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公開番号2025087690
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-10
出願番号2025017249,2023168511
出願日2025-02-05,2016-06-20
発明の名称高速適用例を容易にする指向性エネルギー堆積
出願人ケビンクレメヤー
代理人個人
主分類F42B 10/38 20060101AFI20250603BHJP(弾薬;爆破)
要約【課題】本発明は、1つ以上の関連する性能判定基準を改善するために、機能的物体の
近傍の流体の密度を制御するための方法、装置、及びシステムに関する。
【解決手段】特定の実施態様では、本発明は、指向性エネルギー堆積装置を利用して流体内の1つ以上の経路に沿ってエネルギーを堆積させて、物体の近傍に低密度領域を形成することに関する。特定の実施態様では、本発明は、エネルギー堆積を、物体の機能的性能に影響を与える1つ以上のパラメーターに同期させることに関する。
【選択図】図37
特許請求の範囲【請求項１】
銃の銃身における発射体に対する抵抗を低減する方法であって、前記銃身にエネルギー
を堆積させて、前記発射体の前方の前記銃の銃身から空気を押し出すことを含み、前記堆
積エネルギーが、前記発射体の前方に配置された電磁エネルギー及び／又は化学エネルギ
ーである、前記方法。
続きを表示（約 740 文字）【請求項２】
従来の弾より50%～90%少ない駆動装薬を備えた弾が、前記銃において発射されたとき、
発射体の前方にエネルギーを堆積させることなしに前記銃において発射された従来の弾に
匹敵する発射体銃口速度を達成する、請求項1記載の方法。
【請求項３】
前記化学エネルギーが、点火された銃身一掃推進剤から生じる、請求項1記載の方法。
【請求項４】
前記銃身一掃推進剤が、前記銃から前記発射体を推進させる駆動エネルギーを堆積する
駆動装薬に加えて存在する、請求項3記載の方法。
【請求項５】
前記銃身一掃推進剤が、前記発射体と駆動装薬を含む弾の一体化部分である、請求項4
記載の方法。
【請求項６】
前記弾が、前記銃身一掃推進剤を点火する圧電素子をさらに含む、請求項5記載の方法
。
【請求項７】
一体となっている銃身一掃装薬と従来の弾より少ない駆動装薬とを有する弾が、発射さ
れたときに、発射体の前方にエネルギーを堆積させることなしに前記銃において発射され
た従来の弾に匹敵する発射体銃口速度を達成する、請求項5記載の方法。
【請求項８】
前記電磁エネルギーが、前記銃の内部における放電から生じる、請求項1記載の方法。
【請求項９】
前記放電が、前記銃の銃尾に近接して配置された2つの絶縁電極間の電気アークの形態
である、請求項8記載の方法。
【請求項１０】
前記放電が、弾内に完全に含められた閉回路の形態である、請求項8記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、（1）2016年6月17日に出願の国際出願PCT/US2016/038239号；（2）2016年6
月17日に出願の米国特許出願15/186,337号；及び（3）2015年6月18日出願の米国仮特許出
願第62/181,625号の優先権の恩典を請求する。前述の関連出願の全ては、それらの全容が
、引用により本明細書中に組み込まれる。
続きを表示（約 7,200 文字）【０００２】
加えて、以下の米国特許のそれぞれは、それらの全容が、引用により本明細書中に組み
込まれる：2003年3月4日に付与された米国特許第6,527,221号、2006年6月20日に付与され
た米国特許第7,063,288号、2006年10月17に付与された米国特許第7,121,511号、2010年1
月19日に付与された米国特許第7,648,100号、2011年12月20日に付与された米国特許第8,0
79,544号、2012年3月27日に付与された米国特許第8,141,811号、2013年8月20日に付与さ
れた米国特許第8,511,612号、2013年9月17日に付与された米国特許第8,534,595号、2014
年9月9日に付与された米国特許第8,827,211号、及び2015年2月24日に付与された米国特許
第8,960,596号。
【０００３】
（発明の分野）
多数の適用例、例えば、数ある中で特に、流れの制御、抵抗の低減、及び移動体の制御
において劇的な効果を達成するために、エネルギー堆積技術が過去に開示されている。エ
ネルギー堆積の大きな利点の研究では、変更を行わないときにエネルギー堆積から得られ
