(57)【要約】  ノズル(３１０)を通じて燃焼ガスを排出することにより長手方向の軸に沿ってスラストを生成するモータのスラストをベクトリングする装置は、線形に位置付け可能で回転不可能な複数のスラストデフレクター（３２２，３２５，３２６，３２８)を含む。スラストデフレクター（３２２，３２５，３２６，３２８)はノズル（３１０）の周囲に配置されている。各スラストデフレクター（３２２，３２５，３２６，３２８)は前記長手方向の軸（３０５）に対して横方向の力(Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４)と、前記長手方向の軸(３０５)の回りのトルク(Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４)とを同時に生成するように独立に延ばされている。【選択図】    図３
2011521200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルを通じて燃焼ガスを排出することにより長手方向の軸に沿ってスラストを生成するモータのスラストをベクトリングする装置において、
前記ノズルの周囲に配置された線形に位置付け可能で回転不可能な複数のスラストデフレクターを含み、
各スラストデフレクターは前記長手方向の軸に直角な横方向の力と、前記長手方向の軸の回りのトルクとを同時に生成するように独立に位置付けられている、装置。
【請求項２】
前記複数のスラストデフレクターは、
時計回りにトルクを生成する少なくとも２つのスラストデフレクターと、
反時計回りにトルクを生成する少なくとも２つのスラストデフレクターと、
を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数のスラストデフレクターは、
前記ノズルの周囲に９０度の間隔で配置された第１、第２、第３及び第４のスラストデフレクターのみを有し、
前記第３のスラストデフレクターは前記第１のスラストデフレクターに対してまさに向かい合っていて、
前記第１と第３のスラストデフレクターは時計回りのトルクを生成し、
前記第２と第４のスラストデフレクターは反時計回りのトルクを生成する、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のスラストデフレクターは、延びた際に、第１の方向に力を生成し、前記第３のスラストデフレクターは、延びた際に、前記第１の方向に対向した第３の方向に力を生成し、
前記第２のスラストデフレクターは、延びた際に、前記第１の方向に対して直角な第２の方向に力を生成し、前記第４のスラストデフレクターは、延びた際に、前記第２の方向に対向した第４の方向に力を生成する、
請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記複数のスラストデフレクターは、
前記ノズルの周囲に６０度の間隔でシーケンスに配置された第１、第２、第３、第４、第５及び第６のスラストデフレクターを含み、
前記第１、第３及び第５のスラストデフレクターは時計回りのトルクを生成し、
前記第２、第４及び第６のスラストデフレクターは反時計回りのトルクを生成する、
請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記複数のスラストデフレクターの各々は、引っ込んだ位置、十分に延びた位置及び少なくとも１つの中間的に延びた位置の間を線形に移動される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記引っ込んだ位置では、各スラストデフレクターは実質的に何ら力もトルクも生成せず、前記モータのスラスト及び効率に実質的に何らの効果も与えない、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記複数のスラストデフレクターの各々を独立に位置づける制御アクチュエーションシステムを更に含む、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記制御アクチュエーションシステムは、
前記複数のスラストデフレクターに機械的に結合した複数のアクチュエータを含み、
前記複数のアクチュエータの各々は、制御信号に応答してそれぞれのスラストデフレクターを有効に位置付ける、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
１以上の案内信号を提供するシーカーサブシステム、ナビゲーションサブシステム及び通信サブシステムのうちの少なくとも１つと、
前記１以上の案内信号に基づいて前記複数のアクチュエータに前記制御信号を供給するプロセッサと、を更に含む請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記スラストデフレクターは、前記ノズルの後方に延びることができる羽である、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記ノズルの周囲に配置された複数のフローダムを更に含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記スラストデフレクターは、前記ノズルの中に延びることができる非対称のピンである、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
