーム１４は、断面がＨ字形状であってもよい。フレーム１４は、直方体形状であってもよい。

電子装置１５は、フレーム１４に設けられている。たとえば、電子装置１５は、フレーム１４の図３中の上面に、ボルトといった雄螺子を用いて締結される。電子装置１５は、電子機器２１を有する。

本実施の形態では、電子機器２１から電子装置１５を経由したフレーム１４への熱経路２２が存在している。

図４は、図２における線III−IIIに沿うフレームの断面図である。

図４に示す、フレーム１４は、金属部３１と、樹脂成型部材３２と、冷媒３３，３４と、フィルタ３５，３６とを備える。

金属部３１は、たとえばアルミニウム合金で形成される。金属部３１は、フレーム１４の外表面を形成する。金属部３１は、外殻部材１１または電子装置１５から冷媒３３，３４までの熱経路の機能、電子装置１５を支持する機能、および飛しょう体１の荷重経路の機能を有する。金属部３１には、空間３７，３８，３９が形成される。空間３７は、たとえば、図４中、金属部３１の内部の上方に形成され、断面がＴ字形状である。空間３８は、たとえば、図４中、金属部３１の内部の中央に形成され、直方体形状である。空間３９は、たとえば、図４中、金属部３１の内部の下方に形成され、断面が逆Ｔ字形状である。空間３７，３９は、第１の空間の一例である。空間３８は、第２の空間の一例である。金属部３１は、空間３７内に向けて突出する少なくとも１つのフィン３１ａと、空間３９内に向けて突出する少なくとも１つのフィン３１ｂとを有する。フィン３１ａ，３１ｂは、第１のフィンの一例である。金属部３１は、電子装置１５と接触する。

樹脂成型部材３２は、金属部３１によって形成される空間３８に設けられる。樹脂成型部材３２は、フレーム１４の主となる部分である。樹脂成型部材３２は、たとえばポリアミド樹脂の内の比熱が大きくかつ剛性の高いポリアミド樹脂で形成される。樹脂成型部材３２は、たとえばナイロン１１またはナイロン１２で形成される。樹脂成型部材３２は、金属部３１よりも比重が小さい。樹脂成型部材３２は、飛しょう体１の空気抵抗がどのくらいであるといった使用条件によって定まる、剛性が必要な方向などを考慮した、トラス形状であってもよい。樹脂成型部材３２がトラス形状である場合、樹脂成型部材３２が直方体形状である場合と比較して、フレーム１４の軽量化を図れる。金属部３１と樹脂成型部材３２とは接合される。金属部３１と樹脂成型部材３２との接合には、たとえば共重合接着剤が用いられる。この場合、高い接着強度が得られる。金属部３１は、一体成形されていてもよく、分割した金属部材を組み合わせて成形されていてもよい。分割した金属部材を組み合わせて金属部３１を成形する場合は、金属部材の気密性を確保するために、金属部材の接合部にシールなどを施すことが好ましい。

冷媒３３は、金属部３１によって形成される空間３７に封入される。冷媒３４は、金属部３１によって形成される空間３９に封入される。冷媒３３，３４は、常温で液体である物質、たとえば純水である。冷媒３３，３４は、金属部３１よりも比重が小さい。冷媒３３，３４は、金属部３１を介しての電子装置１５から伝わった熱、および空力加熱による外殻部材１１および主構造部材１２を介して伝わった熱を蓄熱する。金属部３１は、フィン３１ａ，３１ｂを有するため、フィン３１ａ，３１ｂを有していない場合と比較して、冷媒３３，３４と金属部３１との接触面を多くすることができ、金属部３１から冷媒３３，３４への伝熱量を増やすことができる。

フィルタ３５は、冷媒３３の封入口に設けられる。フィルタ３５は、第１のフィルタの一例である。フィルタ３５は、フレーム１４の外表面の一部を形成する。フィルタ３６は、冷媒３４の封入口に設けられる。フィルタ３６は、フレーム１４の外表面の一部を形成する。フィルタ３６は、第１のフィルタの一例である。フィルタ３５，３６は、液体は通さずに気体を通すものであり、たとえば中空糸を用いたものである。フィルタ３５，３６は、ボルトといった雄螺子を用いて金属部３１に締結されてもよく、接着により金属部３１に固着されていてもよい。

次に、図２、図３および図５を用いて、図４のフレーム１４の運用状態について説明する。図５は、図４のフレーム１４の運用状態について説明するための図である。

図２に示すように、冷媒３３には、空力加熱により発生した熱１８が熱経路１７を経て伝わる。図３および図５に示すように、冷媒３３には、電子装置１５および電子機器２１から発生した熱４１が熱経路２２を経て伝わる。冷媒３３への伝熱により、冷媒３３の温度が沸点を上回ると、冷媒３３は、液体から気体へ相変化する、すなわち気化する。図５に示すように、気化した冷媒４２は、フィルタ３５を通って、フレーム１４の外へ出る。気化した冷媒４２がフレーム１４の外へ出ることにより、ホーミング装置２の内部の圧力が上昇すると、図２に示すように、外殻部材１１に固定されている弁１６からホーミング装置２の内部の気体１９がホーミング装置２の外へ出る。

