JP7132634B2 - Expansion structure and its expansion method - Google Patents

Expansion structure and its expansion method Download PDF

Info

Publication number
JP7132634B2
JP7132634B2 JP2019564357A JP2019564357A JP7132634B2 JP 7132634 B2 JP7132634 B2 JP 7132634B2 JP 2019564357 A JP2019564357 A JP 2019564357A JP 2019564357 A JP2019564357 A JP 2019564357A JP 7132634 B2 JP7132634 B2 JP 7132634B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
deployment
distorted
nozzle
alloy
shape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019564357A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2019138788A1 (en
JPWO2019138788A5 (en
Inventor
伸介 竹内
英一 佐藤
裕史 戸部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Original Assignee
Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Aerospace Exploration Agency JAXA filed Critical Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Publication of JPWO2019138788A1 publication Critical patent/JPWO2019138788A1/en
Publication of JPWO2019138788A5 publication Critical patent/JPWO2019138788A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7132634B2 publication Critical patent/JP7132634B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles

Description

本発明は、展開構造体及びその展開方法に関する。 The present invention relates to a deployment structure and its deployment method.

展開構造体は、一般的に展開部分が拡張するように構成されている。しかし、展開部分が拡張すると、展開後の面積や容積が展開前よりも拡大し、展開後の収容性が低下する。 The deployment structure is generally configured such that the deployment portion expands. However, when the deployment portion expands, the area and volume after deployment increase compared to before deployment, and the accommodation capacity after deployment decreases.

例えば、ロケット用ノズルの場合、開口比が大きいほど航行能力が高くなることから、ノズル端部の開口比が大きいロケット用ノズルが好ましい。 For example, in the case of a rocket nozzle, the larger the opening ratio, the higher the navigation performance, so a rocket nozzle having a large opening ratio at the end of the nozzle is preferable.

特許文献1には、ノズルに幾何学的で複雑な折り目を付けてノズル全体を折り畳む構成を採用したノズルが開示されている。これにより、開口比が大きく、収容時にコンパクトなノズル形状を実現することを可能としている。 Patent Literature 1 discloses a nozzle that employs a configuration in which the entire nozzle is folded with geometrically complex creases. This makes it possible to realize a nozzle shape that has a large opening ratio and is compact when accommodated.

米国特許第4,707,899号U.S. Pat. No. 4,707,899

しかしながら、例えば上記特許文献1の折り畳み式のノズルでは、折り畳む際に多数の折り目がつくことになり、畳んだ状態からこれを展開した後にも折った部分に折り目痕が残ってしまう。 However, for example, in the folding nozzle of Patent Document 1, many creases are formed when the nozzle is folded, and crease marks remain in the folded portion even after the nozzle is unfolded from the folded state.

ロケット用ノズルに少しでも折り目痕が残存していると、打ち上げや航行時のロケットエンジンからの火炎によって、局所加熱による溶融の原因になる場合がある。また、折り目痕が座屈強度低下の原因になる。 If even a small crease mark remains on the rocket nozzle, it may cause melting due to local heating due to flames from the rocket engine during launch or navigation. In addition, crease marks cause a decrease in buckling strength.

本発明は、展開前や展開後の収容時にコンパクトな形状とすることができ、折り目痕が残存しない展開構造体を提供することを目的とする。また、その展開構造体を収容及び展開させる方法も提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a deployment structure that can be made compact when stored before or after deployment and that does not leave crease marks. Also provided is a method of containing and deploying the deployment structure.

本発明は、以下の(1)~(7)の構成を備える。
(1)超弾性合金を含み、前記超弾性合金の弾性変形範囲内で展開部を収納可能とする展開構造体。
(2)前記展開構造体がロケット用ノズルである、(1)記載の展開構造体。
(3)前記ロケット用ノズルは、先端側の第1の部分と後端側の第2の部分を含み、前記第1の部分は繊維強化複合材あるいは耐熱合金から構成され、前記展開部である前記第2の部分は前記超弾性合金から構成される、(2)記載の展開構造体。
(4)収納時に歪曲後の後端部に外接する仮想の円の直径が、歪曲前の前記先端側の外接円の直径よりも小さくなるように歪曲され、当該歪曲状態が歪曲形状固定部材により固定される、(2)又は(3)に記載の展開構造体。
(5)前記歪曲形状固定部材が前記後端部に巻回される結節紐である、(4)記載の展開構造体。
(6)上記(1)~(5)のいずれかの展開構造体を収納又は展開させる展開方法であって、
前記展開構造体を弾性変形範囲で歪曲させる工程と、
前記歪曲した状態の前記展開構造体を、歪曲状態固定部材により固定する工程と、
を備える展開方法。
(7)前記歪曲形状固定部材を取り外すことにより、前記歪曲した状態の前記展開構造体を元の形状に展開させる、(6)記載の展開方法。
The present invention has the following configurations (1) to (7).
(1) A deployment structure including a superelastic alloy and capable of storing a deployment portion within the elastic deformation range of the superelastic alloy.
(2) The deployable structure according to (1), wherein the deployable structure is a rocket nozzle.
(3) The rocket nozzle includes a first portion on the front end side and a second portion on the rear end side, and the first portion is made of a fiber-reinforced composite material or a heat-resistant alloy, and is the deployment portion. The deployment structure according to (2), wherein the second portion is composed of the superelastic alloy.
(4) When stored, the diameter of the virtual circle circumscribing the rear end portion after being distorted is distorted so as to be smaller than the diameter of the circumscribing circle on the front end side before being distorted, and the distorted state is maintained by the distorted shape fixing member. The deployment structure of (2) or (3), which is fixed.
(5) The deployment structure according to (4), wherein the distorted shape fixing member is a knot wound around the rear end.
(6) A deployment method for storing or deploying the deployment structure according to any one of (1) to (5) above,
a step of distorting the deployment structure within an elastic deformation range;
fixing the deployed structure in the distorted state with a distorted state fixing member;
A deployment method comprising
(7) The deployment method according to (6), wherein the distorted deployment structure is deployed to its original shape by removing the distorted shape fixing member.

