(57)【要約】  本発明はロケットエンジン供給システムの分野に関し、特に供給回路（４）を有する供給システムであって、供給回路（４）は、ポゴ効果を抑制するために回路（４）内の気体の体積を変化させる装置を含む、供給システムに関する。本発明は、気体が回路（４）へ注入される量を変化させることにより、少なくとも１つの液圧共振周波数（５０）を変化させることによって、ポゴ効果を抑制する方法にも関する。【選択図】  図１
2014517893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロケットエンジンに少なくとも１つの液体推進剤を供給する供給システムであって、
少なくとも１つの供給回路（４）を備え、
前記回路（４）内の気体の体積を変化させる少なくとも１つの装置をさらに備え、
前記装置は、前記ロケットエンジンの作動中に、前記回路内の気体の体積を変化させるのに適していることを特徴とする供給システム。
【請求項２】
気体の体積を変化させる前記装置は、可変の液面を有する少なくとも１つの液圧アキュムレータ（８）を備える請求項１に記載の供給システム。
【請求項３】
前記液圧アキュムレータ（８）は、気体供給点（１０）と、前記推進剤供給回路（４）の導管（１５）への接続部（１１）と、前記気体供給点（１０）と前記接続部（１１）との間において前記導管（１５）を液圧アキュムレータ（８）の前記可変の液面に接続する少なくとも１つの浸漬管（１２，１３；１２’）と、を備える請求項２に記載の供給システム。
【請求項４】
前記液圧アキュムレータ（８）は、複数の前記浸漬管（１２，１３）を備え、
前記各浸漬管（１２，１３）は、それぞれバルブ（１４，１６）を備え、前記導管（１５）をそれぞれ異なる液面に接続する請求項３に記載の供給システム。
【請求項５】
少なくとも１つの前記浸漬管（１２’）は、前記導管（１５）に接続する液面を変化するように、移動可能である請求項３または４に記載の供給システム。
【請求項６】
気体の体積を変化させる前記装置は、少なくとも１つの可変流量気体注入器（２０）を備える請求項１〜５の何れか１項に記載の供給システム。
【請求項７】
気体の体積を変化させる前記装置を制御する制御ユニット（３０）をさらに備える請求項１〜６の何れか１項に記載の供給システム。
【請求項８】
前記制御ユニット（３０）に接続される少なくとも１つのセンサをさらに備え、
前記制御ユニット（３０）は、前記少なくとも１つのセンサによって検知された信号の関数として、気体の体積の変化を制御するように構成される請求項７に記載の供給システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つのセンサは、加速度計（３１）を備える請求項８に記載の供給システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのセンサは、前記推進剤の圧力を検知するセンサ（３２）を備える請求項８または９に記載の供給システム。
【請求項１１】
前記制御ユニット（３０）は、気体の体積の変化を時間の関数として制御するように構成される請求項５〜８の何れか１項に記載の供給システム（４）。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか１項に記載の供給システム（４）を有する少なくとも１つの液体推進剤を用いた、少なくとも１つのロケットエンジンを備える車両（１）。
【請求項１３】
ロケットエンジンに少なくとも１つの液体推進剤を供給するシステムの供給回路（４）内の気体の体積は、前記ロケットエンジンが作動中に、前記供給回路（４）の少なくとも１つの液圧共振周波数（５０）と、前記供給回路に結合された構造体の少なくとも１つの機械的共振周波数（５１）との間の差を制御するように変化する、ことを特徴とするポゴ効果を抑制する方法。
【請求項１４】
前記気体の体積は、前記差を所定のしきい値を上回る値に保つように変化する、請求項１３に記載のポゴ効果を抑制する方法。
【請求項１５】
前記気体の体積は、前記供給回路（４）の液圧共振周波数（５０）と前記構造体の機械的共振周波数（５１）との間の少なくとも１つの差の関数を最大にするように変化する、請求項１３または１４に記載のポゴ効果を抑制する方法。
【請求項１６】
前記可変の気体の体積は、前記供給回路（４）の導管（１５）に接続された液圧アキュムレータ（８）内に少なくとも部分的に配置される、請求項１３〜１５の何れか１項に記載のポゴ効果を抑制する方法。