る利点を高めるために、エネルギーをどのように及び/又はいつ堆積させるかについての
いくつかの変更を行うことができる。1つのこのような変更は、エネルギー堆積と1つ以上
の他のプロセスとの効果を同期させる、「時間調整する」、又は「整相する」ために、更
なる利点を達成する又は目的の効果を最大化するために、エネルギー堆積をこのような他
のプロセスに適合させることである（用語「同期させる」、「時間調整する」、又は「整
相する」は、事象又はプロセスを1つ以上の他の事象及び/又はプロセスに対して時間調整
することを示すために互いに同義的に使用することができる）。このような事象及び/又
はプロセスとしては、限定されるものではないが：数ある中で特に、推進プロセス；流体
力学的プロセス；化学的プロセス；特定の運動；更なるエネルギーの注入、追加、及び/
又は堆積；更なる材料の注入、追加、及び/又は堆積；エネルギーの除去；材料の除去；
圧力変化；1つ以上の力の適用；燃焼プロセス；点火プロセス；爆発プロセスが挙げられ
る。更に、エネルギー堆積の概念は、媒体にエネルギーを加える又は媒体の加熱をもたら
すあらゆるプロセスを含むと広く解釈される。この加熱又はエネルギー堆積は、媒体の音
速よりも速く該媒体の膨張をもたらし、結果として、元の媒体よりも密度の低い領域が膨
張後に残るように十分に迅速に（例えば、瞬間的に）行うことができる。別の可能性は、
加熱をもたらすエネルギー堆積及び/又はプロセスが、媒体中の位相変化を生じさせるこ
とができ、これにより、該加熱された1つ又は複数の媒体の密度及び/又は他の特性、例え
ば、特に、粘度及び/又は強度を変更できることである。特に、密度、粘度、及び/又は強
度を含む、1つ又は複数の媒体のこれらの変化は、該1つ又は複数の媒体の流れ特性の変更
、並びに該影響を受けた媒体の他の特性及び応答の変更をもたらし得る。
【０００４】
織機を横断する際の抵抗を低減することにより、エアジェット、ウォータージェット、
シャットル、ピックなどの織機適用例において通過速度を上げること。織機によって織ら
れる材料の移動に一致するようにエネルギー堆積を同期させること。地上車の運動及び一
時的な浮上力及び推進力、及びこれらの力を達成するために使用されるエネルギーとエネ
ルギー堆積を同期させることにより該地上車の抵抗を低減すること。銃身から空気を押し
出すために、発射体の推進に使用される数ある銃身のタイプの中で特に、銃、小火器、又
はブリーチャー（breacher）の銃身にエネルギーを堆積すること。発射体の抵抗の低減は
、同じ量の駆動エネルギー（例えば、従来の銃の推進剤又はレールガンの電気駆動エネル
ギー）でより速い銃口速度を可能にする。抵抗の低減はまた、少ない駆動エネルギー（例
えば、より少ない装薬、例えば、特定の装置の標準的な装薬と比較して90％未満の装薬、
例えば、50％～90％の間、70％未満、又は80％未満の装薬）を使用することによって、変
更なしで達成される速度に匹敵する速度の達成も可能にする。従来の銃では、これは、少
ない推進剤で同じ性能を達成できることを意味する。従って、推進剤の少ない必要量によ
り、発射体が銃身を出るときの衝撃波が軽減される。この音響学的特性の低減は、操作者
（複数可）を含む近くの人々の聴覚に対する悪影響を最小限にするのに有用である。この
音響学的特性の低減はまた、（消音装置と同様に）音響手段による検出を緩和することも
できる。銃身から空気を押し出すためのエネルギー堆積は、様々な形態で適用することが
できる。例えば、2つの実施態様は：（i）銃身の内部での電磁エネルギーの堆積；又は（
ii）エネルギーの堆積が化学的性質であり得ること；並びにこれらの2つのエネルギー堆
積アプローチのある組み合わせを含み得る。電磁エネルギーは、例えば、銃身の内部での
放電の形態であり得る。化学エネルギーは、例えば、（発射体の後ろで膨張して該発射体
を銃身から押し出す従来の推進剤の役割とは対照的に）点火時に発射体の前で膨張してガ
スを銃身から押し出す追加の推進剤の形態であり得る。この追加の推進剤は、弾自体に含
めることができる。粉体塗装、例えば、超音速噴霧堆積の適用例では、エネルギー堆積を
：粉末の噴流(burst)；加熱の適用；放電の適用；レーザーエネルギーの適用；プラズマ
の適用と整相する。超音速推進及び極超音速推進では、エンジン（例えば、パルスデトネ
ーションエンジン）内のデトネーションに対してエネルギー堆積を整相し、これにより、
流体力学的プロセスが適切に整相する（このタイミングは、移動体の長さスケール及び推
進ユニット（複数可）、並びに、数ある因子の中でも特に、飛行条件及びパラメーターに
