JPH11281299A

JPH11281299A - 高速飛翔体

Info

Publication number: JPH11281299A
Application number: JP10085940A
Authority: JP
Inventors: Minoru Oda; 稔織田; Katsuhiro Yamazaki; 勝広山▲崎▼
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-15
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JP3856177B2

Abstract

(57)【要約】【目的】砲弾等の高速飛翔体を利用して、目標地点にお
ける迅速で且つ正確な情報を長時間にわたって得られる
高速飛翔体を提供する。【構成】砲弾等の高速飛翔体(1) の高速飛翔中に、同高
速飛翔体(1) に内蔵される少なくとも折り畳まれて収納
された気球(22)と、同気球(22)を膨張させる軽ガスの発
生源(50)と、同気球(22)の膨張時期等を制御する制御部
とを有するぺイロードを、目標地点で分離放出すると共
に、前記気球(22)を前記軽ガス発生源(5) から自動的に
放出して膨張させて空中に浮遊或いは飛行させ、その浮
遊中に気球(22)に連結されたセンサ部(40)に搭載された
各種の探査機器をもって、周辺の情報を送受信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自然災害による状
況探査や、保安・防衛などの軍事分野、とりわけ偵察、
早期警戒に有効な探査機器を備えた、例えば砲弾などの
高速飛翔体に関し、高速飛翔体を目標地域の上空まで飛
翔させ、同飛翔体から空中浮遊体を放出して、同浮遊体
によりその地域の状況を探査することを可能にした高速
飛翔体に関する。

【０００２】

【従来の技術】山火事や震災などの自然災害の発生時に
は、それらの状況を早期に把握すると共に、時々刻々と
変化する状況を常時把握しておく必要がある。従来も、
小型のヘリコプターなどによりそれらの状況を把握して
いるが、一刻も早く、それらの状況を知ることは、多く
の人命などに係わる場合には、特に重要である。

【０００３】また、軍事面から見ると、広域かつ大規模
な戦闘においては、多様な種類の軍事車両などが投入さ
れるため、軍事衛星、航空機等により情報を得ることも
可能であるが、極く限られた局地戦、とりわけ砲兵部隊
単位での野戦において、対峙する部隊の動向を監視する
ことは極めて多くの困難を伴う。このため、通常ＦＯと
呼ばれる偵察部隊による監視活動が行われている。しか
し、近年の部隊は高機動力化されており、正確な情報を
得ることは非常に困難になりつつある。また火砲陣地が
発見された場合には直ちに攻撃・撃破される危険性があ
るため、野戦部隊は数１０キロメートル前方の対峙する
部隊の動静、情報をいち早く入手し、しかるべき戦術を
取る必要があり、そのために如何に早く正確な情報を得
られるかが、戦況を大きく左右する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のような自然災害
や局地戦を想定して、迅速で且つ正確な情報を入手する
ため、様々な情報の入手手段が開発されている。例え
ば、無人飛行機や無人ヘリコプター等による情報入手手
段がある。これらは無人機に画像データを送信するシス
テムを組み合わせたものであるが、数１０キロメートル
前方まで飛翔させる能力を付与することは装置が大掛か
りになり実現は難しい。また、それらの機器を数１０キ
ロメートル前方まで搬送して飛翔させるには迅速性の確
保が難しいという間題点がある。

【０００５】一方、情報の入手の迅速性を確保するた
め、砲弾内部に画像データを取り込むシステムとデータ
の送信器を内蔵し、飛翔しながら取得した画像データを
送信する観測砲弾も検討されている。しかし、砲弾は毎
秒数１００回転しながら安定性を確保しているため、正
確な観測を実現するためには種々の技術課題があると言
われている。また、砲弾は秒速が数１００メートルで飛
翔するため、観測時間が極めて短いという問題点もあ
る。

【０００６】最も実現性あるシステムとしては、砲弾内
に画像データを取り込むシステムとデータ送信機を内蔵
し、所定の高度で砲弾弾底部から放出してパラシュート
により落下させながらデータを送信するシステムがあ
る。迅速で且つほぼ正確な情報が得られる利点がある反
面、パラシュートの落下時間内しか情報が得られないと
いう問題点がある。

【０００７】本発明は上記従来技術の課題に鑑み、その
具体的な目的は砲弾等の高速飛翔体を利用して、目標地
点における迅速で且つ正確な情報を長時間にわたって得
られる高速飛翔体を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者等は上
述のごとき従来の課題を踏まえて、多角的な検討を加え
た結果、空中に長時間滞留させる手段として気球を使う
ことが有効であることに着眼した。通常、気球にはヘリ
ウムガスが使用されている。これは不活性であり、しか
も単分子の元素からなり、しかも分子量が小さく、同一
容積内の気球のペイロードを大きく設計できる利点があ
る。このため、民生用途、とりわけ商業宣伝分野におい
て多用されている。

【０００９】しかし、ヘリウムガスを減容する手段とし
ては、液体ヘリウムとする以外に方法がなく、これを液
体ガスボンベに収容して搬送する必要がある。しかも、
液体ヘリウムは絶対零度近くの温度まで冷却する必要が
あり、そのためには大掛かりな装置が必要である。従っ
て、小型砲弾等の限られたスペース内に軽ガス発生源を
設け、飛翔中に気球に軽ガスを供給する利用分野におい
ては、液体ヘリウムは事実上利用することは困難であ
る。

