JP2014205471A - Propellant tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無重力もしくは極低重力下で使用する衛星用の推薬タンクに関する。 The present invention relates to a propellant tank for satellites used under zero gravity or extremely low gravity.
推薬タンクは、液状の推薬を内部に収納するタンクである。 A propellant tank is a tank which stores a liquid propellant inside.
図1は、従来の推薬タンク2の説明図である。
従来、推薬タンク2は、半球殻12を円筒でつないだ形状もしくは球形に、上下対称に形成されており、上下のうちの他端(図1では下端)に排出口14が形成されている。
FIG. 1 is an explanatory view of a
Conventionally, the
衛星の軌道上は無重力もしくは極低重力であるため、表面積が一番小さい形状に推薬4が変形することより、推薬4の液面形状が決まる。従来の推薬タンク2は、形状が上下対称であるため、わずかな姿勢制御等の外乱加速度により、上下のどちらの方向にも液が動き得た。
そのため、推薬タンク2の上下のうちの一端(図1では上端)に移動した推薬4を表面張力で捕捉し、推薬4を排出口14に導き、ガス18の混入なしに推薬4を排出すための内部デバイス16が推薬タンク2の内部に設けられていた。
Since the orbit of the satellite is zero gravity or extremely low gravity, the shape of the liquid surface of the propellant 4 is determined by deforming the propellant 4 into a shape having the smallest surface area. Since the
Therefore, the propellant 4 that has moved to one of the upper and lower ends of the propellant tank 2 (the upper end in FIG. 1) is captured by surface tension, the propellant 4 is guided to the
上述した非特許文献1の推薬タンク2は、タンク形状が上下対称であるため、姿勢制御等の加速度条件によっては、推薬4が一端側(図1では上端側)まで移動してしまうことがあった。そのため、一端側に移動した推薬4を他端側の排出口14まで導く必要があり、タンクの一端側から排出口14まで、推薬タンク2全体を貫くような大きな内部デバイス16が必要であった。
Since the
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、無重力下において、推薬タンク全体を貫く内部デバイスを使用しなくても、推薬を他端に集められる推薬タンクを提供することにある。 The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide a propellant tank in which propellant can be collected at the other end without using an internal device penetrating the entire propellant tank under zero gravity.
本発明によれば、推薬を内部に収納する中空の推薬タンクであって、
内部に中空部を有し中心軸に対し対称なテーパ形状の切頭円錐面と、
前記切頭円錐面の端部のうち前記中心軸に垂直な面による断面積が大きい一端に液密に連結する半球形状の大半球殻と、
前記端部のうちの他端に液密に連結する半球形状の小半球殻と、
小半球殻の前記中心軸上に設けられ推薬を排出する排出口と、を備える、ことを特徴とする推薬タンクが提供される。
According to the present invention, it is a hollow propellant tank for storing propellant inside,
A tapered frustoconical surface having a hollow inside and symmetrical with respect to the central axis;
A hemispherical most spherical shell that is liquid-tightly connected to one end having a large cross-sectional area by a plane perpendicular to the central axis among the ends of the truncated conical surface;
A hemispherical small hemispherical shell that is liquid-tightly connected to the other of the ends;
There is provided a propellant tank comprising a discharge port provided on the central axis of the small hemispherical shell for discharging propellant.
また大半球殻又は小半球殻の前記中心軸に平行な面による断面形状は、半円、楕円、もしくはカッシーニ曲線で構成される。 In addition, the cross-sectional shape of the most spherical shell or small hemispherical shell by a plane parallel to the central axis is a semicircle, an ellipse, or a Cassini curve.
また前記排出口の周辺に設けられ推薬を表面張力により捕捉し前記排出口へ導く内部デバイスを備える。 An internal device is provided around the discharge port to capture the propellant by surface tension and guide it to the discharge port.
