JP6942089B2 - 分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、飛翔体から一部の構成部を分離する分離装置に関する。

飛翔体から一部の構成部を分離する装置の一例として、Ｖバンドクランプと火工品とを組み合わせた分離装置がある。この分離装置は、飛翔体の構成部間を締結しているＶバンドクランプを火工品の作用によって切断し、飛翔体から一部の構成部を分離する。

この分離装置においては、Ｖバンドクランプの切断後に、Ｖバンドクランプが備える帯状のベルト部の歪エネルギが短時間で解放されて運動エネルギとなるので、Ｖバンドクランプが飛翔体に衝突し飛翔体に衝撃が発生する場合がある。特許文献１に記載の分離装置は、ハニカム状の構造体をＶバンドクランプと飛翔体との間に設置しておき、ベルト部が解放された際には、ハニカム状の構造体が変形されることでベルト部の運動エネルギを吸収している。

米国特許出願公開第２０１６／０３４７４８１号明細書

しかしながら、特許文献１の技術では、ハニカム状の構造体を飛翔体とベルト部との間に複数設ける必要があるので、分離装置の質量が増加するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、飛翔体から一部の構成部を分離する際の飛翔体への衝撃を軽量構造で緩和することができる分離装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の分離装置は、飛翔体に含まれる第１構成部と第２構成部との境界部分に巻かれるベルト部と、ベルト部が境界部分に巻かれた状態でベルト部の一方の端部および他方の端部に接続することによって第１構成部と第２構成部とを接続固定する固定部とを備える。また、本発明の分離装置は、ベルト部よりも粘弾性が低い部材で形成された樹脂製ダンパと、火薬を用いて固定部を切断可能であり、固定部の切断によって一方の端部と他方の端部との間の接続を解く火工品とを備える。固定部は、一方の端部に取り付けられる第１部材と、他方の端部に取り付けられる第２部材と、第１部材と第２部材とを接合するボルトとを有し、樹脂製ダンパは、一方の端部と他方の端部とに接合されている。

本発明によれば、飛翔体から一部の構成部を分離する際の飛翔体への衝撃を軽量構造で緩和することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態にかかる分離装置を備えた飛翔体の構成を示す図 実施の形態にかかる分離装置の断面図 実施の形態にかかる分離装置が締結部を切断する処理を説明するための図 実施の形態にかかる分離装置が備えるベルト部の変形を説明するための図

以下に、本発明にかかる分離装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる分離装置を備えた飛翔体の構成を示す図である。図２は、実施の形態にかかる分離装置の断面図である。図２では、筒状を有した飛翔体１００の筒軸に垂直な面で飛翔体１００を切断した場合の断面図を示している。飛翔体１００の一例は、ミサイルといった誘導飛翔体である。飛翔体１００は、第１構成部１と、第２構成部２と、分離装置５０とを含んでいる。第１構成部１および第２構成部２は、飛翔体１００を構成する推進装置である。分離装置５０は、第１構成部１と第２構成部２とを繋げて固定するとともに、飛翔体１００が飛翔している際に、第１構成部１と、切り離される部分である第２構成部２とを分離させる。

第１構成部１は、飛翔体１００内で第２構成部２よりも先端側に配置される。第１構成部１は、飛翔体１００の先端部分に配置されてもよいし、中間部分に配置されてもよい。第２構成部２は、飛翔体１００の中間部分に配置されてもよいし、後端部分に配置されてもよい。第１構成部１のうち第２構成部２に接続される箇所は円筒状をなしており、第２構成部２のうち第１構成部１に接続される箇所は円筒状をなしている。これら２つの円筒は、同じ直径を有している。

分離装置５０は、Ｖバンドクランプ３と、分離機構１０とを備えている。Ｖバンドクランプ３は、第１構成部１と第２構成部２との境界部分で第１構成部１と第２構成部２とを固定する。Ｖバンドクランプ３は、ベルト部８と締結部４とを備えており、ベルト部８および締結部４によって、第１構成部１と第２構成部２とを接続する。

ベルト部８は、帯状の部材で形成されている。ベルト部８は、金属などの弾性部材で構成されており、曲げ伸ばしが可能となっている。ベルト部８は、第１構成部１と第２構成部２との境界部分に取付けられる際には、円弧状に曲げられて境界部分に巻かれ、ベルト部８の両端部が引寄せられた状態で締結部４によって固定される。

