JPH0460488A - ドロップタワー式微小重力試験装置 - 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、ドロップタワー式微小重力試験装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

第２図は従来のドロップタワー式微小重力試験装置の断
面図である。この装置は宇宙船内で生しる微小重力状態
を自由落下によって一時的に（約２．５秒）発生させて
微／Ｊｌ功９影響を調べる装置であり、図には、宇宙船
の燃料タンク内の燃料の挙動を調査する場合の機器が示
しである。勿論本装置は他の調査目的にも使うことがで
きるものである。

図において、１は約４５ｍ程度の高さの試験基、２は同
試験塔内の下部に充填されている制動用の砂、３は同試
験塔上方の固定部、４は同固定部に設けられている吊り
具、５は同吊り具の下端に設けられているｔ磁石、６は
その内部に観測装置な゛どを備えた試験箱、７は同試験
箱の上部に設けられた金属製の吸着板であり、前記の電
磁石５によって吸着され、試験箱６を保持するものであ
る。

８は試験箱６の下部に取付けられ下方に伸延している槍
形制動棒、９．１０．１１、および１２はそれぞれ本装
置において実験を行い観測を支障な〈実施するための制
御機器、バッテリ、テレメー夕、およびビデオカメラで
ある。１３は本装置を用いて行われる実験の対象物とし
ての宇宙船の燃料タンク模型、Ｉ４は同タンク模型の中
に貯えられ、その挙動が観測される液体燃料である。１
５は上述の符号６〜１４を付したものの総体であって、
以下これを試験体と呼ぶ。１６および１７はそれぞれ吊
り具４および試験基１に保持されている滑車、１８は一
端が前記試験箱６の上部に取付けられ、中間部において
、前記滑車１６．１７に掛は回され、他端に後述のカウ
ンターウェイトが取付けられているワイヤロープ、１９
は上記のカウンターウェイトである。このカウンターウ
ェイトは金属の塊等からなる錘であり、試験体１５の質
量の約１／１５程度の質量のものである。

本装置によって実験を行う時は、まず吸着板７を介して
試験体１５を保持している電磁石５への通電が断たれる
。この時、試験体１５は塔内で落下し、カウンターウェ
イト１９はワイヤロープ１８を介して試験体１５に引張
られて上方へ移動する。試験体１５が落下している時に
は、試験箱６の内部には微小重力（微小重量）状態が発
生する。試験体１５の落下は約２．５秒続き、塔の下部
の砂に達した時、槍形制動棒８の作用によって止まる。

前記微小重力（微小重量）状態における液体燃料Ｉ４の
挙動はビデオカメラ１２によって記録される。制御機器
９、バッテリ１０、およびテレメータ１１は上記観測を
支援するために用いられる。

上記の実験において、カウンターウェイト１９が取付け
られていない時は、試験体の落下は完全な自由落下とな
り、試験箱の内部において、いわゆる無重力（無重量）
状態が発生する。この時には、試験対象の流体の性質の
うちで、表面張力の影響だけが残り、実験で確認したい
表面張力と重力および慣性力の相関関係についてのデー
タを取得することができない。そこで、試験体の完全な
自由落下ではなく、落下中にもある程度の束縛を与える
ことが必要となる。カウンターウェイトＩ９は、この束
縛を与えるよう作用するもので、これによって、本装置
は、無重力ではなく、微小重力の試験を行うことができ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記試験装置において、試験体１５は、落下していくに
つれて対気速度が増加し、その空気抵抗によって、試験
箱６に落下方向とは反対向きの力が作用し、これによっ
て試験箱６の内部の物体には、これに対する反作用とし
て、落下方向に試験箱６の床を押す慣性力が発生する。

この慣性力の大きさは試験体の対気速度の増加につれて
増加する。この慣性力は、カウンターウェイト１９の作
用によって、試験箱の中の物体に作用している微小重力
に追加されることになる。このため、本装置においては
、試験体の落下初期と後期とでは微小重力が変化するこ
とになる。すなわち、試験条件が一定に保たれないこと
になる。このような試験条件の意図していない変化は観
測にとって好ましくない。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、試験体が落下
中に、試験箱内部の試験対象物に加わる微小重力を、一
定あるいは所定のパターンに沿って発生させることので
きる微小重力試験装置を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決したものであって、内部に試験
対象物と観測装置とを備えた試験体をワイヤロープを介
してカウンターウェイトと連結し、上方に設けられた滑
車によって前記ワイヤロープを介して前記試験体とカウ
ンターウェイトとを吊り下げ、試験体を落下させて微小
重力試験を行うドロップタワー式微小重力試験装置にお
いて、下部に液体排出孔を有する容器と同容器内に貯留
された液体とから前記カウンターウェイトを構成し、試
験体の落下中に同液体排出孔から同容器内の液体を排出
させることを特徴とするドロップタワー式微小重力試験
装置に関するものである。

