(57)【要約】【課題】第１固体推進薬が燃焼し尽くしてから第２固体推進薬に点火する２パルスガスジェネレータにおいて、第１固体推進薬の消費量を、より高い精度で推定する。【解決手段】燃焼面が所定の第１方向に移動するように、第１固体推進薬を柱状形状に構成し、一方の端面を燃焼空間に露出し、この端面以外の表面を隔膜で覆う。燃焼面の第１方向における位置を、常時計測または定点計測を行う位置センサ装置で検知する。検知した結果に基づいて、第１固体推進薬の消費量を推定する。【選択図】図１Ｃ
2019178641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に燃焼空間を含む圧力容器と、
前記圧力容器の内部に配置され、第１端面が前記燃焼空間に露出している第１固体推進薬と、
前記第１固体推進薬の前記第１端面に点火する第１点火装置と、
前記第１固体推進薬の燃焼が進むにつれて前記第１固体推進薬の燃焼面が所定の第１方向に移動するように前記第１固体推進薬の前記燃焼面以外の表面を覆う隔膜と、
前記第１方向における前記燃焼面の位置を検知する位置センサ装置と、
前記燃焼面の位置の検知結果に基づいて前記第１固体推進薬の消費量を推定する演算装置と
を具備する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項２】
請求項１に記載の２パルスガスジェネレータにおいて、
前記圧力容器は、
前記第１固体推進薬の燃焼により発生する燃焼ガスを、前記圧力容器の外に、面積を調整可能な開口部を介して噴射するスラスタ部と、
前記燃焼空間における燃焼圧力を計測する圧力センサ装置と
を具備し、
前記演算装置は、所望時刻までに前記第１固体推進薬が燃焼し尽くすために必要な前記燃焼圧力の設定値を、前記燃焼面の位置の検知結果および前記燃焼圧力の計測結果に基づいて算出し、
前記スラスタ部の開口部の面積を調整することで前記燃焼圧力を前記設定値に基づいて調整する制御装置と、
前記圧力容器の内部に配置された第２固体推進薬と、
前記所望時刻に前記第２固体推進薬を点火する第２点火装置と
をさらに具備する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項３】
請求項２に記載の２パルスガスジェネレータにおいて、
前記位置センサ装置は、前記第１方向における前記燃焼面の位置を、前記制御装置に制御されたタイミングで検知する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項４】
請求項３に記載の２パルスガスジェネレータにおいて、
前記位置センサ装置は、
前記第１固体推進薬の内部の、前記燃焼面に対向する位置に配置されて、前記燃焼面までの距離を計測することで、前記第１方向における前記燃焼面の位置を検知する超音波センサ
を具備する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項５】
請求項３に記載の２パルスガスジェネレータにおいて、
前記位置センサ装置は、
前記燃焼空間を挟んで前記燃焼面に対向するように配置され、前記燃焼圧力を計測する高応答圧力センサ
を具備し、
前記演算装置は、前記高応答圧力センサが測定した前記燃焼圧力の周波数成分を解析し、前記周波数成分のうち、振幅が最大となる周波数から、前記高応答圧力センサから前記燃焼面までの距離を算出する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項６】
請求項３に記載の２パルスガスジェネレータにおいて、
前記圧力センサ装置は、前記燃焼空間を挟んで前記燃焼面に対向するように配置され、前記燃焼圧力を計測する前記位置センサ装置として機能し、
前記演算装置は、前記圧力センサ装置が測定した前記燃焼圧力の周波数成分を解析し、前記周波数成分のうち、振幅が最大となる周波数から、前記圧力センサ装置から前記燃焼面までの距離を算出する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の２パルスガスジェネレータにおいて、
前記第１固体推進薬および前記燃焼ガスの温度を計測する温度計測装置
をさらに具備する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項８】
請求項２に記載の２パルスガスジェネレータにおいて、
前記位置センサ装置は、前記燃焼面が前記第１方向における所定の位置に到達したことを、前記燃焼面が前記第１方向における前記所定の位置に到達したときに検知する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項９】
請求項８に記載の２パルスガスジェネレータにおいて、
前記位置センサ装置は、
前記第１固体推進薬の内部における前記所定の位置の温度を計測する温度検知器
を具備する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項１０】
請求項８に記載の２パルスガスジェネレータにおいて、
前記第１固体推進薬は、
前記第１方向において、前記第１端面に対向する第２端面と、
一方の端部が前記第１方向において前記所定の位置に配置されており、前記第１方向のうち前記第１端面から離れる向きに延在し、かつ、他方の端部が前記第２端面に達する空洞と
を具備し、
前記位置センサ装置は、
前記空洞の前記他方の端部に配置され、前記第１固体推進薬の燃焼が進んで前記燃焼面が前記所定の位置に到達したとき、前記燃焼ガスの温度を検知する非接触温度計
を具備する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項１１】
請求項８に記載の２パルスガスジェネレータにおいて、
前記位置センサ装置は、
前記第１固体推進薬の内部に埋め込まれ、一方の端部が前記所定の位置に配置されている光ファイバと、
前記光ファイバの他方の端部に光学的に接続され、前記第１固体推進薬の燃焼が進んで前記燃焼面が前記所定の位置に到達したとき、前記光ファイバを介して前記燃焼ガスの光を検知し、検知した前記光に応じて検知信号を生成して前記演算装置に向けて送信するフォトカプラと
を具備する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項１２】
請求項８に記載の２パルスガスジェネレータにおいて、
前記位置センサ装置は、
気密性を有する本体と、
前記第１固体推進薬の内部に埋め込まれ、一方の端部が前記本体に気密的に接続され、かつ、他方の端部が前記所定の位置に配置されている導圧管と、
前記本体の内部に配置され、前記第１固体推進薬の燃焼が進んで前記燃焼面が前記所定の位置に到達したとき、前記他方の端部から流入する燃焼ガスによって前記本体の内部を移動するピストンと、
前記本体の内部に配置され、前記ピストンの移動に応じて検知信号を生成して前記演算装置に向けて送信するリミットスイッチと
を具備する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項１３】
請求項８に記載の２パルスガスジェネレータにおいて、
前記位置センサ装置は、
前記第１固体推進薬の内部に埋め込まれ、かつ、両端が前記演算装置に電気的に接続されたニクロム線
を具備し、
前記ニクロム線のうち、前記第１方向において前記第１端面に近い部分は、前記所定の位置に配置されており、
前記演算装置は、前記ニクロム線が切断されたことを検知することで、前記燃焼面が前記所定の位置に到達したことを検知する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項１４】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の２パルスガスジェネレータにおいて、
前記第１固体推進薬は、
前記第１方向に直交する断面積が、所定の第１断面積である第１部分と、
前記第１方向に直交する断面積が、前記所定の第１断面積とは異なる第２断面積である第２部分と
を具備し、
前記演算装置は、前記燃焼圧力の計測結果の変動から前記断面積の変化を検知する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の２パルスガスジェネレータにおいて、
前記第１固体推進薬および前記燃焼ガスの温度を計測する温度計測装置
をさらに具備する
２パルスガスジェネレータ。
【請求項１６】
燃焼が進むにつれて燃焼面が所定の第１方向に移動するように前記燃焼面以外の表面が隔膜で覆われた第１固体推進薬を、圧力容器の内部に配置することと、
第１点火装置が、前記第１固体推進薬に点火することと、
位置センサ装置が、前記第１方向における前記燃焼面の位置を検知することと、
演算装置が、前記燃焼面の位置の検知結果に基づいて前記第１固体推進薬の消費量を推定することと
を具備する
推進薬燃焼面位置計測方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の推進薬燃焼面位置計測方法において、
スラスタ部が、前記第１固体推進薬の燃焼により発生するガスを、前記圧力容器の外に、面積を調整可能な開口部を介して噴射することと、
圧力センサが、燃焼空間における燃焼圧力を計測することと、
前記第１固体推進薬が燃焼し尽くす所望時刻を決定することと、
演算装置が、前記所望時刻までに前記第１固体推進薬が燃焼し尽くすために必要な前記燃焼圧力の設定値を、前記燃焼面の位置の検知結果および前記燃焼圧力の計測結果に基づいて算出することと、
制御装置が、前記スラスタ部の開口面積を調整することで前記燃焼圧力を前記設定値に調整することと、
第２点火装置が、前記圧力容器の内部に配置された第２固体推進薬を前記所望時刻に点火することと
をさらに具備する
推進薬燃焼面位置計測方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の推進薬燃焼面位置計測方法において、