ロケットモータによって推進されるミサイルの姿勢と回転を制御する方法において、
必要な正味の横方向の力と必要な正味のトルクとを決定するステップと、
前記ロケットモータのノズルの周囲に配置された線形に位置付け可能で回転できない複数のスラストデフレクターを位置付けるステップと、を含み、
前記スラストデフレクターの各々は、線形位置関数として、横方向の力とトルクとを生成し、
前記スラストデフレクターは、前記スラストデフレクターにより生成されるトルクの和が前記必要な正味のトルクに等しく、前記スラストデフレクターによって生成される横方向の力の和が前記必要な横方向の力に等しいように位置付けられる、方法。
【請求項１５】
前記決定するステップは、
シーカーサブシステム、ナビゲーションサブシステム及び通信サブシステムの内少なくとも１つから１以上の案内信号を受信するステップと、
前記１以上の案内信号から前記必要な正味の横方向の力と前記必要な正味のトルクとを計算するステップと、を更に含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記位置付けるステップは、
前記必要な正味の横方向の力と前記必要な正味のトルクとに基づいて、各スラストデフレクターに対する必要な位置を計算するステップと、
それぞれのアクチュエータによって各スラストデフレクターをそれぞれ前記必要な位置に移動させる電気信号を生成するステップと、を更に含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記決定するステップと前記位置付けるステップは、リアルタイムで連続的に実行される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
ミサイルの速度が空気力学制御面だけでミサイルを制御するのに十分である場合、前記スラストデフレクターを引っ込めるステップを更に含む請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この記述はミサイルのフライト制御システムに関し、特に姿勢制御のためのスラストベクトリング機構を搭載したミサイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ミサイルは、ミサイルの姿勢或いはトラベル方向を制御する翼、補助翼、方向舵、フラップ、カナード及び他の面のような空気力学による制御面を通常含んでいる。しかしながら、空気力学制御面は、ミサイルが発射した後に低速度になると有効でなくなり、上限を超えた高い高度或いは大気圏外では有効でなくなる。従ってミサイルは低速度及び又は高い高度で姿勢を制御するためにスラストベクトリング機構を使用している。この文脈において、スラストベクトリングは、ミサイルの長手方向の軸に平行でない方向にロケットモータ或いはジェットエンジンのスラストを方向付けるように定義される。
【０００３】
スラストベクトリングは、縦揺れと偏揺れに対する姿勢、或いは仰角と方位角を制御するために従来使用されてきた。例えば、大きなロケットモータのスラストベクトリングはモータの全般的な排気ノズルを回転することにより達成される。より小さなロケットモータに対して、スラストベクトリングは、モータノズル内或いは後方のモータ排気流内に延びる空気力学翼或いはフィンである回転可能な装置を用いて達成できる。モータ排気流内に延びている装置はモータによって生み出されるトータルのスラストを減少させるので、スラストベクトリング装置は、ミサイルが空気力学制御面によって制御されるべき十分な速度に到達したときに、排気流から離される。しかしながら、回転させられたり、ロケットモータ排気流の周囲に離されるスラストベクトリング装置は、複雑な作動機構を必要とする。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】代表的なミサイルの斜視図である。
【図２】ロケットモータノズルの側断面図である。
【図３】ロケットモータノズルの側断面図と端面図である。
【図４】ロケットモータノズルの側断面図と端面図である。
【図５】ロケットモータノズルの側断面図と端面図である。
【図６】ロケットモータノズルの側断面図と端面図である。
【図７】ロケットモータノズル端面図である。
【図８】ミサイルフライト制御システムのブロック図である。
【図９】ミサイルの姿勢と回転を制御するプロセスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
この記述において、図に表れる構成要素には３桁の参照符号が与えられている。最上位桁は図番を表し、２番目の桁は構成要素を特定している。図と共に記述されていない構成要素は、同じ最下位桁の参照符号を有する以前に記述された構成要素と同じ特徴と機能を有するとする。
