JPH11348899A - ペイロードの防振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 防振性能を高めつつクリアランス・ロスを小
さくできる防振装置を提供する。 【解決手段】 打上げ用ロケット１の先端部に伸縮可能
な複数の支持部材５を介してペイロード２を搭載し、上
記ペイロード２の変位量を検出するセンサを設け、この
変位量に基づいて上記ペイロード２の振動が小さくなる
よう上記各支持部材５の伸縮特性を制御する制御回路を
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、打上げ用ロケット
に搭載したペイロードを振動・衝撃から保護するペイロ
ードの防振装置に係り、特に、防振性能を高めつつクリ
アランス・ロスを小さくできる防振装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】人工衛星等のペイロードは打上げ用ロケ
ットの先端部に搭載されるが、従来、ペイロードはロケ
ットの先端部に固定されており、ロケットに生じている
エンジンによる振動やフェアリングの空気摩擦による振
動が直にペイロードに伝わるので好ましくない。

【０００３】振動を遮断するためにペイロードの底面全
体にゴムを介在させることが考えられる。これによりペ
イロードがロケットから大きな振動を受けることはなく
なる。しかし、ペイロードとなる衛星は例えば直径２ｍ
高さ７ｍと底面の大きさに比しての高さが高いために、
底面だけで支持すると一点支持になり、ペイロードの先
端部の揺動を招きやすいという不具合がある。しかも、
僅かの揺動角度でもペイロードの先端部の振幅が大きく
なり、ペイロードの先端部がロケットのフェアリングの
内壁に接触・衝突する可能性がある。

【０００４】本出願人は、先に、打上げ用ロケットの先
端部の周囲に推進軸に対して所定の傾斜角で傾斜されて
ペイロードを弾性的に支持する複数の弾性支持部材を設
けた防振装置を提案している（特願平１０−１１１９７
５号）。

【０００５】これにより、ペイロードの先端部の揺動は
なくなり、ペイロードは起立姿勢を保ったまま推進軸に
沿う方向（以下、推進方向という）又は推進軸に向かう
方向（以下、水平方向という）に小さく振動することに
なる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記弾
性支持部材による全く受動的な防振装置にあっては、固
有振動数近傍での振動（共振）を抑えることは不可能で
あり、共振振動数での振幅が極端に大きくなることが避
けられない。上記防振装置では、ペイロードの起立姿勢
を保つことはできるが、共振によりペイロードはロケッ
トから受ける振動よりもかえって大きく推進方向又は水
平方向に振動することになる。このような大きな振動
は、ペイロードに搭載した機器に衝撃（Ｇ）を与え、或
いは有人の場合、搭乗員に衝撃を与えることになり、好
ましくない。また、水平方向の振幅が大きくなると、ペ
イロードがフェアリングの内壁に接触・衝突する可能性
もあり、ペイロードとフェアリングとの間のクリアラン
ス・ロスが大きくなる。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、防振性能を高めつつクリアランス・ロスを小さくで
きる防振装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、打上げ用ロケットの先端部に伸縮可能な複
数の支持部材を介してペイロードを搭載し、上記ペイロ
ードの変位量を検出するセンサを設け、この変位量に基
づいて上記ペイロードの振動が小さくなるよう上記各支
持部材の伸縮特性を制御する制御回路を設けたものであ
る。

【０００９】上記支持部材を推進軸の周囲の少なくとも
３箇所にそれぞれ推進軸に沿う方向に伸縮するよう配置
し、かつ推進軸の周囲の少なくとも２箇所にそれぞれ推
進軸に向かう方向に伸縮するよう配置してもよい。

【００１０】上記支持部材を動力により伸縮するアクチ
ュエータで構成し、上記制御回路により各アクチュエー
タの伸縮運動を制御するようにしてもよい。

【００１１】上記支持部材を伸縮に対する抵抗を示しそ
の抵抗の減衰が制御可能な可変減衰ダンパで構成すると
共に上記打上げ用ロケットの先端部の周囲に推進軸に対
して所定の傾斜角で傾斜されて上記ペイロードを弾性的
に支持する複数の弾性支持部材を設け、上記制御回路に
より各可変減衰ダンパの減衰特性を制御するようにして
もよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて詳述する。

