(57)【要約】 【課題】 コストの低減化及び装置全体の軽量小型化に貢献でき、整備性及び信頼性の向上も実現可能な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】モータ１１と、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、ボールスクリュー１２の回転角を検出するレゾルバ１３を具備して、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、機軸Ｌを間にして電動アクチュエータ１０と対称部位に配置したノズル舵角検出用の位置検出器２０と、電動アクチュエータ１０のレゾルバ１３で検出したボールスクリュー１２の回転角の積算値と、電動アクチュエータ１０と機軸Ｌを間にして対称部位に位置する位置検出器２０で検出したノズル舵角の平均値に基づいて、可動ノズル２の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
2008169738.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、
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た電動アクチュエータをロケットモータ側の支持点及び可動ノズル側の支持点の間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に配置すると共に、機軸を間にして上記電動アクチュエータと対称部位にノズル舵角検出用の位置検出器をそれぞれ配置して、初期舵角検出を該二個の位置検出器によって行い、
上記電動アクチュエータの回転角検出器で検出したボールスクリューの回転角の積算値と、この電動アクチュエータと機軸を間にして対称部位に位置する二個の位置検出器で検出したノズル舵角の平均値に基づいて、可動ノズルの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装置であって、
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支持点及び可動ノズル側の支持点の間で且つ互いに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、
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位置検出器と、
上記電動アクチュエータの回転角検出器で検出したボールスクリューの回転角の積算値と、この電動アクチュエータと機軸を間にして対称部位に位置する二個の位置検出器で検出したノズル舵角の平均値に基づいて、可動ノズルの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、運用環境や燃焼圧力によるフレキシブルジョイント及び圧力容器の変形によって、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、その一対処例として、対向位置検出器とは別に電動アクチュエータに付属位置検出器を設置して、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付属位置検出器の二個の位置検出器を設置して、初期舵角検出を４個の位置検出器によって行い、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。
【０００５】
また、上記した推力方向制御装置において、舵角の誤差に対する他の対処例として、対向位置検出器とは別に電動アクチュエータに付属位置検出器を設置して、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付属位置検出器の二個の位置検出器を設置して、初期舵角検出を４個の位置検出器によって行い、電動アクチュエータに付属する上記回転角検出器の積算値と対向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】
【０００６】
しかしながら、従来にあっては、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付属位置検出器の合計二個の位置検出器を設置する都合上、コストの低減化及び装置全体の軽量小型化に寄与することができないという問題があった。
【０００７】
また、位置検出器の数が多い分だけ、それぞれに対して行う零位置調整も増すので、整備性が良好であるとは言い難いうえ、付属位置検出器の零位置調整を行う固定機構を電動アクチュエータに設けなくてはならないので、電動アクチュエータの軽量小型化が困難であるという問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００８】
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、コストの低減化及び装置全体の軽量小型化に貢献することができ、整備性及び信頼性の向上をも実現可能であ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】
【０００９】
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、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た電動アクチュエータをロケットモータ側の支持点及び可動ノズル側の支持点の間で且つ互いに９０°の間隔をおいて円周方向の二箇所に配置すると共に、機軸を間にして上記電動アクチュエータと対称部位にノズル舵角検出用の位置検出器をそれぞれ配置して、初期舵角検出を該二個の位置検出器によって行い、上記電動アクチュエータの回転角検出器で検出したボールスクリューの回転角の積算値と、この電動アクチュエータと機軸を間にして対称部位に位置する二個の位置検出器で検出したノズル舵角の平均値に基づいて、可動ノズルの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。
【００１０】
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、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支持点及び可動ノズル側の支持点の間で且つ互いに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、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位置検出器と、上記電動アクチュエータの回転角検出器で検出したボールスクリューの回転角の積算値と、この電動アクチュエータと機軸を間にして対称部位に位置する二個の位置検出器で検出したノズル舵角の平均値に基づいて、可動ノズルの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。