本実施の形態によれば、金属部３１の内部に冷媒３３が封入されている。金属部３１は、たとえばアルミニウム合金で形成される。アルミニウム合金は、比熱（Ｊ／（ｇ・℃））が０．８９６Ｊ／（ｇ・℃）であり、密度（ｇ／ｃｍ^３）が２．７ｇ／ｃｍ^３である。アルミニウム合金の単位体積あたりの熱容量（Ｊ／（ｃｍ^３・℃））は、２．４１９Ｊ／（ｃｍ^３・℃）である。冷媒３３は、たとえば純水である。純水は、比熱（Ｊ／（ｇ・℃））が４．２１７Ｊ／（ｇ・℃）であり、密度（ｇ／ｃｍ^３）が１ｇ／ｃｍ^３である。純水の単位体積あたりの熱容量（Ｊ／（ｃｍ^３・℃））は、４．２１７Ｊ／（ｃｍ^３・℃）である。アルミニウム合金の単位体積あたりの熱容量（Ｊ／（ｃｍ^３・℃））よりも純水の単位体積あたりの熱容量（Ｊ／（ｃｍ^３・℃））の方が大きいため、金属部３１の内部に冷媒３３が封入されておらず、空間３７が形成されていない場合と比較して、フレーム１４を熱容量の大きいものとすることができる。

本実施の形態によれば、冷媒３３への伝熱により、冷媒３３の温度が沸点を上回ると、冷媒３３は相変化する。冷媒３３がたとえば純水である場合は、沸点は１００℃である。電子装置１５および電子機器２１の保証温度は、たとえば１２０℃である。このため、電子装置１５および電子機器２１の温度が保証温度に達する前に冷媒３３の温度が沸点に達し得る。このとき、冷媒３３の相変化の潜熱が見かけ上、フレーム１４の熱容量として寄与する。これにより、フレーム１４へ伝えることが可能な熱４１の伝熱量を多くすることができ、電子装置１５および電子機器２１の温度の上昇を抑制することができる。なお、金属部３１の内部に樹脂成型部材３２が設けられていない場合においても、金属部３１の内部に冷媒３３が封入されていれば、金属部３１の内部に冷媒３３が封入されておらず、空間３７が形成されていない場合と比較して、フレーム１４へ伝えることが可能な熱４１の伝熱量を多くすることができる。

本実施の形態によれば、気化した冷媒４２は、フィルタ３５を通って、フレーム１４の外へ出る。これにより、フレーム１４の内部の圧力の上昇を抑制することができる。

本実施の形態によれば、気化した冷媒４２がフレーム１４の外へ出ることにより、ホーミング装置２の内部の気圧が上昇すると、外殻部材１１に固定されている弁１６からホーミング装置２の内部の気体１９がホーミング装置２の外へ出る。これにより、ホーミング装置２の内部の圧力を一定に保つことができる。

本実施の形態によれば、金属部３１よりも比重が小さい冷媒３３が金属部３１の内部に封入されているため、金属部３１の内部に冷媒３３が封入されておらず、空間３７が形成されていない場合と比較して、フレーム１４を軽量のものとすることができる。

本実施の形態によれば、金属部３１よりも比重が小さい樹脂成型部材３２が金属部３１の内部に設けられているため、金属部３１の内部に樹脂成型部材３２が設けられておらず、空間３８が形成されていない場合と比較して、フレーム１４を軽量のものとすることができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２にかかる飛しょう体のフレームについて説明する。図６は、本発明の実施の形態２にかかる飛しょう体のフレームの一例を示す断面図である。本発明の実施の形態２にかかる飛しょう体のフレーム１４Ａは、冷媒３３，３４およびフィルタ３５，３６が異なる点が、上述した実施の形態１と異なる。実施の形態１と重複した構成および作用については説明を省略し、以下に異なる構成および作用についての説明を行う。

図６に示す、フレーム１４Ａは、金属部３１と、樹脂成型部材３２と、冷媒５１，５２と、フィルタ５３，５４とを備える。

冷媒５１，５２は、常温で固体である物質、たとえばパラフィンである。フィルタ５３，５４は、固体は通さず液体および気体を通すものであり、たとえば多孔質膜を用いたものである。フィルタ５３，５４は、第２のフィルタの一例である。

本実施の形態によれば、冷媒５１への伝熱により、冷媒５１の温度が融点または沸点を上回ると、冷媒５１は相変化する。このとき、冷媒５１の相変化の潜熱が見かけ上、フレーム１４Ａの熱容量として寄与する。これにより、フレーム１４Ａへ伝えることが可能な熱の伝熱量を多くすることができ、電子装置１５および電子機器２１の温度の上昇を抑制することができる。上述した実施の形態１と比較して、冷媒５１の固体から液体への相変化の潜熱の分だけフレーム１４Ａの熱容量を大きくすることができ、フレーム１４Ａへ伝えることが可能な熱の伝熱量をさらに多くすることができる。電子装置１５および電子機器２１の予測される発熱量といった発熱条件によって、上述した実施の形態１の冷媒３３，３４およびフィルタ３５，３６を、本実施の形態の冷媒５１，５２およびフィルタ５３，５４へ変更することができる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３にかかる飛しょう体のフレームについて説明する。図７は、本発明の実施の形態３にかかる飛しょう体のフレームの一例を示す断面図である。本発明の実施の形態３にかかる飛しょう体のフレーム１４Ｂは、金属部３１の構成、および樹脂成型部材３２が異なる点が、上述した実施の形態１と異なる。実施の形態１と重複した構成および作用については説明を省略し、以下に異なる構成および作用についての説明を行う。