【請求項１７】
前記気体の体積は、前記供給回路（４）内の少なくとも１つの推進剤に気体が注入される量を変化することによって、変化する、請求項１３〜１５の何れか１項に記載のポゴ効果を抑制する方法。
【請求項１８】
前記気体の体積は、前記構造体上で検知された少なくとも１つの機械的振動値の関数として、変化する、請求項１３〜１７の何れか１項に記載のポゴ効果を抑制する方法。
【請求項１９】
スペクトル解析は、前記構造体の少なくとも１つの機械的共振周波数（５１）を決定するために、少なくとも１つの機械的振動で実行される、請求項１８に記載のポゴ効果を抑制する方法。
【請求項２０】
例えばUnscentedカルマンフィルタなどのフィルタアルゴリズムは、少なくとも１つの前記機械的共振周波数（５１）を決定するために、および／または該周波数の未来の変化を予測するために、検知された少なくとも１つの機械的振動に適用される、請求項１９に記載のポゴ効果を抑制する方法。
【請求項２１】
請求項１３〜２０の何れか１項に記載のポゴ効果を抑制する方法を実行するための命令を含むコンピュータ・データ・サポート
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロケットエンジンに少なくとも１つの液体推進剤を供給するシステムであって、少なくとも１つの供給回路を含む供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体燃料ロケットの分野では、用語「ポゴ効果」は、ロケットエンジンの供給回路内の液体推進剤がロケットの機械的振動と共振することを示すのに用いられる。供給回路が推進剤を供給する量によってロケットエンジンの推力が変化するので、このように共振すると、振動が急速に発散することがあり、それにより誘導の困難さ、さらには損傷も引き起こすことがあり、損傷は、有効搭載総量の損失または車両の損失にまで及ぶ可能性もある。用語「ポゴ効果」は、頭字語ではなく、ホッピング玩具に由来する。ホッピング玩具は、ばね付きの棒を備え、この効果によって引き起こされるロケットの激しい長手方向の振動を技術者に思い起こさせるように弾む。したがって、液体推進剤ロケットの開発の当初から、このポゴ効果を抑制する対策を取ることは、極めて重要であった。本明細書との関連で用語「抑制する」は、全体的なポゴ効果の除去および部分的な低減の両方を包含して用いられる。
【０００３】
２種類の主要なポゴ効果補正システム、すなわち受動システムおよび能動システムが、当業者には知られている。受動システムの場合、液圧共振周波数は、ロケットの機械的共振周波数と一致しないように変化する。液圧共振周波数は、減衰することもある。これは、例えば推進剤供給回路内に液圧アキュムレータを設置することによってなされる。このような液圧アキュムレータは、通常は気体および液体の両方を含有する加圧体積によって形成され、該体積は、供給回路と連通している。液圧アキュムレータは、質量がアキュムレータ内の液体の質量である、質量−ばね−減衰システムとして作動し、ばねは、気体によって形成され、減衰は、狭い導管を経由してアキュムレータに入ったり出たりする液体の粘度から得られる。フランス特許出願第２４９９６４１号明細書は、異なるロケットエンジンに適合可能なように調整できる液圧アキュムレータの一例を開示する。しかしながら、アキュムレータの圧縮率および減衰パラメータは、ロケットエンジンの作動中には変化することができない。ポゴ効果を補正する別の「受動的」方法は、一定流量の気体を回路へ注入することにより供給回路の液圧共振周波数を変化させ、回路内の音速を変化させることにある。それに比べて能動システムの場合、圧力および流量が正反対の振動が供給回路内に確立されて、回路内で測定された振動を抑止する。
【０００４】
しかしながら、受動システムおよび能動システムは、共に欠点を示す。受動システムは、作動中に機械的周波数の大きな変化を示すロケットには適さないが、これは、設計周波数の周りの狭帯域の外側のモードをロケットが減衰させないからである。ロケットの飛行について予測される動的挙動と実際の動的挙動との間に差異がある場合には、受動システムは、ロケットの動作を補正する立場にない。能動システムは、プラスの効果を局部的にのみ有しがちであり、局部的あるいは全体的に、マイナスの効果をももたらす。
【０００５】