【００１０】一方、ヘリウムガスを高圧に保持する方法
にあって、例えば３立方メートルのヘリウムガスを３リ
ットルに圧縮すると１０００気圧となり、この圧力を保
持する客器としてアルミニウム合金（Ａ７０７５ＴＥ−
Ｔ６２耐力５００N/mm²）を用いた場合、容器外形を
１４０ミリメートル、安全率を２倍として、肉厚２７．
５ミリメートルが必要となる。従って、容器の内径は８
５ミリメートルとなり、３リットルの容積を実現するた
めには最低でも長さ５３センチメートルが必要である。
このサイズは通常のりゅう弾砲内に収納可能ではある
が、他のペイロードを収納するスペースが確保できない
ことが判明した。

【００１１】このヘリウムガスに変わる気体としては水
素ガスがある。水素ガスはヘリウムガスに比べて爆発等
の危険性は高いが、かって飛行船等にも用いられた実績
を持つ。しかも、近年、水素吸蔵合金と呼ばれる金属水
素化物の形で水素が様々な分野において採用されてお
り、例えば、ヒートポンプ、燃料電池、ニッケル水素電
池などの分野で盛んに利用されつつある。この水素吸蔵
合金は単位体積当たり液体水素と同等以上の水素を貯蔵
できる能力があり、水素の吸蔵放出の平衡圧力・温度も
合金の組成を適宜選択することにより、ある程度自由に
調整できる。かかる理由から、この水素吸蔵合金を採用
することが最も有利であると考えた。勿論、砲弾等の高
速飛翔体のスペース内に収容が可能であるなら、前述の
液体ヘリウムガスを採用することもできる。

【００１２】すなわち、本発明は砲弾等の高速飛翔体の
限られたスペース内に軽ガス発生源を設けると共に、折
り畳まれた気球を収納し、更には時限起爆装置や多様な
観測機器等を作動制御するための制御部を内蔵させる可
能性について鋭意検討し、本発明に到達したものであ
る。

【００１３】本件の請求項１に係る発明は、砲弾等の高
速飛翔体がぺイロードを分離放出する機構を有し、前
記ぺイロードは、少なくとも折り畳まれて収納された気
球と、同気球を膨張させる軽ガスの発生源と、同気球の
膨張時期等を制御する制御部とを有してなることを特徴
としている。以下に、高速飛翔体に収容する前記ペイロ
ードの各構成要素に対する検討結果を示す。

【００１４】１．「ガス発生源」としての水素吸蔵合金
を用いた水素発生装置一般的な水素吸蔵合金を用いて、１５０リットル (Ｈ₂)
／Ｋｇ（合金）の水素吸蔵が可能である。いま、３立方
メートルの水素ガスを発生させるためには約２０Ｋｇの
水素吸蔵合金が必要となる。同合金の比重は８程度なの
で、合金容積は２．５リットルと見積もられる。内径１
４０ミリメートルの砲弾内に厚み５ミリメートルの容器
を設けて合金を収納させる場合、長さ１９センチ程度の
容積が必要となる。この寸法は、前述のヘリウムガスボ
ンベの長さに比べて約１／３程度である。

【００１５】このような寸法であれば、砲弾内に収納す
るスペースの間題は解消されるため、水素発生源として
水素吸蔵合金を用いる場合、水素を放出させるための熱
源を如何に確保するかが、次の課題となる。通常の水素
吸蔵合金は水素を放出させるために水素１モル当たり７
Ｋｃａ１程度の熱量が必要であると言われている。標準
状態の水素ガス３立方メートル（＝１３４モル）では、
９４０Ｋｃａｌの熱量となる。

【００１６】そこで、本発明にあっては、請求項７に記
載したとおり、前記軽ガスの発生源として水素吸蔵合金
を採用する。この水素吸蔵合金としては、請求項８に挙
げたように、チタンマンガン系、チタン鉄系、マグネシ
ウムニッケル系、カルシウムニッケル系、ランタンニッ
ケル系、ミッシュメタルニッケル系、ランタンリッチミ
ッシュメタルニッケル系から選ばれた合金からなる、請
求項９に係る発明は、前記水素吸蔵合金の加熱源とし
て、酸化還元反応による反応熱を利用することを規定し
ている。すなわち、水素吸蔵合金から水素を放出させる
に必要な熱量を確保するために酸化還元反応による反応
熱を用いることが最良の選択である。一般に酸化還元反
応は大きな反応熱が得られる反面、酸化剤と還元剤が共
存するため貯蔵安定性に問題があり、また、反応が急激
すぎて制御が難しい場合が多い。そこで、請求項１０に
係る発明では、前記水素吸蔵合金と酸化剤とが金属板か
らなる隔壁を介して分離されるように構成して、前記水
素吸蔵合金と酸化剤との接触が阻止する。

【００１７】また、酸化還元反応は、反応に伴って低沸
点成分（炭酸ガスなどの気体や水）を発生する反応系、
反応を開始するためにマグネシウムと酸素が必要な反応
系などがほとんどである。その中で着目した反応系は、
過塩素酸塩と金属粉末の反応系である。とりわけ過塩素
酸カリウムと鉄の組合せにおいて、第３成分として塩化
カリウムを添加した反応系は、貯蔵安定性に優れ、過激
な反応を第３成分として添加した塩化カリウムにより、
より穏やかな反応にできる利点がある。純粋な鉄と過塩
素酸カリウムの組合せでは鉄１モル当たり２００Ｋｃａ
１に近い反応熱が得られる点も魅力的である。

