JP2014052092A - 飛しょう体発射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】飛しょう体の再充填性及び装置のメンテナンス性を向上させた飛しょう体発射装置を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る飛しょう体発射装置は、目標に向かって飛しょうする飛しょう体を複数段階で加速して発射する飛しょう体発射装置であって、複数のコイル、複数のスイッチ、スイッチ切換制御装置及び電源装置を備える。複数のコイルは、飛しょう体を格納する空間が中央に形成され、供給された電流量に応じて発生した電磁力によって飛しょう体に対して第一段階の加速を空間内で行い、飛しょう体を発射する。複数のスイッチは、コイル毎に設けられ、対応するコイルへの電流の供給および停止を切換える。スイッチ切換制御装置は、複数のスイッチに接続され、切換をそれぞれ制御する。電源装置は、複数のスイッチに接続され、コイル毎に電流を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、飛しょう体発射装置に関する。

近年、飛しょう体発射装置では、ガス発生器等によって発射装置内部から飛しょう体を発射した後、飛しょう体の主となる推進装置の火薬類を点火させるコールドランチ方式が用いられている。コールドランチ方式は、飛しょう体が発射装置から十分に遠ざかってから主たる推進装置の火薬類を点火する方式のため、発射装置が推進装置の火薬類の影響による損傷を受けにくく、飛しょう体の再充填がしやすいという利点がある。このため、特に、再利用することが前提で設計される飛しょう体を発射するためのサイロや艦船搭載型の発射装置等に対して有効となる。

米国特許第７４６４６３４号明細書

しかしながら、従来のコールドランチ発射方法は、ガス発生器によるものが主流であり、一度使用した場合は、ガス注入などのメンテナンス作業を行なう必要がある。すなわち、飛しょう体を一度発射すると、次の発射までに時間を要するという問題がある。

また、使用後のメンテナンスの作業負担を低減させる方法として、形状記憶合金を利用する技術も知られているが、形状記憶合金は動作速度が遅く、発射に必要な速度を得るのが困難である。また、加工性が悪く、高コストとなる問題もある。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、飛しょう体の再充填性及び装置のメンテナンス性を向上させた飛しょう体発射装置を提供することを課題とする。

本発明の一実施形態に係る飛しょう体発射装置は、目標に向かって飛しょうする飛しょう体を複数段階で加速して発射する飛しょう体発射装置であって、複数のコイル、複数のスイッチ、スイッチ切換制御装置及び電源装置を備える。複数のコイルは、飛しょう体を格納する空間が中央に形成され、供給された電流量に応じて発生した電磁力によって飛しょう体に対して第一段階の加速を空間内で行い、飛しょう体を発射する。複数のスイッチは、コイル毎に設けられ、対応するコイルへの電流の供給および停止を切換える。スイッチ切換制御装置は、複数のスイッチに接続され、切換をそれぞれ制御する。電源装置は、複数のスイッチに接続され、コイル毎に電流を供給する。

本発明の一実施形態に係る飛しょう体発射装置の全体構成例を示すブロック図。 図１に示す飛しょう体発射装置の動作例を示すフローチャート。 図１に示す飛しょう体発射装置における飛しょう体の発射方法を段階的に説明する図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る飛しょう体発射装置１の全体構成例を示すブロック図である。同図に示されるように、飛しょう体発射装置１は、目標に向かって飛しょうする飛しょう体Ｆをコールドランチ方式で発射する装置であって、Ｎ個（Ｎ≧２）のコイル２とスイッチ３、スイッチ切換制御装置４、電源装置５、強磁性体６及び位置センサ７を備える。

複数のコイル２は、飛しょう体Ｆを格納する空間が中央に形成され、供給された電流量に応じて発生した電磁力によって飛しょう体Ｆに対してコールドランチ方式における第一段階の加速を空間内で行い、飛しょう体Ｆを発射する。複数のコイル２は開口部分が上下で揃うように同方向に並べて配置され、全体としてコイルアレイを形成している。スイッチ３は、コイル２毎に設けられ、対応するコイル２への電流の供給および停止を切換える。すなわち、全てのコイル２（コイル（１）〜コイル（Ｎ））は、それぞれが対応する１つのスイッチ３を介して電源装置５へ接続されている。各スイッチ３のＯＮ／ＯＦＦによって、コイル２への電流の供給・停止を切換えることができる。