特開平０３−２８７４９８号公報では、適応的液圧アキュムレータを有するポゴ効果補正システムが提案されている。この適応的液圧アキュムレータでは、圧縮率は、気体の圧力を変化させることによって変化し、上述したすべての減衰は、流量制限装置を変化させることによって変化する。しかしながら、いくつかの欠点が示される。まず、圧力の変化は、液圧アキュムレータ内の圧縮率を極めて限定された方法でのみ変化させる。加えて、減衰中により大きい変化を制御することが可能であるが、可変の制限装置は、推進剤の流れ内に移動部分を有し、かつ、特に推進剤が極低温の場合に信頼性の問題を招くことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、これらの欠点を改善しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本発明の供給システムが、回路内の気体の体積を変化させる少なくとも１つの装置をさらに備え、前記装置が、ロケットエンジンの作動中に、前記回路内の気体の体積を変化させるのに適している、という事実により達成される。
【０００８】
本開示との関連で、用語「変化させること」は、徐々にあるいは段階的に、複数の異なる値を通して大きさを連続的に変化させることを意味するのに用いられる。このように、気体の体積を変化させる前記装置は、回路内で複数の異なる気体の体積を連続して得ることができる。
【０００９】
これらの構成により、ロケットエンジンの作動中に広範囲な機械的共振周波数にわたって回路の少なくとも１つの液圧共振周波数を変化させ、それによってロケットエンジンの作動中に支持構造体の機械的共振周波数を、該機械的共振周波数が変化するときでさえも回避することが可能である。所与の液圧回路を、異なる機械的共振周波数を有する複数の異なる構造体に適合させることも容易である。
【００１０】
少なくとも本発明の一実施形態において、気体の体積を変化させる前記装置は、可変の液面を有する少なくとも１つの液圧アキュムレータを備えることができる。これは、とりわけ回路内の気体の体積を変化させ、回路内の圧縮率および液圧共振周波数を変化させる、比較的簡単な手段を提供する利点を示す。特に、前記液圧アキュムレータは、気体供給点と、前記推進剤供給回路の導管への接続部と、前記気体供給点と前記接続部との間において前記導管を液圧アキュムレータの前記可変の液面に接続する少なくとも１つの浸漬管と、を備えることができる。
【００１１】
第１変形例において、前記液圧アキュムレータは、複数の前記浸漬管を備え、前記各浸漬管は、それぞれバルブを備え、前記導管をそれぞれ異なる液面に接続する。バルブを開閉することによって、液体の自由表面の圧力を、種々のレベルにある導管の圧力と等しくすることが可能である。このように、液圧アキュムレータ内の気体の体積を極めて大幅に変化させることが可能であり、液圧アキュムレータの圧縮率および回路の少なくとも１つの液圧共振周波数を変化させることが可能である。
【００１２】
第２変形例において、少なくとも１つの前記浸漬管は、前記導管に接続する液面を変化するように、移動可能である。このように、少なくとも１つの液圧共振周波数を連続的に変化させることが可能である。
【００１３】
少なくとも１つの別の実施形態において、気体の体積を変化させる前記装置は、有利には、少なくとも１つの可変流量気体注入器を備えることができる。これは、少なくとも１つの液圧周波数を変化させる手段を提供するという利点も示し、該手段の複雑性は、先行技術の受動システムの複雑性よりも著しく大きいわけではない。
【００１４】
有利には、供給システムは、気体の体積を変化させる前記装置を制御する制御ユニットをさらに備える。この制御ユニットは、気体の体積を変化させるコマンドを、推定された機械的共振周波数、ロケットエンジンの始動からの時間などのパラメータと関連付けることを可能にする。
【００１５】
より有利には、供給システムは、前記制御ユニットに接続される少なくとも１つのセンサをさらに備え、前記制御ユニットは、前記センサによって検知された信号の関数として、気体の体積の変化を制御するように構成される。特に、前記少なくとも１つのセンサは、加速度計を備えてもよく、それにより、機械的振動の検出が可能となり、ならびに／または少なくとも１つの機械的共振周波数の推定が可能となり、および／もしくは機械的共振周波数の変化の推定が可能となる。また、前記少なくとも１つのセンサは、前記推進剤の圧力を検知する圧力センサを備えてもよく、それにより、該センサは、前記供給回路の少なくとも１つの液圧共振周波数を推定すること、および／または液圧共振周波数がどのように変化するかを推定することが可能である。この構成により、少なくとも１つの機械的共振周波数が少なくとも１つの液圧共振周波数に接近する時を検出し、ポゴ効果を回避するように液圧共振周波数を変化させることが可能である。