本発明によれば、展開前や展開後の収容時にコンパクトな形状とすることができ、折り目痕が残存しない展開構造体を提供することができる。また、その展開構造体を収容又は展開させる方法も提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a deployment structure that has a compact shape before and after deployment and does not leave crease marks. A method of containing or deploying the deployment structure can also be provided.

本発明の実施の一形態に係るロケット用ノズルの概略を示した断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which showed the outline of the nozzle for rockets which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の実施の一形態に係るロケット用ノズルを示す図である。It is a figure which shows the nozzle for rockets which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の実施の一形態に係るロケット用ノズルを示す図であり、歪曲させる過程も示す図である。It is a figure which shows the nozzle for rockets which concerns on one embodiment of this invention, and is a figure which also shows the process to bend. 本発明の実施の一形態に係るロケット用ノズルを示す図であり、歪曲させる過程も示す図である。It is a figure which shows the nozzle for rockets which concerns on one embodiment of this invention, and is a figure which also shows the process to bend. 本発明の実施の一形態に係るロケット用ノズルを示す図であり、歪曲させる過程も示す図である。It is a figure which shows the nozzle for rockets which concerns on one embodiment of this invention, and is a figure which also shows the process to bend. 本発明の実施の一形態に係るロケット用ノズルを示す図であり、歪曲させる過程も示す図である。It is a figure which shows the nozzle for rockets which concerns on one embodiment of this invention, and is a figure which also shows the process to bend. 本発明の実施の一形態に係るロケット用ノズルを示す図であり、歪曲させた状態も示す図である。It is a figure which shows the nozzle for rockets which concerns on one embodiment of this invention, and is a figure which shows the distorted state. 本発明の実施の一形態に係るロケット用ノズルを歪曲させるための治具の一例を示した斜視図である。It is a perspective view showing an example of a jig for distorting a nozzle for rockets concerning one embodiment of the present invention. 超弾性及び形状記憶における原子位置の変化を示す図である。FIG. 4 shows changes in atomic positions in superelasticity and shape memory. Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金を1073Kで10.8ks焼鈍・水冷した際の応力-ひずみ曲線を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a stress-strain curve when a Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo alloy is annealed at 1073K for 10.8ks and water-cooled. ロケットノズルの1/4のモデルの形状及び寸法を示す図である。Fig. 3 shows the shape and dimensions of a quarter model of a rocket nozzle;

以下に図面を参照して、本発明の実施の一形態であるロケット用ノズルについて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態の記載によって限定されるものではない。 A rocket nozzle that is an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the present invention is not limited by the description of the following embodiments.

図1は、本実施形態に係るノズルを装着したロケットモータ1を示す概略断面図である。本実施形態に係るロケットモータ1のノズル10は、固定ノズル11の部分と歪曲可能ノズル12の部分からなり、歪曲可能ノズル12は固定ノズル11の後端側の部分(図1の下側の部分)に装着されて固定される。歪曲可能ノズル12は円錐台形状であり、固定ノズル11の後端部と歪曲可能ノズル12の先端側の部分(図1の上側の部分)の内径は同一とする。固定ノズル11は、通常のノズルと同様に例えば繊維強化複合材あるいは耐熱合金などによって構成される。歪曲可能ノズル12は、超弾性合金によって構成される。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a rocket motor 1 equipped with a nozzle according to this embodiment. The nozzle 10 of the rocket motor 1 according to this embodiment consists of a fixed nozzle 11 portion and a bendable nozzle 12 portion. ) and fixed. The bendable nozzle 12 has a truncated cone shape, and the rear end portion of the fixed nozzle 11 and the tip side portion of the bendable nozzle 12 (the upper portion in FIG. 1) have the same inner diameter. The fixed nozzle 11 is made of, for example, a fiber-reinforced composite material or a heat-resistant alloy, like ordinary nozzles. The deflectable nozzle 12 is constructed from a superelastic alloy.