前記燃焼面の位置を検知することは、
前記第１方向における前記燃焼面の位置を、前記制御装置に制御されたタイミングで検知すること
を具備する
推進薬燃焼面位置計測方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の推進薬燃焼面位置計測方法において、
前記燃焼面の位置を検知することは、
前記燃焼面が、前記第１方向における所定の位置に到達したことを、前記燃焼面が前記所定の位置に到達したときに検知すること
を具備する
推進薬燃焼面位置計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２パルスガスジェネレータおよび推進薬燃焼面位置計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛しょう体の運用においては、ターゲット接近時に終末誘導の高機動性を確保する手段として、ロケットモータをマルチパルス化して飛しょう体を再加速する方法と、スラスタにより飛しょう体の軌道修正を行う方法とを同時に求められる場合がある。
【０００３】
ここで、スラスタとは、燃焼ガス噴射孔を有するノズルと、ノズルに対し燃焼ガスを遮断または供給する駆動部とを備え、ノズルは任意の方向に複数個配置されており、燃焼ガスを任意のノズルから任意の流量噴射することにより機体の軌道修正や姿勢制御を行う推進器である。なお、スラスタを飛しょう体に搭載する形態としては、ガスジェネレータと呼ばれる燃焼ガス発生器に取り付けて搭載する形態と、ロケットモータに直接取り付けて搭載する形態の２形態（仮に前者をスラスタ分離型、後者をスラスタ非分離型と呼ぶ）が考えられる。
【０００４】
スラスタを搭載した飛しょう体の運用においては、予め設定されたスラスタの動作パターンではなく、ターゲット等の状況に応じて任意に作動パターンを設定可能とする性能が求められる場合がある。このような運用を可能とするためには、ガスジェネレータの推進薬の消費量と、各スラスタの開口面積とを正確に把握する必要がある。
【０００５】
上記に関連して、特許文献１（特開昭６１−１２２５１２号公報）には、宇宙飛行体の推進薬残量測定法に係る発明が開示されている。この測定法は、宇宙飛行体に搭載された推進薬タンクの表面に超音波探測子を取り付け、超音波探測子により推進薬タンク内の推進薬厚さを測定し、この測定値により推進薬の体積を求め、推進薬量を測定することを特徴としている。
【０００６】
また、特許文献２（特開昭６１−１２２５２４号公報）には、宇宙飛行体の推進薬残量測定法に係る発明が開示されている。この測定法は、宇宙飛行体に搭載する推進薬タンクの外面に少なくとも１個の電熱ヒータと温度検知器を取り付け、推進薬タンク内の推進薬残量を測定するときに電熱ヒータで推進薬を加熱し、推進薬の温度上昇を温度検知器で検知して推進薬の減少に伴う熱容量変化を知り、該熱容量変化から推進薬の残量を推定することを特徴としている。
【０００７】
また、特許文献３（特開２０１０−２３６４２５号公報）には、燃焼速度測定装置に係る発明が開示されている。この燃焼速度測定装置は、固体推進薬が燃焼して生ずる燃焼光により燃焼速度を測定する装置である。この燃焼速度測定装置は、固体推進薬と、導光部材と、受光素子と、電圧測定器とを備える。ここで、導光部材は、未燃焼固体推進薬の端面側に設けられ、かつ燃焼面に対して直交する方向に透過した光を選択的に透過させる。受光素子は、導光部材を経由した光量を測定する。電圧測定器は、受光素子から得られる光量情報を電気信号に変換する。
【０００８】
また、特許文献４（特開２０１４−０１６１８７号公報）には、燃焼物の減少量計測方法に係る発明が開示されている。この燃焼物の減少量計測方法は、ケース内に充填された燃焼により充填厚さが減少する燃焼物の減少量を計測する。ケースの外面に超音波の送信側探触子及び受信側探触子をそれぞれ配置する。燃焼物の燃焼面に向けて送信側探触子から超音波を送信して、燃焼面で反射する反射エコーと、ケースの外面に沿って伝搬する超音波エコーと、ケースの構成材料内で反射する構成材料内反射エコーとを受信側探触子で受信させて、この受信側探触子で受信した３つのエコーの各伝搬時間差を求めてＢスコープ表示することで、燃焼面で反射する反射エコーの変化を顕在化させる。このとき、受信側探触子で受信した反射エコーの波形ｎに対して、受信側探触子でｉ個前に受信した反射エコーの波形ｎ−ｉを基準とするＮ＝ｎ−（ｎ−ｉ）の差分処理を実施するのに続いて、この差分処理で得られた差分波形（Ｎ）に対して増幅処理を施す。
【０００９】
また、特許文献５（特開２０１６−０８４７４４号公報）には、ガスジェネレータに係る発明が開示されている。このガスジェネレータは、圧力容器と、外側推進薬と、内側推進薬と、隔膜とを具備する。ここで、外側推進薬は、圧力容器内に配置され、筒状である。内側推進薬は、外側推進薬の内側に配置され、柱状である。隔膜は、外側推進薬と内側推進薬とを隔離する。内側推進薬は、圧力容器内の燃焼空間に面する前方端面と側面を有する。内側推進薬の側面は、前記燃焼空間から隔離されている。
【００１０】
また、特許文献６（特許第５９８４２０８号）には、燃焼物の減少量計測方法に係る発明が開示されている。この燃焼物の減少量計測方法では、ケース内に充填された燃焼により充填厚さが減少する燃焼物の減少量を計測する。この燃焼物の減少量計測方法は、ケースの外面に超音波の送信側探触子及び受信側探触子をそれぞれ配置し、燃焼物の燃焼面に向けて送信側探触子から超音波を送信して、燃焼面で反射する反射エコーと、ケースの外面に沿って伝搬する超音波エコーと、ケースの構成材料内で反射する構成材料内反射エコーとを受信側探触子で受信させて、この受信側探触子で受信した３つのエコーの各伝搬時間差を求めてＢスコープ表示することで、燃焼面で反射する反射エコーの変化を顕在化させるに際して、受信側探触子で受信した反射エコーの波形ｎに対して、受信側探触子でｉ個前に受信した反射エコーの波形ｎ−ｉを基準とするＮ＝ｎ−（ｎ−ｉ）の差分処理を実施するのに続いて、この差分処理で得られた差分波形（Ｎ）に対して増幅処理を施すことを特徴とする。
【００１１】
また、非特許文献１（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｓｏｌｉｄ  Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ  ｂｕｒｎｉｎｇ  ｒａｔｅｓ  ｂｙ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｆｕｌｌ  ｗａｖｅｆｏｒｍｓ）には、超音波燃焼速度計測システムに係る記載が開示されている。この超音波燃焼速度計測システムは、固体燃料の燃焼時に生じる超音波の全波形および圧力を測定することによって、燃焼速度を決定する。この超音波燃焼速度計測システムは、密閉容器と、超音波信号取得システムと、圧力データ取得システムと、制御コンピュータとを備える。ここで、密閉容器は、約４，０００ポンド毎平方インチまで加圧可能である。超音波信号取得システムは、通常ビーム超音波変換器と、超音波パルサ／受信機と、高速アナログデジタル変換ボードとを備える。圧力データ取得システムは、圧力ゲージと、チャージアンプと、アナログデジタル変換ボードとで構成される。制御コンピュータは、超音波の全波形および圧力データを分析して、燃焼速度を圧力の関数として呼び出し可能にする。
【００１２】
また、非特許文献２（ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ  ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ  ＯＦ  ＢＵＲＮＩＮＧ  ＲＡＴＥＳ  ＩＮ  ＦＵＬＬ−ＳＩＺＥ  ＲＯＣＫＥＴ  ＭＯＴＯＲＳ）には、超音波測定システムに係る記載が開示されている。この超音波測定システムは、固体燃料の燃焼時における厚さを、超音波を用いて測定する。この超音波測定システムは、超音波の送受信機と、さらに２つの受信機とを、ロケットモータケースの表面に、その長手方向または回転軸に沿って配置する。ロケットモータの燃焼中に、超音波を送信し、燃焼面で反射した超音波を受信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭６１−１２２５１２号公報
【特許文献２】特開昭６１−１２２５２４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３６４２５号公報
【特許文献４】特開２０１４−０１６１８７号公報
【特許文献５】特開２０１６−０８４７４４号公報
【特許文献６】特許第５９８４２０８号
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｓｕｎｇ−Ｊｉｎ  Ｓｏｎｇ，  Ｈａｋ−Ｊｏｏｎ  Ｋｉｍ，  Ｓｕｎ−Ｆｅｅｌ  Ｋｏ，  Ｈｙｕｎ−Ｔｅａｋ  Ｏｈ，  Ｉｎ−Ｃｈｕｌ  Ｋｉｍ，  Ｊｉ−Ｃｈａｎｇ  Ｙｏｏ，  ａｎｄ  Ｊｕｎｇ  Ｙｏｎｇ  Ｊｕｎｇ著、「Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｓｏｌｉｄ  Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ  ｂｕｒｎｉｎｇ  ｒａｔｅｓ  ｂｙ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｆｕｌｌ  ｗａｖｅｆｏｒｍｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ２３、２００９年、１１１２〜１１１７頁