内部デバイスは、前記中心軸を中心に放射状に広がる複数の板であるデバイス板と、
前記中心軸を中心とする円筒面と該円筒面の両端とに複数の穴を有する中空円筒形の筒であるデバイス筒とを備え、
前記排出口が前記デバイス筒の内部で開口する。
The internal device is a device plate that is a plurality of plates extending radially about the central axis;
A device cylinder that is a hollow cylindrical cylinder having a plurality of holes at both ends of the cylindrical surface around the central axis and the cylindrical surface;
The discharge port opens inside the device cylinder.
また大半球殻の前記中心軸上に設けられ前記内部にガスを導入するガス導入口を備える。 A gas inlet is provided on the central axis of the spherical shell for introducing gas into the interior.
上述した本発明の推薬タンクによれば、推薬タンクが内部に中空部を有し中心軸に対し対称なテーパ形状の切頭円錐面と、前記切頭円錐面の端部のうち前記中心軸に垂直な面による断面積が大きい一端に液密に連結する半球形状の大半球殻と、前記端部のうちの他端に液密に連結する半球形状の小半球殻とを備え、小半球殻に排出口を有するので、無重力によってガスが中空部で、球形のガス溜まりになろうとした時に、大半球殻側と小半球殻側とで液面の半径が異なるため、表面張力の差が生じる。それにより、ガス溜まりを一端側へ移動させることができる。そのため、推薬がガス溜まりに押されて他端側に集まるため、推薬タンクの中空部の他端側のみに内部デバイスを設置するだけで、推薬を排出口に導くことができる。 According to the propellant tank of the present invention described above, the propellant tank has a hollow portion inside and a tapered truncated conical surface symmetrical with respect to the central axis, and the center of the end portions of the truncated conical surface. A hemispherical most spherical shell that is liquid-tightly connected to one end having a large cross-sectional area by a plane perpendicular to the axis, and a small hemispherical shell that is liquid-tightly connected to the other end of the end portions. Since the hemispherical shell has a discharge port, when the gas is trying to become a spherical gas pool due to weightlessness due to weightlessness, the liquid surface radius is different between the spherical shell side and the small hemispherical shell side. Occurs. Thereby, the gas reservoir can be moved to one end side. Therefore, since the propellant is pushed by the gas reservoir and gathers at the other end side, the propellant can be guided to the discharge port only by installing the internal device only at the other end side of the hollow portion of the propellant tank.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図2は、本発明の推薬タンク30の説明図である。
本発明の推薬タンク30は、無重力もしくは極低重力下で使用し、液状の推薬32を内部に収納する中空の衛星用タンクである。また本発明の推薬タンク30は、切頭円錐面38、大半球殻40、小半球殻42、及び排出口44を備える。
なお、推薬32は、例えばヒドラジン、MMH、四酸化二窒素、等が好ましい。また推薬32は、その他の液体でもよい。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the
The
The propellant 32 is preferably hydrazine, MMH, dinitrogen tetroxide, or the like. The propellant 32 may be other liquid.