ここで、歪曲可能ノズル12(展開部)を構成する超弾性合金について説明する。通常の金属で歪曲可能のノズルを作製しようとした場合、その厚さを十分に薄くすることによって後述のように歪曲させることが考えられる。しかしながら、ただ単に薄いだけの金属では、例えばロケット用ノズルとして必要とされる強度や耐熱性などの特性を保つことは困難である。一方、通常の金属でノズルとして必要な強度を持たせるには十分な厚みにしなければならないが、そのように厚い金属では歪曲させることは難しく、また歪曲させることができたとしても塑性変形を起こし、自身の弾性力で元の状態に復元することは難しい。 Here, the superelastic alloy forming the bendable nozzle 12 (deployment portion) will be described. If an attempt is made to produce a bendable nozzle with ordinary metal, it is conceivable to make the thickness sufficiently thin so as to bend it as will be described later. However, it is difficult to maintain properties such as strength and heat resistance required for rocket nozzles, for example, with simply thin metals. On the other hand, normal metal must be thick enough to have the strength required for a nozzle. , it is difficult to restore the original state by its own elastic force.

超弾性合金は、弾性変形範囲内で変形させることによって、自身の弾性力で元の状態に復元することが可能である。超弾性合金を展開部分に含有することにより、展開前や展開後の収容時にコンパクトな形状とすることができ、折り目痕が残存しない展開構造体を実現可能となる。ここで、超弾性とは、熱弾性マルテンサイト変態を示す合金に応力を負荷することにより生じた変形が、除荷した後に加熱を伴わず形状回復する現象を示す。図4では、参考として最上段にすべり変形における原子位置の変化が示されており、中段に超弾性における原子位置の変化、最下段に形状記憶効果における原子位置の変化が示されている。超弾性は、温度が変態温度以下となると形状記憶効果に変化する。変態温度直上におかれた超弾性合金は無応力下では母相状態である。ここに応力を負荷すると、応力誘起マルテンサイト変態が起こり、応力を緩和する方向のマルテンサイトバリアントが優先的に生成・成長し、材料全体の形状が変化する。次に除荷を行うと、本来母相が安定な温度であれば、除荷のみによって逆変態が進行し、形状が回復する。このようにして、超弾性の性質が発現されるものである。 A superelastic alloy can be restored to its original state by its own elastic force by being deformed within the elastic deformation range. By containing the superelastic alloy in the unfolding portion, it is possible to obtain a compact shape before and after unfolding, and it is possible to realize a unfolding structure that does not leave crease marks. Here, the term "superelasticity" refers to a phenomenon in which deformation caused by applying stress to an alloy exhibiting thermoelastic martensitic transformation recovers its shape after unloading without heating. In FIG. 4, for reference, the top row shows changes in atomic positions in slip deformation, the middle row shows changes in atomic positions in superelasticity, and the bottom row shows changes in atomic positions in shape memory effect. Superelasticity transforms into a shape memory effect when the temperature is below the transformation temperature. A superelastic alloy placed just above the transformation temperature is in the matrix state under no stress. When stress is applied here, stress-induced martensite transformation occurs, and martensite variants in the direction of stress relaxation are preferentially generated and grown, and the shape of the entire material changes. Next, when the load is removed, if the temperature of the mother phase is originally stable, the reverse transformation proceeds only by the removal of the load, and the shape is recovered. In this way, superelastic properties are exhibited.

超弾性合金としては、特に制限なく用いることができるが、例えば、Ni-Ti系合金、Cu-Zn系合金、Ni-Al系合金などを用いることができる。Ni-Ti系合金としては例えば49~52原子%NiのNi-Ti系合金などが例示される。Cu-Zn系合金としては、例えば38.5~41.5重量%ZnのCu-Zn合金などが例示される。Ni-Al系合金としては例えば36~38原子%AlのNi-Al合金などが例示される。ただしこれらの材料は薄板材である必要がある。 As the superelastic alloy, there is no particular limitation, and for example, Ni--Ti system alloy, Cu--Zn system alloy, Ni--Al system alloy, etc. can be used. Examples of Ni--Ti alloys include Ni--Ti alloys containing 49 to 52 atomic % Ni. Cu--Zn alloys include, for example, Cu--Zn alloys containing 38.5 to 41.5% by weight of Zn. Examples of Ni--Al alloys include Ni--Al alloys containing 36 to 38 atomic % Al. However, these materials must be thin plate materials.

