JP2008190474A - 可動ノズル駆動装置及びロケットモータ - Google Patents

Abstract

【課題】推力方向制御の運用性を確保したうえで、小型軽量化を図って推進薬搭載量の増加を実現することが可能な可動ノズル駆動装置及びロケットモータを提供する。
【解決手段】可動ノズル２を有する固体ロケットモータ１の可動ノズル駆動装置であって、ハウジング１２及びボールスクリュー１３を具備して固体ロケットモータ１のジョイントホルダ３側の支持部３ａ及び可動ノズル２側の支持部２ａの間で伸縮作動するリニアアクチュエータ１０と、ボールスクリュー１３と可動ノズル２側の支持部２ａとを機軸ＣＬと交差する方向の軸を軸心として自動調心可能に連結するスフェリカル軸受２０と、リニアアクチュエータ１０の中心軸Ｌを軸心としてハウジング１２と自動調心可能で且つ軸方向荷重入力可能に嵌合してハウジング１２とジョイントホルダ３側の支持部３ａとを連結するスフェリカル軸受部材３０を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、可動ノズルを有する固体ロケットモータにおいて、可動ノズルを偏向させて推力方向を変えるのに用いられる可動ノズル駆動装置及びロケットモータに関するものである。

上記したような固体ロケットモータの可動ノズルは、固体ロケットモータ本体側のジョイントホルダに弾性体及び金属を多数積層して成るフレキシブルジョイントを介して組み付けられている。

この可動ノズルを偏向させて推力方向を変える駆動装置としては、例えば、シリンダ部及び出力軸部を具備して伸縮作動するリニアアクチュエータと、このリニアアクチュエータの出力軸部と可動ノズル側の支持点とを自動調心可能に連結する軸側スフェリカル軸受と、リニアアクチュエータのシリンダ部とロケットモータ本体側のジョイントホルダとを自動調心可能に連結するシリンダ側スフェリカル軸受を備えたものがある（例えば、非特許文献１参照）ほか、リニアアクチュエータのシリンダ部をロケットモータ本体側のジョイントホルダに連結するのにトラニオン構造を採用したものもある。

このような駆動装置は、ロケットモータ側のジョイントホルダ及び可動ノズルの間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に配置されて、各リニアアクチュエータで可動ノズルを駆動して偏向させることで推力方向を変えるようになっている。
宇宙科学研究所報告、特集 第４７号 ２００３年３月、第２３０〜２３４頁、「Ｍ−Ｖ型ロケットの推力方向制御（ＴＶＣ）装置」

しかしながら、上記した従来の可動ノズル駆動装置にあっては、軸側スフェリカル軸受及びシリンダ側スフェリカル軸受をリニアアクチュエータの両端部に位置させる都合上、すなわち、駆動装置の構成部材を軸方向に直列に配置する都合上、可動ノズルによる推力方向制御の運用性を確保するうえで小型化には限界があり、駆動装置を小型化し得ない分だけ推進薬搭載量を減らさなくてはならないという問題があった。

一方、リニアアクチュエータのシリンダ部をロケットモータ本体側のジョイントホルダに連結するのにトラニオン構造を採用した駆動装置にあっては、駆動装置の軸方向寸法を小さくすることはできるものの、トラニオンの支持部がリニアアクチュエータのシリンダ部に対してオフセットしていることから、曲げ荷重を打ち消すべく配置するラジアル軸受が大型化してしまい、その結果、装置全体の大型化を招いてしまうという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、推力方向制御の運用性を確保したうえで、小型軽量化を図って推進薬搭載量の増加を実現することが可能な可動ノズル駆動装置及びロケットモータを提供することを目的としている。

本発明は、可動ノズルを有するロケットモータの可動ノズル駆動装置であって、シリンダ部及び出力軸部を具備してロケットモータ側の支持点及び可動ノズル側の支持点の間において伸縮作動することで両支持点間距離を変えるリニアアクチュエータと、リニアアクチュエータのシリンダ部及び出力軸部のうちの一方とロケットモータ側の支持点及び可動ノズル側の支持点のうちの一方とを機軸と交差する方向の軸を軸心として自動調心可能に連結するスフェリカル軸受と、リニアアクチュエータの中心軸を軸心としてシリンダ部及び出力軸部のうちの他方と自動調心可能で且つ軸方向荷重入力可能に嵌合してシリンダ部及び出力軸部のうちの他方とロケットモータ側の支持点及び可動ノズル側の支持点のうちの他方とを連結するスフェリカル軸受部材を備えている構成としたことを特徴としており、この可動ノズル駆動装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