固定部である締結部４は、曲げられた状態のベルト部８を第１構成部１および第２構成部２に固定する。締結部４は、ベルト部８の一方の端部に取付けられる第１部材４１と、ベルト部８の他方の端部に取付けられる第２部材４２と、第１部材４１と第２部材４２とを接合するボルト４３とを備えている。締結部４のボルト４３は、第１部材４１に設けられたねじ穴と、第２部材４２に設けられた穴とに差し込まれて第１部材４１および第２部材４２に取付けられる。締結部４は、ベルト部８が境界部分に巻かれた状態でベルト部８の一方の端部にある第１部材４１および他方の端部にある第２部材４２に接続することによって第１構成部１と第２構成部２とを接続固定する。ボルト４３を第１部材４１のねじ穴にねじ込むことで、第１部材４１と第２部材４２の距離が近付けられて、第１構成部１と第２構成部２とが締め付けられる。第１部材４１と第２部材４２との距離が近付けられることで、ベルト部８を引き延ばす力が加えられて、ベルト部８に歪エネルギが蓄積される。

分離機構１０は、飛翔体１００が飛翔している際に、第１構成部１から第２構成部２を分離させる。分離機構１０は、締結部４を切断するための火工品５と、火工品５に点火するための点火装置６と、ベルト部８の両端部に繋げられる樹脂製ダンパ７とを備えている。

火工品５は、締結部４のボルト４３内に配置されている。火工品５には、火薬が格納されており、この火薬が点火されることによって、締結部４のボルト４３を切断する。火工品５は、締結部４のボルト４３を切断することによってベルト部８の一方の端部と他方の端部との間の接続を解くことができる。

接合部である樹脂製ダンパ７は、樹脂を含んで構成されたダンパである。樹脂製ダンパ７は、ベルト部８よりも粘弾性が低い部材によって形成されており、ベルト部８の一方の端部と他方の端部とに接合される。樹脂製ダンパ７は、ベルト部８よりも低い粘弾性を有しているので、締結部４が切断されてベルト部８が復元しようとする際に、樹脂製ダンパ７は、ベルト部８の形状の変化を緩やかにする。

なお、ベルト部８の一方の端部と他方の端部とを接合する接合部は、樹脂製ダンパ７に限らず他の部材で形成されていてもよい。例えば、接合部が金属で形成される場合、金属の形状をバネ形状などにすることによって、接合部の粘弾性を調整しておく。

また、第１構成部１と第２構成部２とを固定する部品は、Ｖバンドクランプ３に限らず何れの部品であってもよい。したがって、締結部４以外の部品によって、ベルト部８の一方の端部と他方の端部とを接続固定してもよい。

つぎに、飛翔体１００の動作について説明する。図３は、実施の形態にかかる分離装置が締結部を切断する処理を説明するための図である。図４は、実施の形態にかかる分離装置が備えるベルト部の変形を説明するための図である。

第１構成部１と第２構成部２とにＶバンドクランプ３および分離機構１０が取付けられた後、飛翔体１００は飛ばされる。この後、飛翔体１００は、飛翔中の特定のタイミングで、第２構成部２が飛翔体１００から分離される。このとき、分離機構１０では、点火装置６からの電気信号によって火工品５が点火され火工品５の動作によって締結部４が切断されることで、第１構成部１と第２構成部２との締結が解除される。すなわち、ベルト部８の両端部の拘束が解放される。

これにより、ベルト部８に蓄積された歪エネルギが運動エネルギに変化する。このとき、ベルト部８は、曲げられた形状から、曲げ量が小さくなる形状になるよう復元する。換言すると、ベルト部８は、曲げられた形状から真っ直ぐに伸びた形状に戻ろうとする。これにより、ベルト部８の両端部は、第１構成部１と第２構成部２との境界部分から遠ざかる方向に移動する。この結果、ベルト部８の一方の端部と他方の端部とが遠ざかる。

これにより、ベルト部８の両端部に接合されている樹脂製ダンパ７には、引き延ばされる力が作用する。樹脂製ダンパ７は、引き延ばされる力に対して、第１部材４１と第２部材４２とを近づけようとする。これにより、第１部材４１と第２部材４２とが離れようとする力が小さくなり、第１部材４１と第２部材４２とが緩やかに離れていく。そして、樹脂製ダンパ７が許容寸法よりも延ばされると、樹脂製ダンパ７が切断されて、第１構成部１と第２構成部２とが分離する。この結果、飛翔体１００から第２構成部２を分離させる際に、ベルト部８が第１構成部１に与える衝撃を緩和することができる。

樹脂製ダンパ７の粘弾性特性が高すぎる場合、ベルト部８の一方の端部と他方の端部とが樹脂製ダンパ７から外れずに、ベルト部８が飛翔体１００から外れない。また、樹脂製ダンパ７の粘弾性特性が低すぎる場合、ベルト部８の一方の端部と他方の端部とが樹脂製ダンパ７からすぐに外れてしまい、ベルト部８が飛翔体１００に強く衝突する場合がある。このため、本実施の形態では、適切な粘弾性特性の樹脂製ダンパ７が用いられる。