超弾性合金としては、前項のNi-Ti系合金、Cu-Zn系合金、Ni-Al系合金などのほかに、near β-Ti合金に、1~3時間程度にわたり約600~1000℃で加熱した後、水に浸して常温まで急冷するなどの熱処理を施して超弾性特性を発現させた薄板材を用いてもよい。
より好ましくは、超弾性合金として、Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金(JFEスチール製SP-700)を焼鈍・水冷した合金を用いることができる。図5は、Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金を1073Kで10.8ks焼鈍・水冷した際の応力-ひずみ曲線を示す図である。図5の応力-ひずみ曲線では、室温にて3%のひずみを与えた後、残留したひずみが1%程度に留まり、弾性回復ひずみが2%程度の超弾性を示している。そのような超弾性を有する超弾性合金を使用して、本発明の展開構造体を構成することができる。なお、当然に、本発明の展開構造体は、それより特性の良好な超弾性合金を使用することもできる。
室温にて超弾性を得るには、前述の超弾性合金に対して、温度1063K~1083Kで600ks以上の焼鈍を施し、冷却は水冷(293K)により急速に行うことが好ましい。マルテンサイト変態温度はα相の体積率に依存し、焼鈍温度が1063Kよりも低い場合はα相の体積率増加のためにマルテンサイト変態温度が室温に対して低くなりすぎ、応力を加えた際に応力誘起マルテンサイト変態に先駆けてすべり変形が生じることで超弾性が得られなくなるからである。そのため、焼鈍温度は1063K以上であることが好ましい。一方で、焼鈍温度が1083Kよりも高い場合は、α相の体積率減少のためにマルテンサイト変態温度が室温に対して高くなり過ぎ、形状記憶効果を示すようになって超弾性が得られなくなる。そのため、焼鈍温度は1083K以下であることが好ましい。これらより、好適な焼鈍温度の範囲は、1063K~1083Kとなった。
As the superelastic alloy, in addition to the Ni-Ti alloy, Cu-Zn alloy, and Ni-Al alloy mentioned in the previous section, a near β-Ti alloy is heated at about 600 to 1000°C for about 1 to 3 hours. After that, a thin plate material may be used in which a heat treatment such as immersing in water and quenching to room temperature is performed to develop superelastic properties.
More preferably, an alloy obtained by annealing and water-cooling a Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo alloy (JFE Steel SP-700) can be used as the superelastic alloy. FIG. 5 is a diagram showing a stress-strain curve when a Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo alloy is annealed at 1073K for 10.8ks and water-cooled. In the stress-strain curve of FIG. 5, after applying a strain of 3% at room temperature, the residual strain remains at about 1%, and the elastic recovery strain is about 2%, indicating superelasticity. A superelastic alloy having such superelasticity can be used to construct the deployable structure of the present invention. Of course, the deployable structure of the present invention can also use a superelastic alloy with better properties.
In order to obtain superelasticity at room temperature, it is preferable to anneal the above-mentioned superelastic alloy at a temperature of 1063K to 1083K for 600ks or more and to cool it rapidly by water cooling (293K). The martensite transformation temperature depends on the volume fraction of the α phase, and when the annealing temperature is lower than 1063K, the martensite transformation temperature becomes too low relative to room temperature due to the increase in the volume fraction of the α phase, and when stress is applied, This is because superelasticity cannot be obtained because slip deformation occurs prior to stress-induced martensite transformation. Therefore, the annealing temperature is preferably 1063K or higher. On the other hand, if the annealing temperature is higher than 1083 K, the martensite transformation temperature becomes too high relative to room temperature due to the decrease in the volume fraction of the α phase, and the shape memory effect is exhibited, making it impossible to obtain superelasticity. . Therefore, the annealing temperature is preferably 1083K or lower. From these, the suitable annealing temperature range was 1063K to 1083K.

図2は、本発明の実施の一形態に係るロケット用ノズルの形状を示す図である。図2においては、ノズルの表面にメッシュを配置することにより、変形の状態を表現できるようにしている。図2Aは、弾性変形前のロケット用ノズルを示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the shape of a rocket nozzle according to one embodiment of the present invention. In FIG. 2, by arranging a mesh on the surface of the nozzle, the state of deformation can be expressed. FIG. 2A is a diagram showing a rocket nozzle before elastic deformation.

図2B~図2Eは、ロケット用ノズル12を示す図であって、歪曲させる過程を示す図である。図2Bでは、ロケット用ノズル12の外面の一部(左端領域および右端領域)が外側から力を加えられることによって、一部分(左端領域および右端領域)が内側へ変形した状態を示している。なお、図2Bでは示していないが、紙面の逆側(裏側)もロケット用ノズル12の外面の一部に外側から力を加えて、変形させなければならない。 Figures 2B-2E are diagrams of the rocket nozzle 12 showing the process of warping. FIG. 2B shows a state in which a portion (left end region and right end region) of the outer surface of the rocket nozzle 12 (left end region and right end region) is deformed inward by applying force from the outside. Although not shown in FIG. 2B, the opposite side (back side) of the paper must also be deformed by applying force from the outside to a part of the outer surface of the rocket nozzle 12 .