【００１８】２．高速飛翔体からのペイロード放出機構砲弾等の高速飛翔体に内蔵したペイロードを、同飛翔体
から放出する方法は近年開発されたカーゴ弾の機構があ
る。本機構は砲弾先頭部に取り付けられた信管部に時限
機構を設け、発射するときの加速度により時限機構が作
動し、発射時に砲身内に設けられたライフルにより砲弾
が高速回転して、信管内のセーフ／アーム切替機構をア
ーム状態にロックし、所定時間に達すると信管内の起爆
機構が電気的に発火し、伝爆機構を伝わり、メインの火
薬を爆発させて弾底部を破壊してペイロードを放出する
機構である。本発明の気球放出機構に対しても同様な機
構が採用できる。

【００１９】３．放出後の減速機構砲弾の飛翔時の速度は、通常、数百メートル／秒であ
る。これを減速させる方法としては、ロケットモータの
使用、パラシュート等の使用などが考えられるが、出来
るだけ容積を占めないためには、後者の方が有利であ
る。しかし、砲弾は飛翔を安定させるために、通常、高
速でスピンしている。そのため、放出されるペイロード
も同様のスピン運動を続けるため、通常の落下傘をロー
プ等で固定した方式ではロープによじれが発生し、落下
傘が開傘しないと考えられる。請求項２に係る発明は、
放出直後の前記気球が落下傘形態を有しており、軽ガス
が供給されたのちには膨張して気球形態となる。

【００２０】また、請求項３に係る発明は、更に減速を
確実にするため、前記ペイロードは補助傘を有してお
り、その好ましい形態はＲＡＩＤ傘形態であり、ペイロ
ードの放出と同時に前記補助傘が開傘する。更に、請求
項４に係る発明では、前記ペイロードが高スピン状態を
減スピンさせるための抵抗翼を有すると共に、同抵抗翼
を開翼する機構を有していることを規定している。そし
て、請求項１１に係る発明にあっては、前記ペイロード
が所定の落下速度とスピン数に達した後、前記気球を放
出するように制御する。

【００２１】なお、一部の砲弾には飛翔を安定させるた
め、安定翼を持つものがある。これらは火砲から放出直
後もしくは飛翔中に安定翼を開翼し、砲弾自身のスピン
を積極的に止め、もしくはスロースピン状態で飛翔し続
ける。また、ロケットモータで推進するミサイルも安定
翼により飛翔の安定性を得ている。これらの高速飛翔体
に対しては前述のごとく落下傘及びロープのよじれ現象
は起こりにくいと考えられるが、音速を越える高速で飛
翔している状態で落下傘形状の減速機構を作動させるこ
とは、落下傘、ロープ等の強度的な制約が発生する可能
性が高い。このため、減速機構を２段で作動させるため
に、第一段目の減速機構としてＲＡＩＤ傘を開傘する方
式を採用して、第２段で放出直後は落下傘形態をもつ気
球をもって減速を確実にする。

【００２２】請求項１３に係る発明は、気球に対する水
素ガスの供給時期を規定しており、前記気球と軽ガス発
生源とのスピン数が同期した後、前記水素吸蔵合金から
水素が気球に供給されるものであり、請求項１４に係る
発明によれば、所定の水素ガスが気球に供給された後、
軽ガス発生源を切り離す機構と、前記軽ガス発生源の切
り離し後に、気球のガス導入部を密封する機構とを有し
ている。そして、これらの作動タイミングは、上記制御
部に設置されるタイマーや送受信器への外部からの送信
などにより決められる。更に、探査範囲を拡大するため
に、請求項１６に係る発明では、前記気球が高度方向及
び／又は水平方向の移動手段を有している。

【００２３】４．放出後の減スピン機構通常スピン数を減じる方法としては抵抗翼が考えられ
る。円周等配に配置した複数枚の抵抗翼を飛翔中に開翼
する。開翼方式としては、蝶番式に取り付けられた抵抗
翼が遠心力の作用により開翼する方式、ボルト等で取り
付けられていた固定ピンを火薬力により吹き飛ばし、遠
心力の作用により開翼する方式など種々の方式がある。
これらの技術をペイロード部に適用して、ペイロードの
減スピンを可能にする。

【００２４】なお、前述の安定翼を持つ砲弾等において
は、砲弾自身が十分に減スピンしている場合、放出後の
減スピン機構は必ずしも必要ないことは明らかである。
通常、放出後の減スピン機構が必要なスピン数は数１０
回転／秒以上であると考えられる。

【００２５】５．クラッチブレーキ機構上記技術を組み合わせて、放出後のペイロードの速度と
スピン数とを減少させた後には、ペイロードの速度が数
１０メートル／秒、スピン数が数１０回転／秒となる。
この状態で気球の放出を行うと、ガスを導入する導入部
のよじれが発生し、本発明の実現化が難しい。このた
め、気球をパラシュート状に放出し、先ず十分な減速を
行う必要がある。一方、マスの大きな水素発生装置側は
回転運動を持続するようとし、気球部は空気抵抗を受け
て徐々に回転数を減ずる方向に向かう。このためペイロ
ードを２つのパートに分割し、それぞれのパート間に回
転数を同期する機構を挿入する必要がある。