【非特許文献２】Ｈ．  Ｋｕｒａｂａｙａｓｈｉ，  Ａ．  Ｓａｔｏ，  Ｋ．  Ｙａｍａｓｈｉｔａ，  Ｈ．  Ｎａｋａｙａｍａ，  Ｋ．  Ｈｏｒｉ，  Ｍ．  Ｈｏｎｄａ，  ａｎｄ  Ｋ．  Ｈａｓｅｇａｗａ著、「ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ  ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ  ＯＦ  ＢＵＲＮＩＮＧ  ＲＡＴＥＳ  ＩＮ  ＦＵＬＬ−ＳＩＺＥ  ＲＯＣＫＥＴ  ＭＯＴＯＲＳ」、Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ２、２０１１年、１３５〜１４８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
推進薬の消費量を、より高い精度で推定する。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１７】
一実施の形態によれば、２パルスガスジェネレータ（１）は、圧力容器（２）と、第１固体推進薬（３）と、第１点火装置（７）と、隔膜（５）と、位置センサ装置（１３、１３Ａ〜１３Ｇ）と、演算装置（１４）とを具備する。ここで、圧力容器（２）は、内部に燃焼空間（６）を含む。第１固体推進薬（３）は、圧力容器（２）の内部に配置され、第１端面（Ｆ１）が燃焼空間（６）に露出している。第１点火装置（７）は、第１固体推進薬（３）の第１端面（Ｆ１）に点火する。隔膜（５）は、第１固体推進薬（３）の燃焼が進むにつれて第１固体推進薬（３）の燃焼面（Ｆ１’）が所定の第１方向に移動するように第１固体推進薬（３）の燃焼面（Ｆ１’）以外の表面を覆う。位置センサ装置（１３、１３Ａ〜１３Ｇ）は、第１方向における燃焼面（Ｆ１’）の位置を検知する。演算装置（１４）は、燃焼面（Ｆ１’）の位置の検知結果に基づいて第１固体推進薬（３）の消費量を推定する。
【００１８】
一実施の形態によれば、推進薬燃焼面位置計測方法は、燃焼が進むにつれて燃焼面（Ｆ１’）が所定の第１方向に移動するように燃焼面（Ｆ１’）以外の表面が隔膜（５）で覆われた第１固体推進薬（３）を、圧力容器（２）の内部に配置することと、第１点火装置（７）が、第１固体推進薬（３）に点火すること（Ｓ１）と、位置センサ装置（１３）が、第１方向における燃焼面（Ｆ１’）の位置を検知すること（Ｓ３）と、演算装置（１４）が、燃焼面（Ｆ１’）の位置の検知結果に基づいて第１固体推進薬（３）の消費量を推定することを具備する。
【発明の効果】
【００１９】
前記一実施の形態によれば、推進薬の消費量を、より高い精度で推定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの、第１状態における一構成例を示す、部分断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの、第２状態における一構成例を示す、部分断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの、第３状態における一構成例を示す、部分断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの、第４状態における一構成例を示す、部分断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータにおける推進薬燃焼面位置計測方法の一例を示すフローチャートである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの、第１固体推進薬の燃焼計画の変更例を示す、グラフである。
【図３Ａ】図３Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの、スラスタの開口部の一構成例を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの、第１固体推進薬の一構成例を示す俯瞰図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの、第１固体推進薬の燃焼面の位置を予測する原理を説明するためのグラフである。
【図４Ａ】図４Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの一構成例を示す部分断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、一実施形態による超音波センサの第１状態における一構成例を示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、一実施形態による超音波センサが第１状態において送受信する超音波信号の一例を示すグラフである。
【図４Ｄ】図４Ｄは、一実施形態による超音波センサの第２状態における一構成例を示す断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、一実施形態による超音波センサが第２状態において送受信する超音波信号の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、一実施形態による２パルスガスジェネレータの一構成例を示す部分断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの一構成例を示す部分断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、一実施形態による温度検知器の第１状態における一構成例を示す部分断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、一実施形態による温度検知器の第２状態における一構成例を示す部分断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの一構成例を示す部分断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、一実施形態による光検知器の第１状態における一構成例を示す部分断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、一実施形態による光検知器の第２状態における一構成例を示す部分断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの一構成例を示す部分断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、一実施形態による機械的検知機構の第１状態における一構成例を示す部分断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、一実施形態による機械的検知機構の第２状態における一構成例を示す部分断面図である。
【図９】図９は、一実施形態による２パルスガスジェネレータの一構成例を示す部分断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの一構成例を示す部分断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの別の一構成例を示す部分断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータの一構成例を示す部分断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、一実施形態による非接触温度計の第１状態における一構成例を示す部分断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、一実施形態による非接触温度計の第２状態における一構成例を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
添付図面を参照して、本発明による２パルスガスジェネレータおよび推進薬燃焼面位置計測方法を実施するための形態を以下に説明する。
【００２２】
まず、本発明のより良い理解のために、前提条件となる２パルスガスジェネレータの構成例および動作例について、図１Ａ〜図１Ｄおよび図２Ａ〜図２Ｂを参照して説明する。
【００２３】
図１Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の、点火前の段階に対応する第１状態における一構成例を示す、部分断面図である。
【００２４】
図１Ａの２パルスガスジェネレータ１の構成要素について説明する。２パルスガスジェネレータ１は、圧力容器２と、第１固体推進薬３と、第２固体推進薬４と、隔膜５と、燃焼空間６とを備えている。２パルスガスジェネレータ１は、さらに、演算装置１４および制御装置１５を備えていることが好ましい。ただし、演算装置１４および制御装置１５は、２パルスガスジェネレータ１の本体である圧力容器２の外部に配置されていても良い。言い換えれば、演算装置１４および制御装置１５は２パルスガスジェネレータ１とは別の構成要素として用意されても良い。
【００２５】
圧力容器２は、本体部分と、本体部分から着脱可能な蓋部２４とを備える。蓋部２４は、第１点火装置７を備える。本体部分は、第２点火装置８を備える。
【００２６】
蓋部２４は、スラスタ部１０００を備える。蓋部２４は、後述する燃焼ガス１０が燃焼空間６からスラスタ部１０００まで届くための燃焼ガス噴射孔９を備える。蓋部２４は、さらに、圧力センサ装置１２を備える。蓋部２４は、さらに、位置センサ装置１３を備えていても良い。ただし、位置センサ装置１３は、蓋部２４ではなく、２パルスガスジェネレータ１の本体部分に配置されていても良い。
【００２７】