図2Cでは、ロケット用ノズル12の外面の一部(左端領域および右端領域)が外側から力を加えられることに加え、左端領域および右端領域の間の中央領域にも力が加えられることによって、図2Bよりも変形量が大きくなっている状態を示している。なお、図2Cでは示していないが、紙面の逆側(裏側)もロケット用ノズル12の外面の一部に外側から力を加えて、変形させなければならない。 In FIG. 2C, a portion of the outer surface of the rocket nozzle 12 (the left and right end regions) is subjected to an external force, and a central region between the left and right end regions is also subjected to a force to It shows a state in which the amount of deformation is greater than in FIG. 2B. Although not shown in FIG. 2C, the opposite side (back side) of the paper must also be deformed by applying force from the outside to a part of the outer surface of the rocket nozzle 12 .

図2D、図2Eでは、図2Cよりもさらに変形量が大きく、左端領域、中央領域および右端領域の凹み割合が大きい変形状態となっている。 In FIGS. 2D and 2E, the deformation amount is larger than that in FIG. 2C, and the deformed state is such that the left end region, the central region, and the right end region have a large concave ratio.

図2Fでは、図2D、図2Eよりもさらに変形量が大きく、左端領域、中央領域および右端領域の凹み割合が大きくなって、歪曲が完了した状態を示している。図2Fにおける上部側(ノズルの後端側)の複数の頂点に外接する仮想の円の直径は、図2Fにおける下部側(ノズルの先端側)の円の直径よりも小さくなっている。これにより展開構造体であるロケット用ノズルは、展開時に拡張したノズル後端側がコンパクトに収納される。 FIG. 2F shows a state in which the amount of deformation is even greater than in FIGS. 2D and 2E, and the proportions of depressions in the left end region, the central region, and the right end region are increased, and the distortion is completed. The diameter of an imaginary circle circumscribing a plurality of vertices on the upper side (rear end side of the nozzle) in FIG. 2F is smaller than the diameter of the circle on the lower side (tip side of the nozzle) in FIG. 2F. As a result, the rocket nozzle, which is a deployment structure, can be stored compactly on the rear end side of the nozzle that is extended during deployment.

また、図2Fのノズル12は、外側から加えられた力を解除することによって、図2Aの状態のロケット用ノズルの形状に展開することができ、折り目痕が残存しない展開構造体となる。 Further, the nozzle 12 of FIG. 2F can be expanded into the shape of the rocket nozzle in the state of FIG. 2A by releasing the force applied from the outside, and the expanded structure does not leave crease marks.

本実施形態の展開構造体を収納又は展開させる展開方法は、
(a)展開構造体を弾性変形範囲で歪曲させる工程と、
(b)歪曲した状態の展開構造体を、歪曲状態固定部材により固定する工程と、
を備える展開方法である。
The deployment method for storing or deploying the deployment structure of this embodiment includes:
(a) bending the deployable structure within an elastic deformation range;
(b) fixing the distorted deployment structure with a distorted state fixing member;
is a deployment method comprising

また、歪曲形状固定部材を取り外すことにより、歪曲した状態の展開構造体を元の形状に展開させるができる。 Further, by removing the distorted shape fixing member, the distorted deployment structure can be deployed to its original shape.

以下、展開構造体を収納させる方法の一例を、図3を用いて示す。図3に示すように、円錐台形状のノズル12(展開部)の先端部のみを基板に固定し、治具20を使ってノズル12を歪曲させる。ノズル12はその先端側を下にして先端側を基板に固定し、後端側が上になるように配置されている。治具20本体の形状は、その直径がノズル12の後端部よりも大きい円筒形であってもよい。治具20の周方向の角度的に互いに等間隔の6箇所には、軸と平行に柱状部があり、各柱状部には外側から棒状部材21を挿入するための穴が2つずつ設けられている。6カ所の柱状部のそれぞれに穴を設けると最も容易にノズル12を折り畳むことができるが、穴を設ける場所の数はそれには限られない。 An example of a method for storing the deployment structure will be shown below with reference to FIG. As shown in FIG. 3, only the tip of the truncated conical nozzle 12 (expanded portion) is fixed to the substrate, and the nozzle 12 is distorted using a jig 20 . The nozzle 12 is arranged so that its tip side faces downward, the tip side is fixed to the substrate, and the rear end side faces upward. The jig 20 body may have a cylindrical shape with a larger diameter than the rear end of the nozzle 12 . There are columnar portions parallel to the axis at six positions equiangularly spaced from each other in the circumferential direction of the jig 20, and each columnar portion is provided with two holes for inserting the rod members 21 from the outside. ing. The nozzle 12 can be folded most easily by forming a hole in each of the six columnar portions, but the number of holes is not limited to this.

