JPH0491355A - 伸長・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等に用いられ
る伸長・展開形のロケットノズルに関する。

さらに特定すれば、本発明はノズル本体部と、このノズ
ル本体部に対して軸方向に移動自在な中間部材と、この
中間部材に径方向に展開自在に設けられた複数のペタル
とを備え、打上げ時の下段ブースタの作動時にはこれら
を折畳んで小さい容積に収納しておき、この上段ブース
タの点火時にはこれらを伸長および展開して開口比の大
きいノズルを構成する伸長・展開形のロケットノズルに
関する。

［従来の技術］ ロケットノズルはその開口比が大きい程、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、そのノズル最大径や軸方向の長さに制約があり、こ
のノズルの開口比をあまり大きくすることができなかっ
た。

このような問題を解決すめために、ロケット燃焼時にの
みノズルの先端開口や長さを拡大し、開口比を増大させ
るようなロケットノズルが各種開発されている。

このようなロケットノズルとして、ノズルを軸方向に対
して垂直な面で複数の分割部分に分割しておき、打上げ
時にはこれらの分割部分を軸方向に重ねて短縮させてお
き、ロケットの燃焼時にはこれら分割部分を軸方向に伸
長させるものがある。

しかし、このようなものは、これらの分割部分の最大径
がロケットブースタの径によって規制されてしまうので
、単にノズルを軸方向に短縮させるだけの効果しか期待
できない。

また、ロケットノズルの先端部分を軸方向に沿った分割
面で複数のペタルに分割し、これらのペタルを径方向ま
たは周方向に重なるように収納し、ロケットの燃焼時に
はこれらペタルを円錐面状に展開するものがある。この
ようなノズルは、先端開口部の最大径をロケットブース
タの径よりも大きくすることが可能であり、前記のもの
より大きい開口比を得ることが可能である。しかし、こ
のようなノズルはペタルを収納、展開する機構が極めて
複雑であり、重量の増加や信頼性の低下を招く不具合が
ある。また、このようなノズルのうち、複数のペタルを
単純に径方向に収納、展開する形式のものがあり、この
ようなものは構造が比較的簡単であまり重量の増加や信
頼性の低下を招（ことがないという特徴がある。しかし
ながら、このような形式の展開形ノズルは、収納時にお
ける軸方向の短縮効果が小さいという不具合がある。

［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
を軸方向および径方向の両方向について効率的に収納さ
せることができ、ロケット燃焼時には軸方向に伸長させ
るとともに径方向にも拡径でき、ロケットブースタ等の
径より大きい開口径のノズルに展開することができ、大
きい開口比を得ることができるととに、構造が簡単で重
量増加を招くことが少なく、また高い信頼性を得ること
ができる伸長・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とその作用］本発明は、ノ
ズル本体部と、このノズル本体部の外周を囲み軸方向に
移動自在な中間部材と、この中間部材に径方向に回動自
在に設けられた複数のペタルとを備えたものである。

このようなノズルは、打上げ時にはペタルを径方向内側
に回動させて径を縮小するとともに、これらペタルを中
間部材とともに軸方向に移動させ、これらペタルをノズ
ル本体部の外周を囲むように重ねて配置しておく。これ
によって、打上げ時には軸方向および径方向の両方向に
ついて小さい容積に効率よく収納できる。そして、この
ロケットの燃焼時には、上記の中間部材をノズル本体部
の先端部まで軸方向に移動させるとともに、複数のペタ
ルを径方向外側に展開させる。これによって、このノズ
ルは軸方向に伸長するとともに、先端開口部をロケット
ブースタの径よりも大きい径に拡径させることができ、
大きい開口比が得られる。

また、このものは、中間部材はノズル本体部に対して軸
方向に移動し、またペタルはこの中間部材に対して径方
向に回動して展開するだけの単純な作動であり、これら
の作動のための機構が簡単であり、ｆｆ１ｆｆｉの増加
や信頼性の低下等を招くことが少ない。

また、本発明の実施例によれば、上記のペタルは平面形
状が略矩形の矩形ペタルは、平面形状が台形の台形ペダ
ルとを交互に配置したものである。

したがって、上記の矩形ペタルの両側端面はこのペタル
のヒンジ軸と垂直な平面内に位置する。そして、このノ
ズルを収納する場合には、これら矩形ペタルを先に径方
向内側に収納してから台形ペタルを径方向内側に収納す
る。また、このノズルを展開する場合には、先に台形ペ
タルを径方向外側に展開してから矩形ペタルを径方向外
側に展開する。これらの場合、矩形ペタルの両側端面は
そのヒンジ軸と垂直な平面内を移動するので、これら矩
形ペタルの両側に配置されている台形ペタルの両側端面
と干渉することがない。よって、これらペタルを回動自
在に枢支するヒンジ機構は単１己これらペタルを径方向
に回動させるだけの単純なものでよく、その構造が極め
て単純ですみ、重量軽減、信頼性の向上に大きい効果が
ある。