第１固体推進薬３の形状は、柱状である。ここで、柱状には、例えば、円柱形状が含まれる。図１Ａの第１固体推進薬３は、円柱形状を有しており、第１端面Ｆ１と、側面Ｆ２と、第２端面Ｆ３とを有している。ただし、第１固体推進薬３の上記形状は、あくまでも一例であり、後述するように、純粋な円柱形状でなくても良い。
【００２８】
第２固体推進薬４の形状は、筒状である。ここで、筒状には、例えば、円筒形状が含まれる。図１Ａの構成例において、第２固体推進薬４は、ほぼ円筒形状であり、その外周側面は、圧力容器２の内面側面に対して相補的な形状を有している。ただし、第２固体推進薬４の上記形状は、あくまでも一例であり、他の形状を有していても良い。
【００２９】
図１Ａの２パルスガスジェネレータ１の構成要素の位置関係について説明する。圧力容器２の内側には、第１固体推進薬３と、第２固体推進薬４と、隔膜５と、燃焼空間６とが配置されている。第１固体推進薬３は、第２固体推進薬４の内側に配置されている。第１固体推進薬３および第２固体推進薬４の間には、隔膜５が配置されている。第１固体推進薬３の側面Ｆ２および第２端面Ｆ３は、隔膜５で覆われている。第２固体推進薬４の表面は、隔膜５によって燃焼空間６から隔離されている。その一方で、第１固体推進薬３の表面のうち、第１端面Ｆ１だけが、燃焼空間６に接している。
【００３０】
演算装置１４と、制御装置１５とは、電気的に接続されている。演算装置１４は、さらに、圧力センサ装置１２および位置センサ装置１３に、電気的に接続されている。また、制御装置１５は、さらに、第１点火装置７、第２点火装置８およびスラスタ部１０００に、電気的に接続されている。
【００３１】
ここで、図１Ａにおける方向を定義する。２パルスガスジェネレータ１の基軸Ｃに沿って、第１固体推進薬３から燃焼空間６に向かう方向を「第１方向」と定義する。同様に、燃焼空間６から第１推進薬に向かう方向を「第２方向」と定義する。「第２方向」は、「第１方向」と反対の方向である。なお、本明細書において、便宜的に、「第１方向」を「前方」、「第２方向」を「後方」という。しかし、ガスジェネレータの種類等によっては、第１方向が後方であり、第２方向が前方である場合もあり得る。この場合、明細書における「前方」の表現は、「後方」に読み替えられるべきであり、明細書における「後方」の表現は、「前方」に読み替えられるべきである。
【００３２】
図１Ａの２パルスガスジェネレータ１の動作、そのうち特に推進薬燃焼面位置計測方法、について説明する。図２Ａは、一実施形態による推進薬燃焼面位置計測方法の一例を示すフローチャートである。
【００３３】
図２Ａのフローチャートは、第０ステップＳ０から第６ステップＳ６までの、合計７ステップを含んでいる。図２Ａのフローチャートは、第０ステップＳ０から開始する。図１Ａは、２パルスガスジェネレータ１の、第０ステップＳ０における状態の一例を示している。第０ステップＳ０の次に、第１ステップＳ１が実行される。
【００３４】
第１ステップＳ１において、第１点火装置７が、第１固体推進薬３に点火する。ここで、第１点火装置７は、制御装置１５の制御下で点火を行っても良い。より具体的には、第１点火装置７から出力される火種７Ａによって、第１固体推進薬３のうち、第１端面Ｆ１だけが燃焼し始める。以降、第１固体推進薬３の表面のうち、燃焼している面を、燃焼面Ｆ１’と呼ぶ。燃焼開始直後の時点において、燃焼面Ｆ１’は、第１端面Ｆ１に一致している。言い換えれば、隔膜５に覆われている側面Ｆ２および第２端面Ｆ３は燃焼しない。また、隔膜５に覆われている第２固体推進薬４も燃焼しない。図１Ｂは、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の、第１ステップＳ１に対応する第２状態における一構成例を示す、部分断面図である。第１ステップＳ１の次には、第２ステップＳ２が実行される。
【００３５】
第２ステップＳ２において、第１固体推進薬３の燃焼が進む。より具体的には、燃焼面Ｆ１’が、燃焼開始前における第１端面Ｆ１に対してほぼ平行を保ちながら、基軸Ｃに沿った第２方向に向けて移動することが好ましい。燃焼面Ｆ１’のこのような移動は、例えば、第１固体推進薬３の組成を一様とし、かつ、第１固体推進薬３を、その基軸Ｃに直交する断面積が常に一定となる形状とすることなどで、実現可能である。第１固体推進薬３のうち、燃焼により失われた焼失部分３０は、燃焼ガス１０となり、燃焼空間６から燃焼ガス噴射孔９を介してスラスタ部１０００に至り、開口部１００１を通って外部に噴射される。図１Ｃは、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の、第２ステップＳ２に対応する第３状態における一構成例を示す、部分断面図である。図３Ａは、スラスタ部１０００における開口部１００１の一構成例を示す断面図である。図３Ｂは、第１固体推進薬３の、焼失部分３０が燃焼した状態の一例を示す図である。第２ステップＳ２の次には、第３ステップＳ３が実行される。
【００３６】
第３ステップＳ３において、制御装置１５が、第１固体推進薬３の燃焼面Ｆ１’の位置をセンサ等によって計測する。より具体的には、制御装置１５が、位置センサ装置１３および演算装置１４を介して、基軸Ｃ上における燃焼面Ｆ１’の位置を検知する。このとき、燃焼面Ｆ１’の位置の計測は、位置センサ装置１３の構成に応じて、常時計測によって行われても良いし、定点計測によって行われても良い。常時計測および定点計測による、燃焼面Ｆ１’の位置の計測のより具体的な説明については、後述する。第３ステップＳ３の次には、第４ステップＳ４が実行される。
【００３７】
第４ステップＳ４において、制御装置１５が、第３ステップＳ３で得られた計測結果に基づいて、燃焼ガス１０におけるその後の圧力を調整する。より具体的には、制御装置１５が、スラスタ部１０００の開口部１００１の面積を増減する制御を行うことによって、燃焼空間６における燃焼ガス１０の圧力を調節し、第１固体推進薬３におけるその後の燃焼圧力を調整する。一例として、圧力を高くすることで燃焼速度を上げることが出来、反対に、圧力を低くすることで燃焼速度を下げることが出来る。こうすることで、本実施形態による２パルスガスジェネレータ１は、第１固体推進薬３を燃焼する段階から第２固体推進薬４を燃焼する段階へ、任意のタイミングで切り替えることが可能となる。第４ステップＳ４に次には、第５ステップＳ５が実行される。
【００３８】
第５ステップＳ５において、第１固体推進薬３が完全に焼失した後の任意のタイミングで、第２点火装置８が、第２固体推進薬４に点火する。ここで、第２点火装置８は、制御装置１５の制御下で点火を行っても良い。また、第２点火装置８が第２固体推進薬４に点火する直前に、第２固体推進薬４の表面が燃焼空間６に露出するように、この表面を保護していた隔膜５の形状を適宜に変形することが好ましい。図１Ｄは、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の、第５ステップＳ５に対応する第４状態における一構成例を示す部分断面図である。第５ステップＳ５の次には、第６ステップＳ６が実行される。
【００３９】
第６ステップＳ６において、本実施形態による推進薬燃焼面位置計測方法は終了する。ただし、本実施形態による２パルスガスジェネレータ１が燃焼ガス１０を生成する動作は、少なくとも第２固体推進薬４の燃焼が終了するまでは続いても良い。
【００４０】
以上に説明したように、図１Ａの２パルスガスジェネレータ１は、最初に第１固体推進薬３を点火し、第１固体推進薬３が燃焼することで燃焼ガス１０を生成する。次に、２パルスガスジェネレータ１は、第１固体推進薬３が完全に燃焼し終わった後の任意のタイミングに、第２固体推進薬４を点火し、第２固体推進薬４が燃焼することでさらなる燃焼ガス１０を生成する。本実施形態による２パルスガスジェネレータ１は、こうすることで、任意のタイミングに必要な燃焼ガスを供給することが出来る。
【００４１】
しかし、生成された燃焼ガス１０が、スラスタ部１０００から外部に噴射されて消費される速度は、予め設定された動作パターンに必ずしも一致するとは限らない。これは、２パルスガスジェネレータ１が搭載されている飛しょう体が向かうターゲット、飛しょう体の周囲の状況、などに応じて、スラスタ部１０００の動作が変化する場合があるからである。そして、図１Ａに示したような構成による２パルスガスジェネレータ１では、第１固体推進薬３を消費し終わらないと、第２固体推進薬４を点火することが難しい。
【００４２】
図２Ｂを参照して、第１固体推進薬３の燃焼パターンを、燃焼開始後に変更することで、第１固体推進薬３の燃焼終了時刻を調整できることを説明する。図２Ｂは、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の、第１固体推進薬３の燃焼計画の変更例を示す、グラフである。
【００４３】
図２Ｂは、第１のグラフＧ０１および第２のグラフＧ０２を含んでいる。第１のグラフＧ０１および第２のグラフＧ０２に共通して、横軸は時間を表し、縦軸は圧力Ｐｃを示している。
【００４４】
第１のグラフＧ０１は、燃焼開始前に立てた当初計画による燃焼パターンの一例を示している。第１のグラフＧ０１の当初計画では、最初に圧力Ｐｃが徐々に上げられ、その後は圧力Ｐｃが一定に保たれ、時刻ｔ０３に燃焼が終了する。
【００４５】
第２のグラフＧ０２は、燃焼を開始した後に、その時の状況に応じて見直した燃焼パターンの一例を示している。第２のグラフＧ０２は、時刻ｔ０１において、それからΔｔの時間が経過した時刻ｔ０２に、すなわち時刻ｔ０３よりも前に、燃焼を終了させたい場合の燃焼パターンの一例を示している。より具体的には、時刻ｔ０１から時刻ｔ０２までの間、圧力Ｐｃを予定よりも高くして推進薬の消費を早めることで、燃焼終了時刻を時刻ｔ０３から時刻ｔ０２に早めることが出来る。
【００４６】
そこで、本実施形態では、２パルスガスジェネレータ１の、第２固体推進薬４を点火するタイミングを含む作動パターンを、その時の状況に応じて任意に設定するために、第１固体推進薬３の消費量を精度よく推定する。