次に、各柱状部の穴に外側から棒状部材21を挿入する。そして、各箇所の棒状部材21の先端部をノズル12の後端部近傍に当接させ、さらにノズル12の棒状部材21の先端が当接されている各部が均等に歪曲するように、各箇所の棒状部材を少しずつ内側に押しこんでゆく。このような治具20と棒状部材21とを使うことによって、ノズルの軸に垂直な周方向に等間隔の各方向からノズル12の外面を均等に内側へ押し込んで歪曲させることができる。 ノズルの折り畳み形状については、本実施形態では、6方向から押し込んだ星形形状とした。これは、折り畳みには周方向の座屈を利用しているが、本実施形態の寸法を考慮すると、周方向波数6~8程度の形状が最も座屈荷重が小さく、折り畳みに要する荷重も小さくて済むことが一つの理由である。また座屈後収納を進めていくと、波数が少ない物では押し込まれていない部分を収納するためにより大きく押し込む必要があり、一方で波数が多い場合には押し込まれている部分の周方向曲率が小さくなり歪が大きくなるため、中間の適当な波数を選ぶ必要がある。さらに実作業を想定すると、力を釣り合わせるために全体を同時に均等に押して行く必要のある奇数波数よりは、対向する箇所を順次押して行けばよい偶数波数の方が好ましい。これらを総合して検討し、本モデルでは六芒星形状の折り畳みを採用した。しかし、折り畳んだ時の形状が十分に小さく、かつ展開後に歪が残留しない形状であれば、特に折り畳み形状を制限するものではない。
実際にロケットノズルのスケールモデルを作成して、折り畳み及び展開が問題なく行えることを確認した。図6は、ロケットノズルのモデルの形状及び寸法を示す図である。ロケットノズルモデルの作成にあたっては、実機への適用を想定し、その1/4スケールとして、下部φ(小径)120mm、上部φ(大径)168mm、高さ66.5mmの円錐台形状とした。図において、圧延方向をRD(rolling direction)、圧延直角方向をTD(transverse direction)の矢印で表わしている。また板厚に関しては、ノズル内圧による周方向応力及び軸方向座屈に耐える厚みを必要とする一方で、収納時の歪は板厚に比例して増加するため、可能な限り薄くする必要がある。ここで、弾性回復ひずみが大きければ、収納時の歪を大きくすることができる。前述の1073Kで10.8ks焼鈍・水冷したTi-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金は、弾性回復ひずみが2%程度であるが、これを使用した場合を想定して、前述の折り畳み形状による収納時の歪とノズル内圧とを考慮した板厚を求めると、必要最低限の安全率を確保して、60μmとなった。なお、これは、実機においては0.25mmに相当する。
Next, the rod member 21 is inserted from the outside into the hole of each columnar portion. Then, the tip of the rod-shaped member 21 at each location is brought into contact with the vicinity of the rear end of the nozzle 12, and each location is adjusted so that each portion of the nozzle 12 that is in contact with the tip of the rod-shaped member 21 is evenly distorted. The rod-shaped member of is pushed inward little by little. By using such a jig 20 and rod-shaped member 21, the outer surface of the nozzle 12 can be evenly pushed inward and distorted from each direction at regular intervals in the circumferential direction perpendicular to the axis of the nozzle. As for the folded shape of the nozzle, in this embodiment, it is a star shape pushed in from six directions. This uses buckling in the circumferential direction for folding, but considering the dimensions of this embodiment, the shape with a circumferential wave number of about 6 to 8 has the smallest buckling load, and the load required for folding is also small. One reason is that In addition, as we proceed with the storage after buckling, it is necessary to push in a larger amount in order to store the part that is not pushed in if the wave number is small. Since it becomes smaller and the distortion becomes larger, it is necessary to select an appropriate intermediate wave number. Furthermore, assuming actual work, an even number wave number is preferable to an odd number wave number which requires pressing the entire body evenly at the same time in order to balance forces. Considering all these factors, this model adopts a hexagram-shaped folding. However, the folded shape is not particularly limited as long as the folded shape is sufficiently small and the strain does not remain after unfolding.
We actually created a scale model of the rocket nozzle and confirmed that it can be folded and unfolded without any problems. FIG. 6 is a diagram showing the shape and dimensions of a model of a rocket nozzle. In creating a rocket nozzle model, assuming application to an actual machine, a truncated cone shape with a lower φ (small diameter) of 120 mm, an upper φ (large diameter) of 168 mm, and a height of 66.5 mm was used as a 1/4 scale. In the figure, the rolling direction is indicated by an arrow RD (rolling direction), and the direction perpendicular to the rolling is indicated by an arrow TD (transverse direction). Regarding the plate thickness, while it is necessary to withstand the circumferential stress and axial buckling due to the internal pressure of the nozzle, the strain during storage increases in proportion to the plate thickness, so it is necessary to make it as thin as possible. . Here, if the elastic recovery strain is large, the strain during storage can be increased. The Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo alloy annealed at 1073K for 10.8ks and water-cooled has an elastic recovery strain of about 2%, but assuming that it is used, the above-mentioned folded shape When the plate thickness was obtained in consideration of the distortion during storage and the internal pressure of the nozzle, it was 60 μm while securing the minimum necessary safety factor. Note that this corresponds to 0.25 mm in the actual machine.