【００１６】
少なくとも１つの別の実施形態において、前記制御ユニットは、気体の体積の変化を時間の関数として制御するように構成される。このように、例えば先行するテストおよび／またはシミュレーションもしくは計算の結果として、供給回路へ結合された構造体における少なくとも１つの機械的共振周波数の挙動が時間と共にどのように変化するかが前もって知られている場合、共振周波数間の一致を回避するように少なくとも１つの液圧共振周波数の変化を時間の関数としてプログラミングし、それによりロケットエンジンの作動中にポゴ効果を回避することが可能である。
【００１７】
これらの２つの選択肢は代替例とみなすことができるが、例えば時間の関数である基準設定点を用いて、およびセンサによって拾い上げられた信号の関数である補正係数を用いて、これらを組み合わせることも可能である。
【００１８】
本発明は、本発明の供給システムを有する少なくとも１つの液体推進剤を用いた、少なくとも１つのロケットエンジンを備える車両も提供する。本開示との関連で、用語「車両」は、広く理解されるべきである。このように、本発明は、一段または多段宇宙ロケット、このような宇宙ロケットの個々の段、または衛星、宇宙探査機、宇宙カプセル、もしくはスペースシャトルなどの宇宙船、および一段もしくは多段誘導飛翔体もしくは非誘導飛翔体にも、またはこのような飛翔体の個々の段に適用することができる。いずれにしても、本発明は、目的地までその有効搭載量を保持し続けるように、より信頼性の高い車両を構成する利点を示す。
【００１９】
本発明は、ポゴ効果を抑制する方法も提供し、ロケットエンジンに少なくとも１つの液体推進剤を供給するシステムの供給回路内の気体の体積は、前記ロケットエンジンが作動中に、前記供給回路の少なくとも１つの液圧共振周波数と、前記供給回路に結合された構造体の少なくとも１つの機械的共振周波数との間の差を制御するように変化する。
【００２０】
このように、供給回路内に含有された気体および液体を含む流体の圧縮率が変化すると、少なくとも１つの液圧共振周波数が広範囲にわたって変化することが可能となる。したがって、液圧システムおよび機械システムが共振し、それによってポゴ効果を招くような事態を回避することが可能となる。
【００２１】
少なくとも１つの実施形態において、前記気体の体積は、前記差を所定のしきい値を上回る値に保つように変化する。これにより、しきい値に対応する安全マージンが得られる。
【００２２】
しかしながら、特に、複数の液圧共振周波数および／または複数の機械的共振周波数が存在するとき、供給回路の液圧共振周波数と構造体の機械的共振周波数との間の少なくとも１つの差の関数を最大にするように、少なくとも１つの液圧共振周波数を変化させることは、有利とすることができる。特に、この関数が複数の差の関数であり、それぞれ液圧共振周波数および機械的共振周波数の異なる対に対応する場合、この関数は、対ごとに個々の係数を有する重み関数とすることができる。
【００２３】
可変の気体の体積は、前記供給回路の導管に接続された液圧アキュムレータ内に少なくとも部分的に配置され、アキュムレータ内の気体の体積を変化させることによって該気体の体積を変化させるようにすることができる。前記供給回路内の少なくとも１つの推進剤へ気体が注入される量を変化させることによっても、該気体の体積を変化させることができる。このように、推進剤内で懸濁状態にある気体の泡は、供給回路内に含有された気体および液体を含む流体に対する圧縮率の可変の度合いを提供するが、これは、特に回路内の音速の変化および前記液圧共振周波数の変化によって表される。
【００２４】
有利には、気体の体積は、時間の関数としておよび／または前記構造体上で検知された少なくとも１つの機械的振動値の関数として、特に前記構造体の少なくとも１つの機械的共振周波数を決定するためにスペクトル解析が実行された機械的振動値の関数として、変化することができる。より有利には、例えば「Unscented」カルマンフィルタ（ＵＫＦ）などのフィルタアルゴリズムが、少なくとも１つの機械的共振周波数を決定するために、および／または該周波数の未来の変化を予測するために、検知された少なくとも１つの機械的振動に適用されることで、少なくとも１つの機械的共振周波数と少なくとも１つの液圧共振周波数との一致が回避しやすくなる。