スイッチ切換制御装置４は、複数のスイッチ３に接続され、スイッチ３の切換をそれぞれ制御する。すなわち、全てのスイッチ３（スイッチ（１）〜スイッチ（Ｎ））は、共通のスイッチ切換制御装置４と接続されており、スイッチ切換制御装置４は、Ｎ個全てのスイッチ３のＯＮ／ＯＦＦを制御できる。電源装置５は、複数のスイッチ３にそれぞれ接続され、コイル２毎に電流を供給する。尚、電源装置５としては、所定の電気容量に予め充電されたコンデンサを使用すると、コイル２へ流す電流量を一定量に制御しやすいため好適である。

強磁性体６は、磁場により強く磁化され、磁場を除いても磁化が残る物質からなる部材であり、例えば、鉄、コバルト、ニッケルとそれらの合金、フェライトなどから形成されている。本実施形態において、強磁性体６は、複数のコイル２からなるコイルアレイの中央に形成された空間内に配置され、スイッチ切換制御装置４におけるスイッチ３の切換制御によって複数のコイル２（コイルアレイ）の内部空間を順次移動し、強磁性体６の前方に配置された飛しょう体Ｆを底部側から発射方向に押圧する。

また、飛しょう体発射装置１には、発射方向の最下流に配置されたコイル２（コイル（Ｎ））の近傍にストッパ機構（図示量略する）が別途設けられており、飛しょう体Ｆの発射直後に強磁性体６を複数のコイル２（コイルアレイ）の空間内で停止させ、飛しょう体Ｆと共に離脱しない構造とする。位置センサ７は、コイルアレイ内における強磁性体６の位置を測定し、スイッチ切換制御装置４に強磁性体６の位置情報を出力する。

図２は、図１に示す飛しょう体発射装置１の動作例を示すフローチャートである。また、図３は、図１に示す飛しょう体発射装置１における飛しょう体Ｆの発射方法を段階的に説明する図であり、発射前（図３（Ａ））、発射中（図３（Ｂ））及び発射後（図３（Ｃ））の状態をそれぞれ示している。

先ず、制御装置（図示省略する）からの発射指令に基づいて飛しょう体Ｆの発射動作を開始すると、スイッチ切換制御装置４は変数ｋに初期値として１を設定する（Ｓ２０１，図３（Ａ））。

次に、スイッチ切換制御装置４は、ｋ番目のスイッチ３（スイッチ（ｋ））をＯＮにする（Ｓ２０２）と、下からｋ番目のコイル２（コイル（ｋ））に電流が流れ（Ｓ２０３）、当該コイル２を中心に磁場が発生する（Ｓ２０４）。この磁場によって、強磁性体６は、ｋ番目のコイル２の中央に引き寄せられる方向の磁力を受け（Ｓ２０５）、強磁性体６及び飛しょう体Ｆがｋ番目のコイル２の中心に向かい加速する（Ｓ２０６，図３（Ｂ））。

一方、位置センサ７は、強磁性体６の位置を測定し（Ｓ２０７）、測定した強磁性体６の位置情報をスイッチ切換制御装置４に出力する。

次に、スイッチ切換制御装置４は、位置センサ７から取得した位置情報に基づいて強磁性体６がｋ番目のコイル２の中心付近に到達したか否かを判定する（Ｓ２０８）。ここで、中心付近に到達したと判定された場合（Ｓ２０８：ＹＥＳ）は、Ｓ２０９へ進む。これに対し、中心付近に到達していないと判定された場合（Ｓ２０８：ＮＯ）は、Ｓ２０６へ戻る。

次に、スイッチ切換制御装置４は、ｋ番目のスイッチ３をＯＦＦにし、ｋ番目のコイル２に流れる電流を停止させる（Ｓ２０９）。
次に、スイッチ切換制御装置４は、変数ｋを１加算した後（Ｓ２１０）、Ｎ個のスイッチ３及びコイル２を全て動作させたか否かを判定する（Ｓ２１１）。ここで、全てを動作させたと判定された場合（Ｓ２１１：ＹＥＳ，ｋ＞Ｎ）には、Ｓ２１２へ進む。これに対し、全てを動作させていないと判定された場合（Ｓ２１１：ＮＯ，ｋ≦Ｎ）には、Ｓ２０２へ戻り、最下段（ｋ＝１）から最上段（ｋ＝Ｎ）までのＮ個全てのコイル２及びスイッチ３が動作するまでＳ２０２〜Ｓ２１０の動作を繰り返す。

