JPH0560492A - ガツトリング型砲装置の駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子出願以前の出願であるので 要約・選択図及び出願人の識別番号は存在しない。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は動力を内蔵し自力で始動するガットリ ング(Gatling)型砲装置に関するものである。

（従来の技術） 外部に動力を求める自動砲装置は、従来動力内 蔵型の砲装置に比べて信頼性が約１桁高かった。

大口径機関砲では、従来の内蔵動力は砲の後退ま たはガスにより作動する直接駆動装置であったが、 外部動力としては従来、電動機、空気圧駆動また は油圧駆動が使われた。このことは、往復運動装 置である単装砲よりも従来本質的に信頼性の高い 連続運動装置であるガットリング型砲においてさ えも同様であった。

H.M.オットー(Otto)は1958年９月２日発行の 米国特許第2,849,921号に外部電動機により駆動 される新型のガットリング型砲を発表している。

R.R.バーナード(Bernard)らは1967年３月28 日発行の米国特許第3,311,022号に、そしてR.E. チャブランディー(Chiabrandy)は1968年１０月 29日発行の米国特許第3,407,701号に内部ガスピ ストンにより駆動される新型のガットリング型砲 を発表している。

E.アッシレー(Ashley)らは1979年１０月２７ 日発行の米国特許第3,535,979号にガットリング 型機構関係の自動撃発スプリング始動器及びブレ ーキを発表している。

L.R.フォルサム(Folsom)らは1971年３月９日 発行の米国特許第3,568,563号に、内部砲ガスベ ーンモータによって砲を駆動するスプリングを押 圧するタイプのガットリング型砲を発表している。

D.A.ファリントン(Farrington)は1972年１１ 月２１日発行の米国特許第3,703,122号に、ガッ トリング型砲の砲口トルク増加装置を発表してい る。

N.C.ガーランド(Garland)らは1976年１１月 16日発行の米国特許第3,991,650号に、砲の後 退運動からエネルギを取り出してガットリング型 砲を始動及び駆動する油圧装置を発表している。

G.Wキャリー(Carrie)は1977年９月６日発行 の米国特許第4,046,056号に、加圧したタンカか らエネルギを取り出してガットリング型砲を始動 及び駆動する空気装置を発表している。

航空機の油圧装置により常時動力が供給される 電気油圧駆動装置は、1976年７月１日発刊の米空 軍T.O.11W1-28-8-2に発表されている。

（発明が解決しようとする課題） ガットリング型砲のハウジングの後退運動から 取り出すことのできるエネルギで砲を始動及び駆 動する装置の動力をまかなうには限界があり、こ のため砲の発射速度にも限界のあることが分かっ ている。

しかし、ガットリング型砲において、砲口トル ク増加装置を有する砲身束(cluster of gun barrels)の回転からは、砲を始動し駆動する油圧 装置を再充填するための適当な余剰エネルギを得 ることが可能である。

本発明の目的は、ガットリング型砲の砲身束の 回転始動装置に用いる前記砲用の砲ガス駆動装置 を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の特徴は、ハウジング及びハウジングに 対し回転可能に支承される砲身束、並びにハウジ ングと砲身束の間に配置され砲身束から得られる 砲ガスを受容しそれによってハウジングに対して 砲身束を回転させる砲ガス駆動機構を有するガッ トリング型砲を含む砲装置を提供することである。

（実施例） 本発明の実施例の砲装置１０を第１図に示す。

その構成には、例えば、R.G.カークパトリック (Kirk-patrick)らによる1982年８月３日発行の 米国特許第4,342,253号に示されている形式のガ ットリング型砲、及び例えば、J.ディックス (Dix)らによる、1977年１月２５日発行の米国 特許第4,004,490号に示されている形式の弾薬取 扱い装置を含む。