【００２５】
本発明は、ポゴ効果を抑制する本発明の方法を実行するために、コンピュータによって実行可能な命令を含むコンピュータ・データ・サポートも提供する。用語「コンピュータ・データ・サポート」は、永続的および／または一時的な方法でデータを格納するために、かつ引き続いてコンピュータシステムによってデータを読み出すことを可能にするために適した任意の支持体を意味するのに用いられる。このように、用語「コンピュータ・データ・サポート」は、中でもとりわけ磁気テープ、磁気ディスクおよび／または光ディスク、ならびに揮発性または不揮発性とすることができる固体電子メモリを包含する。
【００２６】
したがって、本発明は、ポゴ効果を抑制する本発明の方法を実行するためにプログラミングされたコンピュータの形で表すことができ、またはポゴ効果を抑制する本発明の方法を実行するコンピュータと共に用いるソフトウェアによっても表すことができる。
【００２７】
非限定的な例として与えられた実施形態についての次の詳細な説明を読み取ることで、本発明は十分に理解することができ、本発明の利点はより良好に明らかになる。以下の説明は、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態における液体推進剤供給システムを有するロケットエンジン車両を示す図であって、液圧回路と電気回路との類似性に基づく図である。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、図１のシステムの供給回路と並列に設置された可変体積アキュムレータの断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態における可変体積アキュムレータの断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態における液体推進剤供給回路を有するロケットエンジンを示す図であって、液圧回路と電気回路との類似性に基づく図である。
【図５】図５は、図４の回路に接続された気体注入点の図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｄは、「Unscented」カルマン・フィルタ・アルゴリズムの演算を示す図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｄは、供給回路の液圧共振周波数が、図１の車両の機械的共振周波数における一変形例に応じて変化する、３つの可能な方法を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１に示す車両１は、燃焼室と先細末広ノズルとを組み込んだ推進チャンバ２を有する。また、車両１は、２つの液体推進剤用にそれぞれ供給回路３、４を有し、２つの液体推進剤は、互いに化学的に反応しかつ推進チャンバ２へ供給される。第１供給回路３は、一部のみ示される。流体で満たされた各供給回路３、４は、抵抗５、インダクタ６、およびキャパシタ７を有する電気回路に類似して形作ることができるシステムであって、少なくとも１つの共振周波数を示す動的システムを表す。
【００３０】
第２供給回路４の少なくとも１つの共振周波数を変化させるために、該回路は、可変の気体の体積を有し同様に可変の圧縮率を示す液圧アキュムレータ８を、該回路と並列に含む。図２Ａおよび図２Ｂに示すこのアキュムレータ８は、一方の側に加圧気体供給点１０を有するタンク９を備え、反対側に第２供給回路４の導管１５への接続部１１を備える。点１０と接続部１１の間の種々の高さにおいて、浸漬管１２、１３が、タンク９を導管１５と接続する。浸漬管１２、１３は、タンク９と導管１５との間に挿入されたバルブ１４、１６をそれぞれ含む。バルブ１４および１６を開閉することにより、液面を変化させ、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、タンク９の内部にある気体１７の体積を変化させることが可能となる。図２Ａにおいて、より短い浸漬管１２のバルブ１４は、開いており、一方で浸漬管１３のバルブ１６は、閉じている。したがって、液体の自由表面は、浸漬管１２への入口の高さで安定しており、気体１７の体積は、気体の圧縮率と共に比較的制限された状態のままである。それに比べて、図２Ｂにおいて、浸漬管１２のバルブ１４は、閉じており、浸漬管１３のバルブ１６は、開いている。したがって、液体の自由表面は、浸漬管１３への入口のより低い高さで安定しており、気体１７の体積および気体の圧縮率は、それに応じて増加する。
