(57)【要約】乗り物を推進並びに駆動させるためのプラグノズル式ロケットエンジン用の推力ベクトル制御システムが、開示されている。このプラグノズル式ロケットエンジンは、ノズルスロートを有するハウジングと、ノズルスロートとの間にスペースを規定するようにハウジング内に位置され、ノズルスロート内に配置されたプラグと、このプラグに沿って非対称の圧力分布を規定して推力を偏向するように、ハウジングに対して移動可能に配置された推力ダイバータとを有している。一実施形態において、この推力ダイバータは、非推力方向の偏向位置に通常付勢されているが、プラグを長手方向に貫通して延びている軸に対してほぼ垂直な面内で移動可能である。
2007532826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ノズルスロートを有するハウジングと、
（ｂ）前記ノズルスロートとの間にスペースを規定するように前記ハウジングに対して位置され、このノズルスロート内に配置されたプラグと、
（ｃ）推力方向の偏向のために前記プラグに沿って非対称の表面圧力分布を与えるように、前記ハウジングに対して移動可能に配置された推力ダイバータとを具備する、プラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【請求項２】
前記推力ダイバータは、前記ノズルスロートに対して移動可能に配置されている請求項１の推力ベクトル制御システム。
【請求項３】
前記推力ダイバータは、前記ノズルスロートに対して摺動可能に配置されている請求項１の推力ベクトル制御システム。
【請求項４】
前記推力ダイバータは、非推力方向の偏向位置に通常付勢されている請求項１の推力ベクトル制御システム。
【請求項５】
前記推力ダイバータは、前記プラグを長手方向に貫通して延びている軸に対してほぼ垂直な面内で移動可能である請求項１の推力ベクトル制御システム。
【請求項６】
前記推力ダイバータは、所定の直径を有する開口部が形成されたプレートを有している請求項５の推力ベクトル制御システム。
【請求項７】
前記プレートには、複数の取着具をそれぞれ中に受けるためのチャネルが形成されている請求項６の推力ベクトル制御システム。
【請求項８】
前記開口部の直径は、前記ノズルスロートの直径にほぼ等しい請求項６の推力ベクトル制御システム。
【請求項９】
前記推力ダイバータは、前記プレートを非推力方向の偏向位置に再配置するように自動芯合わせする請求項６の推力ベクトル制御システム。
【請求項１０】
前記推力ダイバータに結合された第１のアクチュエータを更に具備し、この第１のアクチュエータは、前記推力ダイバータを前記プラグに対して選択的に移動させる請求項１の推力ベクトル制御システム。
【請求項１１】
前記推力ダイバータに結合された第２のアクチュエータを更に具備し、前記第１並びに第２のアクチュエータは、前記推力ダイバータを前記プラグに対して選択的に移動させる請求項１０の推力ベクトル制御システム。
【請求項１２】
前記プラグは、第１の端部と第２の端部とを有し、この第１の端部は、第２の端部に向けて内方へとテーパ付けられている請求項１の推力ベクトル制御システム。
【請求項１３】
前記プラグの第２の端部は、前記推力ダイバータの下流で終端している請求項１２の推力ベクトル制御システム。
【請求項１４】
前記プラグは、前記ハウジング内で、開いた位置と閉じた位置との間を前記ノズルスロートに対して移動可能である請求項１の推力ベクトル制御システム。
【請求項１５】
（ａ）ノズルスロートを有するハウジングと、
（ｂ）このハウジング内に並進移動可能に装着され、前記ノズルスロートとの間にスペースを規定するように、前記ノズルスロート内に配置されているプラグと、
（ｃ）推力方向の偏向のために前記プラグに対する推力を角度をなしてずらすように、前記ハウジングに対して移動可能に配置された推力ダイバータとを具備する、プラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【請求項１６】
前記推力ダイバータは、非推力方向の偏向位置に通常付勢されている請求項１５の推力ベクトル制御システム。
【請求項１７】
前記推力ダイバータは、前記プラグを長手方向に貫通して延びている軸に対してほぼ垂直な面内で移動可能である請求項１５の推力ベクトル制御システム。
【請求項１８】
前記推力ダイバータは、所定の直径を有する開口部が形成されたプレートを有している請求項１７の推力ベクトル制御システム。
【請求項１９】
前記開口部の直径は、前記ノズルスロートの直径にほぼ等しい請求項１８の推力ベクトル制御システム。
【請求項２０】
前記推力ダイバータは、前記プレートを非推力方向の偏向位置に再配置するように、自動芯合わせする請求項１８の推力ベクトル制御システム。
【請求項２１】
前記推力ダイバータに結合された第１のアクチュエータを更に具備し、この第１のアクチュエータは、前記推力ダイバータを前記プラグに対して選択的に移動させる請求項１５の推力ベクトル制御システム。
【請求項２２】
前記推力ダイバータに結合された第２のアクチュエータをさらに具備し、前記第１並びに第２のアクチュエータは、前記推力ダイバータを前記プラグに対して選択的に移動させる請求項２１の推力ベクトル制御システム。
【請求項２３】
前記プラグは、前記ハウジング内で、開いた位置と閉じた位置との間を前記ノズルスロートに対して移動可能である請求項１５の推力ベクトル制御システム。
【請求項２４】
（ａ）推力を発生させるための手段と、
（ｂ）フローが完全にオンの状態と完全にオフの状態との間で動作する推力を制御するための手段と、
（ｃ）推力方向の偏向のための手段とを具備し、この推力方向の偏向のための手段は、プラグの長さに沿って非対称の表面圧力を発生させることにより、適切な角度の推力ベクトル偏向を選択的にもたらすプラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【請求項２５】