〔作用〕

本発明の装置においては、試験体の落下中に、カウンタ
ーウェイトは液体を放出してその質量が徐々に小さくな
る。空気抵抗による減速、すなわち進行方向と逆向きの
加速度が無いものとすれば、上記カウンターウェイトの
質量減少に伴って、試験体の加速度は、その落下中に増
加する。したがってこれが、空気抵抗による上記の逆向
きの加速度を相殺するので、試験体の加速度を調節する
ことができる。これによって、試験体内の試験対象物に
加わる微小重力を一定または所定のパターンに沿って発
生させることができる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例の断面図である。図において
、２０は従来のカウンターウェイトとは異る構造のカウ
ンターウェイトである。２１は同カウンターウェイトの
一部をなす容器で、例えば金属製のものである。２２は
同容器の下部に設けられた排水孔、２３は同容器内部に
貯留されている水である。排水孔２２は試験開始前は閉
じられており、試験体１５の落下開始と同時に開放され
、試験体の落下中は水の放出が続く。上記以外の部分の
構造・作用は従来の装置と同じである。

本装置においては、試験体１５の落下中に、カウンター
ウェイト２０は水を放出してその質量が徐々に小さくな
る。これに伴って、空気抵抗による減速、すなわち進行
方向と逆向きの加速度が無いものとすれば、試験体の加
速度は、その落下中に増加する。したがってこれが、空
気抵抗による上記逆向きの加速度を相殺するので、試験
体の加速度を一定または所定の変化をさせることができ
る。カウンターウェイトの排水孔２２の断面積を変更す
ることによって、加速度の値を調節することができる。

なお上記実施例において、試験体が、−辺１．５ｍの正
方形の底面を有し、重量が１５００ｋｇである場合、従
来の装置では落下時間２．５秒後の空気抵抗による逆方
向加速度は０．０７Ｇであった。この加速度を相殺する
ために、カウンターウェイト内に１０５ｋｇの水を貯え
、２．５秒間でこれを放出することによって、落下開始
時の加速度と、２．５秒後の加速度とを等しくすること
ができた。

空気抵抗が無いとした時、カウンターウェイトの質量減
少によって試験体の加速度を増加させることができる理
由を数式で示せば次のようになる。

座標軸をワイヤロープに沿って設定し、試験体１５の落
下する方向を正とする。座標はＸであられす。また重力
加速度をｇ、試験体の質量をＭ、カウンターウェイトの
質量をｍとし、ワイヤロープの質量を無視する。この時
、試験体に加わる重力は正方向にＭｇ、カウンターウェ
イトに加わる重力は負方向にｍｇとなる。また試験体と
カウンターウェイトはワイヤロープによって連結されて
一体となって移動するので慣性力は（Ｍ−！−ｍ）ｄ２
ｘ／ｄｔ２となる。したがって運動方程式はとなる。し
たがって、試験体とカウンターウェイトとが一体となっ
たものの加速度は、 ｄ”ｘＭ−ｍ となる。

したがって、カウンターウェイトの質量ｍが減少した時
、試験体とカウンターウェイトとが一体となったものの
加速度ｄ２ｘ／ｄｔ”は増加する。

以上詳述したように、本実施例の装置においては、排水
するカウンターウェイトの作用によって、意図していな
い試験条件の変化を防ぎ、試験体内の試験対象物に加わ
る微小重力を一定または所定のパターンに沿って発生さ
せることができる。

〔発明の効果〕

本発明のドロップタワー式微小重力試験装置においては
、下部に液体排出孔を有する容器と同容器内に貯留され
た液体とからカウンターウェイトを構成し、試験体の落
下中に同液体排出孔から同容器内の液体を排出させるの
で、試験体内の試験対象物に加わる微小重力を一定また
は所定のパターンに沿って発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は従来のド
ロップタワー式微小重力試験装置の断面図である。 １・・・試験基、　２・・・制動用の砂、３・・・固定
部、　４・・・吊り具、　５・・・電磁石、６・・・試
験箱、　７・・・吸着板、 ８・・・槍形制動棒、　９・・・制御機器、１０・・・
バッテリ、　　１１・・・テレメータ、１２・・・ビデ
オカメラ、 １３・・・燃料タンク模型、　１４・・・液体燃料、１
５・・・試験体（符号６〜１４を付したものの総体）、
　　１６・・・滑車、　　１７・・・滑車、１８・・・
ワイヤロープ、 １９・・・カウンターウェイト、 ２０・・・カウンターウェイト、 ２１・・・容器、　２２・・・排水孔、　２３・・・水
。 代理人　弁理士　坂　間　　暁　外２名ＰＪ１閃

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内部に試験対象物と観測装置とを備えた試験体をワイヤ
   ロープを介してカウンターウェイトと連結し、上方に設
   けられた滑車によって前記ワイヤロープを介して前記試
   験体とカウンターウェイトとを吊り下げ、試験体を落下
   させて微小重力試験を行うドロップタワー式微小重力試
   験装置において、下部に液体排出孔を有する容器と同容
   器内に貯留された液体とから前記カウンターウェイトを
   構成し、試験体の落下中に同液体排出孔から同容器内の
   液体を排出させることを特徴とするドロップタワー式微
   小重力試験装置。