【００３１】
このように、アキュムレータ８の圧縮率を効果的に変化させることによって、車両１のロケットエンジンが作動中であっても、第２供給回路４の液圧共振周波数がロケットエンジンの支持構造体の可変の機械的共振周波数と一致することを防止するように、液圧共振周波数を適合させることが可能となる。当然のことながら、この結果を達成するために、より重い液体をより軽い気体から分離するように、知覚できるくらいの加速度を有する必要がある。したがって、可変の気体の体積であるこの液圧アキュムレータ８は、微小重力の状態下と同様な状態では作動しない。
【００３２】
図３に示すような第２実施形態において、アキュムレータ８は、同様に、一方側に、加圧気体供給点１０を有するタンク９を有し、反対側に、第２供給回路４の導管１５への接続部１１を有するが、アキュムレータ８は、ただ１つの浸漬管１２’を有し、該浸漬管は、液面ひいてはタンク９内の気体１７の体積を変化させるために、タンク９の深さ方向に移動可能である。本実施形態は、液面を連続的に変化させることで、気体の体積を連続的に変化させることを可能にし、したがってアキュムレータ８内の圧縮率を変化させ、第２供給回路４の液圧共振周波数を変化させる。
【００３３】
第３実施形態を図４に示す。図１の実施形態にあるように、この別の実施形態において、車両１は、２つの液体推進剤をそれぞれ供給する供給回路３、４を有する供給システムを同様に有し、２つの液体推進剤は、互いに化学的に反応しかつ推進チャンバ２へ供給される。
【００３４】
しかしながら、この第３実施形態において、第２供給回路４に接続された気体注入装置２０を用いて、可変の量で気体を供給回路４の流体へ注入することによって、第２供給回路４の少なくとも１つの液圧共振周波数が変化する。この注入点２０から下流において、回路内の液体／気体を含む流体の圧縮率は、注入された気体の体積の圧縮率によって修正される。したがって、供給回路４の少なくとも１つの液圧共振周波数および回路４内の音速も、同様に変化する。
【００３５】
気体注入装置２０を図５に示す。気体注入装置２０は、第２供給回路４の導管１５上に設置され、かつ導管１５の周りに環状のチャンバ２１を備える。チャンバ２１は、３つのバルブ２２、２３、および２４を経由して加圧気体のソース（図示せず）に接続され、かつ注入孔２５を経由して導管１５と連通する。このように導管１５へと注入し、そして第２供給回路へ注入する気体の量を、バルブ２２、２３、および２４を開閉することによって変化させることができる。代替としては、または上述した構成と組み合わせて、このような気体注入装置は、可変開口バルブまたは流量調節器を含むこともでき、それにより、導管１５へ注入される気体の体積流量内の連続的な変化、および少なくとも１つの液圧共振周波数の連続的な変化を得ることができる。
【００３６】
第１実施形態における可変の気体の体積の液圧アキュムレータ８および第２実施形態における可変の流量の気体注入装置２０は共に、制御ユニット３０に同様に良好に接続され、制御ユニット３０は、制御ユニットによってアキュムレータ８および／または気体注入装置２０へ発した可変の設定点を用いて、アキュムレータ８および気体注入装置２０を制御することができる。この設定点は、機械的共振周波数の変化の仕方が前もって知られている場合、既に実行されているシミュレーションおよび／またはテストの結果により、単に時間の関数として前もってプログラミングすることができる。しかしながら、リアルタイムで、またはほぼリアルタイムで受信された信号に応じて、この設定点を変化させることも可能であり、実際に一定の状況下では好ましいことである。例えば、図１または図３に示すように、車両１は、回路４内に、少なくとも１つの加速度計３１および推進剤圧力センサ３２を含むことができる。加速度計３１は、車両１の構造体の機械的挙動を表す信号を制御ユニット３０へ送信するために制御ユニット３０に接続され、圧力センサ３２も、回路４の液圧挙動を表す信号を送信するために制御ユニット３０に接続される。
【００３７】