（ａ）ノズルスロートを有するハウジングと、
（ｂ）前記ノズルスロートとの間にスペースを規定するように前記ハウジングに対して位置され、このノズルスロート内に配置され、前記ハウジング内で、開いた位置と閉じた位置との間を前記ノズルスロートに対して移動可能なプラグと、
（ｃ）所定の直径を有する開口部が形成されたプレートと、このプレートに結合された第１のアクチュエータと、前記プレートに結合された第２のアクチュエータとを有する推力ダイバータとを具備し、
（ｄ）前記プレートは、前記プラグを長手方向に貫通して延びている軸に対してほぼ垂直な面内で、前記ハウジングに対して移動可能に配置され、
（ｅ）前記プレートは、非推力方向の偏向位置に通常付勢され、
（ｆ）前記第１並びに第２のアクチュエータは、前記プレートを前記ハウジングに対して選択的に移動させ、
（ｇ）前記プレートは、推力方向の偏向位置に移動可能であり、
前記プレートが推力方向の偏向位置にあるとき、前記プレートは、非対称の表面圧力分布を前記プラグに沿って規定するプラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗り物を推進並びに駆動させるために使用されるスラスターのための推力ベクトル制御システム、より詳細には、プラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラグノズル式ロケットエンジンは、ロケット、ミサイル、並びに宇宙船の推進の分野における共通のエンジンである。通常の環状のプラグノズルスロートからの排気フローは、ほぼ対称であり、推力ベクトルを変更して、エンジンが装着された乗り物の姿勢若しくは方向を制御するために容易に方向を変えることはない。
【０００３】
伝統的に、推力ベクトルの角変位には、ロケットエンジン全体の角変位が必要である。例えば、推力ベクトル制御システムの１つのタイプは、ジンバル式スラスターである。このジンバル式スラスターは、これが、乗り物の推力ベクトルの方向を変えるために装着されている乗り物に対する回動点の周りを移動する。このシステムには、正確なジンバル機構が必要とされる。このような機構は、大きな力にさらされ、迅速な応答を果たすために大きな力を必要とし、重く、複雑で、費用がかかる。
【０００４】
推力ベクトル制御システムは、乗り物の両側に発散した角度で配置された複数のスラスターを有している。例えば、Brodersonによって出された”Thrust Vector Control for Large Deflection Angles,”という名称の米国特許第４，３８４，６９０号を見よ。推力発生ガスは、ガスジェネレータからダクトを通ってスラスターへと供給される。ガイドシステムが、スラスターのパルス幅変調をもたらすように、これらバルブに制御信号を与える。軸方向の全推力の組み合わされたベクトルは、複数のスラスターからの個々の推力ベクトルの全ての軸方向部品の合計である。このシステムは、複雑で高価である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、エンジンの推力ベクトルを変更するためのメカニズムが、信頼でき、応答が速く、電力、質量、並びにコストが低く、迅速で、効果的で、シンプルな改良されたプラグノズル式ロケットエンジンの必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従って形成されたプラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システムの一実施形態は、ノズルスロートを有するハウジングと、ノズルスロートとの間にスペースを規定するようにハウジングに対して位置され、このノズルスロート内に配置されたプラグと、推力方向の偏向のために、このプラグに沿って非対称の表面圧力分布を与えるように、ハウジングに対して移動可能に配置された推力ダイバータとを有している。
【０００７】
一実施形態において、前記推力ダイバータは、非推力方向の偏向位置に通常付勢されているが、プラグを長手方向に貫通して延びている軸に対してほぼ垂直な面内で移動可能である。
【０００８】
本発明の他の実施形態において、ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システムは、ノズルスロートを有するハウジングと、このハウジング内に並進移動可能に装着され、ノズルスロートとの間にスペースを規定するようにノズルスロート内に配置されているプラグとを有している。この推力ベクトル制御システムは、推力方向の偏向のために、プラグに対する推力を角度をなして偏向するように、ハウジングに対して移動可能に配置された推力ダイバータとをさらに有している。
【０００９】
本発明の更なる他の実施形態では、推力ベクトル制御システムは、推力を発生させるための手段と、スラストレベルを制御するための手段とを有している。このスラストレベルを制御するための手段は、フローが完全にオンの状態とオフの状態との間で動作することができる。推力ベクトル制御システムは、推力を偏向するための手段をさらに有しており、この手段は、プラグの長さに沿って非対称の表面圧力をもたらすことにより、外見上角度をなした推力ベクトルのずれを選択的に生じさせる。
【００１０】