【００１１】
本発明において、可動ノズルの舵角誤差の補正を行うに際して、回転角検出器を有するアクチュエータと機軸を間にして対称部位に位置する位置検出器だけを用いればよいので、すなわち、従来必要とした付属位置検出器を用いなくても済むので、その分だけ、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】
また、位置検出器の数を減らせる分だけ、零位置調整も減らし得るので、整備性が良好なものとなると共に信頼性も向上することとなり、加えて、電動アクチュエータにボールスクリューの固定機構及び付属位置検出器の固定機構を設けなくてもよいので、電動アクチュエータの軽量小型化をも図られることとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、上記した構成としているので、コストの低減化及び装置全体の軽量小型化に大いに貢献することが可能であり、加えて、整備性及び信頼性の向上をも実現することができ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】
【００１４】
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、例えば、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、例えば、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等の制御方式を採用することができる。
【００１５】
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。
【００１６】
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は、熱電池等の電池を用いることが可能であり、この熱電池等の電池及びサーボアンプは、本発明によって実現する推力方向制御装置の小型化により形成される収納スペースに搭載することが可能である。
【実施例】
【００１７】
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。
【００１８】
図１〜図３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。
【００１９】
図２に示すように、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４を介して組み付けられている。
【００２０】
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３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（支持点）３及び可動ノズル２側の支持点の間で且つ互いに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、機軸Ｌを間にして電動アクチュエータ１０と対称部位にそれぞれ配置したノズル舵角検出用の位置検出器２０を備えている。
【００２１】
この場合、推力方向制御装置は、図１に示すように、電動アクチュエータ１０のレゾルバ１３で検出したボールスクリュー１２の回転角を積算すると共に、電動アクチュエータ１０と機軸Ｌを間にして対称部位に位置する位置検出器２０で検出したノズル舵角の平均値を算出する制御部３０を備えており、この制御部３０において、レゾルバ１３で検出したボールスクリュー１２の回転角の積算値と、位置検出器２０で検出したノズル舵角の平均値に基づいて、可動ノズル２の舵角誤差の補正を行うようになっている。
【００２２】
なお、電動アクチュエータ１０のレゾルバ１３の初期位置は、この電動アクチュエータ１０と機軸Ｌを間にして対称部位に位置する位置検出器２０の検出値を反転させた値を使用する。
【００２３】
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Ｃ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ＤＳ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。
【００２４】
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、電動アクチュエータ１０と機軸Ｌを間にして対称部位に位置する位置検出器２０で検出したノズル舵角ＰＳ及びレゾルバ１３で検出したボールスクリュー１２の回転角ＲＳが制御部３０にそれぞれフィードバックされ、この制御部３０において、レゾルバ１３で検出したボールスクリュー１２の回転角の積算値と、位置検出器２０で検出したノズル舵角の平均値に基づいて、可動ノズル２の舵角誤差の補正が行われる。
【００２５】
このように、上記した推力方向制御装置では、制御部３０によって、電動アクチュエータ１０のレゾルバ１３で検出したボールスクリュー１２の回転角の積算値と、位置検出器２０で検出したノズル舵角の平均値に基づいて、可動ノズル２の舵角誤差の補正を行うようにしているので、位置検出器としては、電動アクチュエータ１０と機軸Ｌを間にして対称部位に位置する位置検出器２０だけを用いればよく、従来必要とした付属位置検出器を用いなくても済む分だけ、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】
また、位置検出器の数を減らせる分だけ、零位置調整も減らし得ることから、整備性が良好なものとなると共に信頼性も向上することとなり、加えて、電動アクチュエータ１０に従来必要としたボールスクリューの固定機構及び付属位置検出器の固定機構を設けなくてもよいので、電動アクチュエータ１０の軽量小型化をも図られることとなる。
【００２７】
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】
【００２８】
【図１】本発明の可動ノズルの推力方向制御装置の一実施例を示す制御回路説明図である。（実施例１）
【図２】図１の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示す固体ロケットモータの半割側面説明図（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３】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】
【００２９】
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（支持点）
１０  電動アクチュエータ
１１  モータ
１２  ボールスクリュー
１３  レゾルバ（回転角検出器）
２０  位置検出器
３０  制御部
Ｌ    機軸
【図１】
2008169738.tif 000003
【図２】
2008169738.tif 000004
【図３】
2008169738.tif 000005