一方、本発明の可動ノズルを有するロケットモータは、上記可動ノズル駆動装置をロケットモータ側の支持点及び可動ノズル側の支持点の間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に配置した構成としたことを特徴としており、このロケットモータの構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明において、スフェリカル軸受部材は、リニアアクチュエータのシリンダ部及び出力軸部のうちの他方と自動調心可能で且つ軸方向荷重入力可能に嵌合しているので、可動ノズル駆動の自由度を有しながらも、スフェリカル軸受をリニアアクチュエータの両端部に位置させた従来の駆動装置と比べて、小型化が図られることとなり、その分だけ推進薬搭載量を増やし得ることとなる。

本発明によれば、上記した構成としているので、推力方向制御の運用性を確保することができるのは勿論のこと、小型軽量化を図って推進薬搭載量の増加を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の可動ノズル駆動装置において、スフェリカル軸受を介してリニアアクチュエータの出力軸部と可動ノズル側の支持点とを連結していると共に、スフェリカル軸受部材を介してリニアアクチュエータのシリンダ部とロケットモータ側の支持点とを連結している構成を採用することができる。

また、本発明の可動ノズル駆動装置において、スフェリカル軸受を介してリニアアクチュエータのシリンダ部とロケットモータ側の支持点とを連結していると共に、スフェリカル軸受部材を介してリニアアクチュエータの出力軸部と可動ノズル側の支持点とを連結している構成を採用することができる。

そして、本発明の可動ノズル駆動装置において、リニアアクチュエータの駆動源として三相のＤＣブラシレスモータを用いることができ、このモータの回転をボールスクリューにより直線運動に変換する。この場合、リニアアクチュエータのシリンダ部と出力軸部とがモータの反力で互いに回転するのを阻止するために、回り止め構造を必要とする。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図１及び図２は、本発明の可動ノズル駆動装置の一実施例を示している。

図１に示すように、部分的に示す固体ロケットモータ１において、可動ノズル２は、固体ロケットモータ１の本体側のジョイントホルダ３に対してゴム系ジョイント４を介して組み付けられている。

固体ロケットモータ１の可動ノズル２を偏向させて推力方向を変える駆動装置は、ロケットモータ１の本体側のジョイントホルダ３及び可動ノズル２の間に位置するリニアアクチュエータ１０を備えており、このリニアアクチュエータ１０は、モータ１１と、このモータ１１に一体的に組み付けたシリンダ部としてのハウジング１２と、このハウジング１２内に収容されてモータ１１の出力により回転するナット（図示省略）と、このナットとねじ結合してモータ１１の回転を直線運動に変換する出力軸部としてのボールスクリュー１３と、ハウジング１２及びボールスクリュー１３がモータ１１の反力で互いに回転するのを阻止する回り止めキー１４を具備している。

また、この駆動装置は、リニアアクチュエータ１０のボールスクリュー１３の端部を可動ノズル２側の支持部（支持点）２ａに連結するスフェリカル軸受２０と、リニアアクチュエータ１０のハウジング１２をロケットモータ１の本体側のジョイントホルダ３に連結するスフェリカル軸受部材３０を備えている。

スフェリカル軸受２０は、機軸ＣＬと交差する方向の軸を軸心として自動調心可能にボールスクリュー１３の端部と可動ノズル２側の支持部２ａとを連結し、一方、スフェリカル軸受部材３０は、ジョイントホルダ３の支持部（支持点）３ａに固定されてリニアアクチュエータ１０の中心軸Ｌを軸心としてハウジング１２と自動調心可能で且つ軸方向荷重入力可能に嵌合することでハウジング１２とジョイントホルダ３とを連結しており、これにより、可動ノズル２の駆動の自由度を確保するようにしている。なお、スフェリカル軸受２０の軸心は、可動ノズル２を偏向させていない状態において機軸ＣＬと直交する方向に沿うものとなっている。

上記した駆動装置は、図２に示すように、ロケットモータ１の本体側のジョイントホルダ３及び可動ノズル２の間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に配置するようになっており、これらの駆動装置と機軸ＣＬを間にして対向する部位には、ノズル舵角検出用の位置検出器５をそれぞれ配置するようになっている。

この駆動装置では、推力方向を変える指令が与えられると、リニアアクチュエータ１０にモータ駆動信号が出力され、モータ１１の回転によるボールスクリュー１３の直線運動によって、すなわち、リニアアクチュエータ１０の伸縮作動によって、可動ノズル２を駆動して推力方向を変えることで制御モーメントを得る。

上記した駆動装置において、スフェリカル軸受部材３０は、リニアアクチュエータ１０のハウジング１２と自動調心可能で且つ軸方向荷重入力可能に嵌合しているので、可動ノズル駆動の自由度を有しつつ、スフェリカル軸受をリニアアクチュエータの両端部に位置させた従来の駆動装置と比べて、小型化が図られることとなり、その分だけ推進薬搭載量を増やしたり、他の機器を艤装したりし得ることとなる。