［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１６図は本発明の第１の実施例を示す。

この実施例は、本発明のロケットノズルを固体多段ロケ
ットの上段ブースタのノズルに適用したものである。

第１図にはこのロケットの全体を概略的に示す。

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。

この第２段ロケットブースター２にはロケットモータの
燃焼室１４と、これに取付けられた本発明のロケットノ
ズル１５が搭載されている。この第２段ロケットブース
ター２は、段間継手１６を介して第１段ロケットブース
ター１に切り離し自在に連結されている。そして、上記
のロケットノズル１５はこの段間継手１６内に収納され
ている。

第１２図ないし第１２図には、上記のロケットノズル１
５の構成を示す。なお、第２図ないし第４図はこのロケ
ットノズル１５が収納状態から伸長・展開状態に至るま
でを段階的に示した斜視図である。このロケットノズル
１５は、燃焼室１４側に取付けられたノズル本体部２１
を備えている。

このノズル本体部２１は略円錐筒状の一体の部材であり
、その先端部の径、すなわち最大径は上記の段間継手１
６内に収納可能な寸法に形成されている。

そして、このノズル本体部２１の外周を囲んで、リング
状をなす中間部材２２が設けられている。

この中間部材２２は、複数のレール７０によってこのノ
ズル本体部２１に対して軸方向に移動自在に取付けられ
ている。なお、上記のレール７０は第４図に示すように
、このロケットノズルが伸長、展開した後にはこのノズ
ル本体部２１および中間部材２２から分離されるように
構成されている。

また、上記の中間部材２２は、これがノズル本体部２１
の先端部に移動した場合には、このノズル本体部２１の
先端縁部に嵌合するように構成されている。

また、図中の５０はスプリングである。これらのスプリ
ング５０については後に説明するが、弾性変形自在な複
数のロッドが螺旋状に変形することによって伸縮するも
ので、その重量に比較して大きいストロークが得られる
ものである。これらのスプリング５０の両端部には連結
金具５１，５２が取付けられ、これらの連結金具５１．
５２は上記の中間部材２２および、燃焼室１４に分離可
能に嵌合している。そして、第２図に示すように上記の
中間部材２２がノズル本体２１の基端側に移動し、上記
のスプリング５０が短縮された状態において、上記の連
結金具５１がマルマンカップリング７１によって締め付
けられている。このマルマンカップリング７１は、航空
宇宙産業分野で用いられている公知のもので、複数の帯
状部材を爆発ボルトでリング状に結合したもので、この
爆発ボルトが点火されて切断されることにより、複数の
帯状部材が分離されるものである。したがって、このマ
ルマンカップリング７１が分離されることにより、第４
図に示すようにスプリング５０の付勢力により中間部材
２２がノズル本体部２１の先端部まで移動してこのノズ
ル本体部２１の先端縁部に嵌合し、また前記したように
上記のレールア０およびスプリング５０が分離される。

そして、上記の中間部材２２の前縁部分にはリング状ヒ
ンジ部２３が形成されている。そして、このリング状ヒ
ンジ部２３には、複数のペタル２４ａ、２４ｂが径方向
に回動自在に枢着されている。これらのペタルは、台形
ペタル２４ａと、矩形ペタル２４ｂの２種類のペタルか
ら構成されている。この実施例では、４枚の台形ペタル
２４ａと、４枚の矩形ペタル２４ｂとが交互に配置され
、これらが展開した状態では上記のノズル本体部２１に
連続する略円錐形のノズルの先端部分を構成する。

また、これらのペタル２４ａ、２４ｂの先端部の外周を
囲んで、薄い帯板リング状の保持バンド２５が配置され
ている。そして、上記のペタル２４ａ、２４ｂが第４図
に、示すように展開した場合には、この保持バンド２５
がこれらのペタル２４ａ、２４ｂの外周面に密接し、こ
れらペタル２４ａ、２４ｂがこれ以上展開するのを阻止
し、これらペタルを所定の形状に保持するものである。