【０００６】
装置の説明
図１を参照すると、代表的なミサイル１００はミサイル本体１０２、空気力学制御面１０８、フィン１０６、及びノズル１１０だけが図１に示されている推進システムとを含んでいる。ミサイル本体は長手方向の軸１０５の周りに回転対称である。推進システムはノズル１１０を通して排気ガスを噴射することによってスラストを生成するロケットモータ或いはジェットエンジンである。図１の例では、制御面１０８はカナードとして示されているが、ミサイル１００の航路に作用できるフィン、翼、補助翼、昇降舵、スポイラー、フラップ、エアブレーキ或いはその他の制御可能な装置であってもよい。ミサイル１００の航路は、ノズル１１０を通して生成されるスラストをベクトリングすることによって制御される。
【０００７】
ミサイル１００はミサイル本体１０２内にフライト制御システム１５０を含んでいる。フライト制御システム１５０は、図１には図示されていないが、１以上のシーカー、ナビゲーションシステム、通信システム、１以上のプロッセッサ、及び制御作動システムを含んでいる。プロセッサはシーカー、ナビゲーションシステム及び通信システムから入力を受けて、ミサイルの航路の必要な修正を決定する。制御作動システムは、プロセッサからのコマンドに応答して、空気力学制御面１０８及び又はスラストベクトリングを制御する。
【０００８】
この特許を通して、方向を表す用語（上へ、下へ、左へ、右へ、垂直に、水平に）、角度オリエンテーションを表す用語（仰角、方位角）、角度方向を表す用語（縦揺れ、偏揺れ）は、図に示されたようなミサイル１００或いはミサイル１００の部分に言及しており、ミサイル１００の絶対的なオリエンテーションを意味していない。
【０００９】
図２を参照すると、ミサイルは、ノズル２１０を通して燃焼ガス２１５を排出することにより長手方向の軸２０５に沿って、矢印２１２で示されるようにスラストを生成するモータによって動力を供給される。矢印２１２はミサイルに働く力の方向を示していて、この方向は燃焼ガスが排出される方向とは逆向きである。ミサイルとモータは図２には示されていないが、ミサイルとモータはノズル２１０の左側に延びていることが分かるであろう。ノズル２１０からの燃焼ガス２１５の流れが長手方向の軸２０５について対称であると、モータは矢印２１２によって示されている長手方向のスラストだけを生成する。スラストデフレクター２２２は、矢印２２５によって示されるように燃焼ガスを部分的に遮ったり偏向するためのノズル２１０から延びた羽である。この応用において、用語”羽”は、「移動や回転を遮るために、空気、ガス或いは液体の流れに晒されている平面或いは曲面」という通常の意味で使用している。
【００１０】
ノズル２１０からの燃焼ガス２１５、２２５の流れは、スラストデフレクター２２２の存在によってもはや対称ではないので、モータにより生成されるスラストは矢印２３２で示されるように、軸２０５に対して横の成分を有する。このようにスラストデフレクター２２２は長手方向の軸２０５に対して横方向の力を生成するということができる。しかしながら、その横方向の力はスラストデフレクター２２２によって単に形作られている燃焼ガス２１５、２２５の流れによって生成されると理解しなければならない。
【００１１】
ミサイルは、複数のスラストデフレクターを含んでいて、これらスラストデフレクターは独立して延びたり引っ込んだりして望ましい方向に横方向の力を生成する。例えば、スラストデフレクター２２２は、十分に延びた位置にあることを示し、他のスラストデフレクター２２６は引っ込んだ位置にあることを示している。引っ込んだスラストデフレクター２２６は横方向の力を本質的に生成せず、ここで”本質的に生成しない”とは、ゼロ或いはミサイルの姿勢に何らの効果もないレベルを意味する。
【００１２】
図３を参照すると、スラストベクトルと回転を制御する一体型の装置は第１のスラストデフレクター３２２、第２のスラストデフレクター３２４、第３のスラストデフレクター３２６、第４のスラストデフレクター３２８とを含んでいる。第１、第２、第３、第４のスラストデフレクター３２２，３２４，３２６，３２８はノズル３１０の周囲に９０度間隔で配置されている。第１のスラストデフレクター３２２と第３のスラストデフレクター３２６はまさに対向しており、第２のスラストデフレクター３２４と第４のスラストデフレクター３２８はまさに対向している。第１、第２、第３、第４のスラストデフレクター３２２，３２４，３２６，３２８の各々は、ノズル３１０の後方の燃焼ガス流から引っ込んだり或いは燃焼ガス流内に延びたりできる直線的に位置を変更でき、回転できない羽である。このような応用において、”直線的に位置を変更できる”という造語は、直線或いはほぼ直線路に沿って移動可能であることを意味する。
【００１３】