切頭円錐面38は、内部に中空部34を有し中心軸36に対し対称なテーパ形状の側面である。切頭円錐面38は、切頭円錐面38の端部のうち中心軸36に垂直な面による断面積が大きい一端50(図2では上端)に大半球殻40が連結され、端部のうちの他端52に小半球殻42が連結されている。
The truncated
大半球殻40は、半球形状のタンクの壁面であり、切頭円錐面38に液密に連結している。
Most of the
小半球殻42は、端部のうちの他端52(図2では下端)に液密に連結する半球形状のタンクの壁面である。
小半球殻42の中心軸36上には、排出口44を備える。
The small
A
なお、大半球殻40又は小半球殻42の中心軸36に平行な面による断面形状は、半円、楕円、もしくはカッシーニ曲線で構成されることが好ましい。なお、カッシーニ曲線とは、方程式(x2+y2)2−2a2(x2−y2)=b4−a4(a,bは正の定数)によって表わされる四次曲線をいう。
In addition, it is preferable that the cross-sectional shape by the surface parallel to the
また、本発明の推薬タンク30は、内部デバイス46とガス導入口48とを備える。
The
内部デバイス46は、排出口44の周辺に設けられ、表面張力により捕捉した推薬32を排出口44へ導く。つまり内部デバイス46は、他端52の側(小半球殻42の側)のみに設けられている。
The
また内部デバイス46は、中心軸36を中心に放射状に広がる複数の板であるデバイス板46aと、中心軸36を中心とする円筒面と該円筒面の両端とに複数の穴を有する中空円筒形の筒であるデバイス筒46bとを備える。
デバイス筒46bは、デバイス筒46bの内部に入ったガスを逃がすための開口を有する。
なお、内部デバイス46の形状は、これに限らず、その他の周知の形状でもよい。
The
The
The shape of the
排出口44は、小半球殻42の中心軸36上に設けられ、推薬32を排出する。
また排出口44は、デバイス筒46bの内部で開口する。
The
The
ガス導入口48は、大半球殻40の中心軸36上に設けられ、推薬タンク30の内部にガスを導入する。ガス導入口48からガスを導入することにより、推薬32をガスで押して、推薬32を排出口44に導くことができる。
ガス導入口48から導入するガスは、窒素ガス、ヘリウムガス、代替フロン、等が好ましい。またガスは、その他の気体でもよい。
The
The gas introduced from the
すなわち、表面張力をσ、ガス溜まり20の大半球殻40の側の半径をR1、ガス溜まり20の小半球殻42の側の半径をR2としたときに、無重力もしくは極低重力下で、液中に含まれる気泡(ガス溜まり20)にかかる大半球殻40の側の圧力ΔP1と小半球殻42の側の圧力ΔP2とは、以下の数式(1)と(2)で示される。
ΔP1=2δ/R1 ・・・(1)
ΔP2=2δ/R2 ・・・(2)
That is, when the surface tension is σ, the radius of the
ΔP1 = 2δ / R1 (1)
ΔP2 = 2δ / R2 (2)
ここで、R1>R2であるため、ガス溜まり20は、以下の数式(3)で示される圧力ΔP3の圧力差で小半球殻42の側から大半球殻40の側へ移動する。
ΔP3=ΔP2−ΔP1=2δ(1/R2−1/R1) ・・・(3)
Here, since R1> R2, the
ΔP3 = ΔP2−ΔP1 = 2δ (1 / R2-1 / R1) (3)
このように本発明の推薬タンク30は、両端50,52に設けられた半球殻(大半球殻40と小半球殻42)の直径が異なり、側面がそれらの半球殻40,42を繋ぐテーパ形状に形成されている。
Thus, in the
また無重力下もしくは極低重力下でガス溜まり20が中空部34で球形形状になろうとした時に、推薬32は、表面積が最小限になる形に変形する。そこで、切頭円錐面38の直径が両端50,52で異なるため、推薬32の液面の半径R2,R1が大半球殻40の側と小半球殻42の側とで異なることとなり、表面張力の差が生じる。それにより、ガス溜まり20を一端50の側(大半球殻40側)に移動させ、ガス溜まり20に押された推薬32を他端52の側(小半球殻42側)に集めることができる。
In addition, when the
また、本発明の推薬タンク30は、切頭円錐面38のテーパを利用して推薬32を他端52の側(小半球殻42側)に集めることができるため、他端52の側の排出口44の周囲に内部デバイス46を設けるだけで、推薬32を排出口44に導くことができる。そのため、従来例のような、推薬タンク2の全体を貫くような大きな内部デバイス16を必要としない。
Further, the
上述した本発明の推薬タンク30によれば、推薬タンク30が内部に中空部34を有し中心軸36に対し対称なテーパ形状の切頭円錐面38と、切頭円錐面38の端部のうち中心軸36に垂直な面による断面積が大きい一端50に液密に連結する半球形状の大半球殻40と、端部のうちの他端52に液密に連結する半球形状の小半球殻42とを備え、小半球殻42に排出口44を有するので、推薬タンク30の全体の形状が大半球殻40側から小半球殻42側にかけてテーパ状に小さくなっている。無重力によって中空部34に溜まったガスが球形のガス溜まり20になる時に、一端50の側(大半球殻40の側)と他端52の側(小半球殻42の側)とで液面の半径R2,R1が異なるため、表面張力の差が生じる。それにより、ガス溜まり20を一端50の側へ移動させることができる。そのため、推薬32がガス溜まり20に押されて他端52の側に集まるため、推薬タンク30の中空部34の他端52の側のみに内部デバイス46を設置するだけで、推薬32を排出口44に導くことができる。
According to the
なお本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
2 推薬タンク、4 推薬、
6 中空部、10 円筒面、
12 半球殻、14 排出口、
16 内部デバイス、
18 ガス、20 ガス溜まり、
30 推薬タンク、32 推薬、
34 中空部、36 中心軸、
38 切頭円錐面、
40 大半球殻、42 小半球殻、
44 排出口、46 内部デバイス、
46a デバイス板、46b デバイス筒、
48 ガス導入口、
50 一端、52 他端、
