(57)【要約】 【課題】２個の電動アクチュエータが位置している円周方向の１８０°の範囲以外の領域に、他の機器を艤装することが可能になる可動ノズルの推力方向制御方法及び推力方向制御装置を提供する。【解決手段】固体ロケットモータ１側のジョイントホルダ３及び可動ノズル２の間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に配置した電動アクチュエータ１０と、電動アクチュエータ１０を含めた円周方向の１８０°の範囲内にそれぞれ配置した３個のノズル舵角検出用の位置検出器２０と、３個の位置検出器２０の各取り付け位置を各々のストローク量から座標として算出し、この算出した３点の座標を含む面Ｐに基づいて、可動ノズル２の傾き及び伸び量を算出して舵角誤差の補正を行う制御部３０を備えている。【選択図】図１
2010048180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動ノズルを有するロケットモータの推力方向を制御する推力方向制御方法であって、
ロケットモータ側のジョイントホルダ及び可動ノズルの間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に電動アクチュエータをそれぞれ配置すると共に、これらの電動アクチュエータを含めた円周方向の１８０°の範囲内に３個のノズル舵角検出用の位置検出器をそれぞれ配置し、
上記３個の位置検出器の各取り付け位置を各々のストローク量から座標として算出し、この算出した３点の座標を含む面に基づいて、可動ノズルの傾き及び伸び量を算出して舵角誤差の補正を行うことを特徴とする可動ノズルの推力方向制御方法。
【請求項２】
可動ノズルを有するロケットモータの推力方向を制御する推力方向制御方法であって、
ロケットモータ側のジョイントホルダ及び可動ノズルの間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に舵角検出用の位置検出器を内蔵した電動アクチュエータをそれぞれ配置すると共に、これらの電動アクチュエータを含めた円周方向の１８０°の範囲内にノズル舵角検出用の位置検出器を配置し、
上記２個の電動アクチュエータ及び位置検出器の各取り付け位置を各々のストローク量から座標として算出し、この算出した３点の座標を含む面に基づいて、可動ノズルの傾き及び伸び量を算出して舵角誤差の補正を行うことを特徴とする可動ノズルの推力方向制御方法。
【請求項３】
可動ノズルを有するロケットモータの推力方向を制御する推力方向制御装置であって、
ロケットモータ側のジョイントホルダ及び可動ノズルの間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に配置した電動アクチュエータと、
上記電動アクチュエータを含めた円周方向の１８０°の範囲内にそれぞれ配置した３個のノズル舵角検出用の位置検出器と、
上記３個の位置検出器の各取り付け位置を各々のストローク量から座標として算出し、この算出した３点の座標を含む面に基づいて、可動ノズルの傾き及び伸び量を算出して舵角誤差の補正を行う制御部を備えていることを特徴とする可動ノズルの推力方向制御装置。
【請求項４】
可動ノズルを有するロケットモータの推力方向を制御する推力方向制御装置であって、
ロケットモータ側のジョイントホルダ及び可動ノズルの間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に配置した舵角検出用の位置検出器を内蔵した電動アクチュエータと、
上記電動アクチュエータを含めた円周方向の１８０°の範囲内に配置したノズル舵角検出用の位置検出器と、
上記２個の電動アクチュエータ及び位置検出器の各取り付け位置を各々のストローク量から座標として算出し、この算出した３点の座標を含む面に基づいて、可動ノズルの傾き及び伸び量を算出して舵角誤差の補正を行う制御部を備えていることを特徴とする可動ノズルの推力方向制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、可動ノズルを有する固体ロケットモータにおいて、可動ノズルを偏向させて推力方向を変えるのに用いられる可動ノズルの推力方向制御方法及び推力方向制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記したような固体ロケットモータの可動ノズルは、固体ロケットモータ本体側のジョイントホルダに弾性体及び金属を多数積層して成るフレキシブルジョイントを介して組み付けられている。
【０００３】
この可動ノズルを偏向させて推力方向を変える推力方向制御装置としては、例えば、モータと、このモータの回転を直線運動に変換するボールスクリューと、このボールスクリューの回転角を検出する回転角検出器を具備して、ロケットモータ側のジョイントホルダ及び可動ノズルの間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に配置した電動アクチュエータを備えていると共に、機軸を間にして上記電動アクチュエータと対称部位にそれぞれ配置したノズル舵角検出用の対向位置検出器を備えたものがあり、この推力方向制御装置では、電動アクチュエータで可動ノズルを偏向させて推力方向を変えることで制御モーメントを得るようになっている。