なお、この実施例では、モータ１１の回転を直線運動に変換する出力軸部がボールスクリュー１３である場合を示したが、これに限定されるものではなく、他の構成として、例えば、ボールスクリュー１３をハウジング１２側に固定して、ボールスクリュー１３とねじ結合するボールナットをモータ１１の回転を直線運動に変換する出力軸部とすることが可能である。

図３は、本発明の可動ノズル駆動装置の他の実施例を示している。

図３に示すように、この実施例における可動ノズル駆動装置が、先の実施例による可動ノズルの駆動装置と相違するところは、スフェリカル軸受２０を介してリニアアクチュエータ１０のハウジング１２とロケットモータ１のジョイントホルダ３側の支持部（支持点）３ａとを連結していると共に、スフェリカル軸受部材３０を介してリニアアクチュエータ１０のボールスクリュー１３と可動ノズル２側の支持部（支持点）２ａとを連結した点にあり、他の構成は先の実施例による可動ノズルの駆動装置と同じである。

この実施例における駆動装置において、スフェリカル軸受部材３０は、リニアアクチュエータ１０のボールスクリュー１３と自動調心可能で且つ軸方向荷重入力可能に嵌合しているので、可動ノズル駆動の自由度を有しながらも、スフェリカル軸受をリニアアクチュエータの両端部に位置させた従来の駆動装置と比較して、小型化が図られることとなり、その分だけ推進薬搭載量を増やしたり、他の機器を艤装したりし得ることとなる。

上記した実施例では、本発明の可動ノズル駆動装置を可動ノズルを有する固体ロケットモータに採用した場合を示したが、これに限定されるものではない。

本発明に係る可動ノズル駆動装置の一実施例を示す固体ロケットモータの可動ノズル取り付け部における部分拡大断面説明図である。（実施例１） 図１の駆動装置の固体ロケットモータにおける配置状況を簡略的に示す固体ロケットモータの部分側面説明図（ａ）及び可動ノズル部分における断面説明図（ｂ）である。（実施例１） 本発明に係る可動ノズル駆動装置の他の実施例を示す固体ロケットモータの可動ノズル取り付け部における部分拡大断面説明図である。（実施例２）

符号の説明

１ 固体ロケットモータ
２ 可動ノズル
２ａ 可動ノズル側の支持部（支持点）
３ ジョイントホルダ
４ ゴム系ジョイント
５ 位置検出器
３ａ ジョイントホルダ側の支持部（支持点）
１０ リニアアクチュエータ
１１ モータ
１２ ハウジング（シリンダ部）
１３ ボールスクリュー（出力軸部）
１４ 回り止めキー
２０ スフェリカル軸受
３０ スフェリカル軸受部材
ＣＬ 機軸
Ｌ リニアアクチュエータの中心軸

Claims (4)

1. 可動ノズルを有するロケットモータの可動ノズル駆動装置であって、
   シリンダ部及び出力軸部を具備してロケットモータ側の支持点及び可動ノズル側の支持点の間において伸縮作動することで両支持点間距離を変えるリニアアクチュエータと、
   リニアアクチュエータのシリンダ部及び出力軸部のうちの一方とロケットモータ側の支持点及び可動ノズル側の支持点のうちの一方とを機軸と交差する方向の軸を軸心として自動調心可能に連結するスフェリカル軸受と、
   リニアアクチュエータの中心軸を軸心としてシリンダ部及び出力軸部のうちの他方と自動調心可能で且つ軸方向荷重入力可能に嵌合してシリンダ部及び出力軸部のうちの他方とロケットモータ側の支持点及び可動ノズル側の支持点のうちの他方とを連結するスフェリカル軸受部材を備えていることを特徴とする可動ノズル駆動装置。
2. スフェリカル軸受を介してリニアアクチュエータの出力軸部と可動ノズル側の支持点とを連結していると共に、スフェリカル軸受部材を介してリニアアクチュエータのシリンダ部とロケットモータ側の支持点とを連結している請求項１に記載の可動ノズル駆動装置。
3. スフェリカル軸受を介してリニアアクチュエータのシリンダ部とロケットモータ側の支持点とを連結していると共に、スフェリカル軸受部材を介してリニアアクチュエータの出力軸部と可動ノズル側の支持点とを連結している請求項１に記載の可動ノズル駆動装置。
4. 可動ノズルを有するロケットモータにおいて、請求項１〜３のいずれかに記載の可動ノズル駆動装置をロケットモータ側の支持点及び可動ノズル側の支持点の間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に配置したことを特徴とするロケットモータ。

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