砲装置１０には２つの主な駆動要素があり、そ の１つは（第２図に示されている）砲ガス駆動機 構１６及び定常状態エネルギを作るための回転砲 身束１４上のトルク増加装置１３であり、もう１ つは、初期加速、速度制御、制動及び逆操作残弾 除去を行うための油圧駆動装置１５である。砲ガ ス駆動機構１６及びトルク増加装置１３はある所 望の射撃速度での砲に必要な量以上のエネルギを 発生することができる。この余剰エネルギを使っ て、砲の初期加速または始動機能を与えるために 使われる油圧モータにつながっている高圧油圧源 を含む油圧駆動装置１５の再充填を行う。この油 圧駆動装置１５はまた逆操作残弾除去、回転速度 の制御及び砲の動的制動にも用いられる。油圧駆 動装置１５は、初度充填後は、電気的制御装置か らの（例えば、始動、停止などの）制御信号以外 は外部からの動力を必要としない。この油圧駆動 装置では航空機及び回転砲塔に装備されている従 来の重くて嵩ばる駆動装置及び関連の電源を不要 にすることができる。

第８図のグラフは貯蔵装置の充填にエネルギを 利用できることを示す。ピストン駆動装置の動力 出力は砲の回転速度の直接の関数である。砲口ト ルク増加装置の動力出力は砲の回転速度の平方の 関数である。砲の回転速度は砲の射撃速度の直接 の関数である。砲が制約を受けるようになる毎分 2000発の回転速度と、仮想の、制約を受けないと したときの毎分2400発以上の速度との差は、回転 速度と抑止トルクとの積の関数であるエネルギが 貯蔵装置に利用可能であることを示している。

第２図、第３図及び第４図に示されるように、 砲ガス駆動機構１６には、ピストン２０が含まれ、 ピストン２０のヘッド２２が円筒２４内に置かれ、 ピストン２０のロッド２６の前端がヘッド２２に ロッド２６の後端がクランク２８にピボット止め されている。輪歯車３０はハウジング９に基礎32 で固定され回転しない。基礎３２は輪歯車３０と クランク２８との同期が取れるように調整可能と することができる。内輪３４はシリンダ２４に固 定されスパイダを形成する複数のアーム３６を有 する。シリンダ２４はクランプ板４０により砲身 束１４内でこれに固定されている。クランク28は １対の末端に延びている軸４２を有し、これらは それぞれスパイダに嵌め込まれその１つにはピニ オン歯車が固定されて輪歯車３０と噛み合ってい る。従って、ピストン２０が往復運動するにつれ てクランク２８が回転し、そのピニオン歯車をシ リンダ２４及び砲身束１４とともに輪歯車の回り の軌道内において駆動する。第３図に示されるよ うに、各砲身４７のガス排出ポート４６はシリン ダ２４前端にあるそれぞれの相手ガス吸入ポート と整合しており、弾丸５０をそれぞれの砲身47の 砲腔４９に沿って推進しようとする砲ガスの一部 をシリンダ２４の前端に形成されるチャンバ51に 導いてピストンヘッド２２を後方に駆動すること ができる。ピストンヘッドがその後進運動の終点 に達すると、第４図に示されるようにシリンダ ２４壁内の排気マニホルド５４に、従って排気管 ５６につながっているガス排出ポート５２を開く。

ピストン２０は各砲身が発火するごとに完全な往 復サイクルを行なう。従って５つの砲身があれば 砲身束１４の各回転ごとに５サイクルのピストン の往復運動が行われる。このシリンダ２４と発火 しない砲身をつないでいるガスポートはピストン のパワー行程の間開いたままであるが、ピストン の運動は急速でありガスポートに比べて非常にそ の面積が大きいため、ガスの膨脹により行われる 仕事の大部分は漏洩することなくピストンの方に 配分される。また、ガスからえられるエネルギ量 は非常に大きいので効率は第１の考慮条件とはな らない。

輪歯車とピニオン歯車はともに従来の傘歯車で あっても平歯車と面歯車であっても良い。

トルク増加装置１３は、例えば、C.E.ヒルマン (Hillman)による1984年６月１日受理の米国特 許出願第617,052号に示されている形式のものと することができる。トルク増加装置には、それぞ れ対応する砲身に中心を置く複数の半径流タービ ンが含まれる。各タービンは、砲ガスの一部を半 径方向に曲げ、それぞれの砲身に中心を置くそれ ぞれ純粋なトルクを発生し、砲の静止部分に何ら の横方向荷重をかけることなく砲身束の縦軸を中 心とするトルクに結集する。