【０００４】
固体ロケットモータにおいて、燃焼圧力によるフレキシブルジョイントの変形によって、可動ノズルの回転中心が変位して舵角に誤差が生じるので、上記した推力方向制御装置では、電動アクチュエータに対向位置検出器とは別の同軸位置検出器を設置し、すなわち、一つの電動アクチュエータに対して対向位置検出器及び同軸位置検出器の二個の位置検出器を設置し、これらの位置検出器の各平均値に基づいて、舵角の誤差を補正するようにしている。
【非特許文献１】宇宙科学研究所報告、特集  第４７号  ２００３年３月、第２３０〜２３４頁、「Ｍ−Ｖ型ロケットの推力方向制御（ＴＶＣ）装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来にあっては、機軸を間にして電動アクチュエータと対称部位にノズル舵角検出用の対向位置検出器をそれぞれ配置している都合上、２個の電動アクチュエータが位置している円周方向の１８０°の範囲以外の領域に、他の機器を艤装することができないという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００６】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、２個の電動アクチュエータが位置している円周方向の１８０°の範囲以外の領域に、他の機器を艤装することが可能になる可動ノズルの推力方向制御方法及び推力方向制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、可動ノズルを有するロケットモータの推力方向を制御する推力方向制御方法であって、ロケットモータ側のジョイントホルダ及び可動ノズルの間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に電動アクチュエータをそれぞれ配置すると共に、これらの電動アクチュエータを含めた円周方向の１８０°の範囲内に３個のノズル舵角検出用の位置検出器をそれぞれ配置し、上記３個の位置検出器の各取り付け位置を各々のストローク量から座標として算出し、この算出した３点の座標を含む面に基づいて、可動ノズルの傾き及び伸び量を算出して舵角誤差の補正を行う構成としたことを特徴としており、この可動ノズルの推力方向制御方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
一方、本発明の可動ノズルを有するロケットモータの推力方向を制御する推力方向制御装置は、ロケットモータ側のジョイントホルダ及び可動ノズルの間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に配置した電動アクチュエータと、上記電動アクチュエータを含めた円周方向の１８０°の範囲内にそれぞれ配置した３個のノズル舵角検出用の位置検出器と、上記３個の位置検出器の各取り付け位置を各々のストローク量から座標として算出し、この算出した３点の座標を含む面に基づいて、可動ノズルの傾き及び伸び量を算出して舵角誤差の補正を行う制御部を備えている構成としたことを特徴としており、この推力方向制御装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
本発明において、可動ノズルの舵角誤差の補正を行うのに必要な３個の位置検出器をいずれも電動アクチュエータが位置する円周方向の１８０°の範囲内に配置しているので、この範囲以外の領域に、他の機器を艤装し得ることとなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上記した構成としているので、２個の電動アクチュエータが位置する円周方向の１８０°の範囲以外の領域に、他の機器を艤装することが可能になるという非常に優れた効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の可動ノズルの推力方向制御方法及び推力方向制御装置において、電動アクチュエータが舵角検出用の位置検出器を内蔵している場合には、２個の電動アクチュエータが位置する円周方向の１８０°の範囲内にノズル舵角検出用の位置検出器を少なくとも１個配置して、上記２個の電動アクチュエータ及び１個の位置検出器の各取り付け位置を各々のストローク量から座標として算出し、この算出した３点の座標を含む面に基づいて、可動ノズルの傾き及び伸び量を算出して舵角誤差の補正を行う構成とすることができ、この場合には、制御コストの低減化及び装置全体の軽量小型化が図られることとなる。
【００１２】
本発明の可動ノズルの推力方向制御方法に用いる推力方向制御装置において、電動アクチュエータのモータには、三相のＤＣブラシレスモータを用いることができ、このモータの回転を直線運動に変換するボールスクリューの回転角を検出する回転角検出器には、レゾルバを用いることができ、位置，速度及び電流の制御には、ソフトウエアサーボ方式を採用することができる。
【００１３】
また、本発明の可動ノズルの推力方向制御方法に用いる推力方向制御装置において、制御部には、高速のＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）チップを採用したサーボアンプを用いることが望ましい。
【００１４】
