JPH0299751A - 展開形ロケットノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、上段ロケットのロケットノズルに関し、さら
に特定すれば、本発明はノズル本体の出口開口縁部に複
数の略円弧状に湾曲した板状のペタルを配置し、ロケッ
トの不使用時にはこれらペタルをノズル本体内に収納し
ておき、ロケット作動時にはこれらペタルを展開してノ
ズル本体の出口縁部を延長するようにこれらペタルを配
列し、このロケットノズルの開口比を大きくするもので
ある。

［従来の技術］ 一般に、ロケットモータ等のロケットノズルはその開口
比が大きい程その効率が向上し、比推力等の性能が向上
する。しかし、上段ロケットでは、その径に制約があり
、この開口比をあまり大きくできない。

このような問題を解決するため、このロケット作動時に
のみこのノズルの出口開口縁部を延長し、開口比を増大
させるようないわゆる展開形ロケットノズルが各種開発
されている。このような展開形のロケットノズルの形式
としては、ノズルをその縦軸線と垂直な面で複数の部分
に分割し、ロケット不作動時にはこれら部分を重ねてお
き、ロケット作動時にこれら部分を軸方向に展開する重
ね合せ形のもの、またはノズル本体の出口開口縁部に複
数の板状部材すなわちペタルを配置し、ロケット不作動
時にはこれらペタルをノズル本体内に収納しておき、ロ
ケット作動時にはこれらペタルをこのノズル本体の出口
開口縁部を延長するように展開するものがある。前者の
ものは、その収納状態においてノズルの長さを短縮する
ことはできるが、展開時においてノズルの出口開口の径
そのものは拡大できない。これに対して後者のものは、
展開時においてノズルの長さおよび出口開口の径の両方
を拡大できる。

しかし、このペタル形のものは、構造が複雑となり、ま
た重量も増加する等の不具合がある。これらの展開形の
ノズルを設計する場合には、このような展開形ノズルを
採用したことによる比推力の増大分が重量増加による比
推力の低下分を上回るものでなければならない。もちろ
ん、信頼性の点についても十分な考慮が払われなければ
ならない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は以上の事情に基づいてなされたもので、ノズル
本体の寸法と比較して大きなペタルをこのノズル本体内
に効率よく収納し、かつ構造が簡単で信頼性の高い展開
形ロケットノズルを提供するものである。

［課題を解決するための手段およびその作用］本発明は
、ノズル本体の出口開口縁部に複数のペタルを配置し、
またこれらペタルに対応してアーム部材を設け、これら
アーム部材の一端部をこれらペタルに取付け、またこれ
らアーム部材の池端部を枢着軸によって上記ノズル本体
に回動自在に取付けたものである。そして、これらのア
ーム部材が枢着軸を中心として略径方向に回動し、これ
とともにペタルも径方向に回動し、ノズル本体内に収容
された収納状態から展開状態まで移動し、この展開状態
ではこれらペタルはノズル本体の出口開口縁部を軸方向
および径方向に延長するように配列される。上記の枢着
軸は、この枢着軸が配置されている位置における接線方
向に対して傾斜して配置されている。したがって、これ
らアーム部材はノズル本体の径方向とはある角度をもっ
た面内で回動する。よって、これらペタルが同一円錐面
上に配列された展開状態から、これらアーム部材が回動
してペタルがノズル本体の内部に収納される収納状態に
なるまでの作動中において、これらペタルは周方向に対
して傾斜しつつノズル本体内に渦巻き状に収納される。

したがって、この過渡作動中にこれらペタル同志が緩衝
することはなく、これらペタルは効率的に収納される。

［実施例］ 以下、図を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図ないし第９図（ａ）には本発明の第１の実施例を
示す。第１図には本発明のロケットノズルを搭載したロ
ケットを示す、図中の１１は第１段ロケットブースタ、
１２は第２段ロケットブースタ、１３はペイロードであ
る。そして、この第２段ロケットブースタ１２にはロケ
ットモータの燃焼室〕４とこれに取付けられた本発明の
展開形ロケットノズル１５が搭載されている。このロケ
ットノズル１５は、第２図ないし第６図に示すように、
略円錐形のノズル本体２１を備えている。なお、これら
第２図ないし第６図はいずれも同じロケットノズルを示
すもので、これら図はこのロケットノズルの展開作動状
態を段階的に示す図である。このノズル本体２１の出口
開口縁部には複数たとえば８個のペタル２２が配置され
ている。これらペタル２２は略円錐面の一部をなす板状
のものであり、第２図に示す収納状態ではノズル本体２
１内に収容され、第６図に示す展開状態では、これらペ
タル２２は略円錐面上に配列され、このノズル本体２１
の出口開口縁部を延長してこのノズルの径および長さを
拡大し、開口比を増加させるように構成されている。