スラストデフレクター３２２、３２４、３２６、３２８はそれぞれ、延びた際に、ノズル３１０の長手方向の軸３０５に対して横方向の対応する力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を生成する。長手方向の軸３０５は、図３には示されていないミサイルの長手方向の軸でもある。第１のスラストデフレクター３２２は第１の方向に力Ｆ１を生成し、第２のスラストデフレクター３２４は第１の方向に対して直角な第２の方向に力Ｆ２を生成する。第３のスラストデフレクター３２６は第１の方向と逆の第３の方向に力Ｆ３を生成し、第４のスラストデフレクター３２８は第２の方向と逆の第４の方向に力Ｆ４を生成する。
【００１４】
スラストデフレクター３２２，３２４，３２６，３２８はそれぞれ、延びた際に、長手方向の軸の回りでミサイルを回転させるトルクをまた生成する。図３の例では、各スラストデフレクター３２２，３２４，３２６，３２８は、永久的に回転された平らな羽であり、スラストデフレクターの中心に長手方向の軸３０５を結合する放射状のラインと斜角を形成する。スラストデフレクターの羽はカーブしていてもよく、折りたたまれていてもよく、又は長手方向の軸の回りにトルクを発生させるようにされていてもよい。第１のスラストデフレクター３２２と第３のスラストデフレクター３２６は時計回りにトルクを生成する。第２のスラストデフレクター３２４と第４のスラストデフレクター３２８は反時計回りにトルクを生成する。
【００１５】
４つのスラストデフレクター３２２，３２４，３２６，３２８の正味の効果は、次の式により定義される。
【００１６】
Ｆｙ＝Ｆ１−Ｆ３                  （１）
Ｆｘ＝Ｆ２−Ｆ４                  （２）
Ｔｎ＝Ｔ１＋Ｔ３−Ｔ２−Ｔ４      （３）
ここで、Ｆｙは、ノズルに垂直方向に働く正味の力であり、正の値は上向きの力を示す。Ｆｘは、ノズルに水平方向に働く正味の力であり、正の値は右向きの力を示す。Ｔｎは正味のトルクであり、正の値は時計回りの正味のトルクを示す。
【００１７】
図４は、回転トルクを生成することなく横方向のスラストを生成するのに使用されるスラストベクトルと回転を制御する一体型の装置４２０の例を示している。第１のスラストデフレクター４２２は、垂直方向に横の力Ｆ１と時計回りのトルクＴ１を生成するように十分に延ばされている。第１のスラストデフレクター４２２と全く反対側にある第３のスラストデフレクター４２６は、引っ込まされている。第２と第４のスラストデフレクター４２４，４２８は、大きさが等しく互いに反対方向を向いている横方向の力Ｆ２，Ｆ４と、大きさが等しく付加的な反時計回りのトルクＴ２，Ｔ４生成するように部分的に延びている。第２と第４のスラストデフレクター４２４，４２８は、Ｔ２＝Ｔ４＝０．５（Ｔ１）になるように、引っ込んだ状態と十分に延びた状態との中間の位置まで延ばされている。この場合、式（３）によって与えられる正味のトルクはゼロに等しく、式（２）により与えられる正味の水平方向の力はゼロである。４つのスラストデフレクター４２２，４２４，４２６，４２８の正味の効果は、垂直方向で横方向の力Ｆ１である。
【００１８】
あるアプリケーションでは、フローダム４３２が、隣接するスラストデフレクターからの各スラストデフレクターへの影響を少なくとも部分的になくすために、ノズル４１０の周囲に配置されている。フローダム４３２は、例えば４つのスラストデフレクター４２２，４２４，４２６，４２８間の中ほどに、ノズル４１０の周囲に９０度間隔で配置されている。
【００１９】
図５を参照すると、第１、第２、第３、第４のスラストデフレクター５２２，５２４，５２６，５２８は、ノズル５１０からの燃焼ガス流から引っ込んだり、燃焼ガス流の中に延びたり独立してできる直線的に位置でき回転できない非対称のピンである。例５２８ａ、５２８ｂに示されているように、各非対称のピンは楔形か半円である。各非対称ピンは、延びた際には、ノズル軸５０５の回りに横方向の力とトルクを生成する形状をしている。まさに向かい合っている非対称ピンは同じ方向にトルクを生成するように方向付けられる。
【００２０】
図５の例では、第１のスラストデフレクター５２２と第３のスラストデフレクター５２６は引っ込まされている。第２のスラストデフレクター５２４と第４のスラストデフレクター５２８は、大きさが等しく互いに反対方向を向いている水平横方向の力Ｆ２、Ｆ４を生成し、更に反時計回りのトルクＴ２，Ｔ４を生成するように延びている。図５の例は、正味の横方向の力はなくて回転を引き起こすトルクを生成ためのスラストデフレクターの使用に関して記述している。
【００２１】
図６は、ノズル６１０からの燃焼ガス流内に自由に延ばすことができる非対称ピンの他の使用例を示している。図６において、第１のスラストデフレクター６２２は垂直な横方向の力Ｆ１と時計回りのトルクＴ１を生成するためにノズル６１０内に十分に延びきっている。第３のスラストデフレクター６２６は引っ込まされている。第２のスラストデフレクター６２４と第４のスラストデフレクター６２８は、異なる長さでノズル６１０中に延ばされていて、互いに反対方向の大きさが異なる水平で横方向の力Ｆ２，Ｆ４と反時計回りのトルクＴ２，Ｔ４を生成する。
【００２２】
第２のスラストデフレクター６２４と第４のスラストデフレクター６２８をノズルの中に延ばすことにより、第１のスラストデフレクター６２２により生成される時計回りのトルクＴ１と正確にバランスする反時計回りのトルクＴ２＋Ｔ４を生成することを制御できる。この場合、式（３）により与えられる正味のトルクは、