油圧駆動装置１５即ち油圧始動部分装置の第１ の実施例を第５図、第６図及び第７図に示す。ヨ ークの角度位置を制御するサーボ弁102を有する 可変変位オーバーセンター・ピストンポンプ／モ ータ100は、ギアボックス134を介して砲身束14 を含む砲のロータ136に機械的に結合される。

1983年９月29日の「機械設計(Machine Design)」 誌第159頁に延べられているように、ポンプ／モ ータ100は軸流ピストンモータであり、高圧流体 により伸長する、数個、通常７〜９個のピストン を備えた円筒を含む。これらのピストンの一端は ヨークに支えられている角度をつけた板によって 拘束される。これらが順次板を支える力を受ける につれて回転力が発生しピストンを回転させる。

多くの設計では、軸は円筒またはカム板のいずれ かによって直接駆動され、少数の油圧モータでは、 軸は低速高トルクを可能とする差動歯車を使って 駆動される。ポンプとしては、ヨークがその角度 位置が反転するようにオーバーセンターシフトさ れ、軸がピストンを駆動する。

蓄圧器104は充気弁組立体105を有し、作動油 からピストンまたは気嚢により隔離されるガスの 初期圧力充填を行い、逆止弁106及びこれと直列 の流量制限弁108を経て高圧接続部109経由でポ ンプ／モータ100の排出ポート100aに接続されて いる。逆止弁106及び流量制限弁108は、ソレノ イドにより作動するオン・オフ弁110及び逆止弁 112と並列になっている。ポンプ／モータ100の ポンプモード吸入ポート100bは低圧接続部113 に接続されている。ハンドポンプ114及び逆止弁 116は直列に蓄圧器104と低圧接続部113との間 に接続されている。手動のバイパス弁118は高圧 接続部109と低圧接続部113との間に接続されて いる。ソレノイド作動のオン・オフ弁120はサー ボアクチュエータ制御器102と蓄圧器104とを結 んでいる。装置安全弁122は高圧接続部109とブ ートストラップ貯液槽124の１つの低圧ポート 124aに接続され、もう１つの低圧ポート124b は低圧接続部113に接続されている。モータ100 のケース・ドレン100Cと貯液槽124のポート 124aとの間にフィルタ123を接続することもで きる。

砲のロータ136を発射速度まで加速するために は、サーボオン・オフ弁120が開き、サーボアク チュエータ制御弁102がはたらいてポンプ／モー タオーバーセンタの弁板をポンプモードからモー タモードに切換えなければならず、またソレノイ ド作動のオン・オフ弁110が開いて高圧接続部 109経由で蓄圧器を高圧接続部109に接続しなけ ればならない。蓄圧器104からの圧力はモータモ ード入口ポート100aに供給され、ギアボックス 134を経て砲のロータ136を前進／発射回転方向 に始動し、加速する。最大発射速度においては、 ソレノイイド作動のオン／オフ弁110を閉じなけ ればならない。

通常の砲負荷トルクにおいては、蓄圧器104の 圧力が低いときは砲のロータ136の回転速度を制 限するため、ポンプ100は変位一杯で使うのが適 当である。発射中は、蓄圧器104は流量制限弁 108及び逆止弁106を経てポンプ100により再充 填され、蓄圧器104の圧力充填を正常またはそれ 以上に上げる。蓄圧器104の圧力が上がるにつれ て、サーボ制御器102はその発射速度における装 置の全負荷トルクが砲口トルク増加装置を含む装 置の全出力に見合うようにポンプの変位を減らし て砲身束の回転速度を制御する。砲身束の回転速 度が変われば、サーボ制御器はポンプ100の変位 とポンプ負荷を調節して発射速度を維持あるいは 元に戻す。

砲負荷トルクが正常以下になると、変位一杯の ポンプは規格値における砲身束の回転速度での流 量制限弁108の設定値に達し、流量制限弁は必要 な背圧を供給して蓄圧器104が所要の高い背圧に 充填されるまで砲身束の回転速度を抑制する。

正規以上の長い連射では、蓄圧器104は正規の 圧力以上に充填される。装置安全弁122は、それ ぞれの連射の間開いて、ブートストラップ貯液槽 124のポート124a及び124bを通じて流体を低圧 接続部113に分流することにより蓄圧器104への 最大充気圧力を制限するように設定される。