本発明の更に別の実施形態において、ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システムは、ノズルスロートを有するハウジングと、ノズルスロートとの間にスペースを規定するようにハウジングに対して位置され、ノズルスロート内に配置されたプラグとを有している。このプラグは、ハウジング内で、開いた位置と閉じた位置との間をノズルスロートに対して移動可能である。この推力ベクトル制御システムは、所定の直径の開口部を有するプレートと、このプレートに結合された第１並びに第２のアクチュエータとを備えた推力ダイバータをさらに有している。前記プレートは、プラグを長手方向に貫通して延びている軸に対してほぼ垂直な面内で、ハウジングに対して移動可能に配置されている。このプレートは、非推力方向の偏向位置に通常付勢されている。前記第１並びに第２のアクチュエータは、プレートが推力方向の偏向位置に移動可能なように、プレートをハウジングに対して選択的に移動させる。プレートが推力方向の偏向位置にあるとき、このプレートは、非対称の表面圧力分布をプラグに沿って規定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の以上の態様並びに付随する多くの効果は、添付図面を一緒に参照しながら、以下の詳細な説明により良く理解されると同時に、より容易に認識されるであろう。
【００１２】
図１並びに２を参照すると、プラグノズル式ロケットエンジン２は、ハウジング８を有しており、このハウジングは、このハウジング８の後方端部１２０のところに位置されたプラグノズルスロート１２を有している。このハウジング８内で、開口した後端面６４と閉口した前端面６６とを有する円筒形のチャンバ６２が、中央に位置されている。この円筒形のチャンバ６２は、環状のプレナム(plenum)キャビティ３０により囲まれている。このプレナムキャビティ３０は、円筒形のチャンバ６２の後端面６４の後方に位置された環状出口、即ち前記ノズルスロート１２を有している。このノズルスロート１２は、プレナムキャビティ３０の環状リム４４のところを起点とし、ハウジング８からのガス（即ち、排気）の出口を規定している。このノズルスロート１２は、環状構造であり、円筒形のチャンバ６２の長手方向の軸１００に対して垂直に方向付けられている。このノズルスロート１２は、円筒形のチャンバ６２の直径よりも小さな直径を有している。推進剤、即ちガスの供給ダクト５０が、プレナムキャビティ３０から前方に延び、燃料供給部（図示されず）と接続している。パイロットステージ(pilot stage)のガスチャネル７４が、前記ガス供給ダクト５０から円筒形のチャンバ６２の前端面６６へと延びている。通常のパイロットステージのバルブ７２が、パイロットステージの動作命令に応じ、以下に詳細に説明されるように、通常の方法で、パイロットステージのガスチャネル７４を開閉する。
【００１３】
プラグ１０が、前記円筒形のチャンバ６２内で前後方向に移動するように装着されている。図１に示されている実施形態では、このプラグは、前側の円筒形部分８０と、後側の円錐形部分８２とを有している。この円筒形部分８０は、円筒形のチャンバ６２の長手方向の軸１００に沿って前後方向に移動するように装着されている。プラグ１０の後側部分では、円錐形部分８２が、円筒形部分８０の後方エッジ８６からプラグの後方チップ８４まで、後方へと径方向内方にテーパ付けされて延びている。前記ノズルスロート１２は、後方チップ８４のところでのプラグ１０の直径よりも大きな直径を有している。プラグ１０の円錐形部分８２は、ノズルスロート１２を貫通して延びている。
【００１４】
このプラグ１０は、前記ハウジング８内に適切に位置され、スラストレベルを制御するようにノズルスロート１２内に配置可能である。プラグ１０は、ハウジング８内に、これと並進動、即ち往復動可能なように装着されることができ、プラグ１０とノズルスロート１２との間にスペースを規定するようにノズルスロート１２内に配置されている。図１並びに２において、推進用のガスが、ガスの供給ダクト５０に供給されると、プラグが（図１に示されているように）円筒形のチャンバ６２の前端面６６に着座するように、前記プレナムキャビティ３０内に入って、（図２に示されているように）プラグ１０を前方に押圧する。このプラグ１０は、燃料ガスが、円筒形のチャンバ６２の前端面６６と、プラグ１０の前端面８８との間のパイロットステージのキャビティ７６内に入らないように、パイロットステージのバルブ７２が閉成位置にある場合に、前方に押圧される。
【００１５】
前記パイロットステージのバルブ７２が開成位置にあるとき、推進用のガスは、パイロットステージのチャネル７４、かくしてパイロットステージのガスダクト７８を通って、パイロットステージのキャビティ７６内に入る。そして、パイロットステージのキャビティ７６内のガスは、プラグ１０の後側の円錐形部分８２が、（図２に破線で示されているように）ノズルスロート１２の内方の環状リム４４をシールして、推進用のガス、即ち排気が、プラグ１０とノズルスロート１２との間の環状スペース１６を通って出るのを実質的に防止するように、プラグ１０を後方に押圧する。プラグ１０の後側の円錐形部分８２は、プラグ１０の断面が、ノズルスロート１２の直径にほぼ等しい直径を有する場合に、ノズルスロート１２をシールする。
【００１６】
ガスは、高圧ガスジェネレータから、前記ガス供給ダクト５０へと供給されることができる。このガスジェネレータは、ほぼ一定の質量流量のガスをガス注入口５２に供給可能にすることができる。前記プレナムキャビティ３０内に入ったガスは、ノズルスロート１２とプラグ１０との間の環状スペース１６を通って、（排気として）放出される。放出された排気の効果は、反作用の推力として現われ、排気方向並びに排気力と同じ若しくはこれに対向する方向並びに力で作用する。この推力は、プラグノズル式ロケットエンジン２、並びにこのロケットエンジン２が装着されている乗り物を推進させる。
【００１７】