十分に歪曲されたら、治具20の柱状部の隙間から結節紐をノズル12の後端部近傍の周囲に1周又は必要に応じて数周巻回して両端を接続する。この結節紐は、本発明の歪曲形状固定部材の一例である。これにより、ノズル12の歪曲された状態が固定される。なお、結節紐としは、プラスチック製のタイラップや金属製のワイヤなどを使用することができる。 When sufficiently distorted, the knotted string is wound around the vicinity of the rear end of the nozzle 12 through the gaps in the columnar portion of the jig 20 once or several times as necessary to connect the ends. This knotted string is an example of the distorted shape fixing member of the present invention. This fixes the distorted state of the nozzle 12 . A tie wrap made of plastic, a wire made of metal, or the like can be used as the knotted string.

また、ノズルを展開する場合には、例えば歪曲形状固定部材を取り外すことによって(結節紐の場合は切断するだけで)、ノズル12自身の弾性力によって直ちに元の完全な円錐台の形状に展開することができる。前述のロケットノズルのスケールモデルの展開に要する時間は1秒未満であった。これより、実際の寸法のロケットノズルにおいても、1秒以内に展開することが理解される。これは、宇宙空間でノズルを展開し、噴射するまでの時間としては十分に高速である。 When the nozzle is deployed, for example, by removing the distorted shape fixing member (in the case of a knotted string, simply cutting it), the elastic force of the nozzle 12 itself immediately deploys it to the original complete truncated cone shape. be able to. Deployment of the scale model of the aforementioned rocket nozzle took less than 1 second. From this, it can be seen that even a rocket nozzle of actual dimensions deploys within 1 second. This is fast enough for the time it takes to deploy the nozzle and fire it in space.

なお、本発明の展開構造体は、ロケット用ノズルに限定されるものではない。例えば、歪曲のさせ方を工夫して地上で小さく収容した上で宇宙に運搬し、そこで自身の弾性力に基づいて展開させる宇宙空間展開用のアンテナなどの展開構造体にも適用できる。 In addition, the deployment structure of the present invention is not limited to a rocket nozzle. For example, it can be applied to a deployable structure such as an antenna for deploying in outer space, which is devised how to distort it, is stored in a small size on the ground, is transported to space, and is deployed there based on its own elastic force.

また、本発明の展開方法は、上述のように治具20を用いて収納する方法に限定されるものではなく、例えば金型を用いて展開構造体を歪曲させてもよい。 Further, the deployment method of the present invention is not limited to the storage method using the jig 20 as described above, and for example, a mold may be used to distort the deployment structure.

1 ロケットモータ
10 ノズル
11 固定ノズル
12 歪曲可能ノズル
20 治具
21 棒状部材
1 rocket motor 10 nozzle 11 fixed nozzle 12 bendable nozzle 20 jig 21 rod-like member

Claims (7)

超弾性合金を含み、前記超弾性合金の弾性変形範囲内で展開部を収納可能とすることによって展開後に折り目痕が残存しないことを特徴とする展開構造体。 A deployment structure comprising a super-elastic alloy, wherein no crease mark remains after deployment by making the deployment part retractable within the elastic deformation range of the super-elastic alloy. 前記展開構造体がロケット用ノズルである、請求項1に記載の展開構造体。 2. The deployment structure of claim 1, wherein said deployment structure is a rocket nozzle. 前記ロケット用ノズルは、先端側の第1の部分と後端側の第2の部分を含み、前記第1の部分は繊維強化複合材から構成され、前記展開部である前記第2の部分は前記超弾性合金から構成される、請求項2に記載の展開構造体。 The rocket nozzle includes a first portion on the front end side and a second portion on the rear end side, the first portion is made of a fiber reinforced composite material, and the second portion, which is the deployment portion, is 3. The deployable structure of claim 2, comprising said superelastic alloy. 収納時に歪曲後の後端部に内接する仮想の円の直径が、歪曲前の前記先端側の円の直径よりも小さくなるように歪曲され、当該歪曲状態が歪曲形状固定部材により固定される、請求項2又は3に記載の展開構造体。 When stored, the diameter of the virtual circle inscribed in the rear end after being distorted is distorted so that it is smaller than the diameter of the circle on the front end side before being distorted, and the distorted state is fixed by the distorted shape fixing member. The deployment structure according to claim 2 or 3. 前記歪曲形状固定部材が前記後端部に巻回される結節紐である、請求項4に記載の展開構造体。 5. The deployment structure according to claim 4, wherein said distorted shape fixing member is a knotted cord wound around said rear end. 請求項1~5のいずれか一項記載の展開構造体を収納又は展開させる展開方法であって、
前記展開構造体を構成する薄板材を弾性変形範囲で歪曲させる工程と、
前記歪曲した状態の前記薄板材を、歪曲状態固定部材により固定する工程と、
を備える展開方法。
A deployment method for storing or deploying the deployment structure according to any one of claims 1 to 5,
a step of distorting a thin plate member constituting the deployable structure within an elastic deformation range;
a step of fixing the thin plate material in the distorted state with a distorted state fixing member;
A deployment method comprising
前記歪曲形状固定部材を取り外すことにより、前記歪曲した状態の前記薄板材を元の形状に展開させる、請求項6に記載の展開方法。 7. The unfolding method according to claim 6, wherein the distorted thin plate material is unfolded to its original shape by removing the distorted shape fixing member.
JP2019564357A 2018-01-11 2018-12-17 Expansion structure and its expansion method Active JP7132634B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018002848 2018-01-11
JP2018002848 2018-01-11
PCT/JP2018/046315 WO2019138788A1 (en) 2018-01-11 2018-12-17 Deployable structure and deployable method therefor