【００４７】
本実施形態に関連する技術において、スラスタ総開口面積、推進薬が燃焼する空間における燃焼圧力、および、所定の排出係数に基づいて、推進薬の消費量を推定する方法が知られている。
ｄｍ（ｔ）／ｄｔ＝Ａｔ（ｔ）・Ｐｃ（ｔ）・Ｃｄ    …（式１）
ここで、「ｔ」は時間を示し、時間の関数である「ｍ（ｔ）」は質量流量を示し、質量流量の時間微分である「ｄｍ（ｔ）／ｄｔ」は推進薬の消費速度を示し、時間の関数である「Ａｔ（ｔ）」は全てのスラスタの開口面積の総和であるスラスタ総開口面積を示し、時間の関数である「Ｐｃ（ｔ）」は推進薬が燃焼する空間における燃焼圧力の測定値を示し、係数「Ｃｄ」は排出係数を示す。
【００４８】
上記の（式１）を時間で積分すると、下記の（式２）が得られる。
ｍ（ｔ）＝∫（ｄｍ（ｔ）／ｄｔ）ｄｔ＝∫（Ａｔ（ｔ）・Ｐｃ（ｔ））ｄｔ・Ｃｄ    …（式２）
【００４９】
しかし、上記の（式２）を用いて推進薬の消費量を推定する方法では、十分な精度が得られない場合がある。推定値に誤差が発生する理由としては、例えば、スラスタ部１０００の開口部１００１の面積が熱などの要因により予測値から変動することが考えられる。
【００５０】
そこで、本実施形態では、推進薬の消費量をより高い精度で推定するために、燃焼圧力の計測に加えて、燃焼面Ｆ１’の位置の計測を行うことを提案する。燃焼面位置の計測結果と、推進薬に係る既知のデータとを組み合わせることで、下記の（式３）によって推進薬の消費量を推定することが出来る。
ｍ（ｔ）＝Ａｂ・∫ｘ（ｔ）ｄｔ・ρ    …（式３）
ここで、定数「Ａｂ」は推進薬の燃焼面積を示し、時間の関数である「ｘ（ｔ）」は燃焼面Ｆ１’の位置を示し、定数「ρ」は推進薬の密度を示す。なお、定数Ａｂおよび定数ρは、推進薬の製造時の時点で既知である。燃焼面Ｆ１’の位置の計測方法に係る具体的な説明は、第１の実施形態〜第８の実施形態として後述する。
【００５１】
一例として、燃焼面Ｆ１’の位置を計測するために、温度検知器を用いることが出来る。この場合は、推進薬の初期温度を検知することも出来る。その場合、スラスタ部１０００において燃焼開始時に必要な総開口面積を、下記の（式４）から正確に推定することが出来る。
Ｐｃ＝（Ｃ＊・ρ・ｅ＾（σｐ（Ｔ−Ｔ０））・ａ・（Ａｂ／Ａｔ））＾（１／（１−ｎ））    …（式４）
ここで、「Ｐｃ」は所望の燃焼圧力を示し、「Ｃ＊」は特性排気速度を示し、「σｐ」は燃焼速度の温度感度を示し、「Ｔ」は推進薬の温度を示し、「Ｔ０」は基準温度を示し、「ａ」は基準温度における燃焼速度に関する定数を示し、「Ａｔ」は推定対象となるスラスタの総開口面積を示し、「ｎ」は圧力指数を示す。上記（式４）に登場するパラメータのうち、特性排気速度Ｃ＊はその理論値が既知であり、推進薬の密度ρと、燃焼速度の温度感度σｐと、基準温度Ｔ０と、基準温度における定数ａと、燃焼面積Ａｂと、圧力指数ｎとは、製造時の段階で既知である。したがって、推進薬の温度Ｔさえ測定すれば、上記（式４）からスラスタ部１０００の総開口面積Ａｔは正確に推定することが可能となる。言い換えれば、燃焼開始時の圧力設定を精度よく行うことが可能となる。
【００５２】
また、燃焼面Ｆ１’の位置を計測することにより、燃焼中におけるスラスタ部１０００の総開口面積を正確に推定することが可能となる。その結果、燃焼時に燃焼圧力のフィードバック制御を精度よく行うことが可能となる。
【００５３】
図３Ｃを参照して、定常計測および定点計測に基づく推進薬燃焼面位置計測方法の違いについて説明する。図３Ｃは、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の、第１固体推進薬３の燃焼面の位置を予測する原理を説明するためのグラフである。
【００５４】
図３Ｃは、第１のグラフＧ１〜第４のグラフＧ４の、合計４本のグラフを含んでいる。第１のグラフＧ１は、本実施形態による推進薬燃焼面位置計測方法を適用しない場合の、燃焼面位置の時間変化の予測を表す。第２のグラフＧ２は、本実施形態による推進薬燃焼面位置計測方法を適用し、燃焼面Ｆ１’の位置を常時計測した場合の、燃焼面位置の時間変化の予測を表す。第３のグラフＧ３は、本実施形態による推進薬燃焼面位置計測方法を適用し、燃焼面Ｆ１’の位置をｘ１で定点計測した場合の、燃焼面位置の時間変化の予測を表す。第４のグラフＧ４は、燃焼面Ｆ１’の位置の時間変化の実現象を表す。第１のグラフＧ１〜第４のグラフＧ４に共通して、横軸は時間を表し、縦軸は燃焼面Ｆ１’の基軸Ｃにおける位置を表している。
【００５５】
第１のグラフＧ１では、燃焼開始時刻０から、燃焼終了時刻ｔ３まで、燃焼面位置の移動速度は一定であると予測されている。時刻０における燃焼面位置は０であり、時刻ｔ３における燃焼面位置はｘ２であり、その途中の時刻ｔ１における燃焼面位置はｘ１である。
【００５６】
第４のグラフＧ４では、時刻０および時刻ｔ３における燃焼面位置は、それぞれ０およびｘ２であり、この２点においては第１のグラフＧ１と一致している。しかし、その途中の、燃焼面位置がｘ１に至る時刻は、時刻ｔ１および時刻ｔ３の間の時刻ｔ２である。なお、時刻０から時刻ｔ２まで、燃焼面位置の移動速度は一定であるが、第１のグラフＧ１の予測より遅い。また、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで、燃焼面位置の移動速度は一定であるが、第１のグラフＧ１の予測より速い。
【００５７】
第２のグラフＧ２は、第４のグラフＧ４に一致しており、常時計測を用いれば非常に高い精度で燃焼面Ｆ１’の位置を計測することが分かる。なお、常時計測の場合は、計測する回数に制限は無く、また、計測するタイミングも任意の時刻が選択可能である。この回数およびこのタイミングは、制御装置によって制御されても良い。
【００５８】
第３のグラフＧ３の場合は、燃焼面Ｆ１’が位置ｘ１に到達したことが、時刻ｔ２において計測される。したがって、時刻０から時刻ｔ２までは、第３のグラフＧ３は第１のグラフＧ１と一致している。そして、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、第３のグラフＧ３は第４のグラフＧ４と一致している。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、燃焼面Ｆ１’は位置ｘ１で停止すると予想しているかのように見えるが、これは計測前後の予想を補正するためである。
【００５９】
（第１の実施形態）
図４Ａ〜図４Ｅを参照して、超音波センサ１３Ａを用いて第１固体推進薬３の残量および消費速度を測定する方法について説明する。
【００６０】
図４Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の一構成例を示す部分断面図である。本実施形態による２パルスガスジェネレータ１は、図１Ａに示した２パルスガスジェネレータ１に、以下の変更を加えたものに等しい。すなわち、図１Ａに示した位置センサ装置１３として、図４Ａでは超音波センサ１３Ａを用いる。また、図１Ａの位置センサ装置１３は蓋部２４に配置されていたが、図４Ａの超音波センサ１３Ａは圧力容器２の本体部分の、第１固体推進薬３より後方に配置されている。より具体的には、図４Ａの超音波センサ１３Ａは、圧力容器２および隔膜５を貫通している。超音波センサ１３Ａおよび演算装置１４は、電気的に接続されている。
【００６１】
図４Ｂを参照して、超音波センサ１３Ａの配置および動作について説明する。図４Ｂは、一実施形態による超音波センサ１３Ａの第１状態における一構成例を示す断面図である。ここで、第１状態とは、第１固体推進薬３が点火される前の状態である。超音波センサ１３Ａの一方の端部は、第１固体推進薬３に接している。ここで、超音波センサ１３Ａの端面は、第１固体推進薬３が隔膜５に接する第２端面Ｆ３と面一に配置されていることが好ましい。
【００６２】
超音波センサ１３Ａは、このように配置されることで、第１固体推進薬３の第２端面Ｆ３から第１端面Ｆ１に向けて超音波信号を送信することが出来る。ここで送信される超音波信号を、送信波４１Ａと呼ぶ。超音波センサ１３Ａは、演算装置１４から送信される電気信号を送信波４１Ａに変換して第１固体推進薬３に向けて送信しても良い。このとき、演算装置１４は、制御装置１５の制御下で電気信号を生成して超音波センサ１３Ａに向けて送信しても良い。
【００６３】
超音波センサ１３Ａから送信された送信波４１Ａは、第１端面Ｆ１で反射し、反射した超音波信号の少なくとも一部が、超音波センサ１３Ａによって受信される。ここで、超音波センサ１３Ａによって受信された超音波信号を、底面波４１Ｂと呼ぶ。超音波センサ１３Ａは、受信した底面波４１Ｂを電気信号に変換して演算装置１４に向けて送信する。こうすることで、演算装置１４は、超音波センサ１３Ａが送信波４１Ａを送信してから、その反射波である底面波４１Ｂが超音波センサ１３Ａに戻って来るまでの時間を測定することが出来る。
【００６４】
図４Ｃを参照して、図４Ｂに示した第１状態における超音波センサ１３Ａが、第１固体推進薬３の第２端面Ｆ３から第１端面Ｆ１までの距離を測ることが出来ることを説明する。図４Ｃは、一実施形態による超音波センサが第１状態において受信する超音波信号の一例を示すグラフである。図４Ｃのグラフの横軸は時間を表し、縦軸は超音波信号の強度を表している。
【００６５】
図４Ｃの例では、超音波センサ１３Ａが、時刻ｔ１１において送信波４１Ａを送信し、時刻ｔ１２において底面波４１Ｂを受信している。時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの時間を、Ｔ１と呼ぶ。送信波４１Ａの周波数が既知であり、送信波４１Ａが第１固体推進薬３の内部を伝搬する速度が既知であれば、演算装置１４は、第１固体推進薬３の第２端面Ｆ３から第１端面Ｆ１までの距離を算出することが出来る。
