JPH09292026A - 超高圧軽量タンク - Google Patents
超高圧軽量タンクInfo
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- JPH09292026A JPH09292026A JP8102586A JP10258696A JPH09292026A JP H09292026 A JPH09292026 A JP H09292026A JP 8102586 A JP8102586 A JP 8102586A JP 10258696 A JP10258696 A JP 10258696A JP H09292026 A JPH09292026 A JP H09292026A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
- B64G1/402—Propellant tanks; Feeding propellants
- B64G1/4021—Tank construction; Details thereof
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 軽量化を図った超高圧軽量タンクを得る。
【解決手段】 口金を持つとともにほぼ球面状に溶接形
成された気密性を持つ薄肉延性材料製ライナ２と、同ラ
イナ上に配され一体化された繊維強化プラスチック材と
で構成された超高圧軽量タンクにおいて、溶接Ｂの接合
線を口金１から所定距離離間した位置に配置するととも
に肉厚が同口金から同溶接線に向け漸次減少しかつ繊維
強化プラスチック材５の各部の変形がほぼ均一となるよ
う繊維層を多層重畳して配列した。
成された気密性を持つ薄肉延性材料製ライナ２と、同ラ
イナ上に配され一体化された繊維強化プラスチック材と
で構成された超高圧軽量タンクにおいて、溶接Ｂの接合
線を口金１から所定距離離間した位置に配置するととも
に肉厚が同口金から同溶接線に向け漸次減少しかつ繊維
強化プラスチック材５の各部の変形がほぼ均一となるよ
う繊維層を多層重畳して配列した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超高圧で且つ厳しい
軽量化が要求される衛星及びロケットの姿勢制御装置の
高圧ガスタンク、飛翔体の高圧ガスタンク等に適用され
る超高圧軽量タンクに関する。
軽量化が要求される衛星及びロケットの姿勢制御装置の
高圧ガスタンク、飛翔体の高圧ガスタンク等に適用され
る超高圧軽量タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の衛星及びロケットの姿勢制御装置
の高圧ガスタンクとしては図４に示すチタン合金製の球
形タンク６を用いていた。図中１は口金、７は固定金
具、Ｂ，Ｃは溶接カ所である。
の高圧ガスタンクとしては図４に示すチタン合金製の球
形タンク６を用いていた。図中１は口金、７は固定金
具、Ｂ，Ｃは溶接カ所である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】衛星用姿勢制御装置の
高圧ガスタンクは金属材料の中では最も比強度の高いチ
タン合金を使用しているが、それでも装置の中での重量
占有率は20％と高い。衛星はグラムオーダーの細かい重
量管理が実施されており、軽量化メリットは非常に高
い。
高圧ガスタンクは金属材料の中では最も比強度の高いチ
タン合金を使用しているが、それでも装置の中での重量
占有率は20％と高い。衛星はグラムオーダーの細かい重
量管理が実施されており、軽量化メリットは非常に高
い。
【０００４】軽量化のため、さらに比強度の高い複合材
を使用する場合、次のような問題点があった。 長期間（約３年）の高精度気密保持が必要。 ロケットの打ち上げ時の厳しい振動及び加速度に対す
る十分な強度が必要。
を使用する場合、次のような問題点があった。 長期間（約３年）の高精度気密保持が必要。 ロケットの打ち上げ時の厳しい振動及び加速度に対す
る十分な強度が必要。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため次の手段を講ずる。すなわち、本発明の超高圧
軽量タンクは、口金を持つとともにほぼ球面状に溶接形
成された気密性を持つ薄肉延性材料製ライナと、同ライ
ナ上に配され一体化された繊維強化プラスチック材とで
構成された超高圧軽量タンクにおいて、上記溶接の接合
線を上記口金から所定距離離間した位置に配置するとと
もに肉厚が同口金から同溶接線に向け漸次減少しかつ上
記繊維強化プラスチック材の各部の変形がほぼ均一とな