【００１３】図１に示されるように、打上げ用ロケット
１の先端部には本発明の防振装置を載せる平坦なベース
３と、ペイロード２を覆うフェアリング（図示せず）が
設けられている。ペイロード２はその底面が円盤状のプ
ラットフォーム４に固定されている。このプラットフォ
ーム４は、ベース３に対向する平面を有し、その平面の
中心には推進軸Ａに重なる位置にベース３に向かって延
びた突起４ａが形成されている。プラットフォーム４
は、ベース３に設けられた５つの支持部材５に支持され
ている。このうち３つの支持部材５ａは、基端部がベー
ス３に固定され、先端部がプラットフォーム４に固定さ
れている。これら３つの支持部材５ａは、推進軸Ａの周
囲の３箇所に配置され、それぞれの支持部材５ａが推進
軸Ａに沿う方向に伸縮するようベース３に対して起立さ
せて設けられている。また、残り２つの支持部材５ｂ
は、基端部が推進軸Ａの周囲の２箇所に配置されたベー
ス３上の突起３ａに固定され、先端部が突起４ａに固定
されている。これら２つの支持部材５ｂは、２つの支持
部材５ｂが互いに直交しそれぞれの推進軸Ａに向かう方
向に伸縮するようベース３に対して傾斜させて配置され
ている。

【００１４】上記５つの支持部材５は、動力により伸縮
するアクチュエータ、例えば、油圧シリンダで構成され
る。

【００１５】ベース３上には、各アクチュエータ（支持
部材）５の伸縮運動を制御する制御回路を収容したコン
トローラボックス６と電源７とが設けられている。図示
しないが、ペイロード２の変位量を検出するセンサとし
て、プラットフォーム４とベース３との相対的な位置
（ペイロード２とロケット１との相対的な位置）を検出
する位置センサと、ペイロード２の絶対的加速度を検出
する加速度センサとが設けられている。絶対的加速度を
積分して絶対的速度を得るようにしてもよい。

【００１６】コントローラボックス６に収容されている
制御回路は、各アクチュエータの伸縮運動を制御するも
のである。

【００１７】制御回路の制御ブロック構成は、後述する
図３の制御ブロック構成に準ずるものであり、ペイロー
ド２の相対的な変位量と絶対的な変位量とを用いて各ア
クチュエータの伸縮運動を制御するようになっている。

【００１８】別の実施形態を説明する。

【００１９】図２に示されるように、上記５つの支持部
材５は、可変減衰ダンパで構成されている。可変減衰ダ
ンパは、シリンダとシリンダ内外に流体を流通させる細
孔とを有し、伸縮に対してはシリンダ内の流体が抵抗を
示し、細孔における流体の流通によりその抵抗が減衰す
るようになっている。そして、この細孔の径が調節可能
に構成され、そのことによって減衰力（ダンピングレー
ト）が制御可能になっているものである。

【００２０】また、この実施形態にあっては、ペイロー
ドを弾性的に支持する４つの弾性支持部材８が設けられ
ている。これら４つの弾性支持部材８は、基端部が推進
軸Ａの周囲の４箇所に配置されたベース３上の傾斜支持
角調整継手３ｂに固定され、先端部がプラットフォーム
４に固定されている。これら弾性支持部材８は、それぞ
れ推進軸Ａに対して所定の傾斜角で傾斜されている。弾
性支持部材８は、シリコン積層ゴムからなる。

【００２１】４つの弾性支持部材８において、ペイロー
ド２の重心の高さ、ペイロード２の軸から弾性支持部材
８までの水平距離、弾性支持部材８の縦方向と横方向の
剛性等を用いた数式によりペイロード２に揺動が起きな
い条件が一意に決まる。この条件から推進軸Ａに対する
弾性支持部材８の傾き角αが導かれる。このとき、推進
方向の固有振動数、水平方向の固有振動数も一意に決ま
る。

【００２２】図２の防振装置は、４つの弾性支持部材８
からなる受動的な防振装置と、５つの可変減衰ダンパ５
からなる準能動的な防振装置とを組み合わせたものと言
うことができる。