【００６６】
図４Ｄおよび図４Ｅを参照して、第１固体推進薬３が点火されて燃焼がある程度まで進んだ第２状態における、第１固体推進薬３の消費量を測定する方法について説明する。
【００６７】
図４Ｄは、一実施形態による超音波センサの第２状態における一構成例を示す断面図である。図４Ｄは、第１状態を示す図４Ｂと比較して、以下の点で異なる。すなわち、第１固体推進薬３が燃焼しており、その前方側の端部が、図４Ｂの第１端面Ｆ１から、図４Ｄの燃焼面Ｆ１’にまで移動している。その結果、超音波センサ１３Ａから送信される送信波４２Ａは、燃焼面Ｆ１’で反射して底面波４２Ｂとなり、超音波センサ１３Ａによって受信される。
【００６８】
図４Ｅは、一実施形態による超音波センサが第２状態において送受信する超音波信号の一例を示すグラフである。図４Ｅは、図４Ｃと比較して、以下の点で異なる。すなわち、超音波センサ１３Ａが、時刻ｔ２１において送信波４２Ａを送信し、時刻ｔ２２において底面波４２Ｂを受信している。時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの時間を、Ｔ２と呼ぶ。なお、時間Ｔ２が時間Ｔ１より短いことから、第２端面Ｆ３から燃焼面Ｆ１’までの距離が、第２端面Ｆ３から第１端面Ｆ１までの距離より短いことが分かる。
【００６９】
こうすることで、演算装置１４は、時間Ｔ２の値に基づいて、第２状態における第１固体推進薬３の残量を算出することが可能である。さらに、演算装置１４は、第１状態において測定した時間Ｔ１を所定の記憶装置に格納しておくことで、第１状態から第２状態までの間における第１固体推進薬３の消費速度を算出することも可能である。
【００７０】
このように、本実施形態では、燃焼面Ｆ１’の位置を測定することで、第１固体推進薬３の残量、消費量および消費速度を、高い精度で、かつ、任意の時刻に何度でも、測定することが出来る。
【００７１】
（第２の実施形態）
図５を参照して、高応答圧力センサ１３Ｂを用いて第１固体推進薬３の残量、消費量および消費速度を測定する方法について説明する。
【００７２】
図５は、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の一構成例を示す部分断面図である。本実施形態による２パルスガスジェネレータ１は、図１Ａに示した２パルスガスジェネレータ１に、以下の変更を加えたものに等しい。すなわち、図１Ａに示した位置センサ装置１３として、高応答圧力センサ１３Ｂを用いる。高応答圧力センサ１３Ｂは、燃焼空間６における圧力を測定するために、例えば、図５に示したように、蓋部２４に配置されていても良い。
【００７３】
本実施形態における高応答圧力センサ１３Ｂおよび演算装置１４の動作について説明する。高応答圧力センサ１３Ｂは、燃焼空間６における圧力を、所定のサンプリング周期で連続的に取得し続け、その結果を示す電気信号を演算装置１４に向けて送信する。演算装置１４は、受信した複数のサンプリング値を高速フーリエ変換するなどして、燃焼空間６における圧力の周波数解析を行う。このようにして得られる結果から、第１固体推進薬３が燃焼して発生する燃焼ガス１０の、基軸Ｃ方向の固有周波数が検出できる。この固有周波数は、燃焼空間６の内部における、蓋部２４の表面から燃焼面Ｆ１’までの距離に対応している。したがって、検出された固有周波数に基づいて、燃焼面Ｆ１’の位置を算出することが可能となる。
【００７４】
なお、高応答圧力センサ１３Ｂは、上記のとおり、燃焼空間６における圧力の周波数解析を行うために必要なサンプリング周期で、燃焼空間６における圧力を連続的に取得し続けることを可能とする性能を有する。しかしながら、同等の性能を、圧力センサ装置１２が有していても良い。このような場合には、圧力センサ装置１２が高応答圧力センサ１３Ｂの上記動作を兼ねることで、高応答圧力センサ１３Ｂを省略することが出来る。
【００７５】
このように、本実施形態では、燃焼面Ｆ１’の位置を測定することで、第１固体推進薬３の残量、消費量および消費速度を、高い精度で、かつ、任意の時刻に何度でも、測定することが出来る。
【００７６】
（第３の実施形態）
図６Ａ〜図６Ｃを参照して、温度検知器１３Ｃを用いて第１固体推進薬３の残量、消費量および消費速度を測定する方法について説明する。
【００７７】
図６Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の一構成例を示す部分断面図である。本実施形態による２パルスガスジェネレータ１は、図４Ａに示した２パルスガスジェネレータ１に、以下の変更を加えたものに等しい。すなわち、図４Ａに示した超音波センサ１３Ａの代わりに、温度検知器１３Ｃが配置されている。温度検知器１３Ｃは、後述する熱電対６１と、保護管６２と、気密シール６３とを備えている。熱電対６１は、測温接点６４と、図示しない２つの電極とを備える。保護管６２は、圧力容器２および隔膜５を貫通しており、さらに、第１固体推進薬３の内側まで入り込んでいる。
【００７８】
図６Ｂは、一実施形態による温度検知器１３Ｃの第１状態における一構成例を示す部分断面図である。ここで、第１状態とは、第１固体推進薬３が点火される前の状態である。保護管６２は、第１固体推進薬３の内部に、第２端面Ｆ３から前方、すなわち第１端面Ｆ１に向けた所定の位置まで入り込んでいる。また、保護管６２の内部には熱電対６１が配置されており、熱電対６１の測温接点６４は保護管６２の先端から露出していることが好ましい。測温接点６４の、基軸Ｃ上の位置は、既知であることが好ましい。保護管６２の、第１固体推進薬３とは反対側の端部は、その内側が気密シール６３で気密されている。熱電対６１の、測温接点６４とは反対側にある両電極は、演算装置１４に電気的に接続されている。
【００７９】
演算装置１４は、熱電対６１の両電極の間の熱起電力を計測することで、測温接点６４における温度を算出することが出来る。図６Ｂに示した第１状態では、熱電対６１の測温接点６４が、第１固体推進薬３の内部に埋め込まれている。したがって、第１状態において演算装置１４で算出される温度は、第１固体推進薬３の温度である。
【００８０】
図６Ｃを参照して、図６Ｂに示した温度検知器１３Ｃを用いることで、第１固体推進薬３の燃焼面Ｆ１’が所定の位置に到達したことを検出することが出来ることを説明する。図６Ｃは、一実施形態による温度検知器１３Ｃの第２状態における一構成例を示す部分断面図である。ここで、第２状態とは、第１固体推進薬３の燃焼が進み、燃焼面Ｆ１’が熱電対６１の測温接点６４の位置に到達した状態である。この第２状態において、熱電対６１の測温接点６４は燃焼面Ｆ１’に接しているので、演算部で算出される測温接点６４における温度は、燃焼面Ｆ１’の温度、すなわち燃焼ガス１０の温度である。
【００８１】
ここで、第２状態に至る瞬間の前後における、温度検知器１３Ｃで検知される温度の変化に注目すると、第１固体推進薬３の温度から、燃焼ガス１０の温度への、急激な変化が発生することが分かる。演算装置１４がこのような急激な変化を検出することで、本実施形態による２パルスガスジェネレータ１では、燃焼面Ｆ１’が測温接点６４の位置に達した瞬間を高い精度で検出することが出来る。
【００８２】
複数の温度検知器１３Ｃを、それぞれの測温接点６４の基軸Ｃ上における位置が異なるように配置することで、燃焼面Ｆ１’がそれぞれの測温接点６４に達する瞬間を個別に検知することも可能である。
【００８３】
このように、本実施形態では、燃焼面Ｆ１’が既知の位置に到達する瞬間を検出することで、その瞬間における第１固体推進薬３の残量および消費量を、高い精度で、測定することが出来る。また、このような検出を複数回行うことで、第１固体推進薬３の消費速度も、高い精度で測定することが出来る。
【００８４】
（第４の実施形態）
図７Ａ〜図７Ｃを参照して、光検知器１３Ｄを用いて第１固体推進薬３の残量、消費量および消費速度を測定する方法について説明する。
【００８５】
図７Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の一構成例を示す部分断面図である。本実施形態による２パルスガスジェネレータ１は、図６Ａに示した２パルスガスジェネレータ１に、以下の変更を加えたものに等しい。すなわち、図６Ａに示した温度検知器１３Ｃの代わりに、光検知器１３Ｄが配置されている。光検知器１３Ｄは、後述する光ファイバ７１と、フォトカプラ７２と、信号線７３とを備えている。光ファイバは、圧力容器２および隔膜５を貫通しており、さらに、第１固体推進薬３の内側まで入り込んでいる。
【００８６】
図７Ｂは、一実施形態による光検知器１３Ｄの第１状態における一構成例示す部分断面図である。ここで、第１状態とは、第１固体推進薬３が点火される前の状態である。光ファイバ７１は、第１固体推進薬３の内部に、第２端面Ｆ３から前方、すなわち第１端面Ｆ１に向けた所定の位置まで入り込んでいる。光ファイバ７１の第１端部の、基軸Ｃ上の位置は、既知であることが好ましい。光ファイバ７１の第２端部は、フォトカプラ７２の入光部に、光学的に接続されている。すなわち、光ファイバ７１の第１端部から入光した光は、光ファイバ７１の内部を伝搬して、フォトカプラ７２に入光する。フォトカプラ７２は、入光した光を電気信号に変換し、信号線７３を介して演算装置１４に向けて送信する。なお、第１固体推進薬３には、光に対する透過性を有している。ただし、第１状態においては、圧力容器２の内部には光源が無いため、第１端部に入光する光は無い。その後、第１固体推進薬３の燃焼が開始した時点で、燃焼によって燃焼空間６に光が生じるが、光ファイバ７１の第１端部から所定の位置に燃焼面Ｆ１’が達するまでは、第１端部に入光する光があったとしてもこの光を光検知器１３Ｄが検知できない。この所定の位置から、光ファイバ７１の第１端部までの距離は、第１固体推進薬３の燃焼によって燃焼空間６に生じる光の強度と、この光に対する第１固体推進薬３の透過性と、この光を光検知器１３Ｄが検知する感度とによって定まる。この距離は、事前の実験などによって予め知られていることが好ましい。