図１並びに２をさらに参照すると、推力ダイバータ１４が、ロケットエンジン２のハウジング８の後方端部１２０に配置されている。図１並びに２に示された実施形態では、この推力ダイバータ１４は、ハウジング８とノズルスロート１２とに対して移動可能、即ち摺動可能に配置されている。図２並びに３を参照すると、推力ダイバータ１４の適切な一例は、平坦な中央部分１１０を備えた皿形状のプレート２０を有している。図３を参照すると、この皿形状のプレート２０の平坦な中央部分１１０は、平坦な前面１１２と平坦な後面１１４とを有している。平坦な中央部分１１０の平坦な前面１１２は、プラグ１０の長手方向の軸１００に対して垂直に方向付けられた、ハウジング８の平坦な後面１２２をシールしている。このハウジングの平坦な後面１２２は、ノズルスロート１２のすぐ後のハウジング８の後面に位置されている。第１のベローシール２６が、ハウジング８の平坦な後面１２２の外縁と、前記プレート２０の前方の外縁１１６との間に環状シールを与えている。後でより詳細に説明されるように、保持プレート２４が、プレート２０を所定の位置に保持するように、プレート２０の後方に位置されている。
【００１８】
前記プレート２０には、ノズルスロート１２の中央に位置され、かつこのノズルスロートと通常は同軸の中央開口部２２が形成されている。このプレートの中央開口部２２は、ノズルスロート１２の直径にほぼ等しい直径を有している。プラグ１０の前記円錐形部分８２は、ノズルスロート１２とプレートの中央開口部２２とを貫通して延びている。プレート２０は、ノズルスロート１２と直接アライメントした位置に通常付勢されている。より詳細に説明されるように、プレート２０は、ノズルスロート１２に対してプレートの中央開口部２２をオフセットするように、移動されることができる。
【００１９】
結果的に非対称の膨張波と圧力分布とをプラグ１０に対して生じさせるための推力ダイバータ１４の他の適切な例は、ノズルスロート１２を中心として芯合わせされ、かつこれ通常は同軸の、中央開口部を有するほぼ平坦なプレートを備えている。他の適切な推力ダイバータは、シャッター制御のためのシャッター、若しくは所定の形状のカムプレートを有するか、他の適切なダイバータは、非対称の膨張波をプラグ１０に対して生じさせることができる。さらに他の適切な推力ダイバータは、円形若しくは半円形のプレートを有する。
【００２０】
図１並びに２を参照すると、前記プレート２０は、ノズルスロート１２に対して移動可能、即ち摺動可能に配置されている。図７を参照すると、プレート２０は、第１のアクチュエータ６０と第２のアクチュエータ６１とを有することができる。このプレート２０は、プレート２０の外縁から互いに離間した関係で外方へと延びている複数の装着アーム３４を有している。非限定的な例として、これら装着アームは、互いに９０度の角度で位置されている。また、これら装着アーム３４は、プレート２０並びにハウジング８から離れて適切に位置された前記アクチュエータ６０，６１にそれぞれ装着されている。
【００２１】
前記アクチュエータ６０，６１は、プラグ１０を長手方向に貫通して延びている軸１００に対してほぼ垂直な面内で、プレート２０を選択的に移動させる。これらアクチュエータ６０，６１は、ハウジング８と、プラグ１０と、ノズルスロート１２とに対してプレート２０の中央開口部２２をオフセットするように、プレートのｘ方向とｙ方向との両方若しくは一方にプレート２０を移動させ、従って、所望の非対称の膨張波を発生させる。第１のアクチュエータ６０は、プレート２０をｘ軸に沿って移動させ、また、第２のアクチュエータ６１は、プレート２０をｙ軸に沿って移動させる。
【００２２】
図７をさらに参照すると、前記第１並びに第２のアクチュエータ６０，６１は、双方向のリニアー(dual linear)アクチュエータであり得る。双方向のリニアーアクチュエータは、回転運動を直線移動に変える。別の実施形態において、第１並びに第２のアクチュエータ６０，６１は、２重入れ子式の偏心したフェースギアを備えた回転アクチュエータであり得る。これらアクチュエータ６０，６１は、また、位置のフィードバックのために一体的なエンコーダをそれぞれ組み込んでいる。
【００２３】
図１並びに２を参照すると、前記プレート２０は、このプレート２０を所定の位置に保持するようにプレート２０の後方に着座された保持プレート２４により、ハウジング８に移動可能に結合されている。図３を参照すると、この保持プレート２４は、（プレート２０のように）平坦な中央部分１３０を有する皿形状の保持プレート２４である。この保持プレート２４の平坦な中央部分１３０は、平坦な前面１３２を有している。保持プレート２４の平坦な中央部分１３０の平坦な前面１３２は、プレート２０の平坦な中央部分１１０の平坦な後面１１４に着座している。プレート２０と保持プレート２４との両方は、ハウジング内のプラグ１０並びに円筒形のチャンバ６２の長手方向の軸１００に対して垂直に方向付けられている。第２のベローシール２７が、プレートの後側外縁１１８と保持プレートの前側外縁１３６との間に環状シールを与えている。
【００２４】
図３を参照すると、前記保持プレート２４と、プレート２０と、ハウジング８の後方端部１２０とは、複数の保持用取着具３８により一緒に結合されている。保持プレート２４には、これら保持用取着具３８を受けるための一連のホール２８が形成され、プレート２０には、取着具３８を受けるための一連のチャネル３６が形成され、また、ハウジング８の平坦な後面１２２には、保持用取着具３８を受けて固定するための一連のねじ孔４０が形成されている。
【００２５】
別の実施形態では、保持プレート２４が、推力ダイバータ１４を保持するほぼ平坦な保持プレートであり得る。他の実施形態において、保持プレート２４は、1つのバー、連続した複数のバー、若しくは他の適切な保持部材である。さらに別の実施形態では、保持プレート２４は、ハウジング８と磁気的にカップリングする磁気プレートであり、従って、プレート２０が、プラグ１０を長手方向に貫通して延びている軸１００に対してほぼ垂直な面内で自由に移動することができる。