そして、これらのペタル２２にそれぞれ対応してアーム
部材２３が設けられている。そして、これらアーム部材
２３の一端部は上記各ペタル２２の外側面に取付けられ
、またこれらアーム部材２３の他端部は上記ノズル本体
２１の外周面に回動自在に取付けられている。

また、これらアーム部材２３にはそれぞれ駆動機構が設
けられている。これら駆動機構は、上記アーム部材２３
から突設された第１のスプリングボスト２４およびこれ
ら各アーム部材２３に対応して上記ノズル本体２１から
突設された第２のスプリングボスト２５とを備え、これ
らのスプリングボスト２４．２５の間には引張りスプリ
ング２６が掛渡されている。したがって、これらのスプ
リング２６の付勢力により、上記のアーム部材２３が径
方向外側に回動され、第２図に示すような収納状態から
第６図に示す展開状態までこれらアーム部材２３および
ペタル２２が移動される。なお、これら駆動機構は第２
図にのみ示し、他の図では図示を明瞭にするためこれら
駆動機構を省略しである。

また、これらペタル２２およびアーム部材２３を第２図
に示すような収納状態に維持しておくための収納ロック
機ｔｆ４が設けられている。この収納ロック機構は、設
計仕様に対応して各種のものかあるが、この実施例では
、たとえばマルマンカップリング２７が使用されている
。このマルマンカップリングは、航空宇宙産業分野で一
般的に使用されているものであり、複数の帯状の部材が
爆発ボルト等で環状、に結合されたものである。そして
、このマルマンカップリング２７は第２図に示す如く上
記の各アーム部材２３の外側面を押えるように締付けて
おり、これらのアーム部材２３をその収納ロック状態に
保持している。そして、このロケットノズルを展開状態
にする場合には、上記爆発ボルトによりこのマルマンカ
ップリングが分断され、上記のスプリング２６の付勢力
によりこれらアーム部材２３が外側に回動し、第６図に
示すような展開状態となる。

また、上記のアーム部材２３およびこれに関連した機構
は第７図および第８図に示すように構成されている。す
なわち、これらのアーム部材２３は、その一端部側に配
置された剛体の第１のアーム部３１と、基端部側に配置
された剛体の第２のアーム部３３とを備え、これらの間
は板ばね部３２によって連結されている。この板ばね部
３２は、弾性を有する板状部材から形成され、その中央
部は幅が狭くなっている。そして、この板ばね部３２は
その中央部が弾性的にねじれ変形可能に形成されている
。そして、このアーム部材２３の一端部すなわち第１の
アーム部３１の先端部は上記ペタル２２の外周面に取付
けられている。

また、このアーム部材２３の他端部に対応してそれぞれ
ヒンジ部材３４が設けられている。これらヒンジ部材３
４は上記ノズル本体２１、の外周面に取付けられ、また
一対の支承部３５，３６が突設されている。そして、上
記アーム部材２３の他端部すなわち上記第２のアーム部
３３の先端部には枢着軸３７が突設され、この枢着軸３
７の両端部は上記支承部３５，３６に形成された支承孔
内に回転自在に支承されている。この枢着軸３７の中心
軸３８は、この枢着軸３７の配置位置におけるノズル本
体２１の円周線の接線３９の方向に対して傾斜している
。この枢着軸３７の傾斜は、第７図に示すように上記接
線に対してこの接線を含みこのノズル本体の軸線と平行
な面内で傾斜しているとともに、第８図に示すように、
この接線３９に対してこの接線およびこのノズル本体の
直径線を含む面内においても傾斜している。

上記の枢着軸３７がこのような配置であるので、これら
アーム部材２３はこのノズル本体２１の直径線および軸
線を含む平面内では回動せず、この平面とある角度をも
った平面内で回動する。上記ペタル２２は、その展開状
態ではノズル本体２１の出口開口縁部を延長した略円錐
面上に沿って配列されているが、上記アーム部材２３が
回動してこれらペタル２２がノズル本体２１内に収納さ
れてゆく際に、これらペタル２２は軸方向から見た場合
に回動し、渦巻き状に互いに重ね合わされて収納される
。したがって、これらペタル２２の収納効率は向上し、
このノズル本体２１の寸法に対してより大形のペタルを
このノズル本体内に収納できる。したがって、これらペ
タル２２が展開された場合のこのロケットノズルの開口
比の増加分は大きくなる。なお、上記説明では、理解を
容易にするため、展開状態から収納状態になる場合を示
したか、実際の使用状態ではこれらのペタル２２は第２
図に示すような収納状態から第３図ないし第５図に示す
過渡的な状態を経て第６図に示すような展開状態となる
。そして、上記枢着軸の角度を適宜設定することにより
、この展開状態に至るまでの段階でペタル同志か干渉す
るのを防止することができる。