【００２６】請求項１２に係る発明は、前記気球の放出
後、気球と軽ガス発生源とのスピン数を同期させるため
のクラッチブレーキ機構を有していることを規定してい
る。すなわち、気球と軽ガス発生源とのスピン数を同期
させるための最も単純で且つ確実に機能する機構とし
て、クラッチブレーキ機構を採用することが最良と判断
した。このクラッチ機能により、気球部放出後、さらな
る減速と減スピンを行い、砲弾から放出後１０秒程度
で、ペイロードの速度が約１０メートル／秒、数回転／
秒のスピン数が実現できる。

【００２７】請求項４に係る発明は、前記ペイロード
は、更に各種の探査手段を有しており、前記探査手段と
しては、全方位測位装置、撮影装置、情報処理装置、送
受信装置、中継装置から選ばれた１種類以上の装置から
なることを請求項５により規定している。更に、請求項
６に係る発明では、前記ペイロードが、更に各種の薬剤
散布手段を有しており、例えば山火事などの発生時に、
前記探査手段によりその火災の状況とかを把握する共
に、消化剤を上空から散布して、消火始動の迅速化を図
る。

【００２８】

【発明の実施形態】以下、本発明の好適な実施の形態を
添付図面を参照しつつ具体的に述べる。図１は本発明の
高速飛翔体の内部構造を模式的に示しており、同図によ
れば高速飛翔体として砲弾１を利用しており、因みにそ
の弾殻の全長が８００ミリメートル、弾頭１ａ以外の空
洞部分１ｂの外径は１５５ミリメートル、同空洞部分１
ｂの空洞長さは６００ミリメートルである。

【００２９】図示例による本発明に係る高速飛翔体は、
同図に示すように補助傘部１０、気球部２０、クラッチ
ブレーキ部３０、センサ部４０並びに水素発生源５０
が、前記弾殻１の空洞部分１ｂにその弾底から弾頭に向
けて順次配されている。前記センサ部４０は図示せぬ制
御部を含んでいる。次に、本発明の第１実施例に係る高
速飛翔体の細部について具体的に説明する。

【００３０】「補助傘部１０」補助傘部１０は、図１に
模式的に示すように気球部２０に連結されており、その
形態は図２に示すように開傘したときに底部開口が狭く
て天井部が広い逆円錐台形状となる内部が空洞な強靱な
織布からなり、その逆円錐台部分１１の周面に底部が開
いた３角巾様のヒレ体１２が円周方向に複数取り付けら
れ、そのヒレ体１２の内部対応する前記逆円錐台部分１
１には空気取入口１１ａが形成されている。いま補助傘
部１０が砲弾１から放出されると同時に同補助傘１０ａ
が開き、前記ヒレ体１２から前記空気取入口１１ａから
空気を取り込み、同補助傘１０ａの膨張形態を維持し
て、急速に落下速度を低下させる。

【００３１】補助傘１０ａの材質は機械的強度に優れた
ポリエステル系の織布が用いられる前述の形態を得るた
め、布地の合わせ部を縫合し、空気の透過性を減ずるた
め、合成樹脂を塗布する。開傘時の大きさは、直径約７
００ミリメートルである。なお、補助傘１０ａの大きさ
は、砲弾のサイズやペイロードの重量等により、適宜決
定される。

【００３２】ペイロードは、砲弾１が所望の高度及び所
望の距離に達すると、時限信管機構により放出薬を発火
させ、砲弾底部から放出される。放出されたペイロード
は放出された加速度によりセンサ部４０に内蔵された時
限信管機構が計時を開始し、以下すべての動作は時限機
構により時間制御される。

【００３３】補助傘１０ａには補助傘用カバー１０ｂが
被着されており、同カバー１０ｂは、図３に示すように
同カバー１０ｂと気球部２０とを接続しているボルト１
３、同ボルト１３をロックしているロックピン１４によ
り固定されており、同ロックピン１４を火薬力等により
破壊することにより、固定ボルト１３とボルト孔に配置
された圧縮バネ１５の復元力により吹き飛ばされる。前
記火薬力の起動は、周辺の条件に基づき様々に制御で
き、前記ロックピン１４を破壊する時期は任意に調節す
ることが可能である。ペイロードの放出後、直ちに補助
傘カバー１０ｂが吹き飛ばされ、補助傘１０ａが開傘す
ると同時に、気球部２０のケース外周面に数箇所配置さ
れた抵抗翼２１ａが開翼する。本実施例では４個の抵抗
翼２１ａが配設されている。

【００３４】「気球部２０」図１に示すように、気球部
２０は、円筒状の気球収納ケース２１と、その外周面の
周方向に等配されて取り付けられる抵抗翼２１ａと、前
記ケース２１に折り畳まれた状態で収納された気球２２
とからなり、前記気球２２のガス導入部２２ａが上記軽
ガス発生源５０のガス放出部５１ａと連結されている。

【００３５】前記気球２２の材質には上記補助傘１０ａ
と同様に機械的強度に優れたポリエステル系の織布が用
いられる。ポリエステル織布だけでは気体の透過性がか
なり高いので、通常、ハングライダー、パラシュート等
で行われている目止め処理がなされる。その目止め処理
材にはウレタン等が用いられている。なお、ポリエステ
ル織布の重量は３５ｇ／ｍ²を用いた。