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JPWO2019138788A1 JPWO2019138788A1 (en) 2020-12-24
JPWO2019138788A5 JPWO2019138788A5 (en) 2022-01-26
JP7132634B2 true JP7132634B2 (en) 2022-09-07

Family

ID=67219555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019564357A Active JP7132634B2 (en) 2018-01-11 2018-12-17 Expansion structure and its expansion method

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7132634B2 (en)
WO (1) WO2019138788A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6505795B1 (en) 2000-09-05 2003-01-14 Hughes Electronics Corporation Application of carbon fiber mesh for space and airborne platform applications
JP2003531673A (en) 2000-05-03 2003-10-28 アドバンスド、カーディオバスキュラー、システムズ、インコーポレーテッド Intravascular stent
JP2006521865A (en) 2003-04-02 2006-09-28 ボストン サイエンティフィック リミテッド Embolization instrument
JP6277135B2 (en) 2012-02-03 2018-02-07 イオン・ビーム・アプリケーションズ・エス・アー Magnetic structure for isochronous superconducting miniature cyclotron

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4707899A (en) * 1985-08-21 1987-11-24 Morton Thiokol, Inc. Method of making rocket motor extendible nozzle exit cone
CA2261941C (en) * 1994-04-01 2005-06-21 Prograft Medical, Inc. Self-expandable stent and stent-graft and method of using them

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003531673A (en) 2000-05-03 2003-10-28 アドバンスド、カーディオバスキュラー、システムズ、インコーポレーテッド Intravascular stent
US6505795B1 (en) 2000-09-05 2003-01-14 Hughes Electronics Corporation Application of carbon fiber mesh for space and airborne platform applications
JP2006521865A (en) 2003-04-02 2006-09-28 ボストン サイエンティフィック リミテッド Embolization instrument
JP6277135B2 (en) 2012-02-03 2018-02-07 イオン・ビーム・アプリケーションズ・エス・アー Magnetic structure for isochronous superconducting miniature cyclotron

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2019138788A1 (en) 2020-12-24
WO2019138788A1 (en) 2019-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1150613B1 (en) Retrieval device made of precursor alloy cable
JP4248618B2 (en) Stent
US8058595B2 (en) Collapsible shape memory alloy (SMA) nose cones for air vehicles, method of manufacture and use
JP4351656B2 (en) Stent
JP2020011085A5 (en)
JP2010516333A5 (en)
JP2013507229A5 (en)
EP0812580A1 (en) A stent
JP2017502710A5 (en)
JP2005125121A (en) Expandable medical device, method for treating the same, and method for constructing the same
JP7132634B2 (en) Expansion structure and its expansion method
ES2695148T3 (en) Method for forming a stent and a stent obtained with said method
US11185608B2 (en) Method of treating a superelastic medical device to improve fatigue life
JP4621849B2 (en) Stent manufacturing method
JP2013521049A (en) Stent with multiple crown restraints and method for terminating a spiral wound stent
US10517747B2 (en) Cannula cut stent with closed end cell geometry
US8157859B2 (en) Stent made of nitinol having improved axial bending stiffness and associated production method
US20060136031A1 (en) Balloon deployable stent and method of using the same
Divringi et al. Advanced shape memory alloy material models for ansys
Wang et al. Mechanical performance of plla stent
US7828916B2 (en) Methods of crimping expandable medical devices
JPWO2019138788A5 (en)
CA2512311C (en) Improved tissue supporting devices
JP2010538717A (en) Radially expandable stent
EP3369399B1 (en) Method of forming a bend of a predetermined bend angle in a shape memory alloy wire and method of making a self-expanding stent

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210917

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220118

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220721

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220819

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7132634

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150