JP7446915B2 - 整流構造、飛翔体及び宇宙機 - Google Patents

Description

本発明は、整流構造、飛翔体及び宇宙機に関し、特に、飛翔体及び宇宙機に搭載される機器を高温から保護するための技術に関する。

空気中を高速で移動する飛翔体(flying object)や、宇宙空間に投入される宇宙機の表面は、高温になり得る。例えば、空気中を高速で移動する飛翔体の表面は、空力加熱により高温になり得る。また、宇宙機の表面は、例えば太陽から受ける熱によって高温になり得る。飛翔体や宇宙機には、高温に弱い機器を含むペイロードが搭載されることがあり、このようなペイロードは、高温から保護することが望ましい。

したがって、飛翔体や宇宙機に搭載されるペイロードを高温から保護するための技術の提供には技術的ニーズが存在する。

なお、特開２００１－１２３６４１号公報は、断熱性に優れた外装パネルを開示している。

特開２００１－１２３６４１号公報

したがって、本発明の目的は、飛翔体や宇宙機に搭載されるペイロードを高温から保護するための技術を提供することにある。本発明の他の目的は、以下の開示から当業者には理解されよう。

以下に、「発明を実施するための形態」で使用される符号を付しながら、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、「特許請求の範囲」の記載と「発明を実施するための形態」との対応関係の一例を示すために付加されたものである。

本発明の一の観点では、整流構造が、外側表面（１１ａ）と内側表面（１１ｂ）とを有し、外側表面（１１ａ）に沿った空気の流れを制御するように構成された外殻（１１）と、外殻（１１）の内側表面（１１ｂ）に対向するように設けられ、内部にペイロード（１３）を収容する内殻（１２）と、内殻（１２）に隙間を挟んで離間されて結合されたプレート（２２）とを備えている。外殻（１１）は、プレート（２２）に結合されている。

一実施形態では、内殻（１２）とプレート（２２）が、スペーサ部材（２５、２６）を挟んで結合されてもよい。

一実施形態では、プレート（２２）が、スクリュー（２７）を用いて外殻（１１）に結合されてもよい。

一実施形態では、当該整流構造が、更に、外殻（１１）に結合され、内ネジ（２１ｂ）が形成されたボス（２１）を備えており、スクリュー（２７）の外ネジが、ボス（２１）の内ネジ（２１ｂ）に螺合されることで前記プレート（２２）が外殻（１１）に結合されてもよい。

一実施形態では、当該整流構造が、更に、プレート（２２）とボス（２１）の間に挟まれた筒状のカラー（２９）を備えていてもよい。この場合、スクリュー（２７）が、プレート（２２）に設けられた貫通穴（２２ｃ）とカラー（２９）の内部空間（２９ａ）を通してボス（２１）の内ネジ（２１ｂ）に挿入される。好適な一実施形態では、カラー（２９）は、スクリュー（２７）から離間して設けられている。

一実施形態では、プレート（２２）と内殻（１２）とを結合する結合部材（２３、２４）が、カラー（２９）の外部に位置している。

一実施形態では、外殻（１１）は、内側表面（１１ｂ）から突出する突出部（１１ｃ）を備えており、ボス（２１）が、突出部（１１ｃ）に設けられた凹部（１１ｄ）に挿入されていてもよい。

一実施形態では、ボス（２１）が、外殻（１１）と異なる材料で形成されていてもよい。

本発明の他の観点では、飛翔体（１００）が、本体（１）と、本体（１）の先端に接合されたフェアリング（２）とを備えている。フェアリング（２）は、外側表面（１１ａ）と内側表面（１１ｂ）とを有し、外側表面（１１ａ）に沿った空気の流れを制御するように構成された外殻（１１）と、外殻（１１）の内側表面（１１ｂ）に対向するように設けられ、内部にペイロード（１３）を収容する内殻（１２）と、内殻（１２）に隙間を挟んで離間されて結合されたプレート（２２）とを備えている。外殻（１１）は、プレート（２２）に結合されている。