砲のガンボルトの撃針に安全装置がかかり弾薬 への打撃が止まると、最早砲ガスは発生しなくな り、砲ガス駆動機構には動力が入らなくなり、砲 のトルク負荷とポンプが砲身束に制動をかけてこ れを停止させる。逆止弁106はポンプ100がモー タとして逆回転することを防止する。ソレノイド オン−オフ弁110は完全停止になればはたらき、 高圧接続部109を介してモータ・モード吸入ポー ト100aを押し、ポンプ／モータを逆操作残弾除 去の向きにモータとしてはたらかせる−即ち砲身 束を発射しない方向に回転させる。残弾除去が完 了すれば弁110ははたらきを止め、接続部100a から高圧を抜き逆方向モータの機能を停止させる。

第６図及び第７図から分かるように、油圧サー ボポンプ／モータ100及びギアボックス134には、 シリンダブロック又はスリーブ202に溝嵌めされ、 また、カップリングシャフト204にも溝嵌めされ ているポンプ／モータ軸を有するハウジング198 が含まれ、カップリングシャフトは入力軸・歯車 208に溝嵌めされ、これは出力軸・歯車208と噛 み合っており、これは更にギアボックス入力軸・ 歯車212に溝嵌めされている出力カップリングシ ャフト210に溝嵌めされ、ギアボックス入力軸・ 歯車212は更に差動歯車組立体216の入力歯車 214と噛み合い、差動歯車組立の出力歯車218は 最終的に砲のロータ136の輪歯車３０と噛み合う ことによって砲身束、フィーダ及び弾薬取扱い装 置を駆動する。

ヨーク220には２組の一体化された同軸スタブ シャフト222があり、それぞれ軸200の回転軸 228に直角な軸226のまわりのローラーベアリン グ224にピボット入れ込みとなるように嵌め込ま れている。環状磨耗板230がこれに固定されヨー ク220にピボット止めされる。軸200に溝嵌めさ れこれとともに回転する円筒ブロック202には、 軸228と同心な環状列に置かれた複数の円筒 232がある。各円筒232は一体のピストンロッド 236を有するそれぞれのピストン234を有し、こ のピストン234はボール238に終端する。ボール 234はシュー240を担持し、そのシュー240は磨 耗板230に乗っている。各円筒232にはポート 242があり、これはブロック202が軸228のまわ りを１回転するたびに順次静止弁板248上の高圧 ポート244及び低圧ポート246と位置が整合する。

高圧ポート244はマニホルド250を介して高圧接 続部109につながっている。低圧ポート246はマ ニホルド252を介して低圧接続部113につながっ ている。

磁気センサ254は入力歯車及び軸206の歯に隣 接して固定され、軸200の回転速度を決めるため 使われる出力信号を出す。

ヨーク220の傾斜は２つのピストン組立体260 及び260′により制御される。各ピストン組立体 はハウジング198に固定され、シリンダ264、ポ ート266及びピストン268を持ったそれぞれのピ ストンスリーブから構成される。それぞれのピス トンは、それぞれピストン268に掴まれている上 部ナックル272及びヨーク内のソケット278に掴 まれている下部ナックル276を有するピストンロ ッド270を持っている。ヨーク止め280はそれぞ れピストンと反対側のハウジングに固定され、ピ ストン延長部内の移動を制限している。片方のポ ート266は、導管を介して高圧マニホルド250に 結ばれている。他方のポート266′は導管を介し てサーボ制御マニホルドに結ばれている。

第９図は、油圧駆動装置の第２実施例における 停止位置の場合を示す。ハウジング300には、高 圧蓄圧器304と結ばれている高圧マニホルド302 及び低圧蓄圧器307と結ばれている低圧マニホル ド306が含まれている。これらの蓄圧器は、油圧 駆動装置により軸流ピストンモータ308と結ばれ ており、これはそのどちらのメインポートが高圧 側に結ばれるかによって反転することができ、そ の変位を漸進的に最大と最小の間に変えることが できる。蓄圧器の空気圧は、図示されていない別 の再充填可能な高圧容器から供給することができ る。