これらの信号は、スペクトル解析によって機械的共振周波数および液圧共振周波数を抽出するために、制御ユニット３０内で処理される。例えば、「The unscented Kalman filter for nonlinear estimation」,Proceedings of Symposium 2000 on Adaptive Systems for Signal Processing,Communication and Control(AS-SPCC),IEEE,Lake Louise,Alberta,Canada,October 2000、において記載されているような「unscented」カルマン・フィルタ・アルゴリズムなどのフィルタアルゴリズムは、信号からのフィルタ雑音に対してだけでなく、振動のモードの共振周波数内の短期的変化を予想するために、かつ液圧共振周波数が制御される方法で振動モードの共振周波数を予測するために、予測的手法においてさえも、用いることができる。制御ユニットは、期待される機械的共振周波数に近いこのようなフィルタアルゴリズムを初期化するようにプログラミングされ、それによって引き続いて飛行中にこの周波数をトラッキングすることを可能にすることができる。
【００３８】
車両１などの動的システムにおいて、関数Ｆを適用して時間的に変化する潜在状態ｘｔのマルコフ連鎖が存在すると仮定することができる。これらの潜在状態は、測定関数Ｇを経由して得られた測定状態ｙｔを与えるセンサによって、間接的に観測される。このように、ｘｔおよびｙｔは、次式で表すことができる。
ｘｔ＝Ｆ（ｘｔ−１）＋ε
ｙｔ＝Ｇ（ｘｔ）＋ν
【００３９】
値εおよびνは、それぞれ本システムに固有の雑音、および測定雑音を表し、これらの雑音は両方ともガウス分布を示す。
【００４０】
フィルタアルゴリズムの目的は、センサによって測定されるような騒々しい値から動的システムの状態を推論することである。カルマンシステムは、線形的なシステムに対して高速かつ正確な推論を提供する。カルマンシステムは、非線形的なシステムに対して直接には適用可能でないが、本願は潜在的に非線形システムとして分類可能である。カルマン・フィルタ・アルゴリズムを非線形システムに適合させる種々の選択肢の中で、特に「unscented」カルマンフィルタ（ＵＫＦ）が知られている。このアルゴリズムは、関数Ｆおよび関数Ｇを通してｘｔのいくつかの推定を伝播し、ガウス分布を再構成して、伝播値が線形システムから得られることを推測する。ｘｔに対するこれらの推定の位置は、「シグマポイント」と呼ばれ、該位置は、アンセンテッド変換と呼ばれる近似法を用いて最初の平均値および分散から計算される。
【００４１】
図６Ａにおいて第１ステップが示され、該ステップにおいて、最初の時点ｔ＝ｔ０で潜在状態ｘ０に対して第１セットの測定ｙ０に基づいて考慮された、平均ｍ０および分散Ｐ０から開始するこのようなアンセンテッド変換によって、最初のシグマポイントＸ００，Ｘ０１，Ｘ０２，Ｘ０３，Ｘ０４が計算される。その後、図６Ｂに示す予測ステップにおいて、カルマン・フィルタ・アルゴリズムの予測ステップを最初の信号ポイントＸ００，Ｘ０１，Ｘ０２，Ｘ０３，Ｘ０４に適用することによって、次のサンプリング時点（ｔ＝ｔ１）に対応するシグマポイントに対する推定位置Ｘ’００，Ｘ’０１，Ｘ’０２，Ｘ’０３，Ｘ’０４が予測される。図６Ｃに示すような次の更新するステップにおいて、ｔ＝ｔ１における先行するサンプリングに基づいて、実際のシグマポイントＸ１０，Ｘ１１，Ｘ１２，Ｘ１３，Ｘ１４が計算される。最初のシグマポイントＸ００，Ｘ０１，Ｘ０２，Ｘ０３，Ｘ０４に基づいて予測された位置Ｘ’００，Ｘ’０１，Ｘ’０２，Ｘ’０３，Ｘ’０４と新たなサンプリングに基づいて実際に計算された位置Ｘ１０，Ｘ１１，Ｘ１２，Ｘ１３，Ｘ１４との差異によって、潜在状態ｘｔの変化を時間と共に表す関数ｆに関する情報を得ることが可能となる。図６Ｄに示す次のステップにおいて、新たな平均ｍ１および新たな分散Ｐ１が、新たなシグマポイントＸ１０，Ｘ１１，Ｘ１２，Ｘ１３，Ｘ１４に基づいて計算される。このアルゴリズムは再帰的であり、予測ステップで始まる各ステップは、新たなサンプリングごとに繰り返される。
【００４２】
制御ユニットにおいて、機械的共振周波数と液圧共振周波数とが比較され、例としてこれらの差が一定のしきい値に接近するまたは該しきい値を横切る場合、制御ユニット３０は、アキュムレータ８および／または気体注入装置２０へ送信される設定点を変化させる。