【００２６】
図３をさらに参照すると、プレートアッセンブリは、ハウジング８の後方部分１２０と、このハウジング８の後方部分１２０とプレート２０との間の第1のベローシール２６と、プレート２０と、このプレート２０と保持プレート２４との間の第２のベローシール２７と、保持プレート２４と、複数の保持用取着具３８とを有している。これらねじブッシング３８は、保持プレートのホール２８と、プレートのチャネル３６とを通って挿入される。これらねじブッシング３８は、ハウジング８のねじ孔４０に固定するように取着される。従って、保持用取着具３８は、プレートのチャネル３６を介して、保持プレート２４をハウジング８に固定するように接続する。プレートのチャネル３６は、プレート２０が、ハウジング８に結合した状態のまま、しかし、プラグ１０を長手方向に貫通して延びている軸１００に対してほぼ垂直な面内で、ハウジング８に対して保持用取着具３８の周りで自由に移動することを可能にしている。
【００２７】
図１並びに２を参照すると、前記保持用取着具３８は、保持プレート２４をハウジング８に接続するねじブッシングである。これらねじブッシングは、ショルダー部４２（図２に参照されている）を有することが好ましい。ショルダー部を有したねじブッシングは、保持用取着具３８がしっかりと取着されているときでさえ、プレート２０が、プラグ１０を長手方向に貫通して延びている軸１００に対してほぼ垂直な面内で自由に移動することを可能にするように、保持プレート２４とハウジング８との間に適切なスペースを保証している。
【００２８】
別の実施形態において、保持用取着具３８は、ハウジング８に溶接されても良いし、他の方法で永久に接続されても良い。例えば、これら保持用取着具３８は、ハウジング８から外方に突出している。プレート２０は、プレートのチャネル３６を介して保持用取着具３８に適合され、また、保持プレート２４は、この保持プレート２４の装着ホール２８を介して、保持用取着具３８に適合される。かくして、保持用取着具３８は、溶接、ロックナット、永久的な接着、若しくは他の適切な方法を含んだ適切な装着方法により、保持プレート２４に装着される。
【００２９】
この保持プレート２４をハウジング８に結合するのに必要とされる保持用取着具３８の数は、前記プレナムキャビティ３０内のガス圧力により決まる。好ましい実施形態では、８つの保持用取着具３８がある。別の実施形態では、４つの保持用取着具３８があり得る。図示された実施形態では、４つの保持用取着具３８があるが、適切な数の取着具３８が使用され得ることは理解されるであろう。
【００３０】
前記プレート２０のプレートチャネル３６の数は、使用される保持用取着具３８の数により決まる。これらプレートチャネル３６は、保持用取着具３８を受け入れるが、さらに、プレート２０が、ノズルスロート１２に対してプレート２０の中央開口部２２をオフセットするように、保持用取着具３８の周りを移動することを可能にしている。
【００３１】
本発明の一実施形態において、前記推力ダイバータ１４は、非推力方向の偏向(non-thrust-vectoring)位置に自身を再び位置させるように自動芯合わせする。非限定的な一例において、プレート２０は、前記装着アーム３４に作用する力が除去されると、自動芯合わせする。図７に示された実施形態において、プレート２０は、複数のビームばね(beam spring)３２により、保持用取着具３８に接続されている。これらビームばねは、プレート２０をゼロでないｘ座標とｙ座標とに選択的に位置させる前記第１並びに第２のアクチュエータ６０，６１からの力が除去されたときに、プレート２０を中心位置に戻すようにこのプレートを付勢している。かくして、プレート２０は、中心でない他の位置から、ノズルスロート１２と同軸でこれと直接アライメントした中心位置に戻る。
【００３２】
前述したように、本発明の一実施形態は、推力ガス制御機構を組み込んでいる。この推力ガス制御機構は、ノズルスロート１２のところで、推力ガスの制御可能なパルス出力を与え、ガスフローが完全に「オン」の状態と完全に「オフ」の状態とに動作する。図１を参照すると、電気ソレノイド７０が、パイロットステージのバルブ７２を開閉することにより、パイロットステージのバルブ７２を作動させる。パイロットステージのバルブ７２が開成されると、ガスは、パイロットステージのガス注入口７４内に入り、パイロットステージのガスダクト７８とパイロットステージのキャビティ７６とを充填し、プラグ１０をノズルスロート１２へと押圧し、かくして、プラグ１０とノズルスロート１２との間の環状スペース１６を閉成する。前記電気ソレノイド７０は、また、パイロットステージのバルブ７２を閉成して、パイロットステージのキャビティ７６へのガスの送出を止めるように動作する。ガスがパイロットステージのキャビティ７６に送出されなくなると、プレナムキャビティ３０内へのガスの流れが、プラグ１０をプレナムキャビティ３０の環状リム４４から離し、かくして、プラグ１０とノズルスロート１２との間に環状スペース１６を形成し、ガスがノズルスロート１２から出るのを可能にし、従って推力を発生させる。
【００３３】
図１の図式的な実施形態に示されているように、前記電気ソレノイド７０は、パイロットステージのバルブ７２を制御する。パイロットステージのバルブは、ポペットバルブ、スプールバルブ、高圧制御流体により動作される流体装置、若しくは他の適切なバルブなどである。
【００３４】
別の実施形態において、前記プラグ１０は、ノズルスロート１２を開閉するように、このプラグ１０を内方に押圧したり外方に引いたりすることができる垂直方向のアクチュエータに装着されることができる。更なる別の実施形態において、ロケットエンジン２の推力は、推力ガスジェネレータをオンにしたりオフにしたりすることにより、制御されることができる。