【００３６】気球２２の大きさは、搭載するセンサ部４
０の重量や体積により、増減することは当然である。い
ま、３ｋｇ重のセンサ部４０を搭載する場合、気球２２
の半径は球状の場合に約９００ミリメートルであるが、
前述のごとく気球２２の放出時にはパラシュート形状の
ままで放出する必要があるため、半径約１１５０ミリメ
ートルの半球状をなしており、そのセンサ部側に軽ガス
を導入する導入部２２ａが付属されている（図１）。こ
のガス導入部２２ａは、図４及び図５に示すようにトラ
ンペット状の形態をなしており、先端径が約５０ミリメ
ートルである。

【００３７】この気球２２は、水素ガスが導入されて膨
張が完了するまでは水素発生源５０とジョイントしてお
り、砲弾１から放出されて補助傘１０ａがペイロードか
ら切り離された直後には、図４に示すようにパラシュー
ト形態を保持し、水素ガスが導入されると、図５に示す
ように膨張した完全な気球形態となる。

【００３８】「抵抗翼２１ａ」本実施例による気球部２
０のケース２１の外周部に等配された抵抗翼２１ａは、
遠心力の作用で開翼する方式を採用している。すなわ
ち、図１に略示するように前記ケース２１の外周面から
突出する支持部と同支持部に抵抗翼２１ａの一端が回動
自在にピン支持され、ケース２１のスピンにより遠心力
で開翼する。しかして、この抵抗翼２１ａは上記補助傘
カバー１０ｂと同様に、一定時間を折り畳まれた状態で
飛翔し、その後所望の時間で自動的に開翼する方式を取
ることも可能である。

【００３９】抵抗翼２１ａの材質は、軽量なアルミニウ
ム合金の他に、ＳＵＳ、高張力鋼など種々な金属を挙げ
ることができる。発射諸元（砲弾の速度、スピン数の影
響）、ペイロードの重量等から強度計算し、これらの材
料から適切な材料を選定する。

【００４０】「クラッチブレーキ機構部３０」図６は気
球部２０、クラッチブレーキ機構部３０及びセンサ部４
０の構造を模式的に示している。クラッチブレーキ３１
は、同図に示すように中心部に気球部２０の上記ガス導
入部２２ａが貫挿され、その外周部に気球部２０と一体
化されたフランジ付きの円筒状ハウジング３２と、前記
センサ部４０の中央を貫通し、前記ハウジング３２の円
筒部３２ａに外嵌されたフランジ付きの円筒部材３３
と、前記ハウジング３２のフランジ部３２ｂ及び前記円
筒部材３３のフランジ部３３ｂの間にあって、前記フラ
ンジ部３２ｂの裏面側に配された皿バネ３４と、同皿バ
ネ３４及び前記円筒部材３３のフランジ部３３ｂの間に
配された第１摺接摩擦板３５と、前記フランジ部３３ｂ
及び前記センサ部４０の間に配された第２摺接摩擦板３
６とから構成される。

【００４１】前記皿バネ３４により前記第１摺接摩擦板
３５を前記円筒部材３３のフランジ部３３ｂ及び第２摺
接摩擦板３６を介して前記センサ部４０に常に強く押し
付けている。前記ハウジング３１に外嵌された円筒部材
３３は水素発生源５０の水素ガス放出部５１と接続され
ている。第１及び第２摺接摩擦板３５，３６は同一材料
からなり、通常、乾式クラッチで採用される各種の摺動
材料が用いられる。本実施例ではＬＢＣ（鉛青銅）を用
いている。

【００４２】「水素発生源５０」図７は水素発生源５０
である水素発生装置を模式的に示している。同図によれ
ば、円筒状密閉タンクからなる外容器５１に収容された
発熱剤層５２と水素吸蔵合金層５３とが多重円筒状に交
互に配され、発熱剤層には選択した鉄／過塩素酸カリウ
ム／塩化カリウムの組合せからなる発熱剤が充填されて
おり、前記水素吸蔵合金層５２には水素吸蔵合金が充填
されている。そして、前記発熱剤層５２と水素吸蔵合金
層５３とは金属隔壁５４をもって完全に隔絶されてい
る。水素吸蔵合金層５３の厚さと発熱剤層５２の厚さ、
及び両者の位置関係は、熱収支から最適になるように工
夫されている。

【００４３】前記外容器５１にはＳＵＳ３０４が使わ
れ、隔壁５４にはＳＵＳ３１６が使われている。勿論、
他の適当な材質を選択することもできる。外容器５１の
外径を１４０ミリメートル、内径を１３０ミリメート
ル、長さを２９０ミリメートルとして計算した結果、発
熱剤の重量は約３．２Ｋｇ、水素吸蔵合金は２１．２Ｋ
ｇが収納可能である。このときの水素ガスの発生量は
３．２立方メートルを確保でき、発生熱量は約３Ｍｃａ
１となる。この熱量は水素吸蔵合金の水素放出時の吸熱
反応熱（９４０Ｋｃａ１）を補い、さらにケーシング等
の金属部材を３００℃以上に加熱するのに十分な発熱量
である。

【００４４】本実施例によれば、発熱剤及び水素吸蔵合
金からなる水素発生源５０は、外径１４０ミリメート
ル、内径１３０ミリメートルの外容器５１内に上述のご
とく収納されており、そのガス放出部５１ａはセンサ部
４０を貫通して延びる上記ガス導入用の円筒部材３３を
介して気球２２に接続されている。