【００８７】
図７Ｃを参照して、図７Ｂに示した光検知器１３Ｄを用いることで、第１固体推進薬３の燃焼面Ｆ１’が所定の位置に到達したことを検出することが出来ることを説明する。図７Ｃは、一実施形態による光検知器１３Ｄの第２状態における一構成例を示す部分断面図である。ここで、第２状態とは、第１固体推進薬３の燃焼が進み、燃焼面Ｆ１’が光ファイバ７１の第１端部から所定の距離の位置に達した状態である。この第２状態において、燃焼面Ｆ１’は光ファイバ７１の第１端部に十分接近しているので、燃焼空間６に存在する光が光検知器１３Ｄによって検知される。光検知器１３Ｄによる検知の結果と、第１固体推進薬３の透過性と、光検知器１３Ｄの感度とに基づいて、燃焼面Ｆ１’の基軸Ｃ上の位置を算出することが出来る。
【００８８】
前述のとおり、第１固体推進薬３には、燃焼によって生じる光に対する透過性が有るので、燃焼面Ｆ１’が光ファイバ７１の第１端部に到達する前から、光検知器１３Ｄはこの光を検出し始める。その後、少なくとも燃焼面Ｆ１’が光ファイバ７１の第１端部に到達するまでは、第１固体推進薬３の燃焼によって生じる光の強度と、第１固体推進薬３の透過性と、光検知器１３Ｄの感度とに基づいて、第１固体推進薬３の消費速度を算出することも可能となる。
【００８９】
複数の光検知器１３Ｄを、それぞれの光ファイバ７１の第１端部の基軸Ｃ上における位置が異なるように配置することで、燃焼面Ｆ１’の位置および移動速度を、第１固体推進薬３の全長に渡って検知することも可能である。
【００９０】
（第５の実施形態）
図８Ａ〜図８Ｃを参照して、機械的検知機構１３Ｅを用いて第１固体推進薬３の残量、消費量および消費速度を測定する方法について説明する。
【００９１】
図８Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の一構成例を示す部分断面図である。本実施形態による２パルスガスジェネレータ１は、図６Ａに示した２パルスガスジェネレータ１に、以下の変更を加えたものに等しい。すなわち、図６Ａに示した温度検知器１３Ｃの代わりに、機械的検知機構１３Ｅが配置されている。機械的検知機構１３Ｅは、後述する導圧管８１と、ピストン８２と、リミットスイッチ８３と、信号線８４と、本体８５とを備えている。導圧管８１は、圧力容器２および隔膜５を貫通しており、さらに、第１固体推進薬３の内側まで入り込んでいる。
【００９２】
図８Ｂは、一実施形態による機械的検知機構１３Ｅの第１状態における一構成例を示す部分断面図である。ここで、第１状態とは、第１固体推進薬３が点火される前の状態である。導圧管８１は、第１固体推進薬３の内部に、第２端面Ｆ３から前方、すなわち第１端面Ｆ１に向けた所定の位置まで入り込んでいる。導圧管８１の第１端部の、基軸Ｃ上の位置は、既知であることが好ましい。導圧管８１の第２端部は、機械的検知機構１３Ｅの本体８５に、気密的に接続されている。本体８５自体も気密性を有することが好ましい。本体８５の内側には、本体８５の内壁に摺動して移動可能なピストン８２と、本体８５の内壁に固定されているリミットスイッチ８３とが配置されている。
【００９３】
図８Ｃを参照して、図８Ｂに示した機械的検知機構１３Ｅを用いることで、第１固体推進薬３の燃焼面Ｆ１’が所定の位置に到達したことを検出することが出来ることを説明する。図８Ｃは、一実施形態による機械的検知機構１３Ｅの第２状態における一構成例を示す部分断面図である。ここで、第２状態とは、第１固体推進薬３の燃焼が進み、燃焼面Ｆ１’が導圧管８１の第１端部に達した状態である。この第１状態において、導圧管８１の第１端部は燃焼面Ｆ１’に達しているので、燃焼空間６に存在する燃焼ガス１０は導圧管８１の内側を介して機械的検知機構１３Ｅの本体８５の内部に流れ込む。機械的検知機構１３Ｅの本体８５の内部空間は、例えば柱状の形状を有しており、その断面と同じ断面形状をピストン８２も有する。ピストン８２は、機械的検知機構１３Ｅの本体８５の内部に流れ込んだ気体に押されて、本体８５の内部を移動する。移動したピストン８２は、やはり機械的検知機構１３Ｅの本体８５の内部に配置されているリミットスイッチ８３に接触する。リミットスイッチ８３は、ピストン８２からの接触に応じて、検知信号を生成し、信号線８４を介して演算装置１４に向けて送信する。こうすることで、本実施形態による２パルスガスジェネレータ１では、燃焼面Ｆ１’が導圧管８１の第１端部に達した瞬間を高い精度で検知することが出来る。
【００９４】
複数の機械的検知機構１３Ｅを、それぞれの導圧管８１の第１端部の基軸Ｃ上における位置が異なるように配置することで、燃焼面Ｆ１’がそれぞれの導圧管８１の第１端部に達する瞬間を個別に検知することも可能である。
【００９５】
このように、本実施形態では、燃焼面Ｆ１’が既知の位置に到達する瞬間を検出することで、その瞬間における第１固体推進薬３の残量および消費量を、高い精度で、測定することが出来る。また、このような検出を複数回行うことで、第１固体推進薬３の消費速度も、高い精度で測定することが出来る。
【００９６】
（第６の実施形態）
図９を参照して、ニクロム線９１、９２を用いて第１固体推進薬３の残量、消費量および消費速度を測定する方法について説明する。
【００９７】
図９は、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の一構成例を示す部分断面図である。本実施形態による２パルスガスジェネレータ１は、図４Ａに示した２パルスガスジェネレータ１に、以下の変更を加えたものに等しい。すなわち、図４Ａに示した超音波センサ１３Ａの代わりに、ニクロム線支持部１３Ｆを配置する。さらに、ニクロム線９１、９２を、第１固体推進薬３の内部に埋め込む。ニクロム線９１は、その一方の端部が演算装置１４に電気的に接続されており、ニクロム線支持部１３Ｆの内側を通って第１固体推進薬３の内部に入り、第１固体推進薬３の内部を通った後、再度ニクロム線支持部１３Ｆの内側を通って第１固体推進薬３の外部に出て、その他方の端部が演算装置１４に電気的に接続されている。ニクロム線９２も、同様に配置されている。ただし、ニクロム線９１および９２の間では、２パルスガスジェネレータ１から見て最も前方に達する前方先端部分の、基軸Ｃの上における位置が異なる。
【００９８】
ニクロム線９１、９２は、第１固体推進薬３の燃焼が進み、燃焼空間６に露出した際に、燃焼ガス１０の熱によって切断される。演算装置１４は、ニクロム線９１、９２のそれぞれが切断されたことを個別に検知するための切断検知回路を有する。
【００９９】
図９の構成例では、２本のニクロム線９１、９２を用いたが、ニクロム線９１、９２の本数は任意であり、１本であっても良いし、３本以上であっても良い。また、燃焼ガス１０の熱で切断される別の素材をニクロム線９１、９２の代わりに用いても良い。
【０１００】
このように、本実施形態では、燃焼面Ｆ１’がニクロム線９１、９２を切断する瞬間を検出することで、その瞬間における第１固体推進薬３の残量および消費量を、高い精度で、測定することが出来る。また、このような検出を複数回行うことで、第１固体推進薬３の消費速度も、高い精度で測定することが出来る。
【０１０１】
（第７の実施形態）
図１０Ａを参照して、第１固体推進薬３の突起形状および高応答圧力センサ１３Ｂを用いて第１固体推進薬３の残量、消費量および消費速度を測定する方法について説明する。
【０１０２】
図１０Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の一構成例を示す部分断面図である。本実施形態による２パルスガスジェネレータ１は、図５に示した２パルスガスジェネレータ１に、以下の変更を加えたものに等しい。すなわち、図５に示した第１固体推進薬３の形状に、段差を設ける。より具体的には、基軸Ｃに直交する断面の面積が、燃焼の途中で変化する部分を設ける。
【０１０３】
図１０Ａの例では、第１固体推進薬３のうち、２つの位置Ｐ１およびＰ２において、段差が形成されている。より具体的には、第１固体推進薬３のうち、位置Ｐ１より前方の部分においては、断面積が一定である。第１固体推進薬３のうち、位置Ｐ１より前方の部分における断面積を、第１断面積と呼ぶ。また、第１固体推進薬３のうち、位置Ｐ２より後方の部分においても、断面積が一定である。第１固体推進薬３のうち、位置Ｐ２より後方の部分における断面積を、第２断面積と呼ぶ。図１０の例では、第１断面積より、第２断面積の方が、小さい。なお、第１固体推進薬３のうち、位置Ｐ１より後方で、かつ、位置Ｐ２より前方の部分においては、断面積が、第１断面積から第２断面積までの間で一様に変化している。
【０１０４】
図１０Ａに示した実施形態による２パルスガスジェネレータ１も、図５で示した実施形態の場合と同様に動作する。すなわち、高応答圧力センサ１３Ｂを用いて燃焼空間６における圧力を測定し、演算装置１４を用いて燃焼空間６における圧力の周波数解析を行い、燃焼面Ｆ１’の位置を算出する。本実施形態ではさらに、燃焼面Ｆ１’の移動速度にも注目する。すると、燃焼面Ｆ１’が位置Ｐ１に達したとき、それまで一定だった第１固体推進薬３の断面積が減少を始める。したがって、燃焼空間６における圧力が下がり、位置Ｐ１を境にして燃焼面Ｆ１’の移動速度が徐々に下がる。その後、燃焼面Ｆ１’が位置Ｐ２に達したとき、それまで徐々に下がっていた燃焼面Ｆ１’の移動速度が、一定の値で固定される。
【０１０５】
図１０Ｂを参照して、図１０Ａに示した実施形態の変形例について説明する。図１０Ｂは、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の別の一構成例を示す部分断面図である。本実施形態による２パルスガスジェネレータ１は、図１０Ａに示した２パルスガスジェネレータ１から高応答圧力センサ１３Ｂを省略したものに等しい。