締結部４が切断されたとき、樹脂製ダンパ７は、樹脂製ダンパ７の粘弾性特性に応じて、以下の式（１）に示すような変位と変位速度に比例する力Ｆを発生させる。式（１）におけるｘは、変位であり、ｘの上にドットが付されたものは、ｘが時間で微分された変位速度である。また、式（１）におけるＫは、変位の比例定数であり、Ｃは、変位速度の比例定数である。

樹脂製ダンパ７の粘弾性特性は、樹脂製ダンパ７の形状の影響を受ける。したがって、樹脂製ダンパ７は、締結部４が切断された際にベルト部８の一方の端部と他方の端部との間の接合が解かれ且つ、この接合が解かれた際に第１構成部１がベルト部８から受ける衝撃値が許容値未満となる形状に形成される。換言すると、樹脂製ダンパ７は、Ｖバンドクランプ３の解放に必要な解放速度を得つつ、基準値よりも小さな解放速度となるよう形状が決定される。ここでの解放速度は、ベルト部８の一方の端部と他方の端部とが解放される時の、ベルト部８の一方の端部および他方の端部の合計速度である。樹脂製ダンパ７の形状の要素には、樹脂製ダンパ７の縦方向の寸法、横方向の寸法、厚さなどが含まれる。樹脂製ダンパ７の形状の調整は、式（１）におけるＣおよびＫが調整されることに相当する。

ベルト部８の両端部には、式（１）に示す力Ｆの反力が発生するので、ベルト部８の運動エネルギは、以下の式（２）で表される樹脂製ダンパ７の粘弾性的な仕事Ｗに変換され、ベルト部８の歪エネルギの解放速度が抑制される。式（２）のうち、σは樹脂製ダンパ７が受ける応力であり、ｄγ／ｄｔは樹脂製ダンパ７のひずみ速度であり、Ｔは変形に要する時間である。

ここで、締結部４が切断されてベルト部８が変形する際のベルト部８の動作について説明する。締結部４が切断されると、曲げられた状態で取付けられていたベルト部８は、解放されるので、ベルト部８は、ベルト部８の種々の位置で伸びようとする。これにより、ベルト部８の種々の位置で変形が発生する。このとき、ベルト部８では、外側に広がる箇所と、外側に広がる箇所からの力で内側に押される箇所とが発生する。ベルト部８のうち内側に押される箇所は、第１構成部１に衝突する場合がある。これが飛翔体１００への衝撃となる。本実施の形態では、樹脂製ダンパ７を用いることによって、ベルト部８の変形速度を緩やかにし、これにより、ベルト部８による飛翔体１００への衝撃を緩和している。

このように、実施の形態では、分離装置５０が備えるベルト部８の両端部を樹脂製ダンパ７で接合している。これにより、締結部４が切断された際に、曲げられていたベルト部８が伸びようとする力を樹脂製ダンパ７が吸収する。したがって、締結部４が切断されて飛翔体１００から第２構成部２が分離される際に、ベルト部８の変形速度を緩やかにすることができる。また、分離装置５０へは、１つの樹脂製ダンパ７が設けられればよいので、分離装置５０は、軽量構造で飛翔体１００への衝撃を緩和することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 第１構成部、２ 第２構成部、３ Ｖバンドクランプ、４ 締結部、５ 火工品、６ 点火装置、７ 樹脂製ダンパ、８ ベルト部、１０ 分離機構、４１ 第１部材、４２ 第２部材、４３ ボルト、５０ 分離装置、１００ 飛翔体。

Claims (3)

1. 飛翔体に含まれる第１構成部と第２構成部との境界部分に巻かれるベルト部と、
   前記ベルト部が前記境界部分に巻かれた状態で前記ベルト部の一方の端部および他方の端部に接続することによって前記第１構成部と前記第２構成部とを接続固定する固定部と、
   前記ベルト部よりも粘弾性が低い部材で形成された樹脂製ダンパと、
   火薬を用いて前記固定部を切断可能であり、前記固定部の切断によって前記一方の端部と前記他方の端部との間の接続を解く火工品と、
   を備え、
   前記固定部は、前記一方の端部に取り付けられる第１部材と、前記他方の端部に取り付けられる第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とを接合するボルトとを有し、
   前記樹脂製ダンパは、前記一方の端部と前記他方の端部とに接合されている、
   ことを特徴とする分離装置。
2. 前記樹脂製ダンパの形状は、前記固定部が切断された際に前記一方の端部と前記他方の端部との間の接合が解かれ且つ当該接続が解かれた際に前記第１構成部が前記ベルト部から受ける衝撃値が許容値未満となるよう決定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の分離装置。
3. 前記固定部は、Ｖバンドクランプである、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の分離装置。

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