るよう繊維層を多層重畳して配列したことを特徴とす
る。
するため次の手段を講ずる。すなわち、本発明の超高圧
軽量タンクは、口金を持つとともにほぼ球面状に溶接形
成された気密性を持つ薄肉延性材料製ライナと、同ライ
ナ上に配され一体化された繊維強化プラスチック材とで
構成された超高圧軽量タンクにおいて、上記溶接の接合
線を上記口金から所定距離離間した位置に配置するとと
もに肉厚が同口金から同溶接線に向け漸次減少しかつ上
記繊維強化プラスチック材の各部の変形がほぼ均一とな
るよう繊維層を多層重畳して配列したことを特徴とす
る。
【０００６】本発明の他の超高圧軽量タンクは、球面状
のライナの外周面に、口金の軸を基準にライナの測地線
に沿って、繊維強化プラスチック材を口金から離れるに
従い肉厚が薄くなるよう順次多層に巻き、一体化して複
合材とし、上記繊維強化プラスチック材の各部での変位
が均一となるよう繊維の配列、肉厚分布を設定すること
を特徴とする。
のライナの外周面に、口金の軸を基準にライナの測地線
に沿って、繊維強化プラスチック材を口金から離れるに
従い肉厚が薄くなるよう順次多層に巻き、一体化して複
合材とし、上記繊維強化プラスチック材の各部での変位
が均一となるよう繊維の配列、肉厚分布を設定すること
を特徴とする。
【０００７】本発明の更に他の超高圧軽量タンクは、球
面状のライナの外周面に、口金に近い領域１では同一肉
厚とし、次の領域２では勾配１／４〜１／35とし、領域
３で勾配１／120 以下で外縁に向って漸減するよう順次
多層積層して各部の変形及び応力の流れを均一化するこ
とを特徴とする。
面状のライナの外周面に、口金に近い領域１では同一肉
厚とし、次の領域２では勾配１／４〜１／35とし、領域
３で勾配１／120 以下で外縁に向って漸減するよう順次
多層積層して各部の変形及び応力の流れを均一化するこ
とを特徴とする。
【０００８】本発明の更に他の超高圧軽量タンクは、前
記ライナはチタン合金であり、繊維強化プラスチック材
はカーボンファイバーインフォースドプラスチック材で
あることを特徴とする。
記ライナはチタン合金であり、繊維強化プラスチック材
はカーボンファイバーインフォースドプラスチック材で
あることを特徴とする。
【０００９】上記において、応力が集中する口金部のラ
イナの肉厚が口金から離れるにつれ漸次減少するので応
力の流れが均一化される。また応力の集中しやすい溶接
線部も口金から所定距離離れているので、集中度が軽減
される。
イナの肉厚が口金から離れるにつれ漸次減少するので応
力の流れが均一化される。また応力の集中しやすい溶接
線部も口金から所定距離離れているので、集中度が軽減
される。
【００１０】さらに複合材料となる繊維強化プラスチッ
クの繊維の配列が、各部の変形がほぼ均一となるように
配分されている。このため各部が均一に変形し、応力も
均一に配分される。以上のようにして、気密性を持ち、
かつ十分な強度を持つ複合材料により軽量化された超高
圧軽量タンクが得られる。
クの繊維の配列が、各部の変形がほぼ均一となるように
配分されている。このため各部が均一に変形し、応力も
均一に配分される。以上のようにして、気密性を持ち、
かつ十分な強度を持つ複合材料により軽量化された超高
圧軽量タンクが得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１ない
し図３により説明する。図１にて、ライナ２はチタン合
金製の球状体で、軸上Ｃの左右に口金１が配置される。
タンクの中心Ｏから口金１の軸ＣＬを結ぶ線を軸として
４°の頂角を持つ範囲を領域１、４°〜９°の頂角を持
つ範囲を領域２、９°〜90°の頂角を持つ範囲を領域３
とする。
し図３により説明する。図１にて、ライナ２はチタン合
金製の球状体で、軸上Ｃの左右に口金１が配置される。
タンクの中心Ｏから口金１の軸ＣＬを結ぶ線を軸として
４°の頂角を持つ範囲を領域１、４°〜９°の頂角を持
つ範囲を領域２、９°〜90°の頂角を持つ範囲を領域３
とする。
【００１２】口金１は領域１では同一肉厚として、領域
２では勾配１／４〜１／35で、口金１から離れるほど肉
厚が漸減する。さらに領域２の外縁Ａより20mm以上離れ
た縁Ｂで、次のライナ部材２と溶接される。さらに領域
３の外縁Ｃで、反対側のライナ部材と溶接される。ライ
ナ２の肉厚は、領域３で、勾配１／120 以下で外縁Ｃに
向って漸減する。勾配は図３に示すように、円弧の長さ
Ｌと内外縁での肉厚の差Δｔより、Δｔ／Ｌで定義す
る。
２では勾配１／４〜１／35で、口金１から離れるほど肉
厚が漸減する。さらに領域２の外縁Ａより20mm以上離れ
