(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロケット・モータの推力を制御する方法であって、
合計推力コマンドを提供するステップと、
前記合計推力コマンドに応じて、最小化された応答時間モードと、通常圧力変更モードの１つを選択するステップであって、
前記最小化された応答時間モードの選択が、前記合計推力コマンドに対応する推力が、実質的に実現されるまで、作動されたロケットモータの弁を実質的に最大に調整させ、当該弁が、少なくとも１つの操縦制御弁と少なくとも１つの軸方向推力弁を備え、
前記通常圧力変更モードの選択が、前記合計推力コマンドに対応する推力が、実質的に実現されるまで、前記弁の増加的な調整を行わせる、
ものと、
前記合計推力コマンドに対応する前記推進が実質的に実現された後に、自動制御モードで前記ロケットモータの前記推力を制御するステップであって、当該自動制御モードが、以下の、
前記合計推力コマンドを、推進薬質量流量放出速度コマンドに変換するサブステップと、
前記推進薬質量流量放出速度コマンドの対数を計算するサブステップと、
測定された推進薬質量流量放出速度の対数を計算するサブステップと、
前記推進薬質量流量放出速度コマンドの対数と、前記測定された推進薬質量流量放出速度の対数の間の差を決定することによって誤差を計算するサブステップと、
新たな合計弁面積の対数を計算するサブステップと、
前記新たな合計弁面積の対数を累乗して（exponentiating）、新たな合計弁面積を計算し、必要とされる、計算される最小合計推力に対応する推力を獲得するサブステップと、
を含むものと、
前記新たな合計弁面積の分配に従って、前記複数の弁を再構成するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記作動されたロケット・モータの各弁からの全正味推力コマンドの和と最大正味推力コマンドとのうちの１つから合計推力コマンドを計算するステップを更に備える請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ロケット・モータのガス発生器内の圧力をモニタリングするステップと、
前記圧力が前記ガス発生器の圧力限界値を超えたとき前記弁の構成を変更するステップと
を更に備える請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ロケットのガス発生器内の測定された圧力が、前記合計推力コマンドに対応するスレッショルド内であるとき、
前記通常圧力変更モードを選択するステップを更に備える
請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記合計推力コマンドが前記ロケット・モータの利用可能な推力を超えたとき前記複数の弁のうちの少なくとも１つの構成を変更するステップを更に備える請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記ロケット・モータのガス発生器内の測定された圧力と前記新たな合計弁面積とから、推進薬の瞬時の実際の燃焼速度を計算するステップと、
前記の測定された圧力とガス発生器の圧力の予測された推定値との比較に応答して前記燃焼速度を予測するステップと
を更に備える請求項１記載の方法。
【請求項７】
ロケット・モータの推力を制御する方法であって、
ロケット・モータ推進式自動推進体を指向させるための正味推力コマンドを受け取るステップと、
正味推力要求の現在の合計と正味推力要求の予測された合計の１つを適合させるために、前記正味推力コマンドから、前記ロケット・モータのガス発生器から要求される最小合計推力を計算するステップと、
計算された必要とされる最小合計推力に応じて、最小化された応答時間モードと、通常圧力変更モードの１つを選択するステップであって、
前記最小化された応答時間モードの選択が、前記計算された必要とされる最小合計推力に対応する推力が、実質的に実現されるまで、作動されたロケットモータの弁を実質的に最大に調整させ、当該弁が、少なくとも１つの操縦制御弁と少なくとも１つの軸方向推力弁を備え、
前記通常圧力変更モードの選択が、計算された必要とされる最小合計推力に対応する推力が、実質的に実現されるまで、前記弁の増加的な調整を行わせる、
ものと、
前記計算された必要とされる最小合計推力に対応する前記推進が実質的に実現された後に、自動制御モードで前記ロケットモータの前記推力を制御するステップであって、当該自動制御モードが、以下の、
前記計算された必要とされる最小合計推力を、推進薬質量流量放出速度コマンドに変換するサブステップと、
前記推進薬質量流量放出速度コマンドの対数を計算するサブステップと、
測定された推進薬質量流量放出速度の対数を計算するサブステップと、
前記推進薬質量流量放出速度コマンドの対数と、前記測定された推進薬質量流量放出速度の対数の間の差を決定することによって誤差を計算するサブステップと、
新たな合計弁面積の対数を計算するサブステップと、
前記新たな合計弁面積の対数を累乗して（exponentiating）、新たな合計弁面積を計算し、必要とされる、合計の推力コマンドに対応する推力を獲得するサブステップと、
を含むものと、
前記新たな合計弁面積の分配に従って、前記複数の弁を再構成するステップと、
を備える方法。
【請求項８】
前記最小合計推力が、複数の正味推力コマンドの和と複数の最も高く予想された正味推力の和とのうちの１つである請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記計算された、必要とされる最小合計推力が、前記ロケット・モータの利用可能な推力を超えたとき、前記複数の弁のうちの少なくとも１つの構成を変更するステップを更に備える請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記ロケット・モータの前記ガス発生器内の測定された圧力と前記新たな合計弁面積とから、推進薬の瞬時の実際の燃焼速度を計算するステップと、
前記の測定された圧力とガス発生器圧力の予測された推定値との比較に応答して前記燃焼速度を予測するステップと
を更に備える請求項７記載の方法。
【請求項１１】
推進薬を含む圧力容器と、
前記圧力容器と連通する少なくとも１つの軸方向推力弁であって、軸方向推力を与えるため前記圧力容器内の推進薬の燃焼により発生されたガスを選択的に解放するよう構成されている前記少なくとも１つの軸方向推力弁と、
前記圧力容器と連通する少なくとも１つの操縦制御弁であって、操縦するための推力を与えるため前記圧力容器内の推進薬の燃焼により発生されたガスを選択的に解放するよう構成されている前記少なくとも１つの操縦制御弁と、
制御器であって、下記の各ステップ、即ち、
合計推力コマンドを受け取るステップと、
前記合計推力コマンドに応じて、最小化された応答時間モードと、通常圧力変更モードの１つを選択するステップと、
前記最小化された応答時間が選択されるときに、前記合計推力コマンドに対応する推力が実質的に実現するまで、前記圧力容器と連通する弁の実質的に最大の調整を惹起するステップであって、当該弁が、少なくとも１つの操縦制御弁と、少なくとも１つの軸方向推進弁を備えるものと、
前記通常圧力変更モードが選択されたときに、前記合計推力コマンドに対応する推力が実質的に実現されるまで、前記弁の増加的調整を惹起するステップと、
前記合計推力コマンドを、推進薬質量流量放出速度コマンドに変換するステップと、
前記推進薬質量流量放出速度コマンドの対数を計算するステップと、
測定された推進薬質量流量放出速度の対数を計算するステップと、
前記推進薬質量流量放出速度コマンドの対数と、前記測定された推進薬質量流量放出速度の対数の間の差を決定することによって誤差を計算するステップと、
新たな合計弁面積の対数を計算するステップと、
前記新たな合計弁面積の対数を累乗して（exponentiating）、新たな合計弁面積を計算し、前記合計推力コマンドに対応する推力を獲得するステップと、
前記新たな合計弁面積の分配に従って、前記複数の弁を再構成するステップと、
を含むものと、
を実行するようにプログラミングされた制御器と、
を備える推進システム。
【請求項１２】
前記制御器が、自動制御器を備える請求項１１記載の推進システム。
【請求項１３】
前記制御器が、前記ロケット・モータの前記圧力容器内の測定された圧力と前記新たな合計の弁面積とから、瞬時の実際の燃焼速度を計算し、且つ前記測定された圧力と前記圧力容器圧力の予測された推定値との比較に応答して前記燃焼速度を予測するよう構成された燃焼速度制御器を備える請求項１１記載の推進システム。
【請求項１４】
正味推力コマンドを受け取り、且つ前記正味推力コマンドを達成するため前記圧力容器から要求される最小合計推力を計算するよう構成された条件付け制御器を更に備える請求項１１記載の推進システム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの軸方向推力弁及び前記少なくとも１つの操縦制御弁が、比例弁として構成されている請求項１１記載の推進システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロケット推進式自動推進体（ｖｅｈｉｃｌｅ）を制御するよう構成されている推進推力制御システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体推進薬ロケット・モータは、燃焼して排出ガス及び他の燃焼生成物を発生する固体供給燃料チャージ（ｓｏｌｉｄ  ｆｕｅｌ  ｃｈａｒｇｅ）又は「粒（ｇｒａｉｎ）」を有する推進薬を採用し、当該排出ガス及び他の燃焼生成物は、ロケット・モータの１又はそれより多くのノズルを介して放出されて、推力を与える。ひとたび一粒の固体推進薬が点火されると、消火するのが難しく、全粒子が、通常、点火後に消費される。その上、推力の変更を実行することは、液体推進薬ロケット・エンジンより固体推進薬ロケット・モータの方が一層難しい。しかしながら、固体推進薬ロケット・モータの単純な構造設計及び固体推進薬の貯蔵の容易さは、固体推進薬ロケット・モータの利点である。
【０００３】
飛行中のロケット組立体のピッチ（縦揺）、ヨー（偏揺）及び／又はロール（横揺）に影響を及ぼす形式での姿勢制御は、推力ベクトル制御（ＴＶＣ）システム又は別個の姿勢制御システム（ＡＣＳ）を用いて達成される。ＴＶＣシステムは、燃焼生成物が或るベクトルでロケット・モータを出る当該ベクトルを変えるためロケット・モータの長軸からオフセットされた或る範囲内において所望の角度に回転して位置決め可能である軸方向推力ノズルを備える。ノズルの再位置決めは、自動推進体に作用する力の方向を変え、当該自動推進体の中にロケット・モータは、飛行の自動推進体の方向を変えるため設けられている。単一の可動型ＴＶＣノズルは、ロケット組立体のヨー及びピッチに対して適切な制御を与えるが、しかし、かなりの程度のロール制御を与えない。
【０００４】
複数のロケット・エンジン又はガス発生器及び関連のスラスタが、多くの場合、姿勢を制御するため採用されている。ロケット・エンジン又はスラスタは、ロケット・モータ組立体の長軸からオフセットされており、そのため複数のロケット・エンジンのうちの選択されたもの又はグループの着火、又は複数のスラスタのうちの選択されたもの又はグループのパワー供給は、ロケット・モータ組立体に対する姿勢制御を可能にする。個別ＡＣＳを１又はそれより多くの軸方向推力エンジン又はスラスタと組み合わせて用いることは、ロケット・モータ組立体の重量を追加のハードウエアのため増大させる。個別ＡＣＳは、選択的な高温ガス流をノズル弁クラスタへ与えるマニホルドに直接接続されている固体推進薬ガス発生器を用いる。ロール制御は、ＡＣＳにより、又は個別ロール制御システム（ＲＣＳ）を含むことにより与えられる。別個のガス発生器及びスラスタが、ＲＣＳのために設けられる。
【０００５】
前述したように、ＡＣＳ及びＴＶＣのような制御システムのそれぞれは、ガスを弁を介して誘導し、その結果、飛行の自動推進体の方向を変えるための推力が発生される。「開」状態又は「閉」状態のいずれかに構成し得る弁は、既知である。その上、少なくとも第３、即ち「一部開」状態を含む弁は、「比例」弁として知られている。各弁の状態は、各弁に関するオリフィス又は「スロート」の断面積により決定される。各弁の状態は、様々な弁の状態を１又はそれより多くの制御入力に基づいて調整するモータ制御器又は制御システムにより制御される。
【０００６】
各弁の状態を制御する１つの方法は、制御システムに対する制御入力又はプロセス変数となる圧力測定値に依拠する。この制御モードでの制御入力は、１弁セット当たりの正味推力（Ｆｎｅｔ，ｉ）及び圧力設定点又は限界値である。本明細書で用いられるように、正味推力は、対向弁対間の推力差として定義される。
【０００７】
推力／圧力のみ制御方法によれば、合計スロート面積は、或る圧力を得るよう調整される。圧力コマンドに関する適切なスロート範囲（制御変数）は、次式により与えられる。
Ａｔ＝（Ｃ＊ρＡＳｒ（Ｐｃｍｄ／Ｐｒｅｆ）ｎ）／（ｇｃＰｃｍｄ）    ［１］
ここで、ρ＝推進薬の密度［ｌｂｍ／ｉｎ３］
Ｐｒｅｆ＝ｒを決定するため用いられる基準圧力［ｌｂｆ／ｉｎ２］
ＡＳ＝推進薬の表面積［ｉｎ２］
ｎ＝累乗の指数
ｒ＝Ｐｒｅｆ当たりの燃焼速度［ｉｎ／秒］
Ａｔ，ｉ＝弁ｉのスロート流れ断面積［ｉｎ２］
Ｐｃｍｄ＝ガス発生器圧力コマンド［ｌｂｆ／ｉｎ２］
ｇｃ＝重力定数［（ｌｂｍ／ｌｂｆ）（ｆｔ／ｓ２）］
Ｃ＊＝特性排出速度［ｆｔ／秒］
ここで、圧力コマンドは、次式により生成されることができる。
Ｐｃｍｄ＝ｍａｘ｛Ｃ１ｍａｘ（Ｆｎｅｔ，ｉ），Ｃ２ｍａｘ（Ｆｎｅｔ，ｉ）１／ｎ｝    ［２］
ここで、Ｃ１＝１／（Ａｔ（ＦＵＬＬ ＯＰＥＮ）ＣＦ）
（注：ＦＵＬＬ ＯＰＥＮは全開を意味する。）
Ｃ２＝Ｐｒｅｆ｛１／（ＩＳＰρＡＳｒ）｝１／ｎ
ここで、ＩＳＰ＝比推力［ｓ］
ＣＦ＝弁の放出係数（流出係数）
【０００８】
圧力コマンドは、２つの計算のうちの最大を取ることにより決定される。第１のものは、所与の弁セットについて利用可能スロート面積に対して最悪のケース（最高）の正味推力コマンドに適合させるため要求される圧力に関係する。この圧力は、固有弁特性により決定される。第２のものは、全ての正味推力要件に適合するため要求される圧力に関係する。この圧力は、推進薬特性及び幾何学的形状により決定される。
【０００９】
所与の弁セットからの正味推力は、ガス発生器（ＧＧ）圧力及び対向弁の調整されたスロート面積の差に比例する。
Ｆｎｅｔ，ｉ＝（Ａｔ，ｉ−Ａｔ，ｊ）ＰＣＦ    ［３］
ここで、弁ｉ及びｊは、１つの弁セットから成り、そして推力を反対方向に与える。
【００１０】
調整されたスロート面積の分配は、システム要件に従って推力コマンドに適合させる。単純化された例により、そして圧力のみ制御方法の無限大解法を避けるため、スロート面積は、全ての弁間に均等に（流量容量に比例して）分配され、そして同じオフセットが、反対方向において、各弁（弁セットの中）に加えられて、正味推力コマンドを達成する。ガス発生器のより緩慢な応答と比較してより速い応答時間がガス発生器における過渡事象中に正味推力を制御することを可能にすることが分かっている。これは、例えば、切換弁（ｄｉｖｅｒｔ  ｖａｌｖｅｓ）より小さいＡＣＳ弁を制御するとき特に真実である。それは、ＡＣＳ弁がガス発生器（ＧＧ）圧力に対して非常に小さくしか影響しないからである。
【００１１】
圧力のみ制御方法を用いた推力制御アプローチが実効的であるとはいえ、非効率、特にＧＧ変化に対する感度が残る。例えば、推進薬が特に所望の燃焼速度で燃焼しない、又は推進薬の表面積が設計された表面積から偏倚する場合、差分（即ち、より多い又はより少ない）質量流量が生じる。例えば、実際の燃焼速度が設計のものより高いので、希望するより多くの質量が発生すると仮定する。圧力が調整される場合、弁は、単位時間当たりに発生される一層大きい実際の質量流量（「ｍ−ｄｏｔｇｅｎ」）に適応させるため予測されるより大きく開けなければならず、これは、次式により示されるように、過剰（即ち、無駄な）推力をもたらす（即ち、全ての正味推力コマンドに適合するため要求されるものより多くの単位時間当たりの放出質量流量（「ｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈ」）をもたらす）。
【００１２】
【数１】
0004734274.tif 000002
【００１３】
一例として、特定方向の推力に対する要求は、指令された推力を達成するよう弁対を指令する又は制御することにより行われる。しかしながら、全ての弁の総計スロート面積は、各対向対が正しい差分スロート面積を有しながら、圧力調整を補償しなければならない。本来的には、圧力補償は、予測より大きく開けることを要求し、それは、発生されたガスの幾らかを捨てることにより無駄な推進薬を発生させる。固体の推進薬を組み込む推進システムは、性能及び重量低減のため望ましいが、さもなければ運動制御のため用いられることができるであろうガスの廃棄に起因した非効率が導入されるので望ましさがより小さくなる。
【００１４】
圧力のみ制御方法を用いた推力制御に関して、更新された燃焼速度係数（ｒｕｐｄａｔｅ）は、圧力が指令された値の定義されたパーセンテージ内にあり且つスレッショルド値より下で振動するときに定義されるように、システムが準定常状態の条件にあるときは常に計算されることができる。この条件においては、更新された燃焼速度係数は、測定されたガス発生器（ＧＧ）圧力（Ｐｍｅａｓｕｒｅｄ）及びその圧力を達成する測定された合計スロート面積（Ａｔ，ｍｅａｓｕｒｅｄ，ｉ）を知ることにより単純に計算できる。なお、全てのシステム・パラメータは、次式により示されるように一定と仮定される。
【００１５】
【数２】
0004734274.tif 000003
【００１６】
実際の燃焼速度係数の知識が、推進薬のバーンアウト（燃え切り）を予測することを助けるが、しかし圧力のみ制御入力に基づいて推力制御方法を実行するとき推力制御を直接支援しない。その上、圧力コマンド変化（ΔＰ（＝Ｐｎｏｍ−Ｐｕｐｄａｔｅ））は、燃焼速度の変動性を補償するため、圧力コマンドから減算されることができる。ここで、Ｐｎｏｍは公称燃焼速度係数及び公称合計スロート面積での圧力を表し、Ｐｕｐｄａｔｅは更新された燃焼速度係数及び公称合計スロート面積での圧力を表し、次式のとおりである。
【００１７】
【数３】
0004734274.tif 000004
【００１８】
更新されたΔＰは、燃焼速度係数の新しい推定が行われるときはいつでも、又は圧力コマンドが変わるときはいつでも計算されなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ロケット推進式自動推進体の圧力のみ推力制御に関する最新技術における上に列挙した欠陥に鑑みて、上記欠陥を改善するため自動推進体の推力を制御し且つ推力制御コマンドを計算する方法を開発することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
ロケット・モータの推力を制御するための推進推力制御システム及び方法が提供される。本発明の一実施形態において、ロケット・モータの推力を制御する方法は、合計推力コマンドに従って、作動されたロケット・モータの弁を初期合計弁面積に構成するステップを含む。合計推力コマンドが、指令された推進薬質量流量放出速度に変換される。変化する合計弁面積が、指令された推進薬質量流量放出速度と計算された又は測定された推進薬質量流量放出速度との誤差から計算される。弁が、各計算サイクルで、変化する合計弁面積の分配及び正味推力コマンドに従って構成される。
【００２１】
無駄にされる推進薬を最小にする（即ち、最適化された効率を得る）本発明の別の実施形態において、ロケット・モータの推力を制御する方法が提供される。この方法は、ロケット・モータ推進式自動推進体を指向させるための正味推力コマンドを受け取るステップと、正味推力コマンドから、ロケット・モータのガス発生器から要求される最小合計推力を計算するステップとを含む。合計弁面積が、合計推力に従って、且つ
【００２２】
【数４】
0004734274.tif 000005
【００２３】
により示されるように、指令された推進薬質量流量放出速度と計算された推進薬質量流量放出速度との比較に応答して、連続的に再構成される。
本発明の更に別の実施形態に従って、推進システムが提供される。この推進システムは、推進薬を含む圧力容器と、圧力容器と連通する少なくとも１つの軸方向推力弁であって、軸方向推力を与えるため圧力容器内の推進薬の燃焼により発生されたガスを選択的に解放するよう構成されている上記少なくとも１つの軸方向推力弁とを含む。推進システムは更に、圧力容器と連通する少なくとも１つの操縦制御弁であって、操縦するため推力を与えるため圧力容器内の推進薬の燃焼により発生されたガスを選択的に解放する構成されている上記少なくとも１つの操縦制御弁と、少なくとも１つの軸方向弁及び少なくとも１つの操縦制御弁の弁面積を圧力容器からの推進薬質量流量放出速度に従って調整する制御器とを含む。
【００２４】
本発明の前述の及び他の利点は、以下の詳細な説明を読み、そして図面を参照することにより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
上側即ち最終段ロケット・モータを備える本発明に従ったロケット・モータの例示的一実施形態が、図１に示されている。ロケット・モータ・ケース組立体は、モータ・ケース・ハウジング１２を備え、当該モータ・ケース・ハウジング１２は、圧力容器１４（これはまた時に「モータ・ケース」と呼ばれる。）を収容し、当該圧力容器１４は、それと連通する複数の弁を有する。圧力容器１４内で、低密度発泡体２０が、固体推進薬粒子２２を囲み且つ隔離する。本発明の例示の非限定的一実施形態においては、モータ・ケース・ハウジング１２内のモータ・ケース組立体は、約６３ｃｍと７６ｃｍ（２５インチと３０インチ）との間の直径、及び７６ｃｍと９０ｃｍ（３０インチと３５インチ）との間の長さを有し、そして現在は、７０．１ｃｍ（２７．６インチ）の直径と８１．３ｃｍ（３２インチ）の長さであることが好ましい。
【００２６】
固体推進薬粒子２２は、例えば、フリー・スタンディング・クラス７のＨＭＸ（シクロトテトラメチレンテトラニトラミン）酸化複合推進薬を備え、当該混合推進薬は、ヒドロキシル末端ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）ポリマに基づき且つ少量のカーボン・ブラックをオパシファイアーとして含むイソホレンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）硬化剤でもって硬化されたバインダ系を有し、当該推進薬は、広い圧力範囲で安定に燃焼するよう配合されている。代替として、固体推進薬粒子２２は、例えば、アルミニウム粉末を燃料として有するヒドロキシル末端ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）ポリマベースのバインダを備える。現在好適な１つの推進薬は、上記の大きさを有するロケット・モータに関して２２８ｌｂｍのアルミニウム化されてないＨＴＰＢ推進薬粒子である。使用のため選定された固体推進薬は、本発明が実施のため特定の推進薬を要求しないので、当業者にとって既知であるいずれの推進薬であり得る。
【００２７】
軸方向推力弁１０は、比例動作及び軸方向スラスタ２６を介した軸方向推力の制御を行うよう構成されたピントル弁（ｐｉｎｔｌｅ  ｖａｌｖｅ）を備え、当該軸方向スラスタ２６は、一例としてのみであるが、最大４０００ｌｂｆの推力を与えるよう構成される。理解しやすいように破線で軸方向スラスタ２６の出口コーン２４を示す図２から最良に観察可能であるように、操縦制御スラスタ３２，３４，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂは、それぞれ、操縦制御弁２８，３０，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂに動作可能に結合され、そしてピッチ、ヨー及びロール制御を含む操縦機能を実行するため配置され、そして向きを定められる。操縦制御弁２８，３０，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂは、比例弁であってよい。
【００２８】
図２に示されるように、１８０°隔たって配置され且つロケット・モータの長軸Ｌに対して横断した方向に向けられた共平面上の操縦制御スラスタ３２，３４をそれぞれ有する関連の２つの操縦制御弁２８，３０の選択的動作が、ピッチ制御のため用いられる。ヨー制御は、操縦制御弁３６ａ及び３８ａによる対の操縦制御スラスタ４０ａ，４２ａの選択的動作、又は操縦制御弁３６ｂ及び３８ｂによる対で且つ直径方向で対向した操縦制御スラスタ４０ｂ及び４２ｂの選択的動作のいずれかにより実行される。図示されるように、対の操縦制御スラスタ４０ａ及び４２ａと４０ｂ及び４２ｂは、共平面上にあり、ロケット・モータの長軸Ｌに対して横断する方向に向けられ、そして均衡した推力ベクトルを、長軸Ｌのどちらの側へも、それらを介した同一の横方向オフセットで与えるため用いられる。
【００２９】
ロール制御は、操縦制御弁３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂ及びそれぞれに関連した共平面上の操縦制御スラスタ４０ａ，４０ｂ，５２ａ，４２ｂの２組を選択的に用いることにより実行される。第１の回転方向のロールは、操縦制御弁３６ａ及び３６ｂを開いて、操縦制御スラスタ４０ａ及び４０ｂにパワーを供給し、それらに、長軸Ｌから横方向にオフセットされた第１の組の反対方向であるが相補的推力ベクトルを与えることにより実行され、一方第２の回転方向のロールは、操縦制御弁３８ａ及び３８ｂを開いて、操縦制御スラスタ４２ａ及び４２ｂにパワーを供給し、それらに、長軸Ｌから横方向にオフセットされた第２の組の反対方向であるが相補的推力ベクトルを与えることにより実行される。
【００３０】
固体推進薬粒子２２の燃焼中に前述の弁のいずれかを開くことによる合計流通面積を増大することは、必然的に圧力容器１４内の圧力を低減するであろう。これは、推進薬の燃焼速度を低減し、従って、推力を減少させる。本発明の例示的実施形態においては、軸方向推力弁１０が全開位置にあり、そして全ての他の弁が閉じているとき、圧力容器１４内の内部圧力は、固体推進薬粒子２２が可能な最低の定常状態燃焼速度を有するような状態にある。なお、最低の定常状態燃焼速度は、所望の最小推力に対応する。この動作モードは、ロケット・モータが可能な最長ミッション（飛行）時間にわたり動作するのを可能にする。本明細書で用いられるように、用語「定常状態動作」は、その後で合計推力条件が適合され、そしてコマンド及び実際の推力値が一定であるシステム状態として定義される。
【００３１】
姿勢制御弁の全てが閉じられた状態では、圧力容器１４内のより高い動作圧力、及びこれに対応するより高い推力は、軸方向推力弁１０を一部閉じることにより達成される。軸方向推力弁１０を一部閉じることは、ノズル・スロート４８の実効断面積を低減して、より高い動作圧力を、従ってより高い推力をもたらすであろう。これは、ミッション時間を低減するであろう。上記で説明したように、軸方向推力弁１０は、アクチュエータ４４を有するピントル弁を備え、当該アクチュエータ４４は、バッテリ４６により給電されて、ピントル部材５０をノズル・スロート４８の方へ又はそれから離れるよう移動させて、ノズル・スロート面積を変えて、圧力容器１４内の圧力及びその結果生じる推力を変える。唯１つの軸方向推力弁及び関連の軸方向スラスタが上記の実施形態で説明されたが、本発明の範囲から逸脱することなしに２以上の軸方向推力弁及び関連の軸方向スラスタを採用し得ることが意図されている。操縦制御弁２８，３０，３６ａ，３６ｂ，３８ａ及び３８ｂは、軸方向推力弁１０の場合のように、バッテリ４６又は１又はそれより多くのバッテリにより給電されるバッテリ給電型アクチュエータ（図示せず）により作動される。代替として、弁は、電気的に作動される場合、燃料電池により給電される。
【００３２】
操縦制御又は軸方向スラスタ弁のいずれかに対する推力は、比例的に且つ実質的にいずれの他のスラスタ弁に対して与えられる推力とは独立に制御される。例えば、操縦制御弁２８により操縦制御（ピッチ）スラスタ３２に与えられる推力は、１００ｌｂｆに設定されるのに対し、全ての他の操縦制御弁は、それらの関連のスラスタを介して無視し得る程少ない量の推力を生成している。従って、例えば、ピッチ方向の推力を維持しながらヨー方向の推力を増大するため、操縦制御（ヨー）弁３６ａ及び３８ａが、開かれ、そして操縦制御弁３０，３６ｂ及び３８ｂは、更に一層閉じられる。操縦制御弁３０，３６ｂ及び３８ｂを更に閉じることにより、圧力容器１４の圧力が増大されて、質量流量を増大する。操縦制御（ヨー）弁３６ａ及び３８ａを更に開くことにより、より多くの質量流量が、それらの弁からそれらの関連のヨー操縦制御スラスタ４０ａ及び４２ａに指向され、増大された推力を生成する。
【００３３】
ロール制御は、弁３６ａ及び３６ｂのような２つの操縦制御弁を開いて、対向した軸外し操縦制御スラスタ４０ａ及び４０ｂにそれぞれパワーを供給することにより達成され、長軸に対して横断した共通平面において長軸Ｌの周りにオフセット推力を生成して、自動推進体を回転させる。従って、軸方向推力に関して要求される上記の推進薬質量の追加により、操縦機能は、軸方向推力レベルに影響を与えることなしに実施される。操縦制御スラスタは、軸方向スラスタ２６より小さく、そしてピッチ制御のための各操縦制御スラスタ３２，３４、及び上記２組のヨー及びロール操縦制御スラスタ４０ａ，４０ｂ及び４２ａ，４２ｂの各操縦制御スラスタは、軸方向スラスタ２６より小さい力を与える。例えば、そして限定ではなくて、ピッチ制御用の操縦制御スラスタ３２及び３４は、それぞれ１０００ｌｂｆの最大推力能力を与えるよう設計される一方、ヨー及びロール制御用の操縦制御スラスタ４０ａ，４０ｂ，４２ａ及び４２ｂは、５００ｌｂｆの最大推力能力を与えるよう設計される。
【００３４】
質量流量、従って、燃料時間はまた、実質的に他のシステム変数とは独立に制御される。例えば、ヌル推力及び低い質量流量のシナリオは、全ての推力がオフセットし且つ最小定常状態質量流量が存在する点まで全ての弁を開くことにより生成される。質量流量を増大し、且つ操縦推力を保つため、全ての弁が、一部閉じられて、圧力容器１４内の圧力を増大し、それにより質量流量を増大する。他のシステム要件に適合しながら質量流量を最小化することは、一般的に好適な動作状態である。
【００３５】
内部温度の変化は、圧力容器１４内の圧力に影響を及ぼすであろう。温度並びに圧力センサは、これらのパラメータをモニタリングするため圧力容器に追加され、そして軸方向推力弁流通面積は、そのような温度影響を補償するため調節され、希望される場合、実質的に一定の軸方向推力を達成する。１又はそれより多くの操縦制御弁２８，３０，３６ａ，３６ｂ，３８ａ及び３８ｂを通る流れがまた、調節されて、圧力容器内の圧力に影響を及ぼして、温度影響を補償し、又は所望の推力レベルを達成する。圧力センサ（トランスデューサ）を圧力容器に追加して、そのチャンバ圧力をモニタリングすることは、例えば、製造のばらつきのような温度以外の要因がシステム性能に影響を及ぼすので、望ましい。圧力トランスデューサの使用は、圧力容器と連通する弁を介した流れの調節を可能にして、チャンバ圧力に影響を及ぼすいずれの要因を補償する。また、圧力トランスデューサからのフィードバックを閉ループ制御システムに用いて、推進システムの所望のパラメータを制御し得る。また、加速度計をロケット・モータに追加して、より正確な測定値を与え、そのより正確な測定値により、推力が、予測され、又はシステム性能がモニタリングされ得る。また、加速度計からのフィードバックを閉ループ制御システムに用いて、推進システムの所望のパラメータを制御し得る。
【００３６】
本発明の別の例示的実施形態においては、追加の操縦制御弁を用いてよい。更に、ピッチ及びヨー操縦制御スラスタは、質量流量を軸方向スラスタに与えるため用いられる固体推進薬粒子により当該ピッチ及びヨー操縦制御スラスタに与えられる質量流量を有し、そして別々のガス発生器及び関連のスラスタが、ロール制御のため設けられてもよい。代替として、ロール用操縦制御スラスタには、質量流量を軸方向スラスタに与えるため用いられる固体推進薬粒子により質量流量が与えられてもよい。最後に、ピッチ及びロール又はヨー及びロール・スラスタには、軸方向推力のため用いられる固体推進薬粒子により質量流量が与えられ、そして他の操縦制御パラメータ、即ち、ヨー又はピッチが、別々のシステムにより制御される。しかしながら、製造及び動作の複雑さ並びに追加された自動推進体重量に起因して、これらの代替形態は、現在あまり好ましくない。
【００３７】
ピッチ、ヨー及びロール用の操縦制御スラスタは、ロケット・モータの長軸Ｌに対して横断方向に向けられることの代わりに、ガスを実質的に軸方向推力の方向に解放するよう指向されてもよい（図示せず）。従って、ピッチ、ヨー及びロール制御スラスタは、ロケット・モータの長軸Ｌから個別にオフセットされる。しかしながら、これらの操縦制御スラスタは、例えば、ロケット組立体の長軸Ｌの周りの同心リングを集合的に形成するよう配置され且つ向きを定められ、それにより或る一定の又は全ての関連の操縦制御弁の同時動作により、操縦制御スラスタが、ピッチ、ヨー又はロールの調整無しに推力を自動推進体に与えるようにする。そのような構成において、及び操縦制御スラスタが十分な軸方向推力を与える場合、別々の主軸方向推力弁を設けて、軸方向推力を与えることは随意である。
【００３８】
軸方向スラスタ２６（図１参照）の推力ベクトルは、回転可能なジンバンルド・ノズル出口コーンの使用により変えられて、姿勢制御機能を実施又は支援する。上記で説明したように、全ての操縦制御及び軸方向推力弁は、比例弁であってよい。比例弁は、電気的、空気圧的、油圧的、又は機械的に制御され、そしてそれらは、それらの動作モードで線形に又は非線形に作動し得る。各比例弁は、完全に遮断され、並びに高い推力ターンダウン比を達成するよう構成される。
【００３９】
図３は、本発明の一実施形態に従った、ロケット・モータを含むロケット・モータ・システムに関する例示的構成を概略的に示す。ロケット・モータ・システム２００は、本明細書で説明されるような、ロケット・モータ制御器２０２及びロケット・モータ２０４を含む。ロケット・モータ制御器２０２は、従来技術の制御方法におけるような圧力のみではなく合計推力（又は単位時間当たり弁から放出される合計推進薬質量）に作用する。ロケット・モータ２０４は、固体推進薬エンジンとして、又はハイブリッド・エンジンとして構成され得る。適切な推進薬、酸化剤及び点火源の構造の詳細は、当業者にとって既知であり、また例えば、米国特許Ｎｏ．６，３９３，８３０に見いだすことができる。なお、当該米国特許Ｎｏ．６，３９３，８３０は、本発明の譲受人に譲渡され、その開示は、本明細書に援用されている。
【００４０】
本発明の一実施形態に従った固体ロケット・モータは、圧力容器１１４を含み、当該圧力容器１４は、適切な固体推進薬粒子１２２を含む。圧力容器１１４は、軸方向推力弁１１０を介して軸方向スラスタ１２６と選択的に連通し、そしてそれぞれ関連の操縦制御弁１２８を介してピッチ、ヨー及びロール制御用の複数の操縦制御スラスタ１３０と選択的に連通している。いずれの適切な数の操縦制御弁１２８及び関連の操縦制御スラスタ１３０が、希望されるように又は要求されるように、そして選定された操縦制御スラスタレのイアウトに応じて、採用されることができる。軸方向推力弁１１０及び操縦制御弁１２８は、比例弁又はスロットル弁を備え得る。
【００４１】