よって決まる）。推進パルスも同期させて、レーザーパルスを生成して、パルス電源に給
電することができる。
【背景技術】
【０００５】
（発明の背景）
その開設以来、PM & AM Research社は、特に、万物がどのように飛行し、高速の流れを
制御するか、本発明者らが、どのように高亜音速領域から極超音速領域にわたる高速飛行
及び流れの制御を行うかを変革するために広範囲のエネルギー堆積の適用例を開拓してき
た。この新規なアプローチによって開拓された多数の可能性の直観的感覚を提供するいく
つかの適用例が存在する。基本的な効果は、本発明者らが高速/高圧ガスを流したい領域
からガスを急速に膨張させるための本発明者らのアプローチから生じる。（ある程度の想
像力と自由を必要とする）単なる例として、発射体を直接水中で発射させて一側から他側
に移動させる場合、又は最初に紅海を「分離」させて、次いで同じ銃弾を発射させて水を
含まない経路の中を移動させる場合の、発射体を高速で紅海を横断させようとする際の有
効性の違いを考えてみる（図1）。
【０００６】
銃弾を高密度の水中に直接発射させる第1の場合では、たとえ巨大な流線型の1000 m/秒
の銃弾であっても、水中を1 m未満しか通過しない。第2の場合では、最初に水を「分離さ
せた」（即ち、水が除去され経路を形成した）後、たとえ300 m/秒の同じ銃弾であっても
、非常に長い距離を容易に移動することができる（この発見的な例は、重力による落下に
対処していないが、本明細書の後半で対処する）。高速の流れ及び高速の移動体/発射体
に対する革新的な制御を達成するために本発明者らが利用するのがこの概念及びジオメト
リである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の概要）
特定の実施態様は、例えば、流体中を通る物体を推進する方法を提供することができ、
該方法は：（i）流体の一部を瞬間的に加熱して、より高い密度領域に囲まれたより低い
密度領域を形成するステップであって、該より高い密度領域が、該流体の加熱部分の少な
くともほんの一部を含む、該ステップ；（ii）該物体の少なくとも一部を該より低い密度
領域の中に誘導するステップ；同期させて（iii）該物体を推進するパルス推進ユニット
で反応物を爆発させるステップを含む。特定の実施態様では、例えば、ステップ（i）～
（iii）を、例えば、0.1 Hz～100 kHzのレートで繰り返す、例えば、1 Hz～80 kHz、10 H
z～50 kHz、100 Hz～20 kHz、1～10 kHz、5～10 kHz、10～25 kHz、25～50 kHzのレート
で繰り返す、又は50～100 kHzのレートで繰り返すことができる。
【０００８】
特定の実施態様では、以下の実施態様の1つ又は2つ以上（例えば、全てを含む）は、他
の実施態様又はその一部のそれぞれを含み得る。特定の実施態様では、例えば、反応物は
、より高い密度領域に存在し得る。特定の実施態様では、例えば、加熱するステップは、
1 kJ～10 MJ、例えば、10 kJ～1 MJ、100～750 kJ、又は200 kJ～500 kJのエネルギーを
流体中に堆積させることを含み得る。特定の実施態様では、例えば、加熱するステップは
、物体の断面積1平方メートル当たり10～1000 kJ、例えば、1平方メートル当たり10～50
kJ、50～100 kJ、100～250 kJ、250～500 kJ、又は500～1000 kJのエネルギーを流体中に
堆積させることを含み得る。特定の実施態様では、例えば、加熱するステップは、衝撃波
を生成することを含み得る。特定の実施態様では、例えば、より低い密度領域は、周囲流
体の密度に対して0.01～10％の密度、例えば、周囲流体の密度に対して0.5～5％、1.0～2
.5％の密度、又は1.2～1.7％の密度を有し得る。特定の実施態様では、例えば、流体の一
部を、少なくとも1つの経路に沿って加熱することができる。特定の実施態様では、この
少なくとも1つの経路は、レーザー、例えば、レーザーフィラメント誘導経路から堆積さ
れるエネルギーによって形成することができる。特定の実施態様では、このレーザー堆積
は、1フェムト秒～100ナノ秒の時間持続する、例えば、10フェムト秒～20ピコ秒、100フ
ェムト秒～25ピコ秒、100ピコ秒～20ナノ秒の時間持続する、又は100フェムト秒～30ピコ
秒の時間持続するレーザーパルスを含み得る。特定の実施態様では、レーザーパルスによ
って堆積されるエネルギーの量は、0.2 mJ～1 kJ、例えば、1 mJ～10 mJ、10 mJ～3 J、1
00 mJ～10 J、10 J～100 J、100 J～1000 J、又は500 mJ～5 Jであり得る。特定の実施態