た縁Ｂで、次のライナ部材２と溶接される。さらに領域
３の外縁Ｃで、反対側のライナ部材と溶接される。ライ
ナ２の肉厚は、領域３で、勾配１／120 以下で外縁Ｃに
向って漸減する。勾配は図３に示すように、円弧の長さ
Ｌと内外縁での肉厚の差Δｔより、Δｔ／Ｌで定義す
る。
【００１３】ライナ２の外周面には、軸ＣＬを基準に、
図２に示すように、インプレーン巻（測地線に沿って巻
く）で、ＣＦＲＰ（カーボンファイバーインフォースド
プラスチック）を順次Ｎ層に巻き、一体化して複合材と
する。したがって、口金１の近くは積層数が少ないもの
の肉厚が厚くなる。一方口金１から離れるに従って各層
の肉厚は薄くなるが積層数は増加する。これらのことを
考慮して、各部での変位が均一になるように繊維の配
列、肉厚分布を設定する。
図２に示すように、インプレーン巻（測地線に沿って巻
く）で、ＣＦＲＰ（カーボンファイバーインフォースド
プラスチック）を順次Ｎ層に巻き、一体化して複合材と
する。したがって、口金１の近くは積層数が少ないもの
の肉厚が厚くなる。一方口金１から離れるに従って各層
の肉厚は薄くなるが積層数は増加する。これらのことを
考慮して、各部での変位が均一になるように繊維の配
列、肉厚分布を設定する。
【００１４】以上において、応力が集中する口金１部の
ライナ２の肉厚が、口金から離れるにつれ漸次減少する
ので、応力の流れが均一化される。また応力の集中しや
すい溶接線Ｂ部も口金１から所定距離離れているので、
集中度が軽減される。
ライナ２の肉厚が、口金から離れるにつれ漸次減少する
ので、応力の流れが均一化される。また応力の集中しや
すい溶接線Ｂ部も口金１から所定距離離れているので、
集中度が軽減される。
【００１５】さらに複合材料となるＣＦＲＰ５の繊維の
配列が、各部の変形がほぼ均一となるように配分されて
いる。このため各部が均一に変形し、応力も均一に配分
される。
配列が、各部の変形がほぼ均一となるように配分されて
いる。このため各部が均一に変形し、応力も均一に配分
される。
【００１６】以上のようにして、気密性を持ち、かつ十
分な強度を有するとともにライナ２とＣＦＲＰ５の複合
材料により従来のチタン合金製に比べ約40％軽量化され
た超高圧軽量タンクが得られた。
分な強度を有するとともにライナ２とＣＦＲＰ５の複合
材料により従来のチタン合金製に比べ約40％軽量化され
た超高圧軽量タンクが得られた。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によると、従
来のチタン合金製タンクと比べ大幅な軽量化が得られ
る。また気密性もライナにより十分保たれる。
来のチタン合金製タンクと比べ大幅な軽量化が得られ
る。また気密性もライナにより十分保たれる。
【図１】本発明の実施の一形態の断面図である。
【図２】同一形態の繊維の巻き方を示した図である。
【図３】同一形態の説明図である。
【図４】従来例の断面図である。
１ 口金 ２ ライナ ５ ＣＦＲＰ ６ チタン合金 ７ 固定金具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 久人 長崎県長崎市深堀町５丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 外山 幸文 山口県下関市彦島江の浦町６丁目16番１号 三菱重工業株式会社下関造船所内
Claims (4)
- 【請求項１】 口金を持つとともにほぼ球面状に溶接形
成された気密性を持つ薄肉延性材料製ライナと、同ライ
ナ上に配され一体化された繊維強化プラスチック材とで
構成された超高圧軽量タンクにおいて、 上記溶接の接合線を上記口金から所定距離離間した位置
に配置するとともに肉厚が同口金から同溶接線に向け漸
次減少しかつ上記繊維強化プラスチック材の各部の変形
がほぼ均一となるよう繊維層を多層重畳して配列したこ
とを特徴とする超高圧軽量タンク。 - 【請求項２】 前記球面状のライナの外周面に、口金の
軸を基準にライナの測地線に沿って、繊維強化プラスチ
ック材を口金から離れるに従い肉厚が薄くなるよう順次
多層に巻き、一体化して複合材とし、上記繊維強化プラ
スチック材の各部での変位が均一となるよう繊維の配
列、肉厚分布を設定することを特徴とする請求項１記載
の超高圧軽量タンク。 - 【請求項３】 前記球面状のライナの外周面に、口金に
近い領域１では同一肉厚とし、次の領域２では勾配１／
４〜１／35とし、領域３で勾配１／120 以下で外縁に向
って漸減するよう順次多層積層して各部の変形及び応力
の流れを均一化することを特徴とする請求項１記載の超