図７に示す、フレーム１４Ｂは、金属部６１と、樹脂成型部材６２と、冷媒３３，３４と、フィルタ３５，３６とを備える。

金属部６１は、空間３７内に向けて突出する少なくとも１つのフィン６１ａと、空間３９内に突出する少なくとも１つのフィン６１ｂと、空間３８内に向けて突出する少なくとも１つのフィン６１ｃとを有する。フィン６１ｃは、第２のフィンの一例である。

樹脂成型部材６２は、金属部６１が形成する空間３８に設けられる。樹脂成型部材６２は、上述した実施の形態１の樹脂成型部材３２の材料よりも体積あたりの熱容量が大きい材料で形成される。樹脂成型部材６２は、たとえばポリ塩化ビニルで形成される。

本実施の形態によれば、上述した実施の形態１と同様の効果を奏することができる。本実施の形態によれば、樹脂成型部材６２が、上述した実施の形態１の樹脂成型部材３２の材料よりも体積あたりの熱容量が大きい材料で形成されるため、上述した実施の形態１と比較して、フレーム１４Ｂの熱容量を大きくすることができる。本実施の形態によれば、金属部６１は、フィン６１ｃを有するため、フィン６１ｃを有していない場合と比較して、樹脂成型部材６２と金属部６１との接触面を多くすることができ、金属部６１から樹脂成型部材６２への伝熱量を増やすことができる。これにより、フレーム１４Ｂへ伝えることが可能な熱の伝熱量を多くすることができ、電子装置１５および電子機器２１の温度の上昇を効率的に抑制することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略および変更することも可能である。

１飛しょう体、２ホーミング装置、３推進装置、１１外殻部材、１１ａ内部空間、１２，１３主構造部材、１４，１４Ａ，１４Ｂフレーム、１５電子装置、１６弁、１７，２２熱経路、１８，４１熱、１９気体、２１電子機器、３１，６１金属部、３１ａ，３１ｂ，６１ａ，６１ｂ，６１ｃフィン、３２，６２樹脂成型部材、３３，３４，５１，５２冷媒、３５，３６，５３，５４フィルタ、３７，３８，３９空間、４２気化した冷媒。

Claims

ホーミング装置の外表面を形成する円筒状の外殻部材と、
前記外殻部材に固定され、かつ互いに離間して配置される第１の主構造部材および第２の主構造部材と、
前記外殻部材と前記第１の主構造部材と前記第２の主構造部材とによって形成される空間と外部とを繋ぐ弁であって、前記外殻部材に固定され、前記空間の圧力が第１の値を超えないようにする機能を持つ弁と、
前記空間内で、前記第１の主構造部材と前記第２の主構造部材とを連結し、かつ互いに離間して配置される金属で形成された長尺の第１のフレームおよび前記金属で形成された長尺の第２のフレームと、
前記第１のフレームおよび前記第２のフレームに固定される電子装置と、
を備え、
前記第１のフレームおよび前記第２のフレームは、前記長尺の長手方向に垂直な第１方向についての第１端側に前記金属よりも比重が小さい冷媒が封入される第１内部空間を有し、前記第１端側と前記第１方向についての反対側の第２端側に、前記第１内部空間とは連結されておらず、前記冷媒が封入される第２内部空間を有し、前記第１内部空間と前記第２内部空間との間の中央部に第３内部空間を有し、
前記第１内部空間には、前記第１内部空間内に向けて突出する少なくとも１つのフィンが形成され、前記第２内部空間には、前記第２内部空間内に向けて突出する少なくとも１つのフィンが形成され、
前記第３内部空間には、前記金属よりも比重が小さい樹脂成型部材が設けられ、
前記第１のフレームおよび前記第２のフレームの前記第１内部空間および前記第２内部空間の各冷媒封入口には、前記冷媒の相変化における第１相状態を通過させ、前記第１相状態より運動エネルギーが小さい第２相状態を通過させないフィルタと、
を具えることを特徴とする飛しょう体。
前記電子装置は、前記第１のフレームおよび前記第２のフレームの前記第１端側に固定される
ことを特徴とする請求項１に記載の飛しょう体。
前記第１のフレームおよび前記第２のフレームは、前記第３内部空間に向けて突出する、少なくとも１つのフィンを有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の飛しょう体。
前記冷媒は液体であり、
前記フィルタは、液体は通さずに気体を通す
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の飛しょう体。
前記冷媒は固体であり、
前記フィルタは、固体は通さずに液体および気体を通す
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の飛しょう体。