次に、最下段（ｋ＝１）から最上段（ｋ＝Ｎ）までの全てのコイル２及びスイッチ３が動作したことによって十分に加速された飛しょう体Ｆは飛しょう体発射装置１から発射される（Ｓ２１２）。すなわち、コールドランチ方式における第一段階の加速が完了する。尚、飛しょう体Ｆと共に加速された強磁性体６は、ストッパ機構（図示省略する）によって装置内に留まり、重力等によって、元の位置に戻るものとする（図３（Ｃ））。

そして、飛しょう体発射装置１から発射された飛しょう体Ｆは、飛しょう体発射装置１に対する火薬類の影響が無くなる距離まで飛しょうした後に、飛しょう体Ｆの主たる推進装置の火薬類を点火することでコールドランチ方式における第二段階の加速が行われ（Ｓ２１３）、飛しょう体Ｆは推力を得て目標へ向かって飛しょうする（Ｓ２１４）。

このように、本実施形態に係る飛しょう体発射装置１によれば、コールドランチ方式における第１段階の発射を火薬やガス発生器等を用いずに電磁力を利用して行うことができるため、飛しょう体Ｆを一度発射した後にガス注入などのメンテナンス作業を行わずにコイル２の内部空間に新たな飛しょう体Ｆを再充填して迅速に発射することができる。

＜変形例＞
上記実施形態では、複数のコイル２内を移動可能な強磁性体６を用いて、飛しょう体Ｆを発射する構成としたが、飛しょう体Ｆ自体を強磁性体とする構成や、強磁性体６の代わりに可動できるコイルに電流を流して飛しょう体Ｆを発射する構成としてもよい。

また、上記実施形態では、一般的な材料をコイルに用いた場合の実施例を示したが、コイルを超伝導が発生する温度まで冷却する装置を更に備えてもよい。この場合、コイル２内での抵抗値が大幅に小さくなるため、少ない電流で大きな加速を得ることが可能となる。また、電源装置５の小型化や、コイル数の減少が可能となるとともに、射出性能の向上等の効果も生じる。

更に、上記実施形態では、一般的な例としてコイル２に供給する電流を制御することについては言及していないが、必要なセンサを構成し、飛しょう体Ｆの速度及び位置を基に設計された制御系を用いて電流を制御する構成としてもよい。この場合、飛しょう体Ｆの発射動作を安定化させることができる効果が生じる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Ｆ…飛しょう体、
１…飛しょう体発射装置、
２…コイル、
３…スイッチ、
４…スイッチ切換制御装置、
５…電源装置、
６…強磁性体、
７…位置センサ。

Claims (5)

1. 目標に向かって飛しょうする飛しょう体を複数段階で加速して発射する飛しょう体発射装置であって、
   前記飛しょう体を格納する空間が中央に形成され、供給された電流量に応じて発生した電磁力によって前記飛しょう体に対して第一段階の加速を前記空間内で行い、前記飛しょう体を発射する複数のコイルと、
   前記コイル毎に設けられ、対応する前記コイルへの電流の供給および停止を切換える複数のスイッチと、
   前記複数のスイッチに接続され、前記切換をそれぞれ制御するスイッチ切換制御装置と、
   前記複数のスイッチに接続され、前記コイル毎に前記電流を供給する電源装置と、
   を備えることを特徴とする飛しょう体発射装置。
2. 前記空間内に配置され、前記複数のスイッチの切換制御によって前記複数のコイル内を順次移動し、前記飛しょう体を発射方向に押圧する強磁性体を更に備えることを特徴とする請求項１記載の飛しょう体発射装置。
3. 前記発射方向の最下流に配置された前記コイルの近傍に設けられ、前記飛しょう体の発射後に前記強磁性体を前記空間内で停止させるストッパ機構を更に備えることを特徴とする請求項２記載の飛しょう体発射装置。
4. 前記複数のコイルを超伝導が生じる温度まで冷却する冷却装置を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の飛しょう体発射装置。
5. 前記電源装置は、所定の電気容量に予め充電されたコンデンサであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項記載の飛しょう体発射装置。

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