さらに、本発明の可動ノズルの推力方向制御方法に用いる推力方向制御装置において、電動アクチュエータの駆動用電源として、酸化銀電池を用いることが可能であり、この酸化銀電池及びサーボアンプは、ロケットモータ側のプラットフォームに搭載して使用する。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１６】
図１及び図２は、本発明の可動ノズルの推力方向制御方法に用いる推力方向制御装置の一実施例を示している。
【００１７】
図１に示すように、部分的に示す固体ロケットモータ１において、可動ノズル２は、固体ロケットモータ１の本体側のジョイントホルダ３に対してゴム系ジョイント４を介して組み付けられている。
【００１８】
固体ロケットモータ１の可動ノズル２の推力方向を制御する推力方向制御装置は、図２に簡略的に示すように、モータ１１と、このモータ１１の回転を直線運動に変換するボールスクリュー１２と、このボールスクリュー１２の回転角を検出するレゾルバ（回転角検出器）１３を具備して、ロケットモータ１の本体側のジョイントホルダ３及び可動ノズル２の間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に配置した電動アクチュエータ１０と、これらの電動アクチュエータ１０を含めた円周方向の１８０°の範囲内にそれぞれ配置した３個のノズル舵角検出用の位置検出器２０を備えている。
【００１９】
この場合、推力方向制御装置は、３個の位置検出器２０の各取り付け位置を各々のストローク量から座標として算出し、この算出した３点の座標を含む面Ｐに基づいて、可動ノズル２の傾き及び伸び量を算出する制御部３０を備えており、この制御部３０において、算出した可動ノズル２の傾き及び伸び量に基づいて舵角誤差の補正を行うようになっている。
【００２０】
この推力方向制御装置では、制御部３０に推力方向を変える指令が与えられると、この制御部３０から電動アクチュエータ１０にモータ駆動信号が出力され、この電動アクチュエータ１０の作動によって可動ノズル２を偏向させて推力方向を変えることで制御モーメントを得る。
【００２１】
この際、燃焼圧力によるフレキシブルジョイント４の変形によって、可動ノズル２の回転中心が変位して舵角に誤差が生じたとしても、制御部３０において、電動アクチュエータ１０を含めた円周方向の１８０°の範囲内にそれぞれ配置した３個の位置検出器２０の各々のストローク量から各取り付け位置を座標として算出し、この算出した３点の座標を含む面Ｐに基づいて、可動ノズル２の傾き及び伸び量を算出して舵角誤差の補正が行われる。
【００２２】
このように、上記した推力方向制御装置では、可動ノズル２の舵角誤差の補正を行うのに必要な３個の位置検出器２０をいずれも電動アクチュエータ１０が位置する円周方向の１８０°の範囲内に配置しているので、この範囲以外の領域に、他の機器を艤装し得ることとなる。
【００２３】
また、上記した推力方向制御装置では、３個の位置検出器２０を備えているので、これらの位置検出器２０で得た検出値に基づいて、電動アクチュエータ１０の初期位置を設定し得ることとなる。
【００２４】
さらに、上記した推力方向制御装置では、ボールスクリュー１２の回転角を検出するレゾルバ１３を具備した電動アクチュエータ１０を採用しているので、レゾルバ１３で検出したボールスクリュー１２の回転角の積算値から電動アクチュエータ１０のストロークを検出し得ることとなり、この電動アクチュエータ１０のストローク量から割出される取り付け位置（座標）を可動ノズル２の傾き及び伸び量を算出するための面Ｐを決定する際の多数決要素に加えれば、位置検出器２０の不具合を検知することができることとなって、すなわち、冗長設計ができることとなって、信頼性の向上も図られることとなる。
【００２５】
ここで、電動アクチュエータ１０が舵角検出用の位置検出器を内蔵している場合には、２個の位置検出器内蔵型電動アクチュエータが位置する円周方向の１８０°の範囲内にノズル舵角検出用の位置検出器２０を少なくとも１個配置して、上記２個の位置検出器内蔵型電動アクチュエータ及び１個の位置検出器２０の各取り付け位置を各々のストローク量から座標として算出し、この算出した３点の座標を含む面に基づいて、可動ノズル２の傾き及び伸び量を算出して舵角誤差の補正を行う構成とすることができ、この際には、制御コストの低減化及び装置全体の軽量小型化が図られることとなる。
【００２６】
上記した実施例では、本発明の可動ノズルの推力方向制御方法及び推力方向制御装置を可動ノズルを有する固体ロケットモータに採用した場合を示したが、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例による推力方向制御装置を固体ロケットモータに採用した状況を簡略的に示す固体ロケットモータの部分側面説明図（ａ）及び可動ノズル部分における断面説明図（ｂ）である。（実施例１）
【図２】図１における推力方向制御装置の電動アクチュエータの簡略部分断面説明図である。（実施例１）
【符号の説明】
【００２８】
１    固体ロケットモータ
２    可動ノズル
３    ジョイントホルダ
１０  電動アクチュエータ
２０  位置検出器
３０  制御部
Ｐ    位置検出器の座標を含む面
【図１】
2010048180.tif 000003
【図２】
2010048180.tif 000004