停止位置では、高圧マニホルド302の高圧は、 前進ソレノイド弁312の吸入口310、後進ソレノ イド弁316の吸入口314、及び制御ピストン318 の両側に供給される。両側にかかる等しい高圧の ため制御ピストン318は平衡を保ち、スプリング 320は止め具324にモータ制御スプール322を押 し付けて右へ閉（停止）位置に片寄せることがで きる。ノッチ334の作用によりモータ吸入口ポー ト336はマニホルド335を介して低圧のチャンバ ー238と結ばれる。モータの排出ポート342もま たマニホルド337を介して低圧部に結ばれるので、 モータが停止位置で動き出すことはない。

トリガー信号が加えられると前進ソレノイド弁 312が作動し、制御ピストン318の左側から高圧 が除かれる。制御ピストン318の右側にかかる高 圧ためのピストンは左に押されスプリング320を 押し縮める。このためスプリング338がモータ制 御スプール322を左に動かしてチャンバー309を 介して高圧をマニホルド302からマニホルド335 に導き入れことができ、モータ308が起動して砲 を全速にまで加速する。この加速の間に、砲ガス 駆動機構１６はモータを助けて発射が行われる際 に砲を全速に上げる。モータ及び砲が全速の約90 ％に達すると、図示されていない速度センサから これも図示されていない電子制御装置に信号が送 られ、同時に前進ソレノイド弁312を切り後進ソ レノイド弁316を入れる。これで両弁は制御ピス トン318の左側に高圧をかけるように作動し、右 側の高圧を抜く。スプリング320と制御ピストン 318の力が一緒になってモータ制御スプール322 を右に動かし、通常の閉（停止）の位置を過ぎて 後進位置に移しスプリング238及び239を押し縮 める。モータ制御スプール322の停止位置を決め る止め具324はスプリング339の力によって左に 維持される。ここでモータへの吸入口336はチャ ンバー340、モータ制御スプールの中心腔330、 及びノッチ334を介して低圧蓄圧器307につなが る。モータの排出口342はここで通常の低圧蓄圧 器への排出通路が塞がれるため逆止弁354を通じ て高圧蓄圧器304と結ばれる。この状態は、砲ガ ス駆動機構が砲装置へ動力を送り、また逆止弁 354を通じて高圧蓄圧器304への充填を行うポン プとしてはたらくモータ308を駆動する定常態の 砲射撃の間維持される。高圧蓄圧器の圧力が規定 の限界値に達したら、前部安全弁350が開きモー タ排出口342から圧送されてくる流体はモータ吸 入口336に再循環される。

前進方向での定常態速度制御を維持するため、 モータ308の変位は、油圧駆動装置の実施例１で 必要であったように一定の負荷トルクを発生する ため、可変でなければならない。蓄圧器がモータ により充気されるにつれて高圧蓄圧器の圧力が上 昇すれば、モータの変位はその負荷トルクを一定 に維持するために小さくしなければならない。変 位制御サーボ308aがこの機能を行なう。

トリガー信号が解除され最後の弾丸が発射され た後、ガス駆動機構１６は砲装置への動力の供給 を停止し、砲装置の回転の慣性によりモータ308 がポンプとして引き続き負荷となるので急速に減 速される。モータ制御スプール322は、この時間 の間は、連射の長さ次第で、砲装置に高圧蓄圧器 304の充填をさせるか、あるいは前述のようにモ ータ排出口342からの流体をモータ吸入口336に 再循環させるかのいずれかの制御を行なう。

モータの速度が０になれば、蓄圧器304からの 高圧はモータ制御スプールを経てノッチ326、逆 止弁352、及び流量制限器353を通ってモータの 排出口342へと流れ、モータを逆方向に加速する。