Ｔｎ＝Ｔ１−Ｔ２−Ｔ４＝０                  （４）
となる。
【００２３】
第２のスラストデフレクター６２４と第４のスラストデフレクター６２８をノズルの中に延ばすことにより、ゼロでない水平な横方向の力Ｆ２−Ｆ４を生成することを制御できる。第２と第４のスラストデフレクターにより生成される水平な横方向の力と、第１のスラストデフレクター６２２により生成される垂直で横方向の力とのベクトル和は、以下の角度Θ方向を向いた正味の横方向の力Ｆｔである。
【００２４】
Θ＝arctan[（Ｆ２−Ｆ４）/Ｆ１]              （５）
ミサイルの外に向かう空気流中に延びることができる非対称ピンは姿勢と回転を制御するために使用される。
【００２５】
図３から図６までの例では、４つのスラストデフレクターを含んでいるが、スラストベクトルと回転を制御する一体型の装置は４つより多くのスラストデフレクターを含んでいてもよい。スラストベクトルと回転を制御する一体型の装置は、少なくとも２つのスラストデフレクターが時計回りのトルクを生成し、少なくとも２つの他のスラストデフレクターが反時計回りのトルクを生成するように複数のスラストデフレクターを含んでいてもよい。
【００２６】
別の例として、図７は、配置されたとき時計回りのトルクを生成する３つの自由に位置を変えられ回転できないスラストデフレクター７２２Ａ，７２２Ｂ，７２２Ｃからなる第１のグループと、配置されたときそれぞれが反時計回りのトルクを生成する３つの自由に位置を変えられ回転できないスラストデフレクター７２４Ａ，７２４Ｂ，７２４Ｃからなる第２のグループとを含むスラストベクトルと回転を制御する一体型の装置を示している。第１のグループのスラストデフレクター７２２Ａ，７２２Ｂ，７２２Ｃの各々は、対応する位置に依存した横方向の力Ｆ１Ａ，Ｆ１Ｂ，Ｆ１Ｃと対応する位置に依存した統計回りのトルクＴｃｗＡ、ＴｃｗＢ、ＴｃｗＣとを生成する。第２のグループのスラストデフレクター７２４Ａ，７２４Ｂ，７２４Ｃの各々は、対応する位置に依存した横方向の力Ｆ２Ａ，Ｆ２Ｂ，Ｆ２Ｃと対応する位置に依存した統計回りのトルクＴｃｃｗＡ、ＴｃｃｗＢ、ＴｃｃｗＣとを生成する。
【００２７】
第１のグループのスラストデフレクター７２２Ａ，７２２Ｂ，７２２Ｃは、ロケットモータノズルの周囲に配置され、スラストデフレクターが組み合わされて望ましい方向に横方向の力を生成するように選択的に配置される。例えば、図７に示すように、第１のグループのスラストデフレクター７２２Ａ，７２２Ｂ，７２２Ｃはノズルの周囲に１２０度の間隔で配置される。第２のグループのスラストデフレクター７２４Ａ，７２４Ｂ，７２４Ｃもまた、図７に示されるように、ノズルの周囲に１２０度の間隔で配置される。
【００２８】
回転を誘導することなくミサイルの姿勢を制御するための複数のスラストデフレクターの使用例として、１以上の第１のグループのスラストデフレクター７２２Ａ，７２２Ｂ，７２２Ｃは時計回りのトルクを伴った望ましい横方向の力を生成するように配置される。全ての第２のグループのスラストデフレクター７２４Ａ，７２４Ｂ，７２４Ｃは、第１のスラストデフレクターに起因する時計回りのトルクをキャンセルするために反時計回りのトルクを生成するように均等に配置される。６個のスラストデフレクターは、スラストデフレクターによって生成される横方向の力のベクトル和が望ましい横方向の力に等しくなり、スラストデフレクターにより生成されるトルクの和が望ましいトルクに等しくなるように、異なる組合せで位置付けられてもよい。
【００２９】
時計回りのトルクを生成するスラストデフレクターの数は、反時計回りのトルクを生成するスラストデフレクターの数と同じか或いは異なっている。例えば、第１のグループの３つのスラストデフレクターは時計回りのトルクと、選択的に配置された場合には、望ましい方向に横方向の力とを生成する。第２のグループの２つのまさに反対方向を向いたスラストデフレクターは第１のグループのスラストデフレクターによって生成されるトルクの全て或いは一部分をキャンセルするように反時計周りのトルクを提供するために使用される。
【００３０】
図８を参照すると、ミサイル１００のフライト制御システム８５０は、プロセッサ８７０、スラストベクトル姿勢及び回転制御サブシステム８７４、少なくとも１つのシーカーサブシステム８５２、ナビゲーションサブシステム８６０、通信サブシステム８６６を含んでいる。フライト制御システム８５０はまた、スラストベクトル姿勢及び回転制御サブシステム８７４と組み合わせて、或いはそれの代わりとして、ミサイルの姿勢を制御するために使用される空気力学姿勢制御サブシステム８７６を含んでいてもよい。
【００３１】
シーカーサブシステム８５２は、もし存在すると、例えば半活性レーザシーカー８５４、イメージング赤外（ＩＩＲ）シーカー８５６及び又はレーダーシーカー８５８のような１以上のシーカーを含んでいる。シーカーサブシステム８５２は、プロセッサ８７０に１以上の案内信号を供給する。シーカーサブシステム８５２により提供される案内信号はシーカーサブシステムによって追跡されるターゲットの方向を示している。