ΔP1,ΔP2 圧力、
δ 表面張力、
R1,R2 半径
2 propellant tanks, 4 propellants,
6 hollow part, 10 cylindrical surface,
12 hemispherical shells, 14 outlets,
16 internal devices,
18 gas, 20 gas reservoir,
30 propellant tanks, 32 propellants,
34 hollow part, 36 central axis,
38 frustoconical surface,
40 most spherical shells, 42 small hemispherical shells,
44 outlets, 46 internal devices,
46a device plate, 46b device cylinder,
48 gas inlet,
50 one end, 52 other end,
ΔP1, ΔP2 pressure,
δ surface tension,
R1, R2 radius
Claims (5)
内部に中空部を有し中心軸に対し対称なテーパ形状の切頭円錐面と、
前記切頭円錐面の端部のうち前記中心軸に垂直な面による断面積が大きい一端に液密に連結する半球形状の大半球殻と、
前記端部のうちの他端に液密に連結する半球形状の小半球殻と、
小半球殻の前記中心軸上に設けられ推薬を排出する排出口と、を備える、ことを特徴とする推薬タンク。 A hollow propellant tank that contains propellant inside,
A tapered frustoconical surface having a hollow inside and symmetrical with respect to the central axis;
A hemispherical most spherical shell that is liquid-tightly connected to one end having a large cross-sectional area by a plane perpendicular to the central axis among the ends of the truncated conical surface;
A hemispherical small hemispherical shell that is liquid-tightly connected to the other of the ends;
A propellant tank, comprising: a discharge port provided on the central axis of the small hemispherical shell for discharging propellant.
前記中心軸を中心とする円筒面と該円筒面の両端とに複数の穴を有する中空円筒形の筒であるデバイス筒とを備え、
前記排出口が前記デバイス筒の内部で開口する、ことを特徴とする請求項3に記載の推薬タンク。 The internal device is a device plate that is a plurality of plates extending radially about the central axis;
A device cylinder that is a hollow cylindrical cylinder having a plurality of holes at both ends of the cylindrical surface around the central axis and the cylindrical surface;
The propellant tank according to claim 3, wherein the discharge port is opened inside the device cylinder.
2. The propellant tank according to claim 1, further comprising a gas introduction port that is provided on the central axis of the most spherical shell and introduces gas into the interior.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013085511A JP2014205471A (en) | 2013-04-16 | 2013-04-16 | Propellant tank |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=52119409
Family Applications (1)
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JP2013085511A Pending JP2014205471A (en) | 2013-04-16 | 2013-04-16 | Propellant tank |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105115570A (en) * | 2015-07-16 | 2015-12-02 | 兰州空间技术物理研究所 | Bag-type storage box indication apparatus for microgravity environment |
-
2013
- 2013-04-16 JP JP2013085511A patent/JP2014205471A/en active Pending
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CN105115570A (en) * | 2015-07-16 | 2015-12-02 | 兰州空间技术物理研究所 | Bag-type storage box indication apparatus for microgravity environment |
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