【００３５】
プラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システムの構成部品の以上の説明を踏まえて、推力ベクトル制御システムの操作が説明される。一般に説明されるように、推力ベクトル制御システムは、ハウジング８に対して移動可能に配置された推力ダイバータ１４を利用している。この推力ダイバータ１４は、推力方向の偏向のためにプラグ１０に沿って非対称の表面圧力分布を生じさせるように、ハウジング８に対して選択的に移動可能である。このプラグ１０に沿った非対称の圧力分布により、適切な推力ベクトルの角度をなした偏向がもたらされる。
【００３６】
前記推力ダイバータ１４の移動のより詳細な効果に目を向けて、図４Ａないし４Ｃ、５Ａないし５Ｃ、並びに６Ａないし６Ｃを参照すると、前記プレート２０は、プラグ１０を長手方向に貫通して延びている軸１００に対してほぼ垂直な面に沿って、ｘ軸並びにｙ軸の両方若しくは一方に移動されることができる。プレート２０のこのような移動により、プラグ１０に対する結果的な膨張波１４０と圧力分布とが生じる。非対称の表面圧力分布は、スラスター２の周りにモーメントをもたらし、従って、推力ベクトルの正味の方向を変更する。
【００３７】
図４Ａ，４Ｂ，４Ｃを参照すると、前記推力ダイバータ１４は、プレートの中央開口部２２が、図４Ａ並びに４Ｂに示されているように、ノズルスロート１２を中心としてこれとアライメントするように芯合わせされた非推力方向の偏向位置に通常付勢されることができる。この非推力方向の偏向位置では、ロケットエンジン２の通常の推力ベクトル１５０は、プラグ１０とノズルスロート１２とを長手方向に貫通して延びている軸１００と同軸的にアライメントされている。図４Ｃにおいて、通常の膨張波１４０は、ノズルスロート１２から等距離のところでのプラグ１０に向けて収束している。非推力方向の偏向状態の膨張波１４０が、プラグ１０の円錐形部分８２に対してほぼ対称に収束しているために、これら波は、プラグ１０に対するノズルスロート１２からの排気の表面圧力分布に影響を与えない。従って、非推力方向の偏向状態の膨張波１４０は、図４Ｃの通常の推力ベクトル１５０の方向により示されているように、ロケットエンジン２の推力方向の偏向をもたらさない。
【００３８】
前記プレートの中央開口部２２は、ロケットエンジン２の制限により許容されるように、プラグ１０を長手方向に貫通して延びている軸１００に対してほぼ垂直な面内で、無限の推力方向の偏向位置に移動可能である。
【００３９】
図５Ａ，５Ｂ，５Ｃを参照すると、前記推力ダイバータ１４は、プラグ１０並びにノズルスロート１２に対して、第１の推力方向の偏向位置に移動されることができる。図５Ｂにおいて、この第１の推力方向の偏向位置で、推力ダイバータ１４は、プレートの中央開口部２２の中心点２３の移動により示されているように、ｙが負でｘがゼロの座標位置を有している。図５Ｃにおいて、非対称の膨張波１４２，１４０は、プラグ１０に対して非対称の表面圧力分布を生じさせる。このプラグ１０に対する非対称の表面圧力分布は、発散状態の第１の推力ベクトル１５２をもたらす。この発散状態の第１の推力ベクトル１５２は、ロケットエンジン２の周りにモーメントを生じさせ、この結果、ロケットエンジン２を縦揺れ若しくは偏揺れさせる。従って、推力ダイバータ１が、負のｙ方向並びにゼロのｘ方向に位置されているとき、（図５Ｃに示されているような）プラグ１０に沿った非対称の圧力分布は、ロケットエンジン２の推力方向を変更させ、かくして、ノズルスロート１２の狭くなったエリアから発散される。
【００４０】
図６Ａ，６Ｂ，６Ｃを参照すると、推力ダイバータ１４は、プラグ１０並びにノズルスロート１２に対して（第１の推力方向の偏向位置とは反対の）第２の推力方向の偏向位置に移動されることができる。図６Ｂにおいて、この第２の推力方向の偏向位置では、推力ダイバータ１４は、プレートの中央開口部２２の中心点２３の移動により示されているように、ｙ軸が正でｘ軸がゼロの座標位置を有している。図６Ｃにおいて、非対称の膨張波１４４，１４０は、プラグ１０に対して非対称の表面圧力分布を生じさせる。このプラグ１０に対する非対称の表面圧力分布は、発散状態の第２の推力ベクトル１５４をもたらす。この発散状態の第２の推力ベクトル１５４は、ロケットエンジン２の周りにモーメントを生じさせ、かくしてロケットエンジン２を縦揺れ若しくは偏揺れさせる。従って、推力ダイバータ１４が、正のｙ方向並びにゼロのｘ方向に位置されているとき、（図６Ｃに示されているような）プラグ１０に沿った非対称の圧力分布は、ロケットエンジン２の推力方向を変え、かくしてノズルスロート１２の狭くなったエリアから発散される。
【００４１】
図４Ａないし４Ｃの通常の推力方向の偏向位置とは違って、それぞれ第１並びに第２の推力方向の偏向位置でのロケットエンジン２の（図５Ｃに示されているような）第１の推力ベクトル１５２と（図６Ｃに示されているような）第２の推力ベクトル１５４とは、プラグ１０とノズルスロート１２とを長手方向に貫通して延びている軸１００と同軸的にアライメントされていない。むしろ、推力ベクトルの外見上の回転は、ノズルスロート１２の狭くなったエリアからずらされている。かくして、第１の推力ベクトル（図５Ｃを参照）と第２の推力ベクトル（図６Ｃを参照）とは、ノズルスロート１２の狭くなったエリアからずれている。
【００４２】
図５Ａないし５Ｃ並びに６Ａないし６Ｃでは、簡単にするために、プレート２０の移動が正と負のｙ方向にのみ限定されている。このプレート２０は、前記プラグチップ８４を中心として３６０度、ロケットエンジンの姿勢若しくは方向に変化を与えるように、システムの制限内でいずれのｘ座標並びにｙ座標に位置されることができる。ロケットエンジンの姿勢若しくは方向の所望の変更が達成されると、プレート２０は、（図４Ａないし４Ｃに示されているように）非偏向位置に戻されることができる