【００３２】
ナビゲーションサブシステム８６０は、もし存在すると、例えばＧＰＳナビゲーションシステム８６２及び又は慣性航法システム８６４のような１以上のナビゲーションシステムを含んでいる。ナビゲーションサブシステム８６０は、プロセッサ８７０に１以上の案内信号を供給する。ナビゲーションサブシステム８６０により提供される案内情報は特定の地理上の目的地への方向を示している。
【００３３】
通信サブシステム８６６は、もし存在すると、データリンクや他の通信装置を含んでいて、ミサイルの外部のソースからコマンドと制御情報を受信する。受信コマンドと受信制御情報は１以上の案内信号を含んでいて、それらはプロセッサ８７０に供給される。通信サブシステム８６６から提供された案内信号は、例えばミサイルの外部にあるミサイルを発射させた車両に搭載されているレーダーシステムのようなセンサーによって追跡されるターゲットの方向を示している。
【００３４】
プロセッサ８７０は、シーカーサブシステム８５２、ナビゲーションサブシステム８６０、通信サブシステム８６６のうちの少なくとも１つから１以上の案内信号を受信する。プロセッサは、ミサイルに適した制御アルゴリズムを使用して、案内信号をスラストベクトルサブシステム８７４に対する制御信号８７２に変換する。プロセッサはまず案内信号を必要レベルの横方向の力と必要レベルのトルクに変換し、次にその必要レベルの横方向の力と必要レベルのトルクを制御信号に変換する。ミサイルが空気力学フライト制御サブシステム８７５を含んでいる場合には、プロセッサ８７０は、案内信号を、スラストベクトルサブシステム８７４と空気力学フライトサブシステム８７６の一方或いは両方への制御信号８７２に変換する。例えば、プロセッサ８７０は、ミサイル速度が所定の値より低い場合に、スラストベクトルサブシステム８７４を使用してミサイルのフライトを制御するための制御信号８７２を生成する。プロセッサ８７０は、ミサイルの速度が所定の値より高い場合に、空気力学フライト制御サブシステム８７６を使用してミサイルのフライトを制御するための制御信号８７２を生成する。
【００３５】
スラストベクトルサブシステム８７４は、複数のスラストデフレクターとスラストベクトル制御作動システム８８０を含んでいる。図８の例では、４つのスラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８が示されているが、スラストベクトルサブシステムは４個のスラストデフレクターより多くのスラストデフレクターを含んでいてよい。図８の例では、４個のスラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８はミサイルを推進するロケットモータのノズルの周囲に９０度の間隔で配置されている。
【００３６】
４個のスラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８の各々は、直線的に位置付け可能で回転不可能である。４個のスラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８の各々は、自由に位置を変えることができ、即ち４個のスラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８の各々は、他の３個のデフレクターの位置と無関係に延びたり引っ込んだりできる。
【００３７】
４個のスラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８の各々が延ばされると、ミサイル軸に直角な方向に横方向の力を生成する。特に、４個のスラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８の各々は、スラストデフレクターの有効な中心とミサイル軸とを結ぶ放射状の線に沿って働く横方向の力を生成する。まさに向き合ったデフレクターは反対方向に力を生成する。４個のスラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８の各々が延びた際には、またミサイルを所定の方向に回転させる周方向のトルクを生成する。まさに向かい合った一対のデフレクターが延びると、ミサイルを時計回りに回転させ、まさに向かい合った他の対のデフレクターが延びた際には、ミサイルを反時計回りの方向に回転させる。
【００３８】
スラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８の各々によって生成される力とトルクのレベルは、スラストデフレクターの位置の関数として変化する。スラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８の各々は、引っ込まされると、力もトルクも本質的に生成ない。この「本質的に生成しない」という句は、「無視できる」を意味する。スラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８の各々は、引っ込まされた際には、関連するロケットモータのスラスト或いは効率の減少を本質的に起こさない。スラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８の各々が十分に延ばされた位置にあると第１のトルクレベルを生成し、少なくとも１つの中間的な位置にあると第１のトルクレベルの半分に等しい第２のトルクレベルを生成する。４個のスラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８は、図３の３２２，３２４と図４の４２２，４２６，４２８に示されているような羽であってもよい。４個のスラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８は、図５の５２２，５２４，５２６，５２８に示されているような非対称のピンであってもよい。４個のスラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８は、配置された際に、記述されたような放射状の力と周方向のトルクを生ずる他の配置構造であってもよい。
【００３９】
スラストベクトル制御作動システム８８０は４個のアクチュエータ８８２，８８４，８８６，８８８を含んでいて、これらアクチュエータはプロセッサ８７０から受信した制御信号８７２をそれぞれ対応するスラストデフレクター８２２，８２４，８２６，８２８に伝えそれらの動きに変換する。４個以上のスラストデフレクターを有するスラストベクトルサブシステム８７４は、スラストデフレクターの数に対応する数のアクチュエータを有している。この特許において、アクチュエータと言う用語は、他のコンポーネントに関して動き可能な少なくとも１つのコンポーネントを含む機械的、電気的及び電気機械的なコンポーネントの組合せをいい、電気信号を動き可能なコンポーネントの動きに変換するトランスジューサを言う。トランスジューサは、リニア或いはロータリーモータ、リニア或いはロータリーソレノイド、或いは電気信号を機械的動きに変換するその他の装置である。トランスジューサによって生成される機械的動きは、リニア、ロータリー、リニアとロータリーの組み合わせ、或いは他の動きである。各アクチュエータは、プッシュロッド、ラック、カム、クランク、ロータリー或いはリニアスライド、リンク、ケーブル、ベアリング、ブッシュ、或いはその他の装置及びそれらの組み合わせによって、対応するスラストデフレクターに機械的に結合される。各トランスジューサは、厳しい温度であるモータの燃焼ガスに晒されないように、対応するスラストデフレクターから分離され、熱的に離隔されている。
【００４０】
プロセスの説明
図９を参照すると、ミサイルの姿勢と回転を制御する方法９００は９０５からスタートし、例えばターゲットを得て、９１０でミサイルを発射するための決定を導く。ミサイルが発射されると、ミサイルのスピードは、空気力学制御面を有するミサイルの姿勢を制御するのに不十分であるかもしれない。この場合、回転を含むミサイルの姿勢は、スラストデフレクターを用いてスラストベクトリングによって制御される。
【００４１】
９２０において、ミサイル内のセンサーサブシステム、ナビゲーションサブシステム及び通信サブシステムの内の少なくとも１つから１以上の案内信号が受信される。例えば、ミサイルは、意図するターゲットを追跡する１以上のセンサー、ミサイルの現在位置を決定するＧＰＳ受信機、及びミサイルの姿勢を測定する慣性測定ユニットを含んでいる。
【００４２】
９３０において、ミサイルの望ましい姿勢変化が案内信号から導かれ、望ましい変化を起こすための正味の横方向の力と正味のトルクが決定される。必要な正味の横方向の力と必要なトルクは、ミサイルに適した制御アルゴリズムを用いて１以上の案内信号を処理することにより決定される。
【００４３】
９４０において、複数の回転できないスラストデフレクターが、必要な正味の横方向の力と必要な正味のトルクをまとめて提供するために位置づけられる。スラストデフレクターはロケットモータのノズルの周囲に等間隔或いは非等間隔で配置される。各スラストデフレクターは線形な位置の関数として、横方向の力とトルクの両方を生成する。少なくとも２つのスラストデフレクターは、時計回りのトルクを生成し、少なくとも２つの他のスラストデフレクターは反時計回りのトルクを生成する。スラストデフレクターは、スラストデフレクターにより生成されるトルクの和が必要な正味のトルクに等しく、スラストデフレクターによって生成される横方向の力のベクトル和が必要な横方向の力に等しいように位置づけられる。
【００４４】
９４０におけるスラストデフレクターの位置付けは、９４２における、必要な正味の横方向の力と必要な正味のトルクに基づき各スラストデフレクターに対して必要な位置を計算することを含む。９４４において、電気的制御信号がスラストデフレクターの必要な位置から生成される。９４６において、各スラストデフレクターに結合しているアクチュエータが、それぞれの制御信号に応答して各スラストデフレクターをそれぞれ必要な位置に移動させる。
【００４５】