本発明の更に他の観点では、宇宙機が、外殻（１１）と、外殻（１１）の内側表面（１１ｂ）に対向するように設けられ、内部にペイロード（１３）を収容する内殻（１２）と、内殻（１２）に隙間を挟んで離間されて結合されたプレート（２２）とを備えている。
外殻（１１）は、プレート（２２）に結合されている。

本発明によれば、飛翔体や宇宙機に搭載されるペイロードを高温から保護するための技術を提供することができる。

一実施形態における飛翔体の構造を概略的に示す側面図である。 一実施形態におけるフェアリングの構造を概略的に示す部分断面図である。 一実施形態におけるフェアリングの内殻保持構造の構造を示す断面図である。 図３の内殻保持構造の構造を示す分解図である。 図３の内殻保持構造における熱伝導を示す断面図である。 内殻保持構造の変形例を示す断面図である。 他の実施形態におけるフェアリングの内殻保持構造の構造を示す断面図である。

図１は、一実施形態における飛翔体１００の構造を概略的に示す側面図である。飛翔体１００は、推進力を発生するエンジンが搭載された本体１と、本体１の先端に接合されたフェアリング２とを備えている。フェアリング２は、所望の機器を収容すると共に、飛翔体１００の先端付近における空気の流れを制御する整流構造としても機能する。

図２は、フェアリング２の構造を概略的に示す部分断面図である。フェアリング２は、外殻１１と内殻１２とを備えている。

外殻１１は、フェアリング２の外形を保持する構造部材として構成されている。フェアリング２の整流構造としての機能は、主として外殻１１によって提供される。飛翔体１００が飛翔すると、外殻１１の外側表面１１ａに沿って空気が流れるように空気の流れが整流される。このとき、外殻１１は、空力加熱によって高温になり得る。

内殻１２は、外殻１１の内側表面１１ｂに対向するように内殻保持構造２０によって外殻１１に結合されている。内殻１２の内部空間に、ペイロード１３が収容される。ペイロード１３は、高温に弱い機器を含み得る。内殻１２は、空力加熱によって外殻１１が加熱されたときに、外殻１１からの熱輻射を抑制し、ペイロード１３を高温から保護する。熱輻射をより抑制するために、一実施形態では、内殻１２が金属材料で形成され得る。

本実施形態では、フェアリング２が下記のように構成される。第１に、内殻保持構造２０が、高い強度を有するように構成される。飛翔体１００が飛翔する間、内殻１２には振動が印加され得る。内殻保持構造２０は、その振動に耐えられるように設計される。更に、フェアリング２は、外殻１１から内殻１２への熱伝導を抑制し、内殻１２が低温に保持されるように構成される。内殻１２が高温になると、内殻１２からの熱輻射によりペイロード１３の温度が上昇してしまい、ペイロード１３の保護効果が薄れる。更に、フェアリング２は、整流構造としての機能を果たすために、外殻１１の外側表面１１ａが滑らかな形状であるように構成される。例えば、内殻保持構造２０が、外殻１１の外側表面１１ａから突出する部材を含むことは好ましくない。本実施形態では、フェアリング２の内殻保持構造２０が、これらの要求を満たすように構成される。

図３は、フェアリング２の内殻保持構造２０の構造を示す断面図であり、図４は、分解図である。内殻保持構造２０は、ボス２１と、プレート２２と、リベット２３、２４と、ワッシャ２５、２６と、スクリュー２７と、ワッシャ２８と、カラー２９とを備えている。

ボス２１は、外殻１１に結合されている。詳細には、内側表面１１ｂから突出する突出部１１ｃが外殻１１に形成されており、ボス２１は、この突出部１１ｃに形成された凹部１１ｄに挿入されている。一実施形態では、ボス２１が凹部１１ｄに嵌め込まれた状態で、突出部１１ｃに形成された切欠き１１ｅとボス２１に形成された切欠き２１ａとにボス固定キー３１をかしめることで、ボス２１が外殻１１に結合される。ボス２１には内ネジ２１ｂが形成されている。ボス２１の内ネジ２１ｂは、スクリュー２７の外ネジに螺合される。一実施形態では、ボス２１は、外殻１１と異なる材料で形成されており、ボス２１は、外殻１１よりもネジ山の形成が容易な材料で形成される。このような構造は、特に、ねじ山の形成が困難な材料で外殻１１が形成される場合に有用である。