高圧軽量タンク。 - 【請求項４】 前記ライナはチタン合金であり、前記繊
維強化プラスチック材はカーボンファイバーインフォー
スドプラスチック材である請求項１記載の超高圧軽量タ
ンク。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08102586A JP3089394B2 (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 超高圧軽量球形タンク |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08102586A JP3089394B2 (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 超高圧軽量球形タンク |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09292026A true JPH09292026A (ja) | 1997-11-11 |
| JP3089394B2 JP3089394B2 (ja) | 2000-09-18 |
Family
ID=14331344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08102586A Expired - Lifetime JP3089394B2 (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 超高圧軽量球形タンク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3089394B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007152614A (ja) * | 2005-12-01 | 2007-06-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | テープ貼付経路設定方法及びプログラム並びにテープ貼付装置 |
| JP2015027873A (ja) * | 2013-07-30 | 2015-02-12 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅＢｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | 球形複合材圧力隔壁用の自然経路ティアストラップ及び補剛材 |
| JP2016519741A (ja) * | 2013-03-15 | 2016-07-07 | ハダル， インコーポレイテッド | 圧力容器を製造するためのシステムおよび方法 |
-
1996
- 1996-04-24 JP JP08102586A patent/JP3089394B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007152614A (ja) * | 2005-12-01 | 2007-06-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | テープ貼付経路設定方法及びプログラム並びにテープ貼付装置 |
| JP4592573B2 (ja) * | 2005-12-01 | 2010-12-01 | 三菱重工業株式会社 | テープ貼付経路設定方法及びプログラム並びにテープ貼付装置 |
| JP2016519741A (ja) * | 2013-03-15 | 2016-07-07 | ハダル， インコーポレイテッド | 圧力容器を製造するためのシステムおよび方法 |
| JP2015027873A (ja) * | 2013-07-30 | 2015-02-12 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅＢｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | 球形複合材圧力隔壁用の自然経路ティアストラップ及び補剛材 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3089394B2 (ja) | 2000-09-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000620 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |