(57)【要約】【課題】飛しょう体を推進させる、エンジンに供給される燃料を、飛しょう体に要求される飛しょう速度、高度にできる推力を発生させる流量に自動的に制御して、飛しょう体を所定の推力で飛しょうさせる。【解決手段】飛しょう体の加速度を検出する加速度計４と、角速度を検出するジャイロスコープ５と、高度を検出する高度計６と、発射初速度を検出する発射装置３とを備え、また、加速度、角速度及び発射初速度が入力され、飛しょう速度を算出し、所定飛しょう経路の各位置における規定速度と比較して、飛しょう速度を前記規定速度に一致させるための燃料流量にする燃料流量指令を算出し燃料弁に出力するとともに、飛しょう高度が予め定められた高度未満のときは、前記飛しょう速度をより大きくして前記飛しょう高度を大きくする燃料流量指令に修正して燃料弁に出力する制御部２１とを備える。【選択図】　　　　　図１
2004060480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛しょう体に搭載されたジェットエンジンの燃料弁に供給される燃料流量を制御して推力を制御し、前記飛しょう体の速度を制御するエンジン燃料制御装置において、
前記飛しょう体の加速度を検出する加速度計と、
前記飛しょう体の角速度を検出するジャイロスコープと、
前記飛しょう体の飛しょう高度を検出する高度計と、
前記飛しょう体の発射初速度を検出する発射装置と、
前記加速度、角速度、及び発射初速度が入力され、前記飛しょう体の飛しょう速度を算出し、予め計算され格納されている飛しょう経路の各位置における規定速度と比較して、前記飛しょう速度を前記規定速度に一致させるための燃料流量にする燃料流量指令を算出し前記燃料弁に出力するとともに、前記飛しょう高度が予め定められた高度未満のときは、前記燃料流量指令を、前記飛しょう速度をより大きくして前記飛しょう高度を大きくする燃料流量指令にして前記燃料弁に出力する制御部とを備えたことを特徴とするエンジン燃料制御装置。
【請求項２】
前記制御部に対して、前記ジェットエンジンに設けた回転数センサで検出された回転数を入力し、前記回転数が予め定められた危険回転数に近づいたとき、前記制御部は、前記燃料流量指令を、前記回転数をより小さくする燃料流量指令にして前記燃料弁に出力するものである請求項１記載のエンジン燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無人で飛しょうする飛しょう体を推進させるエンジンに適用され、エンジンに供給される燃料を、飛しょう体に要求される飛しょう速度、飛しょう高度にできる所定の推力を発生させ得る流量に自動的に制御してエンジンに供給し、飛しょう体を所定の推力で飛しょうさせ、所期のミッションを達成させることができるようにしたエンジン燃料制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の飛しょう体に装着され、飛しょう体を推進させるジェットエンジンの制御は、（ア）回転数、（イ）エンジン入口温度、（ウ）エンジン入口圧力、（エ）タービン出口温度などのデータを回転計若しくはセンサで検出して、これらのデータに基づき、制御装置により算出された燃料流量指令により制御するようにしているために、回転計及び圧力、温度を計測するセンサ類を設置する必要があるとともに、これらのデータを取得するためのセンサ類には故障が多く、信頼性が低く、飛しょう体のミッション達成に支障を来すことがあった。
【０００３】
図３は、上述した回転数、エンジン入口温度、エンジン入口圧力及びタービン出口温度の検出されたデータを使用して、飛しょう体を所定の速度、高度で飛しょうさせるために、ジェットエンジンの制御を行うようにした全体ブロック図である。
【０００４】
図３に示すように、飛しょう体に搭載され飛しょう体のミッション達成のために要求される、所定の飛しょう速度、高度にできる推力を発生させるジェットエンジン２の制御は、ジェットエンジン２に組込まれた回転数センサ７、エンジン入口圧力センサ８、エンジン入口温度センサ９、及びタービン出口温度センサ１０などで検出された回転数ｆ、センサデータｇ（以下、区別する必要のないときは単に状態変数という）を制御部１に出力し、制御部１内で、これらの状態変数ｆ，ｇに基づいて、燃料流量指令ａを制御部１で計算し、この算出された燃料流量指令ａをジェットエンジン２に出力して制御するようにしている。
【０００５】
すなわち、ジェットエンジン２では、制御部１から出力された燃料流量指令ａに基づいて、ジェットエンジン２に燃料を供給する図示省略した燃料弁を開閉することにより、ジェットエンジン２に供給される燃料流量を制御して、ジェットエンジン２の推力や回転数、温度等を変化させ、飛しょう体を要求される飛しょう速度にできる推力を発生させるようにしている。
【０００６】
なお、エンジン入口圧力センサ８、エンジン入口温度センサ９及びタービン出口温度センサ１０からの出力は、主として電圧等の信号として出力され、信号電圧が微小であるため途中に信号増幅器１１を設け、この信号増幅器１１で増幅された信号電圧を、制御部１にセンサデータｇとして送ることが一般的に行われている。
【０００７】
しかしながら、このようにジェットエンジン２に組込まれた、回転数センサ７、エンジン入口圧力センサ８、エンジン入口温度センサ９、及びタービン出口温度センサ１０で得られる、ジェットエンジンの状態変数ｆ，ｇに基づき、燃料流量指令ａを制御部１で計算し、この燃料流量指令ａに基づいてジェットエンジン２に燃料を供給する燃料弁を開閉して、ジェットエンジン２に供給される燃料流量を制御して、ジェットエンジン２の推力や回転数、温度等を変化させ、飛しょう体を要求される速度にできる推力を発生させるようにしたエンジン燃料制御装置では、前述したように状態変数ｆ，ｇ特に、センサデータｇを取得するためのセンサ類には断線等による故障が生じ易く、信頼性が低く、飛しょう体のミッション達成に支障を来す不具合があるとともに、多数のセンサの設置及びセンサで検出され、出力された信号を増幅してセンサデータｇにする信号調整用の信号増幅器１１を必要とするためコスト高となる不具合がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の飛しょう体のエンジン燃料制御装置の不具合を解消するため、故障を起すことが殆んどなく、信頼性に富み飛しょう体のミッション達成を信頼性のあるものにでき、さらには、飛しょう体の運動制御のためにもともと必要なものであって、飛しょう体に既に設けられているセンサを使用することができ、従来のエンジン制御のために設けるようにしていた、上述した回転数センサ、エンジン入口温度センサ、エンジン入口圧力センサ及びタービン出口温度センサ等のセンサ、並びに信号増幅器を新たに設ける必要がなく、コスト低減ができるエンジン燃料制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明は、
飛しょう体に搭載されたジェットエンジンの燃料弁に供給される燃料流量を制御して推力を制御し、前記飛しょう体の速度を制御するエンジン燃料制御装置において、
前記飛しょう体の加速度を検出する加速度計と、
前記飛しょう体の角速度を検出するジャイロスコープと、
前記飛しょう体の飛しょう高度を検出する高度計と、
前記飛しょう体の発射初速度を検出する発射装置と、
前記加速度、角速度、及び発射初速度が入力され、前記飛しょう体の飛しょう速度を算出し、予め計算され格納されている飛しょう経路の各位置における規定速度と比較して、前記飛しょう速度を前記規定速度に一致させるための燃料流量にする燃料流量指令を算出し前記燃料弁に出力するとともに、前記飛しょう高度が予め定められた高度未満のときは、前記燃料流量指令を、前記飛しょう速度をより大きくして前記飛しょう高度を大きくする燃料流量指令にして前記燃料弁に出力する制御部とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
上記請求項１の発明に係るエンジン燃料制御装置は、上述の手段としたので、従来のジェットエンジンの温度、圧力、回転数等を検出するセンサからの状態変数による制御から、飛しょう速度をベースにフィードバックして行う制御にしたために、従来の状態変数を検出するために必要としていたセンサ、及びセンサからの検出信号を増幅する信号増幅器の設置が不要になり、本来飛しょう体の飛しょうのために設けられている加速度計、ジャイロスコープ、及び発射装置から制御部に入力された飛しょうデータのみにより算出された燃料流量指令を、燃料弁に出力して燃料流量を制御し、飛しょう速度を規定速度に一致させるようにジェットエンジンの運転制御ができるようになる。
【００１２】
また、飛しょう高度が予め定められた高度に満たないときには、飛しょう体の飛しょう速度をベースにフィードバック制御を行なう燃料流量指令に代えて、本来飛しょう体の飛しょうのために設けられている高度計からの飛しょう高度に基づき算出された制御部からの燃料流量指令により、飛しょう速度を大きくして飛しょう高度を大きくする燃料流量にして飛しょうするようにしたので、予め定められた飛しょう高度を保持しての飛しょうができるジェットエンジンの運転制御が可能になる。
【００１３】
これにより、燃料流量指令を算出するために制御装置に出力する必要のあるデータを取得するための部品点数を少なくすることができ、コスト低減を計ることができるとともに、飛しょう体のミッション達成をより確実なものにすることができる。
【００１４】
すなわち、従来のジェットエンジンの状態変数を計測するセンサ等に代えて、本来飛しょう体に搭載され、飛しょう体の運動制御のために使用される飛しょうデータを計測するための飛しょうデータ計測装置を使用するので、ジェットエンジンの状態変数を計測するセンサ等の設置が不要になり、部品点数を少なくできコスト低減を計ることができる。また、このような飛しょうデータ計測装置は、ジェットエンジンの状態変数を計測するセンサ等に比較して、故障を起こすことが殆んど無いものが使用されており、ジェットエンジンの作動制御を信頼性の高いものにでき、さらには、高度計からの飛しょう高度により算出された制御部からの燃料流量指令により、予め定められた飛しょう高度を保持しての飛しょうができるので、飛しょう体のミッション達成を確実なものにするジェットエンジンの運転制御ができるようになる。
【００１５】
さらに、請求項２の発明は、請求項１において、前記制御部に対して、前記ジェットエンジンに設けた回転数センサで検出された回転数を入力し、前記回転数が予め定められた危険回転数に近づいたとき、前記制御部は、前記燃料流量指令を、前記回転数をより小さくする燃料流量指令にして前記燃料弁に出力することを特徴としている。
【００１６】
この場合、制御部が、ジェットエンジンの回転数が予め定められた、ジェットエンジンの破壊等を引き起こすことのある危険回転数に近づいたときには、飛しょう速度をベースにフィードバックして行う、ジェットエンジンの燃料流量指令に代えて、もともとジェットエンジンに設けた回転数センサで検出された回転数を入力し、飛しょう速度をより小さくする燃料流量指令にして燃料弁に出力し、予め定められた危険回転数以下のジェットエンジンの回転数にして、飛しょう体を飛しょうさせる。
【００１７】
これにより、請求項２の発明に係るエンジン燃料制御装置は、上述の請求項１の発明の作用効果に加え、ジェットエンジンは、予め定められた危険回転数以下の回転数でのみ回転し、飛しょう体を飛しょうさせるので、ジェットエンジンの破壊等を引き起こすことがなくなり、飛しょう体のミッション達成をより確実なものにすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るエンジン燃料制御装置の実施の形態を図面に従って説明する。なお、図１及び図２において図３に示す部材と同一又は相当部分には、同一符号を付して説明は省略する。
【００１９】
図１は、本発明に係るエンジン燃料制御装置の第１の実施の形態を示す全体ブロック図である。
【００２０】
前述したように、飛しょう体は無人で飛しょうし、ジェットエンジン２に供給される燃料を、所期のミッションを達成する飛しょう体に要求される速度にするための流量にするコントロールは、制御部２１が、自動的に行うようにしたものである。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態で示す制御部２１では、従来の制御部１と同様に、ジェットエンジン２に供給する燃料流量の制御を行うようにしたものであるが、エンジン入口圧力センサ等で検知されたセンサデータｇにより燃料流量の制御を行うようにした制御部１と異なり、飛しょう体の運動制御等を行う制御部と兼用することができるようにしたものである。
【００２２】
本実施の形態のエンジン燃料装置においても、従来の技術を示す図３において説明したように、ジェットエンジン２の推力の制御は、制御部２１からジェットエンジン２に出力される燃料流量指令ａによって行うようにしている。すなわち、燃料流量指令ａによってジェットエンジン２に燃料を供給する燃料弁を大きく開放して、燃料を多くジェットエンジン２に流せば、ジェットエンジン２で発生する推力は上昇し、逆に燃料弁の開閉度を小さくして、少ない燃料をジェットエンジン２に供給するようにすれば、ジェットエンジン２で発生する推力は、小さくなる。
【００２３】
しかし、本実施の形態のジェットエンジン燃料制御装置において、この燃料流量指令ａを決定する制御部２１における算出のベースとなるのは、現実に飛しょう経路を飛しょうしている飛しょう体の飛しょう速度ｖである。この飛しょう速度ｖを検知するために、従来から飛しょう体に装備されている加速度計４（飛しょう経路を飛しょうしている飛しょう体の加速度を検出する）からの加速度ｃ及び同様に従来から飛しょう体に装備されているジャイロスコープ５（飛しょう経路を旋回している飛しょう体の角速度を検出する）からの角速度ｄが使用され、また、これらの加速度ｃ、角速度ｄから、飛しょう体の飛しょう速度ｖを算出するために必要な飛しょう体速度ｖの初期飛しょう速度ｖｏ　は、発射装置３（飛しょう体の発射時の発射初速度を含む初期データを検出する）からの初期データｂに含めて制御部２１に与えられる。
【００２４】
この制御部２１においては、飛しょう体が飛しょうする経路上のそれぞれの位置において、到達させるべき規定速度ｖａ　があらかじめ計算されてメモリに格納されており、この規定速度ｖａ　と上述した加速度ｃ、角速度ｄ及び初期速度ｖｏ　から制御部２１において算出された現実に飛しょうしているときの飛しょう速度ｖとを比較して、飛しょう速度ｖが規定速度ｖａ　よりも小さければ、燃料流量指令ａを増大させ、飛しょう速度ｖが規定速度ｖａ　よりも大きければ燃料流量指令ａを小さいものにし、燃料流量指令ａの大きさに略比例して開閉面積が変わるようにして、ジェットエンジン２に燃料を供給する燃料弁の開閉度を増減させて、ジェットエンジン２に供給される燃料流量を変化させることにより、飛しょう速度ｖと規定速度ｖａ　とが、一致するようにジェットエンジン２の推力の大きさを制御するようにしている。
【００２５】
さらに、本実施の形態における制御部２１では、上述した制御部２１で算出されて出力される燃料流量指令ａによるジェットエンジン２への燃料供給にも拘わらず、更に、飛しょう速度ｖが減小して飛しょう高度が下ったような場合の対処策として、電波高度計６等の高度計（飛しょう経路を飛しょうしている飛しょう体の飛しょう高度を検出する）で検知された飛しょう高度ｈが、飛しょう体が飛しょうする経路上のそれぞれの位置において保持すべき、あらかじめ定められた規定高度ｈａ　よりも下った場合には、飛しょう速度ｖを規定速度ｖａ　との比較から算出される燃料流量指令ａに優先させて、飛しょう高度ｈと規定高度ｈａ　から算出された高度差にもとづいて算出された、燃料流量を増大させる燃料流量指令ａを燃料弁に出力して、飛しょう体の速度を上げ高度を増大させるような制御を行うことができるようにしている。
【００２６】
このように、飛しょう体のジェットエンジンに供給する燃料を制御するようにした、本実施の形態のエンジン燃料制御装置では、従来のエンジン燃料制御装置のように、ジェットエンジンの制御をジェットエンジンの温度、圧力、回転数等の状態変数によらず、飛しょう体の飛しょう速度ｖをベースにフィードバック制御をするようにしているため、飛しょう体がもともとミッション達成のために保有している加速度計４やジャイロスコープ５及び制御部２１がそのまま使用され、さらに、飛しょう体の飛しょう速度をベースにフィードバック制御して飛しょうさせている場合に、飛しょう速度ｖが減小する等により、高度が下ったような場合の対処には、飛しょう体がもともと保有している電波高度計６をそのまま使用し、速度、高度等の飛しょう体の状態変数によって行うようにしたので、燃料流量指令ａを算出するために必要なデータを取得するために必要な部品点数を少なくすることができる。
【００２７】
すなわち、従来のエンジン燃料制御装置のように、回転数センサ７、エンジン入口圧力センサ８、エンジン入口温度センサ９及びタービン出口温度センサ１０等のセンサ並びに信号増幅器１１を新たに設ける必要がなく、上述したように、飛しょう体にもともと装備されている加速度計４、ジャイロスコープ５、電波高度計６及び制御部２１をそのまま使用するようにしたので、部品点数を少なくして、コスト低減ができる。
【００２８】
さらに、飛しょう体の運動制御のために、もともと必要なものである上述した加速度計４等は故障を起すことが殆んどない信頼性に富むものが使用されており、このためにジェットエンジン２の制御作動を信頼性の高いものにでき、飛しょう体のミッション達成を正確なものにすることができる。
【００２９】
次に、図２は、本発明に係るエンジン燃料制御装置の第２の実施の形態を示す全体ブロック図である。
【００３０】
図２に示すように本実施の形態のエンジン燃料制御装置は、図１に示す第１の実施の形態のエンジン燃料制御装置と略同じ構成にされるとともに、ジェットエンジン２には、図３に示す従来のエンジン燃料制御装置と同様の回転数センサ７を設け制御部２１に対して、飛しょう時における状態変数の１つであるジェットエンジン２のエンジン回転数ｆを出力できるようにしている。
【００３１】
本実施の形態は、圧縮機やタービン等の回転体を設けるジェットエンジン２では、回転体の強度上の制約が大きく、ある一定の回転数を超えると、回転体が破損するような場合が生じるのを防止するようにしたものである。すなわち、通常の運転においては、第１の実施の形態に示すエンジン燃料制御装置と同様にして、ジェットエンジン２の制御を行うものとし、これと併行して、ジェットエンジン２を構成する上述した回転体の回転数ｆをモニタしておき、回転数ｆが破壊を引き起こすような高速で回転する制限回転数に近づいた場合には、第１の実施の形態のエンジン燃料制御装置による、ジェットエンジンの回転数を制御する燃料流量指令ａに拘わらず、ジェットエンジンの回転数を減小させる入力された回転数ｆに基づき制御部２１で算出された燃料流量指令ａを燃料弁に出力して、ジェットエンジン２の回転数を小さくするようにしている。これにより回転体の破損を防ぐことができる。
【００３２】
以上、本発明のエンジン燃料制御装置の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態のエンジン燃料制御装置に限定されるものではなく、第２の実施の形態において回転数センサ７を設けたものと同様の発想で、例えばジェットエンジン２を構成する回転体が、熱に弱い材質の場合は、回転センサ７に代えて温度センサを設けて、ジェットエンジン２の回転数が増大して、回転体の耐熱性を上まわる温度に近づいた場合には、第１の実施の形態のエンジン燃料制御装置によるジェットエンジンの回転数を制御する燃料流量指令ａに拘わらず、ジェットエンジンの回転数を減小させる入力された温度に基づき、制御部２１で算出された燃料流量指令ａを燃料弁に出力して、ジェットエンジン２の温度を許容温度内にすることができ、これにより、ジェットエンジンの破損を防ぐことができるものである。
【００３３】