本発明の好ましい実施形態が図示され、また説明されているが、様々な変更が、本発明の精神並びに範囲から逸脱することなく果たされ得ることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ハウジングとプラグと推力ダイバータとを有する、本発明に従ったプラグノズル式ロケットエンジンの部分的な断面斜視図である。
【図２】本発明に従ったプラグと推力ダイバータとを示す、図１に示されたプラグノズル式ロケットエンジンの拡大断面図である。
【図３】図１のプラグ並びに推力ダイバータの同じ大きさの分解図である。
【図４Ａ】非推力方向の偏向位置での推力ダイバータを示したプラグの部分断面図である。
【図４Ｂ】非推力方向の偏向位置での推力ダイバータを示したプラグの端面図である。
【図４Ｃ】非推力方向の偏向位置での推力ダイバータにおける例示的な推力ベクトルを示したプラグと推力ダイバータとの部分断面図である。
【図５Ａ】第１の推力方向の偏向位置での推力ダイバータを示したプラグの部分断面である。
【図５Ｂ】第１の推力方向の偏向位置での推力ダイバータを示したプラグの端面図である。
【図５Ｃ】第１の推力方向の偏向位置での推力ダイバータにおける例示的な推力ベクトルを示したプラグと推力ダイバータとの部分断面図である。
【図６Ａ】第２の推力方向の偏向位置での推力ダイバータを示したプラグの部分断面図である。
【図６Ｂ】第２の推力方向の偏向位置での推力ダイバータを示したプラグの端面図である。
【図６Ｃ】第２の推力方向の偏向位置での推力ダイバータにおける例示的な推力ベクトルを示したプラグと推力ダイバータとの部分断面図である。
【図７】本発明に従った第１並びに第２のアクチュエータを有したプレートの平面図である。
【図１】
2007532826.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年12月14日(2006.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ノズルスロートを有するハウジングと、
（ｂ）前記ノズルスロートとの間にスペースを規定するように前記ハウジングに対して位置され、このノズルスロート内に配置されたプラグと、
（ｃ）推力方向の偏向のために前記プラグに沿って非対称の表面圧力分布を与えるように、前記ハウジングに対して摺動可能に配置された推力ダイバータとを具備する、プラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【請求項２】
（ａ）ノズルスロートを有するハウジングと、
（ｂ）前記ノズルスロートとの間にスペースを規定するように前記ハウジングに対して位置され、このノズルスロート内に配置されたプラグと、
（ｃ）推力方向の偏向のために前記プラグに沿って非対称の表面圧力分布を与えるように、前記ハウジングに対して移動可能に配置された推力ダイバータとを具備し、この推力ダイバータは、前記ノズルスロートに対して摺動可能に配置されている、プラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【請求項３】
前記推力ダイバータは、非推力方向の偏向位置に通常付勢されている請求項１の推力ベクトル制御システム。
【請求項４】
（ａ）ノズルスロートを有するハウジングと、
（ｂ）前記ノズルスロートとの間にスペースを規定するように前記ハウジングに対して位置され、このノズルスロート内に配置されたプラグと、
（ｃ）推力方向の偏向のために前記プラグに沿って非対称の表面圧力分布を与えるように、前記ハウジングに対して移動可能に配置された推力ダイバータとを具備し、この推力ダイバータは、前記プラグを長手方向に貫通して延びている軸に対してほぼ垂直な面内で移動可能である、プラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【請求項５】
前記推力ダイバータは、所定の直径を有する開口部が形成されたプレートを有している請求項４の推力ベクトル制御システム。
【請求項６】
前記プレートには、複数の取着具をそれぞれ中に受けるためのチャネルが形成されている請求項５の推力ベクトル制御システム。
【請求項７】
前記開口部の直径は、前記ノズルスロートの直径にほぼ等しい請求項５の推力ベクトル制御システム。
【請求項８】
前記推力ダイバータは、前記プレートを非推力方向の偏向位置に再配置するように自動芯合わせする請求項５の推力ベクトル制御システム。
【請求項９】
（ａ）ノズルスロートを有するハウジングと、
（ｂ）前記ノズルスロートとの間にスペースを規定するように前記ハウジングに対して位置され、このノズルスロート内に配置されたプラグと、
（ｃ）推力方向の偏向のために前記プラグに沿って非対称の表面圧力分布を与えるように、前記ハウジングに対して移動可能に配置された推力ダイバータと、さらに、
この推力ダイバータに結合された第１のアクチュエータとを具備し、
この第１のアクチュエータは、前記推力ダイバータを前記プラグに対して選択的に移動させる、プラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【請求項１０】
前記推力ダイバータに結合された第２のアクチュエータを更に具備し、前記第１並びに第２のアクチュエータは、前記推力ダイバータを前記プラグに対して選択的に移動させる請求項９の推力ベクトル制御システム。
【請求項１１】
前記プラグは、第１の端部と第２の端部とを有し、この第１の端部は、第２の端部に向けて内方へとテーパ付けられている請求項１の推力ベクトル制御システム。
【請求項１２】
前記プラグの第２の端部は、前記推力ダイバータの下流で終端している請求項１１の推力ベクトル制御システム。