様では、このレーザーは、紫外線、赤外線、又は可視部分のスペクトルの光を生成するこ
とができる。特定の実施態様では、少なくとも1つの経路は、物体の運動方向と平行であ
り得る。特定の実施態様では、より低い密度領域は、少なくとも1つの経路から外側に膨
張する加熱流体の部分の一定量を含み得る。特定の実施態様では、例えば、流体の加熱部
分は、放電、例えば、パルス放電によって加熱することができる。特定の実施態様では、
放電は、10
6
～10
7
m/秒の速度で流体中を移動することができる。特定の実施態様では、
放電は、0.1～100マイクロ秒の時間、例えば、0.1～2マイクロ秒、1～5マイクロ秒、5～4
0マイクロ秒、10～30マイクロ秒の時間、又は30～100マイクロ秒の時間持続し得る。特定
の実施態様では、より低い密度領域は、10～30マイクロ秒の時間、例えば、20～300マイ
クロ秒、20～200マイクロ秒、30～100マイクロ秒、100～500マイクロ秒、400～1500マイ
クロ秒の時間、又は500～3000マイクロ秒の時間以内に形成することができる。特定の実
施態様では、より低い密度領域は、10～1000ミリ秒、例えば、20～80ミリ秒、30～60ミリ
秒、80～120ミリ秒、150～600ミリ秒の時間後、又は400～1000ミリ秒の時間後に熱浮力に
よって破壊することができる。特定の実施態様では、例えば、前記物体は、パルスデトネ
ーションエンジンと連通させることができ、該パルスデトネーションエンジンは、前記反
応物を含み得る。特定の実施態様では、デトネーションは、パルスデトネーションエンジ
ンの吸入ノズルがより高い密度領域に存在するように時間調整することができる。特定の
実施態様では、流体は空気であり得、パルスデトネーションエンジンは、エアブリージン
グであり得る。特定の実施態様は、例えば、ステップ（ii）の前に、一定量の空気をエア
ブリージングパルスデトネーションエンジンに取り込むステップを更に含み得る。特定の
実施態様では、パルスデトネーションエンジンは、前記流体の一部を加熱するために必要
な電力の少なくとも一部を提供することができる。特定の実施態様では、パルスデトネー
ションエンジンは、エネルギーをパルス電源に供給することができる。特定の実施態様で
は、パルス電源は、フィラメントレーザー（filamenting laser）にエネルギーを供給す
ることができ、該フィラメントレーザーは、前記経路を形成し、該経路は、パルス放電を
誘導することができる。特定の実施態様では、パルス電源は、パルス放電発生器にエネル
ギーを供給することができ、該発生器は、前記流体の一部を加熱するために使用される。
特定の実施態様では、例えば、流体の更なる部分を加熱して更に低い密度領域を形成する
ステップを更に含み得る。特定の実施態様では、より低い密度領域と更に低い密度領域は
【０００９】
特定の実施態様は、例えば、移動体を提供することができ、該移動体は：（i）該移動
体を取り囲んでいる流体の一部に経路を形成するように構成されたフィラメントレーザー
；（ii）該経路に沿ってエネルギーを堆積させて低密度領域を形成するように構成された
指向性エネルギー堆積装置；及び（iii）パルスデトネーションエンジンを含む。特定の
実施態様では、以下の実施態様の1つ又は2つ以上（例えば、全てを含む）は、他の実施態
様又はその一部のそれぞれを含み得る。特定の実施態様では、例えば、フィラメントレー
ザーは、パルスレーザーを含み得る。特定の実施態様では、例えば、指向性エネルギー堆
積装置は、パルス放電発生器を含み得る。特定の実施態様は、例えば、（iv）移動体の所
定の部分が低密度領域内に存在するか否かを検出するように構成されたセンサー；及び（
v）指向性エネルギー堆積装置及びパルスデトネーションエンジンに機能的に接続された
同期制御装置であって、（a）経路の形成；及び（b）該経路に沿ったエネルギーの堆積；
及び（c）該パルスデトネーションエンジンの運転の相対的なタイミングを同期させるよ
うに構成されている、該同期制御装置を更に含み得る。
【００１０】
特定の実施態様は、例えば、パルス推進移動体を指向性エネルギー堆積サブアセンブリ
で改良する方法を提供することができる。このサブアセンブリは、本明細書のいずれか1
つ以上の実施態様を達成するように動作し得る及び/又は該実施態様を含み得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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