【００４５】既述したように、砲弾からペイロード部が
放出され、１０秒程度を経過した時点で気球部２０と水
素発生装置５０のスピン数が同期する。この時点で発熱
剤層５２の発熱が始まり、水素吸蔵金属層５３から水素
ガスの放出が開始される。図示せぬ着火パッドの中心部
に着火することにより発熱は同心円状に配された多重層
の中心部側から開始する。着火後の１秒以内に３００℃
以上まで加熱が進行する。

【００４６】着火後、約３分経過した時点で、水素発生
装置５０のガス放出部５１ａと上記円筒部材３３とのジ
ョイント部の接合を火薬力により吹き飛ばし、重量のあ
る水素発生装置の切り離しを行う。なお、ジョイント部
の構造は、図８に示すように、円筒部材３３の水素発生
装置側の端部にフランジ３３ｃを形成すると共に、同フ
ランジ３３ｃを前記水素ガス放出部５１ａの端部フラン
ジ５１ａ′に突き合わせ、これを蝶番構造を持つカバー
５４で固定している。カバー５４を固定している火薬入
りボルト５５を火薬力で除去することにより、前記円筒
部材３３と前記ガス放出部５１ａとを容易に切り離すこ
とができる。この切り離し後に、ジョイント部に内蔵さ
れたバルブ機構が自動的に管路を密封し、ガスの流出を
防止する。

【００４７】図９及び図１０は、前記バルブ機構の例を
示している。図９に示すバルブ機構によれば、前記円筒
部材３３の内部にピン３７を径方向に回転自在に支持さ
せており、そのピン３７には円筒部材３３の内径を有す
る円板３８が一体に固着されている。また、前記円板３
８が前記ピン３４を中心として回転するとき、その回転
角が制限される。そのため、前記円筒部材３３の内壁面
には、その円周方向に延びるリング状又は円弧状のスト
ッパ３９が突設されている。前記円板３８が回転してい
ない状態にあるときは、同円板３８の板面は軸線方向に
平行に向けられており、前記円筒部材３３と前記ガス放
出部５１ａとが切り離されると、例えば前記円板３８に
偏心して一端を固着したワイヤなどにより引っ張られ
て、円板３８を回転させて、円筒部材３３の管路を閉塞
する。この閉塞姿勢にある円板３８の姿勢を維持させる
ために、同円板３８に前記ストッパ３９と係合する係合
手段を取り付けておくことも可能である。図１０に示す
バルブ機構は、前記円筒部材３３の管路中にチェック弁
３８′を介装するものである。

【００４８】「センサ部４０」センサ部４０には、本発
明でいう各種の「探査手段」を搭載している。この探査
手段としては、情報の伝達を主目的とするＣＣＤカメ
ラ、画像処理装置、送受信装置、中継装置、全方位測位
器、各種の情報処理装置、制御部等がコンパクトに治め
られており、その探査の目的に応じて、前記各種の機器
を単独に或いはそれらの機器のうち必要なものを組み合
わせて搭載すればよい。また、前記制御部は各種のデー
タ処理を行うとともに、それらの処理結果に基づき前記
機器類やペイロードの作動装置に作動信号を送る。

【００４９】上述のような装置、構成部材を組合せ、一
連の手順に従って空気中を高速で飛翔する飛翔体には多
様な探査機能を期待できる。すなわち、飛翔体を目標地
に高速で飛翔させ、所定の時間を経過したのち同飛翔体
からペイロードを放出させると同時に補助傘１０ａを開
傘させ、ペイロードを所定の減速と減スピンを達成させ
たのちに、気球２０に水素ガスを送り込み膨張させて、
空中を浮遊させる。このとき、例えば地上の観測用飛翔
体であれば、センサ部４０に内蔵された可視ＣＣＤカメ
ラ或いはＩＲカメラなどにより地上の画像データを取得
して、これを所定の観測本部に送信する。また、飛翔体
が各種データの中継用であれば、前記センサ部４０に内
蔵する送受信装置や情報処理装置によって、地上或いは
海上に設置され或いは散布されたた各種センサからの受
信情報を中継し、或いは空中を浮遊する気球２２に連設
されたセンサ部４０が取得する各種情報を所定の基地に
直接伝達する。

【００５０】更には、上記センサ部４０を介して伝達さ
れた情報により、地上に散布及び／または設置されたセ
ンサを活性化させて、光、音、ミリ波など所定の応答信
号を発するようにさせることもできる。また、飛行機、
ヘリコプター、気球など空中飛翔体及び／又は浮遊体か
らの情報を受信し、遠方の情報処理装置に情報を伝達す
ることができ、またその逆も可能である。

【００５１】次に、本発明の他の実施例について簡単に
説明する。図１１は、本発明による高速飛翔体の他の実
施例を示している。この実施例にあって、前記実施例と
異なる主な点は、砲弾１の外周部に４枚の安定翼２を有
する点である。

【００５２】弾頭先端部にある信管３の時限機構の働き
により、火砲から放出された後、所定時間の経過後に安
定翼２が火薬力の作用により開翼し、主に砲弾１のスピ
ン数のみが減少する。本実施例の場合、飛翔距離１５キ
ロメートルで開翼させた。開翼時の高度はおよそ５．８
キロメートル、このときの砲弾の飛翔速度は毎秒２９０
メートル、スピン数は毎秒２００回転である。