プレート２２は、内殻１２にリベット２３、２４によって結合されている。リベット２３、２４は、プレート２２を内殻１２に結合する結合部材として機能する。詳細には、内殻１２に貫通穴１２ａ、１２ｂが形成され、プレート２２に貫通穴２２ａ、２２ｂが形成されている。内殻１２とプレート２２との間にワッシャ２５、２６が挟まれた状態でリベット２３が貫通穴１２ａ、ワッシャ２５及び貫通穴２２ａに挿入され、更にリベット２４が貫通穴１２ｂ、ワッシャ２６及び貫通穴２２ｂに挿入される。この状態でリベット２３、２４をかしめることで、プレート２２が内殻１２に結合される。図３には、リベット２３、２４をかしめた後のリベット２３、２４の構造が図示されており、図４には、リベット２３、２４をかしめる前のリベット２３、２４の構造が図示されている。

本実施形態では、内殻１２とプレート２２との間にワッシャ２５、２６が挟まれることで、内殻１２とプレート２２とは、微小な隙間を挟んで離間されている。ワッシャ２５、２６は、内殻１２とプレート２２との間の隙間に対応する厚さを有しており、内殻１２とプレート２２とを離間させる環状のスペーサ部材として機能する。後述のように、内殻１２とプレート２２とが離間されていることは、外殻１１から内殻１２への熱伝導を抑制するために有効である。

内殻１２には、スクリュー２７を通すための貫通穴１２ｃが形成され、プレート２２には、スクリュー２７を通すための貫通穴２２ｃが形成されている。

スクリュー２７とワッシャ２８とカラー２９とは、外殻１１と内殻１２とを連結する連結構造として機能する。詳細には、スクリュー２７は、頭部２７ａと、外ネジが形成された胴部２７ｂとを備えている。ワッシャ２８は、スクリュー２７の頭部２７ａに対応した形状の穴２８ａを有している。カラー２９は、筒状に、本実施形態では円筒形に形成されており、それを貫通する内部空間２９ａを有している。スクリュー２７がカラー２９の内部空間２９ａを通される一方で、リベット２３、２４は、カラー２９の外に位置している。

スクリュー２７は、ワッシャ２８の穴２８ａ、内殻１２の貫通穴１２ｃ、プレート２２の貫通穴２２ｃ、カラー２９を通じてボス２１の内ネジ２１ｂに挿入されており、スクリュー２７の胴部２７ｂの外ネジが、この内ネジ２１ｂに螺合される。スクリュー２７は、カラー２９の内部空間２９ａに挿入されているが、カラー２９から離間されており、カラー２９には接触していない。ワッシャ２８とプレート２２とカラー２９とがスクリュー２７の頭部２７ａとボス２１に挟まれて締め付けられることで、内殻１２が外殻１１に結合される。ボス２１とプレート２２とを結合するスクリュー２７がカラー２９の内部空間２９ａを通される一方で、プレート２２と内殻１２とを結合するリベット２３、２４は、カラー２９の外に位置している。

なお、ワッシャ２８は、スクリュー２７の頭部２７ａの位置を安定にするために設けられており、頭部２７ａとプレート２２とで挟まれて固定されている。本実施形態では、ワッシャ２８は、内殻１２に接しないように固定されている。後述されるように、このような構造は、外殻１１から内殻１２への熱伝導を抑制するために有効である。スクリュー２７の頭部２７ａの形状によってはワッシャ２８を省略してもよい。

このように構成された本実施形態の内殻保持構造２０は、高い強度を有しながら、断熱性が向上されており、外殻１１が空力加熱によって加熱されたときの内殻１２の温度上昇を抑制することができる。