【請求項１３】
（ａ）ノズルスロートを有するハウジングと、
（ｂ）前記ノズルスロートとの間にスペースを規定するように前記ハウジングに対して位置され、このノズルスロート内に配置されたプラグと、
（ｃ）推力方向の偏向のために前記プラグに沿って非対称の表面圧力分布を与えるように、前記ハウジングに対して移動可能に配置された推力ダイバータとを具備し、
前記プラグは、前記ハウジング内で、開いた位置と閉じた位置との間を前記ノズルスロートに対して移動可能であるプラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【請求項１４】
（ａ）ノズルスロートを有するハウジングと、
（ｂ）このハウジング内に並進移動可能に装着され、前記ノズルスロートとの間にスペースを規定するように、前記ノズルスロート内に配置されているプラグと、
（ｃ）推力方向の偏向のために前記プラグに対する推力を角度をなしてずらすように、前記ハウジングに対して摺動可能に配置された推力ダイバータとを具備する、プラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【請求項１５】
前記推力ダイバータは、非推力方向の偏向位置に通常付勢されている請求項１４の推力ベクトル制御システム。
【請求項１６】
（ａ）ノズルスロートを有するハウジングと、
（ｂ）このハウジング内に並進移動可能に装着され、前記ノズルスロートとの間にスペースを規定するように、前記ノズルスロート内に配置されているプラグと、
（ｃ）推力方向の偏向のために前記プラグに対する推力を角度をなしてずらすように、前記ハウジングに対して移動可能に配置された推力ダイバータとを具備し、
この推力ダイバータは、前記プラグを長手方向に貫通して延びている軸に対してほぼ垂直な面内で移動可能である、プラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【請求項１７】
前記推力ダイバータは、所定の直径を有する開口部が形成されたプレートを有している請求項１６の推力ベクトル制御システム。
【請求項１８】
前記開口部の直径は、前記ノズルスロートの直径にほぼ等しい請求項１７の推力ベクトル制御システム。
【請求項１９】
前記推力ダイバータは、前記プレートを非推力方向の偏向位置に再配置するように自動芯合わせする請求項１７の推力ベクトル制御システム。
【請求項２０】
（ａ）ノズルスロートを有するハウジングと、
（ｂ）このハウジング内に並進移動可能に装着され、前記ノズルスロートとの間にスペースを規定するように、前記ノズルスロート内に配置されているプラグと、
（ｃ）推力方向の偏向のために前記プラグに対する推力を角度をなしてずらすように、前記ハウジングに対して移動可能に配置された推力ダイバータと、さらに、
この推力ダイバータに結合された第１のアクチュエータとを具備し、
この第１のアクチュエータは、前記推力ダイバータを前記プラグに対して選択的に移動させる、プラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【請求項２１】
前記推力ダイバータに結合された第２のアクチュエータをさらに具備し、前記第１並びに第２のアクチュエータは、前記推力ダイバータを前記プラグに対して選択的に移動させる請求項２０の推力ベクトル制御システム。
【請求項２２】
（ａ）ノズルスロートを有するハウジングと、
（ｂ）このハウジング内に並進移動可能に装着され、前記ノズルスロートとの間にスペースを規定するように、前記ノズルスロート内に配置されているプラグと、
（ｃ）推力方向の偏向のために前記プラグに対する推力を角度をなしてずらすように、前記ハウジングに対して移動可能に配置された推力ダイバータとを具備し、
前記プラグは、前記ハウジング内で、開いた位置と閉じた位置との間を前記ノズルスロートに対して移動可能である、プラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【請求項２３】
（ａ）推力を発生させるための手段と、
（ｂ）完全にオンの状態と完全にオフの状態との間で動作する推力を制御するための手段と、
（ｃ）推力方向の偏向のための手段とを具備し、
この推力方向の変更のための手段は、プラグの長さに沿って非対称の表面圧力を発生させることにより適切な角度の推力ベクトル偏向を選択的にもたらすように、前記ハウジングに対して摺動可能に配置されている、プラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【請求項２４】
（ａ）ノズルスロートを有するハウジングと、
（ｂ）前記ノズルスロートとの間にスペースを規定するように前記ハウジングに対して位置され、このノズルスロート内に配置され、前記ハウジング内で、開いた位置と閉じた位置との間を前記ノズルスロートに対して移動可能なプラグと、
（ｃ）所定の直径を有する開口部が形成されたプレートと、このプレートに結合された第１のアクチュエータと、前記プレートに結合された第２のアクチュエータとを有する推力ダイバータとを具備し、
（ｄ）前記プレートは、前記プラグを長手方向に貫通して延びている軸に対してほぼ垂直な面内で、前記ハウジングに対して移動可能に配置され、
（ｅ）前記プレートは、非推力方向の偏向位置に通常付勢され、
（ｆ）前記第１並びに第２のアクチュエータは、前記プレートを前記ハウジングに対して選択的に移動させ、
（ｇ）前記プレートは、推力方向の偏向位置に移動可能であり、
前記プレートが推力方向の偏向位置にあるとき、前記プレートは、非対称の表面圧力分布を前記プラグに沿って規定する、プラグノズル式ロケットエンジンのための推力ベクトル制御システム。
【国際調査報告】
2007532826.tif 000016