また、このロケットノズルには、上記ペタル２２を展開
状態に維持する展開ロック機構が設けられている。第９
図にはこのロック機構を示す。

すなわち、」二記各ペタル２２の一方の縁部には嵌合部
４１が形成され、この嵌合部４１の内面には嵌合段部４
２が形成されている。そして、これらペタルが展開状態
になった場合において、隣接するペタル２２の他方の縁
部４３がこの嵌合部４１の１茨合段部４２に嵌合するよ
うにｆｉＸ″１成されている。

そして、前述の枢む軸３７の角度等は、これらペタル２
２が展開状態になる直前の状態において、隣接するペタ
ルの縁部同志が所定量だけ干渉するように設定されてい
る。そして、これらペタルの縁部の干渉が生じると、こ
の干渉による荷重によって上記アーム部材２３の板ばね
部３２が弾性的にねじれ変形し、その弾性力によってこ
れら隣接するペタルの縁部は互いに押圧しながら摺動し
、完全に展開された状態において第９図（ａ）に示すよ
うにペタル２２の縁部４３が嵌合段部４２と弾性的に嵌
合し、これらのペタルが展開状態にロックされる。

また、第９図（ｂ）には、この展開ロック機ｔ１もの第
２の例を示す。この実施例のものは、ペタル２２の一方
の縁部の嵌合部４の内面に溝状の嵌合溝４６を形成し、
また他方の縁部には凸条状の嵌合凸条４７を形成したも
のである。このものは、展開状態において、上記嵌合凸
条４７が嵌合溝４６内に嵌合してこれらペタル２２を展
開状態にロックする。このものは、より確実なロックを
おこなうことができる。

また、第１０図（ａ）および第１０図（ｂ）には別の展
開ロック機構の例を示す。このものは、前述したヒンジ
部材の支承部３６の支承孔５１に連続するロックスリッ
ト部５３が形成されている。

また、この支承孔５１内に支承されている前記の枢着軸
３７の端部には、この枢着軸の一部を削除して形成した
互いに平行な平面を有する嵌合端部５２が形成されてい
る。そして、このものは上記アーム部材２３がこの枢着
軸３７とともに回動して展開位置まで回動し、この嵌合
端部５２の平面が上記のロックスリット部５３と平行と
なると、第１０図（ｂ）に示すごとく前記のスプリング
２６の付勢力によってこの嵌合端部５２がこのロックス
リット部５３内に嵌合し、この枢着軸３７を回動不能に
ロングし、このアーム部材およびペタルを展開状態にロ
ックする。なお、この第１０図（ａ）、、（ｂ）に示す
ロック機構を採用した場合には、前記のアーム部材は剛
性の高いもの、たとえば一体に形成されたアーム部材を
使用することが望ましい。

また、第１１図ないし第１３図には、本発明の第２の実
施例を示す。このものは、前記のペタルおよびアーム部
材の各アセンブリを２つのグループに分け、収納状態に
おいて第１のグループに属するペタルと第２のグループ
に属するペタルとを軸方向に離間して収納するように構
成したものである。すなわち、ノズル本体６１の出口開
口縁部にはそれぞれ第１のグループに属する複数のペタ
ル６２ａと第２のグループに属するペタル６２ｂとが周
方向に交互に配置されている。そして、これらペタルに
はそれぞれアーム部材６３ａ。

６３ｂが取付けられている。

第１のグループに属するアーム部材６３ａと、第２のグ
ループに属するアーム部材６３ｂとは、その形状寸法が
相違するとともに、ノズル本体６１との枢着位置が相違
している。したがって、収納状態においては、この第１
のグループに属するペタル６２ａはノズル本体６１内の
出口側に収納され、また第２のグループに属するペタル
６２ｂはこのノズル本体６１内の入口側に収納され、こ
の第１のグループに属するペタルと第２のグループに属
するペタルとは軸方向に離間してこのノズル本体６１内
に収納される。したがって、これらペタル６２ａ、６２
ｂの収納効率が大きくなり、より大形のペタルを収納で
きる。