【００５３】砲弾１のスピン数は単調に減少し、飛翔距
離約１８キロメートルでスピン数は１０数回転にまで低
下する。このときの砲弾の速度は毎秒約３００メート
ル、高度は約３０００メートルである。この時点で内蔵
したペイロードの放出を行った。

【００５４】「補助傘部１０」補助傘１０ａは前記実施
例と同様の材質、形状、大きさのものを用いた。この補
助傘１０ａにぶら下がる気球部２０、センサ部４０、水
素発生装置５０の重量は約４０Ｋｇであって、空気抵抗
係数を１．１２６とすると、最終的こ毎秒４０メートル
弱まで減速される。

【００５５】「抵抗翼２１ａ」スピン数をより減じるた
めの抵抗翼２１ａは、本実施例の上記安定翼２を有した
砲弾であって、しかも十分に減スピンした状態で気球部
２０の放出を行う場合には必ずしも必要としない。この
程度の回転数に対しては、次に作動するクラッチブレー
キ機構により、十分対処できるためである。

【００５６】「気球部２０」気球部２０の材質、形状、
大きさは、上記実施例と同一のものを使用した。半径約
１１５０ミリメートルの半球状の気球が受け持つ重量は
約４０Ｋｇであるので、空気抵抗係数を１．１２６と仮
定すると、最終的に毎秒１２メートル程度まで減速され
る。このときの高度は約２千数百メートルである。

【００５７】「クラッチブレーキ機構部３０」上記実施
例と同じ構造、寸法のものを採用した。重量のある水素
発生装置５０のスピン数が気球部２０と同じ回転数に低
下するまでの時間は約２秒である。

【００５８】「水素発生装置５０」水素発生装置も前記
実施例と同様の外径１４０ミリメートル、内径１３０ミ
リメートルの円筒状の金属ケース入りのものを使用し
た。水素吸蔵合金はランタンニッケルアルミニウムを主
成分とするＡＢ５型合金で、水素吸蔵量は１５０リット
ル／合金Ｋｇである。また、発熱剤は鉄／過塩素酸カリ
ウム系で第３成分として塩化カリウムを混合したもので
ある。組成は鉄１．０５、過塩素酸カリウム１．００、
塩化カリウム１．０のモル比であり、反応は過塩素酸カ
リウムの量で律速するように工夫されている。なお、水
素吸蔵合金は本実施例以外にも多数の種類があり、上記
材料に限定したものではない。同様に発熱剤の好ましい
組合せは、本実施例以外にも多数あり、上記成分や組成
に限定するものではない。

【００５９】水素発生装置の一方の端には発熱剤を活性
化する（着火する）ための電気式発火装置が設けられて
おり、約１アンペアの電流を加えることにより、内部の
ピエゾ素子が発熱し発火させる構造を採用している。

【００６０】着火後、約３分が経過すると、水素発生装
置５０と気球部２０の中間に設けられ、既述した構造を
有するジョイント部の接合を火薬力により吹き飛ばし、
重量のある水素発生装置５０の切り離しを行う。なお、
切り離し後の円筒部材３３の管路は同円筒部材に内蔵さ
れた上述のバルブ機構により自動的に閉塞され、ガスの
流出を防止する。

【００６１】通常、砲弾は同一条件下で何発か発射する
場合は極めて精度が高く、例えば射程３０キロメートル
においても公差は射程の数百分の１以内といわれてい
る。このため目標の風上側で気球を展開すれば、ほぼ確
実に目標を捕捉することが可能である。いま、視野角８
°と仮定すると、地上から３００メートル上空からの画
像データは半径２１メートル、５００メートル上空では
半径３５メートルのデータが得られ、上空１０００メー
トルからは半径７０メートルのデータが得られる。これ
らの数値は静止目標に対しては十分と思われる。従つ
て、気球部２０もしくは前述のジョイント部に内蔵され
たバルブ機構などに気球内部の水素ガスを放出する機構
を設け、高度を徐々に低下させながら地上観測すること
も可能である。

【００６２】しかし、移動目標に対してはこのような運
用では目標を見失う可能性が高い。例えば、時速４０キ
ロメートルで移動中の車両が半径７０メートルの円内を
通過する時間は１２．６秒であり、この間の情報だけで
移動中の車両の将来位置を予測することは困難である。
このときは、気球に高度を変化させる装置を付設するこ
とが重要である。飛行船ではバロネットと呼ばれる空気
室を設け、この小室の空気圧を変化させて浮力の調節を
行っている。本実施例における気球部２０にも同様の機
構を設けることが好ましいが、スペース上の制約を受け
るため、前記空気室を付設することは難しい。これに代
わるものとして、回転翼による高度変更装置が有効であ
る。

【００６３】いま、複数枚のブレードからなるロータを
考える。ロータの回転面を一種の作動円盤と見なしたと
き、円盤面積Ｓを単位時間に通過する空気の質量ｍは、
空気密度をρ、空気の通過速度をＶとすると、ｍ＝ρＳ
Ｖなる式で与えられる。また、回転円盤の推力Ｔは円盤
を通過する際に空気に与えられる速度の増分を２ｖとす
ると、Ｔ＝２ｍｖで与えられる。ここで、半径５センチ
メートルのブレードで毎秒５０センチメートルの空気を
通過させると、推力Ｔは０．０１キログラム・メートル
／秒２となる。ペイロードが約３キログラムなので、こ
の推力により発生する加速度は３．４×１０^-3メートル
／秒²となる。空気抵抗等を無視すれば、その加速度を
用いれば、５００メートル上昇するために約３８５秒が
必要である