さらに、温度を検知する温度センサは、図３に示すようなエンジン入口温度センサ９又はタービン出口温度センサ１０ではなく、飛しょう体を発射する母機又は発射装置から得られる温度を制御部２１に出力して燃料流量指令ａを算出するようにしても良いものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のエンジン燃料制御装置は、飛しょう体の加速度を検出する加速度計、角速度を検出するジャイロスコープ、発射初速度を検出する発射装置及びこれらの計器、装置から検出された飛しょうデータから飛しょう速度を算出し、予め計算されている飛しょう体の各位置における規定速度と飛しょう速度とを比較し、飛しょう速度を規定速度に一致させる燃料流量に制御する燃料流量指令を算出して燃料弁に出力し、ジェットエンジンに供給し所望飛しょう速度で飛しょうさせる燃料流量に制御するとともに、飛しょう高度を検出する高度計から検出された飛しょう高度が予め定められている高度未満のとき、飛しょうデータから算出された燃料流量にする燃料流量指令を、より大きな飛しょう速度にして飛しょう高度を大きくできる燃料流量にする燃料流量指令に修正して燃料弁に出力する制御部を設けるものとした。
【００３５】
これにより、ジェットエンジンの温度、圧力、回転数等を検出するセンサからの状態変数による制御から、飛しょう速度をベースにフィードバックして行う制御にされ、状態変数を検出するために必要なセンサの設置が不要になり、本来飛しょうのために設けられている、飛しょうデータを検出する装置から制御部に入力されたデータのみにより算出された、燃料流量指令を燃料弁に出力してジェットエンジンの制御ができ、また、飛しょう高度が予め定められた高度未満のとき、飛しょう速度をベースにフィードバック制御を行なう燃料流量指令に代え、本来飛しょう体に設けられている高度計からの飛しょう高度により算出された制御部からの燃料流量指令により、大きな速度で飛しょうさせて飛しょう高度を大きくする燃料流量にし、予め定められた飛しょう高度を保持しての飛しょうができる。
【００３６】
従って、部品点数を少なくすることができ、コスト低減を計ることができ、さらにはジェットエンジンの作動を故障の少ない信頼性の高いものにできるとともに、予め定められた飛しょう高度を保持しての飛しょうができ、飛しょう体のミッション達成をより確実なものにすることができる。
【００３７】
さらに、本発明のエンジン燃料制御装置において、前記ジェットエンジンに設けた回転数センサで検出された回転数を利用する場合、制御部は、ジェットエンジンの危険回転数に近づいたとき、飛しょう速度をベースにフィードバックして制御を行う燃料流量指令に代えて、ジェットエンジンに設けた回転数センサで検出された回転数の入力により、飛しょう速度をより小さくする燃料流量指令にして燃料弁に出力して、危険回転数以下の回転数にして、飛しょう体を飛しょうさせるものとした。
【００３８】
これにより、ジェットエンジンは、予め定められた危険回転数以下の回転数で回転し、飛しょうするので、ジェットエンジンの破壊等を引き起こすことなく、飛しょう体のミッション達成をより確実なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンジン燃料制御装置の第１の実施の形態を示す全体ブロック図である。
【図２】本発明のエンジン燃料制御装置の第２の実施の形態を示す全体ブロック図である。
【図３】従来のジェットエンジンの状態変数をセンサで計測して、運転制御を行うようにしたエンジン燃料制御装置の全体を示す全体ブロック図である。
【符号の説明】
１　　　制御部
２　　　ジェットエンジン
３　　　発射装置
４　　　加速度計
５　　　ジャイロスコープ
６　　　電波高度計
７　　　回転数センサ
８　　　エンジン入口圧力センサ
９　　　エンジン入口温度センサ
１０　　タービン出口温度センサ
１１　　信号増幅器
２１　　制御部
ａ　　　燃料流量指令
ｂ　　　発射装置からの初期データ
ｄ　　　角速度
ｃ　　　加速度
ｆ　　　エンジン回転数
ｇ　　　センサデータ
ｖ　　　飛しょう速度
ｖｏ　　　初期飛しょう速度
ｖａ　　　規定速度
ｈ　　　飛しょう高度
ｈａ　　　規定高度
【図１】
2004060480.tif 000003
【図２】
2004060480.tif 000004
【図３】
2004060480.tif 000005