【００２３】図３は、図２の防振装置の制御ブロック図
である。

【００２４】この制御ブロックは、パッシブダンパ系と
スカイフックダンパ系とを組み合わせたものである。ま
ず、パッシブダンパ系は、４つの弾性支持部材８からな
る受動的な防振装置に相当し、外乱加速度等による機体
変位に応じてプラットフォーム４とベース３との相対的
な変位が印加され、この変位を微分した速度にパッシブ
減衰比を乗じた減衰力が得られる。一方、スカイフック
ダンパ系は、５つの可変減衰ダンパ５からなる準能動的
な防振装置に相当し、ペイロード２に加わる相対的加速
度のうち、可変減衰ダンパ５が緩やかに伸縮することに
より、高周波のみが伝達され、その加速度成分を積分し
た相対的速度にアクティブ減衰比を乗じた減衰力が得ら
れる。２つの減衰力を総合したものがプラットフォーム
４に作用するので、ペイロード２を含めた質量に応じて
プラットフォーム４に加速が生じる。スカイフックダン
パ系を制御するペイロード２の加速度・速度は、ベース
３との相対的なものではなく絶対的なものであるため、
受動的な部材で制御することはできず、アクティブ制御
を加えることにより初めて実現できる。具体的には、加
速度センサにより得られた絶対的加速度・速度を用いて
ダンピングレートを変化させることにより、可変減衰ダ
ンパ５の応答周波数を変化させる。

【００２５】図４〜７に、ロケット１に与えた振動周波
数に対してペイロード２に生じる加速度のグラフを示
す。図４は、前記受動的な防振装置のみによるものであ
る。図示のように、ロケット１の２Ｈｚ以下の低周波振
動に対してペイロード２には若干の加速度が生じ、７Ｈ
ｚ以上の高周波振動に対しては殆ど加速度が生じない。
けれども、５Ｈｚ近傍において共振するため、極めて大
きい加速度が生じる。

【００２６】図５は、図２の防振装置において可変減衰
ダンパ５を固定減衰ダンパ５に代えた受動的な防振装置
よるものである。５Ｈｚ近傍の共振は抑えられている
が、高周波の遮断特性がよくない。

【００２７】図６は、図２の実施形態の防振装置による
ものである。５Ｈｚ近傍の共振は解消され、高周波の遮
断特性も優れている。

【００２８】図７は、図１の実施形態の防振装置による
ものである。図６と同じように５Ｈｚ近傍に共振がな
く、図６よりも高周波の遮断特性に優れている。

【００２９】図１の防振装置と図２の防振装置とを比較
すると、図１の防振装置は、性能に優れ、構成が簡素で
ある。図２の防振装置は、アクチュエータを動かす動力
が必要なく、軽量に構成できる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００３１】（１）共振を抑えると共に高周波振動を抑
えることができ、防振性能が向上する。

【００３２】（２）水平方向の共振を抑えることができ
るので、クリアランス・ロスを小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す防振装置の構成図で
ある。（ａ）は側面図、（ｂ）はプラットフォームを除
いた上面図である。

【図２】本発明の他の実施形態を示す防振装置の構成図
である。（ａ）は側面図、（ｂ）はプラットフォームを
除いた上面図である。

【図３】図２の防振装置の制御ブロック図である。

【図４】水平方向の振動伝達特性を示す特性図である。

【図５】水平方向の振動伝達特性を示す特性図である。

【図６】水平方向の振動伝達特性を示す特性図である。

【図７】水平方向の振動伝達特性を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 打上げ用ロケット ２ ペイロード ５ 支持部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 打上げ用ロケットの先端部に伸縮可能な
   複数の支持部材を介してペイロードを搭載し、上記ペイ
   ロードの変位量を検出するセンサを設け、この変位量に
   基づいて上記ペイロードの振動が小さくなるよう上記各
   支持部材の伸縮特性を制御する制御回路を設けたことを
   特徴とするペイロードの防振装置。
2. 【請求項２】 上記支持部材を推進軸の周囲の少なくと
   も３箇所にそれぞれ推進軸に沿う方向に伸縮するよう配
   置し、かつ推進軸の周囲の少なくとも２箇所にそれぞれ
   推進軸に向かう方向に伸縮するよう配置することを特徴
   とする請求項１記載のペイロードの防振装置。
3. 【請求項３】 上記支持部材を動力により伸縮するアク
   チュエータで構成し、上記制御回路により各アクチュエ
   ータの伸縮運動を制御するようにしたことを特徴とする
   請求項１又は２記載のペイロードの防振装置。
4. 【請求項４】 上記支持部材を伸縮に対する抵抗を示し
   その抵抗の減衰が制御可能な可変減衰ダンパで構成する
   と共に上記打上げ用ロケットの先端部の周囲に推進軸に
   対して所定の傾斜角で傾斜されて上記ペイロードを弾性
   的に支持する複数の弾性支持部材を設け、上記制御回路
   により各可変減衰ダンパの減衰特性を制御するようにし
   たことを特徴とする請求項１又は２記載のペイロードの
   防振装置。