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高速飛翔体の代表的な砲弾構造例を模
式的に示す縦断面図である。

【図２】前記高速飛翔体に内蔵される補助傘の開傘形態
例を模式的に示す立体図である。

【図３】前記高速飛翔体に内蔵される補助傘と気球の連
結構造例を模式的に示す説明図である。

【図４】前記気球の膨張前の形態例を示す正面図であ
る。

【図５】同気球の膨張後の形態を示す正面図である。

【図６】高速飛翔体に内蔵される気球部、クラッチブレ
ーキ、センサ部の構造例を示す断面図である。

【図７】前記気球部に接続される水素発生装置の内部構
造例を模式的に示す構造説明図である。

【図８】水素ガス導入部と同ガス放出部との接合構造例
を模式的に示す構造説明図である。

【図９】水素ガス導入部と同ガス放出部との切り離し後
に作動するバルブ構造例を示す説明図である。

【図１０】同じく他のバルブ例を示す断面図である。

【図１１】本発明の高速飛翔体の他の実施例を模式的に
示す外形図である。

【符号の説明】

１砲弾（高速飛翔体）１ａ弾頭１ｂ空洞部分２安定翼１０補助傘部１０ａ補助傘１０ｂ補助傘用カバー１１逆円錐台部分１１ａ空気取入口１２ヒレ体１３ボルト１４ロックピン１５圧縮バネ２０気球部２１気球収納ケース２１ａ抵抗翼２２気球２２ａガス導入部３０クラッチブレーキ部３１クラッチブレーキ３２ハウジング３２ａ円筒部３２ｂフランジ部３３円筒部材３３ａ円筒部３３ｂフランジ部３３ｃフランジ３４皿バネ３５第１摺接摩擦板３６第２摺接摩擦板３７ピン３８円板３８′ チェック弁３９ストッパ４０センサ部５０水素発生源（水素発生装置）５１外容器５１ａガス放出部５１ａ′ 端部フランジ５２発熱剤層５３水素吸蔵合金層５４金属隔壁５５火薬入りボルト５６カバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】砲弾等の高速飛翔体がぺイロードを分離
放出する機構を有し、前記ぺイロードは、少なくとも折
り畳まれて収納された気球と、同気球を膨張させる軽ガ
スの発生源と、同気球の膨張時期等を制御する制御部と
を有してなることを特徴とする高速飛翔体。
【請求項２】放出直後の前記気球が落下傘形態を有し
てなる請求項１記載の高速飛翔体。
【請求項３】前記ペイロードは補助傘を有し、ペイロ
ードの放出と同時に前記補助傘が開傘する請求項１記載
の高速飛翔体。
【請求項４】前記ペイロードが高スピン状態を減スピ
ンさせるための抵抗翼を有すると共に、同抵抗翼を開翼
する機構を有してなる請求項１記載の高速飛翔体。
【請求項５】前記ペイロードは、更に各種の探査手段
を有してなる請求項１記載の高速飛翔体。
【請求項６】前記探査手段が、全方位測位装置、撮影
装置、情報処理装置、送受信装置、中継装置から選ばれ
た１種類以上の装置からなる請求項５記載の高速飛翔
体。
【請求項７】前記ペイロードは、更に各種の薬剤散布
手段を有してなる請求項１又は５記載の高速飛翔体。
【請求項８】前記軽ガスの発生源が水素吸蔵合金を備
えてなる請求項１記載の高速飛翔体。
【請求項９】前記水素吸蔵合金が、チタンマンガン
系、チタン鉄系、マグネシウムニッケル系、カルシウム
ニッケル系、ランタンニッケル系、ミッシュメタルニッ
ケル系、ランタンリッチミッシュメタルニッケル系から
選ばれた合金からなる請求項８記載の高速飛翔体。
【請求項１０】前記水素吸蔵合金の加熱源が酸化還元反
応による反応熱である請求項８記載の高速飛翔体。
【請求項１１】前記水素吸蔵合金と酸化剤とが金属板か
らなる隔壁を介して分離され、前記水素吸蔵合金と酸化
剤との接触が阻止されてなる請求項１０記載の高速飛翔
体。
【請求項１２】前記ペイロードが所定の落下速度とスピ
ン数に達した後、前記気球が放出される請求項１記載の
高速飛翔体。
【請求項１３】前記気球の放出後、気球と軽ガス発生源
とのスピン数を同期させるためのクラッチブレーキ機構
を有してなる請求項１２記載の高速飛翔体。
【請求項１４】前記気球と軽ガス発生源とのスピン数が
同期した後、前記水素吸蔵合金から水素が気球に供給さ
れる請求項１３記載の高速飛翔体。
【請求項１５】所定の水素ガスが気球に供給後、軽ガ
ス発生源を切り離す機構と、同気球のガス導入部を密封
する機構を有してなる請求項１４記載の高速飛翔体。
【請求項１６】前記気球が高度方向及び／又は水平方向
の移動手段を有してなる請求項１記載の高速飛翔体。
【請求項１７】前記高度方向及び又は水平方向の移動手
段が、翼の回転力を用いたことを特徴とする観測システ
ム。
【請求項１８】特許請求範囲第１４項記載の高度方向
の移動手段およびまたは水平方向の移動手段として、ガ
スの放出により行うことを特徴とする気球システム。