【０１０６】
図１０Ｂに示した実施形態による２パルスガスジェネレータ１では、圧力センサ装置１２を用いて燃焼空間６における燃焼ガスの圧力を測定する。すなわち、第１固体推進薬３の燃焼が進み、燃焼面Ｆ１’が位置Ｐ１に達したとき、燃焼ガスの圧力が変動する。具体的には、それまで一定だった第１固体推進薬３の断面積が、位置Ｐ１より後方は減少に転じるので、燃焼ガスの圧力も変動する。反対に、それまで減少し続けていた第１固体推進薬３の断面積が、位置Ｐ２より後方では一定に戻るので、燃焼ガスの圧力も再度変動する。圧力センサ装置１２がこれらの圧力変動を検知することで、第１固体推進薬３の断面積の変化を検知することが出来、すなわち燃焼面Ｆ１’が位置Ｐ１および位置Ｐ２に達したことを検知することが出来る。
【０１０７】
このように、図１０Ａおよび図１０Ｂに示した本実施形態では、燃焼面Ｆ１’が基軸Ｃに沿って移動するにしたがってその断面積が変動するような形状を有する第１固体推進薬３を用いることで、断面積が変動する位置に燃焼面が達する際に、燃焼ガスの圧力を変動させたり、燃焼面Ｆ１’の移動速度を変動させたりすることが可能となる。その結果、これらの変化を検出することによって、断面積が変動する位置に燃焼面Ｆ１’が到達したことを、高い精度で検知することが出来る。なお、このような検知の精度を高めるためには、断面積の変動が急激であることが好ましい。例えば、図１０に示した構成例にさらなる変更を加えて、位置Ｐ１および位置Ｐ２を同一の位置とすることで、燃焼面Ｆ１’の移動速度を、第１の固定値から第２の固定値に、一気に切り替得ることも可能である。
【０１０８】
（第８の実施形態）
図１１Ａ〜図１１Ｃを参照して、非接触温度計１３Ｇを用いて第１固体推進薬３の残量、消費量および消費速度を測定する方法について説明する。
【０１０９】
図１１Ａは、一実施形態による２パルスガスジェネレータ１の一構成例を示す部分断面図である。本実施形態による２パルスガスジェネレータ１は、図４Ａに示した２パルスガスジェネレータ１に、以下の変更を加えたものに等しい。すなわち、図４Ａに示した超音波センサ１３Ａの代わりに、非接触温度計１３Ｇが配置されている。非接触温度計１３Ｇの出力は、信号線１０１を介して、演算装置１４に電気的に接続されている。さらに、図１１Ａの第１固体推進薬３の、基軸Ｃの方向における前方には、空洞３Ｂが設けられている。
【０１１０】
図１１Ｂは、一実施形態による非接触温度計１３Ｇの第１状態における一構成例を示す部分断面図である。ここで、第１状態とは、第１固体推進薬３が点火される前の状態である。非接触温度計１３Ｇの端面は、第１固体推進薬３が隔膜５に接する第２端面Ｆ３と面一に配置されていることが好ましい。言い換えれば、非接触温度計１３Ｇは、その端面から見て基軸Ｃの方向に存在する物質の温度を計測できるように配置されていることが好ましい。
【０１１１】
空洞３Ｂは、非接触温度計１３Ｇの端面から２パルスガスジェネレータ１の前方に向かう方向に延在しており、所定の長さを有している。言い換えれば、空洞３Ｂの第１端部は、第１固体推進薬３の第２端面Ｆ３に接しており、第２端面Ｆ３から第１端面Ｆ１に向かう方向に、所定の長さだけ延在している。さらに言い換えれば、第１固体推進薬３は、空洞３Ｂを定義する内壁を備えている。
【０１１２】
空洞３Ｂの、基軸Ｃの方向における長さは、当然ながら、第１固体推進薬３の、基軸Ｃの方向における長さよりも短い。ただし、この制限は、空洞３Ｂの全体的な形状および全長を限定しない。
【０１１３】
図１１Ｂに示した第１状態において、非接触温度計１３Ｇが測定する温度は、その端面から見て基軸Ｃの方向に存在する物質、すなわち第１固体推進薬３の温度である。
【０１１４】
図１１Ｃを参照して、図１１Ｂに示した非接触温度計１３Ｇを用いることで、第１固体推進薬３の燃焼面Ｆ１’が所定の位置に到達したことを検出することが出来ることを説明する。図１１Ｃは、一実施形態による非接触温度計１３Ｇの第２状態における一構成例を示す部分断面図である。ここで、第２状態とは、第１固体推進薬３の燃焼が進み、燃焼面Ｆ１’が空洞３Ｂを定義する第１固体推進薬３の内壁に到達した状態である。この第２状態において、非接触温度計１３Ｇが測定する温度は、燃焼空間６の温度であり、燃焼ガス１０の温度である。
【０１１５】
ここで、第２状態に至る瞬間の前後における、非接触温度計１３Ｇで検知される温度の変化に注目すると、第１固体推進薬３の温度から、燃焼ガス１０の温度への、急激な変化が発生することが分かる。演算装置１４がこのような急激な変化を検出することで、本実施形態による２パルスガスジェネレータ１では、燃焼面Ｆ１’が空洞３Ｂに達した瞬間を高い精度で検出することが出来る。
【０１１６】
複数の非接触温度計１３Ｇと、これらにそれぞれ対応する複数の空洞３Ｂとを、それぞれの空洞３Ｂの基軸Ｃ上の長さが異なるように配置することで、燃焼面Ｆ１’がそれぞれの空洞３Ｂに達する瞬間を個別に検知することも可能である。
【０１１７】
このように、本実施形態では、燃焼面Ｆ１’が既知の位置に到達する瞬間を検出することで、その瞬間における第１固体推進薬３の残量および消費量を、高い精度で、測定することが出来る。また、このような検出を複数回行うことで、第１固体推進薬３の消費速度も、高い精度で測定することが出来る。
【０１１８】
以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、前記実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。
【０１１９】
特に、図４Ａなどに示した超音波センサ１３Ａや、図５に示した高応答圧力センサ１３Ｂなどを用いて燃焼面の位置を常時計測する実施形態に、図６Ａなどに示した温度検知器１３Ｃや、図１１Ａなどに示した非接触温度計１３Ｇなどの温度計測装置を用いて第１固体推進薬３および／または燃焼ガス１０の温度を計測する実施形態を組み合わせることで、より高い精度で第１固体推進薬３の残量、消費量および燃焼速度を計測および予測することが可能となる。同様に、図７Ａなどに示した光検知器１３Ｄや、図８Ａなどに示した機械的検知機構１３Ｅや、図９などに示したニクロム線９１、９２や、図１０Ａなどに示した第１固体推進薬３の段差などを用いて燃焼面の位置を定点計測する実施形態に、図６Ａなどに示した温度検知器１３Ｃや、図１１Ａなどに示した非接触温度計１３Ｇなどの温度計測装置を用いて第１固体推進薬３および／または燃焼ガス１０の温度を計測する実施形態を組み合わせても、やはりより高い精度で第１固体推進薬３の残量、消費量および燃焼速度を計測および予測することが可能となる。
【符号の説明】
【０１２０】
１  ２パルスガスジェネレータ
２  圧力容器
３  第１固体推進薬
３Ｂ  空洞
４  第２固体推進薬
５  隔膜
６  燃焼空間
７  第１点火装置
７Ａ  火種
８  第２点火装置
９  燃焼ガス噴射孔
１０  燃焼ガス
１２  圧力センサ装置
１３  位置センサ装置
１３Ａ  超音波センサ
１３Ｂ  高応答圧力センサ
１３Ｃ  温度検知器
１３Ｄ  光検知器
１３Ｅ  機械的検知機構
１３Ｆ  ニクロム線支持部
１３Ｇ  非接触温度計
１４  演算装置
１５  制御装置
２４  蓋部
３０  焼失部分
４１Ａ  送信波
４１Ｂ  底面波
４２Ａ  送信波
４２Ｂ  底面波
６１  熱電対
６２  保護管
６３  気密シール
６４  測温接点
７１  光ファイバ
７２  フォトカプラ
７３  信号線
８１  導圧管
８２  ピストン
８３  リミットスイッチ
８４  信号線
８５  本体
９１、９２  ニクロム線
１０１  信号線
１０００  スラスタ部
１００１  開口部
Ｆ１  第１端面
Ｆ１’  燃焼面
Ｆ２  側面
Ｆ３  第２端面
Ｇ０１、Ｇ０２  グラフ
Ｇ１〜Ｇ４  グラフ
Ｐ１  位置
Ｐ２  位置
【図１Ａ】
2019178641.tif 000003
【図１Ｂ】
2019178641.tif 000004
【図１Ｃ】
2019178641.tif 000005
【図１Ｄ】
2019178641.tif 000006
【図２Ａ】
2019178641.tif 000007
【図２Ｂ】
2019178641.tif 000008
【図３Ａ】
2019178641.tif 000009
【図３Ｂ】
2019178641.tif 000010
【図３Ｃ】
2019178641.tif 000011
【図４Ａ】
2019178641.tif 000012
【図４Ｂ】
2019178641.tif 000013
【図４Ｃ】
2019178641.tif 000014
【図４Ｄ】
2019178641.tif 000015
【図４Ｅ】
2019178641.tif 000016
【図５】
2019178641.tif 000017
【図６Ａ】
2019178641.tif 000018
【図６Ｂ】
2019178641.tif 000019
【図６Ｃ】
2019178641.tif 000020
【図７Ａ】
2019178641.tif 000021
【図７Ｂ】
2019178641.tif 000022
【図７Ｃ】
2019178641.tif 000023
【図８Ａ】
2019178641.tif 000024
【図８Ｂ】
2019178641.tif 000025
【図８Ｃ】
2019178641.tif 000026
【図９】
2019178641.tif 000027
【図１０Ａ】
2019178641.tif 000028
【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
2019178641.tif 000030
【図１１Ｂ】
2019178641.tif 000031
【図１１Ｃ】
2019178641.tif 000032