上記の台形ペタル２４ａは、第５図ないし第７図に示す
ように、略円錐面の一部をなすような形状の薄板材から
形成され、その平面形状は略台形をなしている。そして
、この台形ペタル２４ａの基端部の外周面には、一対の
ヒンジ凸部３１ａが突設され、これらのヒンジ凸部３１
ａにはそれぞれヒンジ孔３２ａが形成されている。そし
て、これらのヒンジ孔３２ａ内に挿通されたヒンジ軸（
図示せず）を介してこの台形ペタル２４ａが上記の中間
部材２２のリング状ヒンジ部２３に枢着されている。な
お、このようなヒンジ機構のヒンジ軸線３３ａは、この
ノズルの中心軸線に対して直角に交差する方向となって
いる。したがって、この台形ペタル２４ａは、このノズ
ルに対して径方向に回動する。

また、上記の矩形ペダル２４ｂは、第８図ないし第１０
図に示すように、略円錐形の一部をなすような形状の薄
板材から構成され、その平面形状は略矩形をなしている
。そして、この矩形ペタル２４ｂの基端部の外周面には
、一対のヒンジ凸部３１ｂが突設され、これらのヒンジ
凸部３１ｂにはそれぞれヒンジ孔３２ｂが形成されてい
る。そして、これらのヒンジ孔３２ｂ内に挿通されたヒ
ンジ軸（図示せず）を介してこの矩形ペタル２４ｂが上
記の中間部材２２のリング状ヒンジ部２３に枢着されて
いる。なお、このようなヒンジ機構のヒンジ軸線３３ｂ
は、このノズルの中心軸線に対して直角に交差する方向
となっている。したがって、この矩形ペタル２４ｂは、
このノズルに対して径方向に回動する。また、この矩形
ペタル２４ｂの両側縁は互いに平行であり、その両側端
面３４ｂは上記のヒンジ軸線３３ｂと垂直な面内に配置
されている。

また、上記の台形ペタル２４ａのヒンジ軸線３３ａの位
・置、たとえば中間部材２２の基準位置２８からの軸方
向の距離をＤａ、および径方向の距離をＨａとし、また
上記の矩形ペタル２４ｂのヒンジ軸線３３ｂの位置、た
とえば中間部材２２の基準位置２８からの軸方向の距離
をＤｂ、径方向の距離をＨｂとすると、これらＤａおよ
びＨａに対してＤｂおよびＨｂはいずれも小さく設定さ
れている。すなわち、矩形ペタル２４ｂのヒンジ軸線３
３ｂは、台形ペタル２４ａのヒンジ軸線３３ａに対して
、軸方向については基端側、径方向に対しては内側に位
置している。

なお、第１１図および第１２図には、前述したスプリン
グ５０の構成を示す。第１１図に示すスプリング５０は
、一対の端リング５１．５２と、中間リング５３との間
に設けられた弾性変形可能な複数のロッド５４を備えて
おり、これらのロッド５４が螺旋形に弾性変形すること
により伸縮するものである。このような形式のスプリン
グは、前述したようにその重量に対して大きいストロー
クを有する。また一方の端リング５１と中間リング５３
の間のロッド５４と、他方の端リング５２と中間リング
５３との間のロッド５４とは、その螺旋の巻き方向が逆
であり、このスプリングが伸縮する際の捩れはこの中間
リング５３が回転することによって相殺される。

また、これらのロッド５４の中間部は、リング状のスペ
ーサ５５によって保持されている。

また、第１２図に示すスプリング５０′は、−方のロッ
ド５４を保持するスペーサとして複数のアーム部を有す
る星形スペーサ５５′を使用したものである。この星形
スペーサ５５−は、ロッド５４が螺旋形に変形する場合
、アーム部が捩れ変形するものである。なお、上記の以
外はこのスプリング５０′の構成は上記のスプリング５
０と同様である。

次に、本発明のロケットノズルの作用を説明する。

前述したように、このロケットノズル１５は第２図に示
すように収納された状態でロケットの股間継手１６内に
収容される。そして、この上段ロケットが点火される前
に、この股間継手および下段ロケットが切り離される。

そして、前述したように、マルマンカップリング７１が
分離され、スプリング５０の付勢力によって中間部材２
２がペタル２４ａ、２４ｂとともにノズル本体部２１の
先端部に移動し、このノズル本体部２１の先端部に嵌合
する。この、後、第４図に示す如くレール７０およびス
プリング５０が分離される。そして、上記のペタル２４
ａ、２４ｂが径方向外側に展開される。

これらのペタル２４ａ、２４ｂがロケットの打上げ前に
折畳まれ、また打上げ時に展開する場合、これらが干渉
しないようにその展開の順序、ヒンジ軸の位置等が設定
されており、以下に第１３図ないし第１６図を参照して
これらを説明する。なお、これら第１３図ないし第１６
図は、台形ペタル２４ａおよび矩形ペタル２４ｂの位置
関係を模式的に示したものである。