このようなノズルを第１１図に示す収納状態から展開さ
せる場合には、まず第１２図に示すように出口側の第１
のグループに属するペタル６２ａを展開させ、この後に
第１３図に示すように第２のグループに属するペタル６
２ｂを展開させ、これら全てのペタルを展開させる。こ
れらペタルの展開の順序を制御する手段は、たとえば第
１のグループに属するペタルとアーム部材の収納ロック
機構（図示せず）と第２のグループに属するペタルとア
ーム部材の収納ロック機構とを別々に構成し、第１のグ
ループのロック機構を解放してから所定時間経過後に第
２のグループのロック機構を解放すればよい。

なお、本発明は上記の各実施例には限定されず、当業者
であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更
が可能であることはもちろんである。

［発明の効果］ 上述の如く本発明は、ノズル本体内に大形のペタルを効
率良く収納でき、これらペタルが展開した場合のノズル
の開口比の増大分が大きく、このノズルの効率が大幅に
向上する。また、本発明のものは構造が簡単であり、こ
のノズル全体を軽量、小形に形成できるとともに信頼性
も向上する等、その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図（ａ）は本発明の第１の実施例を示
し、第１図は本発明のロケットノズルを搭載したロケッ
トの全体の概略図、第２図ないし第６図はそれぞれ異な
る作動状態における本発明のロケットノズルの斜視図、
第７図は第６図の７−７矢視図、第８図は第７図の８−
８矢視図、第９図（ａ）は第６図の９−９線に沿う断面
図である。また、第９図（ｂ）は本発明の第２の実施例
の展開ロック機構の第９図（ａ）に相当する断面図であ
る。また、第１０図（ａ）、（ｂ）は本発明の第３の実
施例の展開ロック機構の例を示す側面図である。また、
第１１図ないし第１３図はそれぞれ本発明の第４の実施
例のロケットノズルの異なる作動状態を示す斜視図であ
る。 ２１．６１−・・ノズル本体、２２，６２ａ。 ６２　ｂ　＝・＝ペタル、２３，６３ａ、６３ｂ−・・
アーム部＋３．２６・・・スプリング、３７・・・枢若
輔、４１・・・嵌合部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）展開形ロケットノズルであって、ノズル本体と、
   このノズル本体の出口開口縁部に配置された複数のペタ
   ルを備え、これらのペタルはその展開状態において上記
   ノズル本体の出口開口縁部を延長し、これによってこの
   ロケットノズルの開口比を増加させるものにおいて、 上記ペタルにそれぞれ対応してアーム部材が設けられ、
   これらアーム部材は上記ノズル本体の外側に配置され、
   これらのアーム部の一端部は上記ペタルの外側面に取付
   けられており、また、上記アーム部材の他端部は上記ノ
   ズル本体の外側面に回動自在に枢着されており、これら
   のアーム部材が回動することによって上記ペタルが上記
   ノズル本体内に収容された収納状態からノズル本体の出
   口縁部を延長するように配置された展開状態まで移動し
   、 また、上記アーム部材の他端部を上記ノズル本体に枢着
   する枢着軸を備え、この枢着軸は、上記ノズル本体の円
   周線の接線方向に対して傾斜して配置されており、 また、駆動機構を備え、この駆動機構は上記アーム部材
   を回動させ上記ペタルを収納状態から展開状態に駆動す
   るものであり、 また、ロック機構を備え、このロック機構は上記ペタル
   をその展開状態にロックするものであり、上記枢着軸が
   上記ノズル本体の円周線の接線方向に対して傾斜してい
   ることにより、上記ペタルは上記収納状態では互いに重
   ね合わされた状態で周方向に並んで配置されており、ま
   た展開状態では上記ノズル本体の出口開口縁部を延長す
   るように配置されることを特徴とする展開形ロケットノ
   ズル。
2. （２）前記ロック機構は、前記ペタルの展開状態におい
   て前記アーム部材を回動不能にロックするものであるこ
   とを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の展開形
   ロケットノズル。
3. （３）前記ロック機構は、前記ペタルの縁部に形成され
   た嵌合部を備え、展開状態において隣接するペタルの縁
   部の上記嵌合部が弾性的に互いに嵌合してこれらペタル
   をその展開状態にロックするものであることを特徴とす
   る前記特許請求の範囲第１項記載の展開形ロケットノズ
   ル。
4. （４）前記の複数のペタルおよびこれらに対応する前記
   アーム部材および枢着軸からなるペタルアセンブリは、
   第１のグループと第２のグループとに分けられており、
   これら第１のグループと第２のグループとではそのアー
   ム部材の形状、寸法または枢着軸の傾斜角度、配置位置
   の少なくともひとつが相違しており、この相違によって
   、上記第１のグループに属するペタルと上記第２のグル
   ープに属するペタルとはその収納状態において互いに軸
   方向に離間して配置されていることを特徴とする前記特
   許請求の範囲第１項記載の展開形ロケットノズル装置。