【００４３】
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、および図７Ｄは、増加しつつある機械的共振周波数５１に応じて、液圧共振周波数５０を制御する方法についての４つの例を示す。図７Ａに示す第１例において、液圧共振周波数５０を、機械的共振周波数５１に対して一定の差を維持するように連続的に変化させることができる。図７Ｂに示す第２例において、液圧共振周波数５０は、２つの周波数５０および５１の差が所与のしきい値以上となるように段階的に変化する。機械的共振周波数５１が変化することができる範囲のように大きい周波数範囲にわたって、液圧共振周波数５０が変化することができない場合もある。このような状況下では、図７Ｃに示すように、機械的共振周波数５１を十分に上回る液圧共振周波数５０から機械的共振周波数５１を十分に下回る液圧共振周波数５０まで（または逆もまた同様）、ほぼ瞬時の変化を実施することも可能である。共振周波数間の一致は、瞬時に起こるだけであり、危険な共振を招くことはない。最後に、図７Ｄに示すように、液圧共振周波数５０における漸進的変化を急な変化と組み合わせることも可能である。
【００４４】
ロケットエンジンの支持構造体は、各供給回路が複数の液圧共振周波数を示すことができるのと同様に、複数の可変の機械的共振周波数を示すことができる。このような状況下では、液圧共振周波数と機械的共振周波数との差を所定のしきい値よりも大きいように単に維持する目的で、供給回路内の気体の体積を制御することは適切ではないことがある。少なくとも１つの代替例において、気体の体積は、各対が供給回路の液圧共振周波数と構造体の機械的共振周波数とから成る複数対の各周波数差から成る関数を最大化するように、制御することができる。
【００４５】
このように、供給回路が２つの可変の液圧共振周波数、すなわち高域液圧共振周波数ｆｈ，ｈｉｇｈおよび低域液圧共振周波数ｆｈ，ｌｏｗを有し、かつ構造体が可変の機械的共振周波数ｆｓを示す第１例において、最大化すべき関数Ｒｏｐｔは、次の方程式を満たすことができる。
2014517893.tif 000003
【００４６】
この関数は、１つ以上の重み付け係数で重み付けされた関数とすることができる。このように、供給回路が２つの可変の液圧共振周波数、すなわち高域液圧共振周波数ｆｈ，ｈｉｇｈおよび低域液圧共振周波数ｆｈ，ｌｏｗを示し、かつ構造体が第１モード機械的共振周波数ｆｓ，１および第２モード機械的共振周波数ｆｓ，２を有する２つの機械的共振モードを示す第２例において、最大化するための関数Ｒｏｐｔは、次の方程式を満たすことができる。
2014517893.tif 000004
ここでｘ１，２は、構造体の第２機械的共振モード用の重み付け係数を表す。
【００４７】
本発明を具体的な実施形態に関して上述したが、請求項によって定義されたような本発明の全体の範囲を越えなくても、これらの実施形態に対して別の修正および変更を行うことができることは明白である。特に、示された種々の実施形態の個々の特徴は、新たな実施形態において組み合わせることができる。したがって、明細書および図面は、限定的な意味ではなくて例示的な意味で、考察されるべきである。
【図１】
2014517893.tif 000005
【図２Ａ】
2014517893.tif 000006
【図２Ｂ】
2014517893.tif 000007
【図３】
2014517893.tif 000008
【図４】
2014517893.tif 000009
【図５】
2014517893.tif 000010
【図６Ａ】
2014517893.tif 000011
【図６Ｂ】
2014517893.tif 000012
【図６Ｃ】
2014517893.tif 000013
【図６Ｄ】
2014517893.tif 000014
【図７Ａ】
2014517893.tif 000015
【図７Ｂ】
2014517893.tif 000016
【図７Ｃ】
2014517893.tif 000017
【図７Ｄ】
2014517893.tif 000018
【国際調査報告】
2014517893.tif 000019
2014517893.tif 000020
2014517893.tif 000021
2014517893.tif 000022
2014517893.tif 000023
2014517893.tif 000024