まず、これらペタル２４ａ、２４ｂを折畳む場合には、
第１３図に示すように、先に矩形ペタル２４ｂを図中の
矢印で示すように径方向内側に回動させる。この場合、
この矩形ペタル２４ｂはその平面形状が略矩形であり、
その両側の側端面はヒンジ軸線３３ｂと垂直な面内にあ
るから、回動に際してこの矩形ペタル２４ｂが径方向お
よび軸方向に移動してもこれら側端面は常にヒンジ軸線
３３ｂと垂直な面内にあり、よって隣接する台形ペタル
２４ａの側縁と干渉することがない。

この後、台形ペタル２４ａを径方向内側に回動させ、第
１４図に示すように、両方のペタル２４ａ、２４ｂをノ
ズル本体部２１の先端の最大径より外側の位置に略円筒
状に配置する。この場合、台形ペタル２４ａのヒンジ軸
線３３ａに対して矩形ペタル２４ｂのヒンジ軸線３３ｂ
は内側に配置されているので、第１４図に示すように台
形ペタル２４ａは矩形ペタル２４ｂの外側に配置され、
第２図に示すようにこの台形ペタル２４ａと矩形ペタル
２４ｂは一部が重なり合って効率よく収納される。

また、第１３図に示すような状態では、台形ペタル２４
ａの基端側縁部は、矩形ペタル２４ｂのヒンジ軸線３３
ｂより基端側の部分Ｃにおいてこの矩形ペタル２４ｂの
基端側縁部と交差している。

そして、この状態から第１４図に示すように台形ペタル
２４ａが内側に回動する際には、この台形ペタル２４ａ
の基端部側縁部は上記のＣの部分で２枚の矩形ペタル２
４ｂの基端部の間を通過して外側まで移動する。したが
って、この部分で台形ペタルと矩形ペタルの側縁部が干
渉す、る可能性がある。しかし、この部分Ｃでは、矩形
ペタル２４ｂの基端側縁部は展開位置２４０より外側に
位置しており、したがってこれら２枚の矩形ペタルの間
の間隔はこの部分Ｃの範囲では拡大している。

したがって、この台形ペタル２４ａと矩形ペタル２４ｂ
の干渉が生じることはない。

このようにしてペタル２４　ａ、２４ｂを収納したら、
上記の中間部材２２をノズル本体部２１の基端側に移動
させ、これらのペタル２４ａ、２４ｂをノズル本体部２
１の外側に沿って重ね合わせる。

次に、これらのペタル２４ａ、２４ｂを展開させる場合
には、第１５図に示すように、先に台形ペタル２４ａを
径方向外側に回動させて展開する。

この場合、この台形ペダル２４ａの基端側縁部は前述と
は逆に収納状態にある矩形ペタル２４ｂの基端側縁部の
部分Ｃの間を外側から内側に通過する。この場合も、こ
れら矩形ペタル２４ａの基端側縁部の間の間隔は拡大し
ているので、これら台形ペタル２４ａと矩形ペタル２４
ｂの基端部側縁部が干渉することはない。そして、この
後に矩形ペタル２４ｂを第１６図の矢印で示すように外
側方向に展開する。この場合、この矩形ペタル２４ｂの
基端側縁部は、台形ペタル２４ａの基端部側縁部の間に
外側から嵌合するが、この矩形ペタル２４ｂの両側端面
は前述のようにヒンジ軸線３３ｂと垂直な面内に位置し
ているので、これらペタル２４ａ、２４ｂの基端側縁部
が干渉することはない。

上述のように、ペタルを台形ペタル２４ａと矩形ペタル
２４ｂの２種類とし、これらを交互に配置するとともに
、これらのペタルのヒンジ軸線３３ａ、３３ｂの位置関
係を所定の関係に設定したことにより、これらペタルを
単純に径方向に回動するようにしても、これらペタルを
干渉することなく収納、展開し、また小さい容積に格納
することが可能となる。

なお、これらのペタルの展開の際には、通常のスプリン
グ手段、ガス圧手段、その他の駆動手段を使用すること
ができる。

また、第１７図には本発明の第２の実施例を示す。この
ものは、中間部材２２に前述のようなリング状ヒンジ部
２３を形成する代わりに、複数のヒンジアーム部４１ａ
、４１ｂを軸方向に突設し、これらのヒンジアーム部４
１ａ、４１ｂにペタル２４ａ、２４ｂのヒンジ凸部３１
ａ、３１ｂをヒンジ軸によって枢着したものである。ま
た、上記のヒンジアーム部４１ａの先端部には帯板リン
グ状の保持部材４３が取付けられている。この保持部材
４３は、これらヒンジアーム部４１ａ相互を連結してそ
の補強をなすとともに、上記のペタル２４ａ、２４ｂが
展開した場合にこれらの外周面に密着し、これらのペタ
ルを所定の展開位置に保持する作用をなす。