図５は、内殻保持構造２０における熱伝導を概略的に示している。外殻１１の外側表面１１ａに沿って空気が流れ、空力加熱によって外殻１１が加熱されると、熱が、外殻１１からボス２１、スクリュー２７及びカラー２９を介してプレート２２に伝わり、更に、リベット２３、２４を介して内殻１２に伝わる。

このとき、本実施形態の内殻保持構造２０では、内殻１２とプレート２２との間にワッシャ２５、２６が挿入され、内殻１２とプレート２２とが離間され、ワッシャ２８が、内殻１２から離間しているので、プレート２２から内殻１２に熱を伝導させる伝熱経路が、リベット２３、２４及びワッシャ２５、２６に限られる。このため、本実施形態の内殻保持構造２０は、伝熱経路が長い。これは、熱抵抗を増加させ、断熱性の向上に寄与する。リベット２３、２４が、カラー２９の外部に、スクリュー２７から離れた位置に設けられていることも、伝熱経路を長くすることに寄与している。

また、カラー２９が筒状に形成される一方で、スクリュー２７から離間された構造は、断熱性を向上しながら内殻保持構造２０の強度を高めることを可能にする。カラー２９は、内部空間２９ａを有しており、中実ではないので、熱伝導を小さくできる。その一方で、スクリュー２７とカラー２９との間の隙間を大きくすることで、強度を高くすることができる。例えば、カラー２９が円筒形状に形成されている場合、カラー２９の半径を増大させることで、カラー２９の厚さを薄くしても十分な強度を得ることができる。

以上に説明されているように、本実施形態の内殻保持構造２０は、十分な強度を有しながら外殻１１から内殻１２への断熱性を向上することができる。これは、ペイロード１３を高温から保護するために有用である。

図６に示す変形例では、ワッシャ２８が内殻１２に形成された開口に挿入されて接触している。このような構造でも、外殻１１から内殻１２に至る経路の熱抵抗を増加させ、断熱性を向上させることができる。ただし、断熱性の観点からは、図３～図５に示すように、ワッシャ２８が、内殻１２から離間して固定されることが好ましい。

図７は、他の実施形態における内殻保持構造２０Ａの構造を示す断面図である。本実施形態では、外殻１１が、内側表面１１ｂから突出する突出部１１ｆを有しており、その突出部１１ｆに、スクリュー２７が挿入される挿入穴１１ｇが設けられている。挿入穴１１ｇの内面には内ネジが形成されている。スクリュー２７の胴部２７ｂの外ネジが、挿入穴１１ｇに形成された内ネジに螺合されることで、内殻１２が外殻１１に結合される。図６の内殻保持構造２０Ａの他の部分の構造は、図３、図４に図示されている内殻保持構造２０と同様である。

本実施形態の内殻保持構造２０Ａにおいても、内殻１２とプレート２２との間にワッシャ２５、２６が挿入され、内殻１２とプレート２２とが離間されている。これは、熱抵抗を増加させ、外殻１１から内殻１２への断熱性の向上に寄与する。また、図７に図示されている構造では、外殻１１とプレート２２との間の熱抵抗が、図３に図示されている構造よりも小さいが、部品の数を低減することができる。

なお、上記には飛翔体１００のフェアリング２の実施形態が説明されているが、上記の実施形態に述べられた構造は、強度と断熱性に優れており、宇宙機の断熱構造としても有用である。上記の実施形態に述べられた構造が宇宙機の断熱構造として用いられる場合も、内殻１２が内殻保持構造２０によって外殻１１に結合され、内殻１２の内部空間に所望のペイロード１３が搭載される。ただし、宇宙機としての用途では、外殻１１は、必ずしも構造部材として構成されなくともよい。また、空気が存在しない宇宙空間で使用される場合には、外殻１１は、整流部材としての機能を有していなくてもよい。

以上には、本発明の実施形態が具体的に記述されているが、本発明は、上記の実施形態に限定されない。本発明が種々の変更と共に実施され得ることは、当業者には理解されよう。