モータの逆方向回転速度は流量制限器353の設定 により制御される。

制御器は、発射されなかった弾丸を砲から抜き 戻した後に後進ソレノイド弁の作動を止める。後 進ソレノイド弁が作動を止めると高圧が制御ピス トン318の右側に加えられ、スプリング338とス プリング339の力が加わってモータ制御スプール 322を左に動かす。モータ制御スプールが左に動 くとスプリング339の力もまた止め具324にかか り、これを同じ方向に移動の終点、停止位置まで 動かす。止め具324が停止位置にあれば、スプリ ング339はそれ以上モータ制御スプール332を左 に動かすことはできず、モータ制御スプールは、 スプリング338の対抗力を超えるスプリング320 の力によって止め具324に対し閉（停止）位置に 止まる。圧力が逆安全弁の設定値になれば、逆安 全弁が開く。逆安全弁が開いた状態では、作動油 はモータ吸入口336からモータ排出口342へ流れ る。作動油はこのようにしてモータが静止するま で循環し続ける。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の砲装置の斜視図で ある。 第２図は、砲の砲身束の回転のための定常態エ ネルギを供給する砲ガス駆動機構の斜視図である。 第３図は、第２図の砲ガス駆動機構の仕事行程 を示す詳細図である。 第４図は、第２図の砲ガス駆動機構の排気行程 を示す詳細図である。 第５図は、油圧駆動装置の第１の実施例の系統 図である。 第６図は、第５図の油圧駆動装置の油圧サーボ ポンプ／モータの縦断面図である。 第７図は、第６図に対し９０°回転した細部の 縦断面図である。 第８図は、第５図の油圧駆動装置の動力として 利用できるエネルギのグラフ表示である。 第９図は、油圧駆動装置の第２の実施例の系統 図である。 ９…ハウジング、 10…砲装置、 13…トルク増加装置、 14…砲身束、 15…油圧駆動装置、 16…砲ガス駆動機構、 20…ピストン、 22…ピストンヘッド、 24…シリンダ、 26…ロッド、 28…クランク、 30…輪歯車、 36…アーム、 44…ピニオンギヤ、 46…ガス排出ポート、 47…砲身、 49…砲腔、 50…弾丸、 51…チャンバ、 52…ガス排出ポート、 54…排気マニホルド、 56…排気管 100,308…ポンプ／モータ、 106,112,354…逆止弁、 104…蓄圧器、 105…弁組立体、 109…高圧接続部、 113…低圧接続部、 114…ハンドポンプ、 118…バイパス弁、 123…フィルタ、 124…貯液槽、 134…ギヤボックス、 136…ロータ、 198,300…ハウジング、 214…入力歯車、 216…差動歯車組立体、 218…出力歯車、 220…ヨーク、 254…磁気センサ、 318…制御ピストン、 332…制御スプール、 342…モータ排出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ４１Ｃ 3/14 7040−2Ｃ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガットリング型砲装置にして、 ハウジング、 ロータであって、環状に配列されハウジン グに関する縦軸線周りに回転できるように支承さ れる砲身束を有し、各砲身が弾丸の通過する砲腔 を有し、ロータの回転中に砲腔内において各弾薬 が順に発火されるロータ、及び、 ロータとハウジングの間にあって、砲身か らの砲ガスを受け入れ，これによってハウジング に対してロータを回転させる砲ガス駆動機構、か ら成り、 砲ガス駆動機構が、 ロータに固定されロータと共に回転するシ リンダ、 ロータに支承されてロータの縦軸線りにロ ータと共に回転するクランクであって、ロータの 縦軸線に垂直のクランク軸線周りにロータに対し て回転するクランク、 クランクに固定されてクランクと共にクラ ング軸線周りに回転するピニオンギヤ、 ピストンであって、前記シリンダ内に配置 され、シリンダ内を往復運動でき、シリンダ内に チャンバを画成するヘッド、及びクランクに結合 されるロッドを有し、ピストンの往復運動がクラ ンクのクランク軸線周りの回転を生じさせるピス トン、及び、 ハウジングに固定されピニオンギヤと噛み 合う輪歯車から成り、 クランク軸線周りのクランクの回転がロー タの縦軸線周りのロータの回転を提供することを 特徴とする砲装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の砲装置にして、 各砲身が砲身の砲腔からそれぞれ前記チャ ンバに通ずる通路を有し、各砲身において弾薬が 順に発火される毎に、多量の砲ガスがそれぞれの 通路を経て前記チャンバに流入し、前記ピストン の完全往復運動を提供することを特徴とする砲装 置。