なお、この第２の実施例は、上記の点景外は前記の第１
の実施例と同様の構成であり、第１７図中、第１の実施
例と対応する部分には同じ符号を付してその説明は省略
する。

さらに、本発明は上記の実施例にも限定されない。たと
えば、上記のペタルの形状、ペタルの数、ヒンジ機構の
構成等は、各種の設計仕様、その他の条件に対応して適
宜変更することができ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、燃焼室側に取付けられたノズル本
体部と、このノズル本体部の外周を囲んで設けられ軸方
向に移動自在な中間部材と、この中間部材に径方向に回
動自在に設けられ展開することにより上記のノズル本体
部に連続するノズルの先端部分を構成する複数のペタル
とを具備したものである。したがって、ロケットの打上
げの際には、これらのペタルを径方向内側に折畳み、ま
たこの折畳んだペタルを中間部材とともに基端側に移動
させることにより、このノズルを径方向および軸方向の
両方向に効率よく小さい容積内に収容することができる
。そして、このロレットの燃焼時には、上記の中間部材
を先端側に移動させるとともに、ペタルを径方向外側に
展開することによって、ロケットブースタの径より大き
い開口径のノズルを構成することができる。したがって
、大きい開口比が得られ、ロケットの効率が向上して比
推力等の性能向上が達成できる。

さらに、このノズルは中間部材が軸方向に移動し、また
ペタルが径方向に展開するだけの単純な作動であり、こ
れらの作動をおこなう機構の構造が簡単であり、軽量に
構成することができるとともに、高い信頼性を達成でき
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１６図は本発明の第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多段形ロケ
ットの概略図、第２図ないし第４図はそれぞれ異なる作
動状態におけるロケットノズルの斜視図、第５図は台形
ペタルの平面図、第６図は台形ペタルの縦断面図、第７
図は第５図の■−■線に沿う断面図、第８図は矩形ペタ
ルの平面図、第９図は矩形ペタルの縦断面図、第１０図
は第８図のＸ−Ｘ線に沿う断面図、第１１図はスプリン
グの斜視図、第１２図は異なる構造のスプリングの斜視
図、第１３図ないし第１６図はそれぞれペタルの収納、
展開の際の関係を示す概略図である。また、第１７図は
本発明の第２の実施例のロケットノズルの一部を断面で
示す側面図である。 １４・・・燃焼室、２１・・・ノズル本体部、２２・・
・中間部材、２３・・・リング状ヒンジ部、２４ａ・・
・台形ペタル、２４ｂ・・・矩形ペタル、３１ａ、３１
ｂ・・・ヒンジ凸部、５０・・・スプリング 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第５図 第６ 図 第７図 第８ 図 第９ 図 第１０図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼室側に取付けられたノズル本体部と、このノ
   ズル本体部の外周を囲んで設けられ軸方向に移動自在な
   中間部材と、この中間部材に径方向に回動自在に設けら
   れ展開することにより上記のノズル本体部に連続するノ
   ズルの先端部分を構成する複数のペタルとを具備したこ
   とを特徴とする伸長・展開形ロケットノズル。
2. （２）前記複数のペタルの基端側縁部はヒンジ機構によ
   って前記の中間部材に径方向に回動自在に枢着されてお
   り、またこれらのペタルは平面形状が矩形をなし上記の
   ヒンジ機構のヒンジ軸と直交する面に沿った両側端面を
   有する矩形ペタルと、平面形状が台形をなした台形ペタ
   ルとの２種類のペタルを備え、これら矩形ペタルと台形
   ペタルが交互に配置されていることを特徴とする請求項
   １記載の伸長・展開形ロケットノズル。
3. （３）前記矩形ペタルおよび台形ペタルのヒンジ機構の
   ヒンジ軸は、いずれもこれらペタルの展開位置よりも径
   方向外側でかつ前記ノズル本体部の先端縁より先端側に
   配置され、また前記矩形ペタルのヒンジ軸は前記台形ペ
   タルのヒンジ軸に対して、径方向については内側に、軸
   方向については基端側に配置されていることを特徴とす
   る請求項２記載の伸長・展開形ロケットノズル。