１ ：本体
２ ：フェアリング
１１ ：外殻
１１ａ ：外側表面
１１ｂ ：内側表面
１１ｃ ：突出部
１１ｄ ：凹部
１１ｅ ：切欠き
１１ｆ ：突出部
１１ｇ ：挿入穴
１２ ：内殻
１２ａ ：貫通穴
１２ｂ ：貫通穴
１２ｃ ：貫通穴
１３ ：ペイロード
２０ ：内殻保持構造
２０Ａ ：内殻保持構造
２１ ：ボス
２１ａ ：切欠き
２１ｂ ：内ネジ
２２ ：プレート
２２ａ ：貫通穴
２２ｂ ：貫通穴
２２ｃ ：貫通穴
２３ ：リベット
２４ ：リベット
２５ ：ワッシャ
２６ ：ワッシャ
２７ ：スクリュー
２７ａ ：頭部
２７ｂ ：胴部
２８ ：ワッシャ
２８ａ ：穴
２９ ：カラー
２９ａ ：内部空間
３１ ：ボス固定キー
１００ ：飛翔体

Claims (13)

1. 外側表面と内側表面とを有し、前記外側表面に沿った空気の流れを制御するように構成された外殻と、
   前記外殻の前記内側表面に対向するように設けられ、内部にペイロードを離間して収容する内殻と、
   前記内殻に隙間を挟んで離間されて結合されたプレート
   とを備え、
   前記外殻が、前記プレートに結合された
   整流構造。
2. 請求項１に記載の整流構造であって、
   前記内殻と前記プレートが、スペーサ部材を挟んで結合された
   整流構造。
3. 外側表面と内側表面とを有し、前記外側表面に沿った空気の流れを制御するように構成された外殻と、
   前記外殻の前記内側表面に対向するように設けられ、内部にペイロードを収容する内殻と、
   前記内殻に隙間を挟んで離間されて結合されたプレート
   とを備え、
   前記外殻が、前記プレートに結合され、
   前記プレートが、スクリューを用いて前記外殻に結合されている
   整流構造。
4. 請求項３に記載の整流構造であって、
   更に、
   前記外殻に結合され、内ネジが形成されたボスを備え、
   前記スクリューの外ネジが、前記ボスの前記内ネジに螺合されることで前記プレートが前記外殻に結合される
   整流構造。
5. 請求項４に記載の整流構造であって、
   更に、前記プレートと前記ボスの間に挟まれた筒状のカラーを備え、
   前記スクリューが、前記プレートに設けられた貫通穴と前記カラーの内部空間を通して前記ボスの前記内ネジに挿入されている
   整流構造。
6. 請求項５に記載の整流構造であって、
   前記カラーが、前記スクリューから離間して設けられている
   整流構造。
7. 請求項３乃至６のいずれか１項に記載の整流構造であって、
   前記内殻に形成された貫通穴に挿入され、前記スクリューが挿入され、前記スクリューの頭部と前記プレートとによって挟まれるワッシャを備え、
   前記ワッシャが前記内殻から離れて固定される
   整流構造。
8. 請求項５又は６に記載の整流構造であって、
   更に、前記プレートと前記内殻とを結合する結合部材を備えており、
   前記結合部材が、前記カラーの外部に位置している
   整流構造。
9. 請求項４乃至６のいずれか１項に記載の整流構造であって、
   前記外殻は、前記内側表面から突出する突出部を備えており、
   前記ボスが、前記突出部に設けられた凹部に挿入されている
   整流構造。
10. 請求項９に記載の整流構造であって、
    前記ボスが、前記外殻と異なる材料で形成されている
    整流構造。
11. 本体と、
    前記本体の先端に接合された請求項３から１０のいずれか１項に記載の整流構造
    とを備えた
    飛翔体。
12. 請求項１１に記載の飛翔体であって、
    前記内殻と前記プレートが、スペーサ部材を挟んで結合された
    飛翔体。
13. 請求項３から１０のいずれか１項に記載の整流構造を備える宇宙機。

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