９５０において、ミサイルがスラストベクトル（ＴＶ）制御の使用を継続するかどうかが決定され、継続する場合には、プロセス９００は９２０から継続される。９５０において、ミサイル速度が空気力学制御の使用だけで十分であるような理由で、スラストベクトルが不要であると決定されると、スラストデフレクターは９６０において引っ込まされる。
【００４６】
９２０，９３０，９４０，９５０における動作は、説明を容易にするために連続したステップとして図２では示されているが、これらの動作は、まとめて閉ループ制御システムを構成すると理解頂きたい。９２０，９３０，９４０，９５０での動作は、リアルタイムにおいて連続的に且つ本質的に同時に達成される。この明細書において、「リアルタイム」とは、９２０における案内信号の受信から９４６におけるスラストデフレクターの必然的な動きまでの遅延が、ミサイルの姿勢を安定して制御し続けるのに十分に短いことで定義される。
【００４７】
終わりのコメント
この記述において、示された実施例と例は、開示され或いは請求された装置と方法に制限を加えるというものではなく、むしろ模範的なものとして考えるべきである。ここに提示された多くの例は、方法の行為或いはシステムの要素の特定な組み合わせを含むが、これらの行為と要素は同一の目的を達成するためにその他の方法で組合されると理解すべきである。フローチャートに関して、追加の数ステップを取り込むことが可能で、示されたステップをここに記述された方法を達成するために組み合わすこともできるし、或いは改良できる。ある実施例との関連でのみ議論された行為、要素及び特徴を、他の実施例における類似の役割から排除することを意図していない。
【００４８】
請求項におけるミーンズ・プラス・ファンクションの限定は、述べられた機能を達成するためにここで開示された手段に限定されない。述べられた機能を達成する現在知られている或いは将来開発される任意の手段をカバーすることを意図している。
【００４９】
ここで使用されている「複数」という用語は２以上を意味する。
【００５０】
ここで使用されている、あるアイテムの「セット」という用語は１以上のそのようなアイテムを含む。
【００５１】
明細書での記述或いは請求項での使用の如何にかかわらず、ここで使用されているように、「からなる」、「含む」、「運ぶ」、「有する」、「包含する」、「伴う」等の用語は、オープン・エンデッド（制限のない）用語、即ち制限されずに含んでいる意味に理解すべきである。「のみからなる」、「本質的にのみからなる」という移行句はそれぞれ、請求項に関して、クローズド或いは半クローズド移行句である。
【００５２】
請求項の要素を修飾するための「第１」、「第２」、「第３」等の順序を示す用語の請求項での使用は、他の請求項の要素に対するある請求項の要素の任意の優先度、先行或いは順序、或いは方法の行為がなされる一時的な順序をそれ自身で暗示してはいないが、あるネームを有する１つの請求項の要素を、（順序を示す用語の使用がない場合には）同じネームを有する他の要素と区別するためにラベルとして単に使用されている。
【００５３】
「及び／または」は、リストされたアイテムが２者択一であることを示しており、しかし２者択一はまたリストされたアイテムの任意の組み合わせも含んでいる。
【符号の説明】
【００５４】
１００・・・ミサイル、１０２・・・ミサイル本体、１０５、２０５、３０５・・・長手方向の軸、１０６・・・フィン、１０８・・・空気力学制御面、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０・・・ノズル、１５０・・・フライト制御システム、２１２、２２５、２３２・・・矢印、２１５、２２５・・・燃焼ガス、２２２、２２６、８２２，８２４，８２６，８２８・・・スラストデフレクター、３２２、４２２、５２２、６２２・・・第１のスラストデフレクター、３２４、４２４、５２４、６２４・・・第２のスラストデフレクター、３２６、４２６、５２６、６２６・・・第３のスラストデフレクター、３２８、４２８、５２８、６２８・・・第４のスラストデフレクター、４３２・・・フローダム、７２２Ａ，７２２Ｂ，７２２Ｃ・・・第１のグループのスラストデフレクター、７２４Ａ，７２４Ｂ，７２４Ｃ・・・第２のグループのスラストデフレクター、８５０・・・フライト制御システム、８５２・・・シーカーサブシステム、８５４・・・半活性レーザシーカー、８５６・・・イメージング赤外（ＩＩＲ）シーカー、８５８・・・レーダーシーカー、８６０・・・ナビゲーションサブシステム、８６２・・・ＧＰＳナビゲーションシステム、８６４・・・慣性航法システム、８６６・・・通信サブシステム、８７０・・・プロセッサ、８７２・・・制御信号、８７４・・・スラストベクトル姿勢及び回転制御サブシステム、８７６・・・空気力学姿勢制御サブシステム、８８０・・・スラストベクトル制御作動システム、８８２，８８４，８８６，８８８・・・アクチュエータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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