軸方向推力弁１１０及び操縦制御弁１２８は、ロケット・モータ制御器２０２により選択的に制御される。本発明の一実施形態において、弁１１０，１２８は、ロケット・モータ制御器２０２による比例制御に応答する比例弁として構成される。ロケット・モータ制御器２０２は、固体推進システムとして構成されるロケット・モータ２０４を含むロケット・モータ推進式自動推進体を操縦するため要求される合計質量流量レートを計算する。ロケット・モータ・システム２００を含むロケット・モータ推進式自動推進体の向きは、推進薬１２２を含み且つガス発生器として機能する圧力容器１１４に結合された比例弁１１０，１２８により発生される推力により直接制御される。従来の試みを超えた１つの改良は、正味推力要求に適合しながらロケット推進式自動推進体を操縦するため用いられる推進薬の量を最小にすることを含む。ロケット・モータ制御器２０２は、比例弁１１０，１２８に対するコマンド変化中にアンダーシュート及びオーバーシュートを好適に制御するために比例弁１１０，１２８のうちの特定のものを制御するための信号計算し発生する。
【００４２】
様々な弁に対して制御を与えるため、各弁は、制御可能な流通面積を有するオリフィスを含む比例弁であって、ガス発生器に結合された弁システムの一部である比例弁として構成されるのが望ましい。ロケット・モータ制御器２０２は、推力の方向を両方向において対応の正又は負の符号付きのコマンドを用いて制御するため偶数個の比例弁１１０，１２８を制御するよう構成され得るか、又は弁が対向して配置された相補弁を用いて対にされないとき、奇数個の弁を制御するよう適応され得る。
【００４３】
本明細書で用いられるように、用語「推進薬質量流量放出速度」、「単位時間当たり放出される質量流量」、「放出される推進薬質量の変化の時間レート」及び類似のものは、「ｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈ」の計算命名法により略記される。従って、そのような用語及び句は、全体を通じて相互交換可能に用いられる。
【００４４】
制御信号は、ロケット・モータ制御器２０２において、全ての弁から放出される推進薬質量の変化の時間レート「ｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈ」の点から見て合計推力を定義することにより計算される。ロケット・モータ制御器２０２が複数の特定の別々のモジュール又はサブ制御器を含むように示されているが、この別々のモジュール又はサブ制御器の表示は、例示であり、本発明の様々な実施形態の範囲を制限するように考えるべきでない。一例として、ロケット・モータ制御器２０２は、コンディショナ制御器２１０、自動制御器２１２、ｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈ制御器２１４、及び燃焼速度推定器又は燃焼速度制御器２１６を含む。一般的に、コンディショナ制御器２１０は、合計推力、又は合計質量流量放出コマンドを計算するのに対し、ｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈ制御器２１４は、合計質量流量放出コマンドに適合し且つ正味推力要求に適合するためこの面積を複数の弁に分配するため必要とされる合計面積を確立する。
【００４５】
詳細には、ロケット・モータ制御器２０２は、圧力容器１１４内の圧力のみとは対照的に、合計推力、又は単位時間当たりに弁から放出される合計推進薬質量に基づいて制御信号を計算するためのコンディショナ制御器２１０を含む。図４Ａのフロー・チャートで示されるような本発明の一実施形態において、各対向弁対に関して、正味推力コマンドが受け取られて（２５０）、全ての正味推力コマンドを満足させるためガス発生器から要求される最小合計推力（構成可能な任意のマージンを伴う）が計算される（２５２）。本質的ではないが、最小合計推力の計算は、全ての正味推力が適合されることを保証する。しかしながら、最小合計推力の計算無しでは、実際の合計推力が、正味推力要件に適合するには不十分であり、又は正味推力要件に適合するため要求されるものより多い合計推力が、指令され、その結果推進薬を無駄にすることになる。
【００４６】
図４Ａにおいて、最小合計推力は、全ての正味推力要件をサポートするであろう最小推力として決定され（２５４）、そして（弁の大きさに基づいた適切なスケーリング後に）各弁から要求される正味推力の和（２５６）と（弁の大きさに基づいた適切なスケーリング後に）最悪ケースの正味推力（２５８）とのうちのいずれかの最大として見つけることができる。合計推力要件がたとえ合計推力が正味推力の和より大きいにも拘わらず十分な正味推力を発生することを可能にしないので、両方の正味推力条件が、考慮される。このことは、指定された合計推力が合計推力を発生するため圧力容器内の必要な圧力を決定するので行われる。この結果として生じた圧力は、要求された正味推力を発生するのに不十分である（即ち、たとえ１つの弁を広く開けそしてその相補弁を閉じた場合でも、不十分な正味推力が発生される）。従って、合計推力コマンドは、正味推力要件を満足させるためより多くの推力を必要とする場合オーバーライドされる。
【００４７】
図４Ｂに示されるような本発明の別の実施形態において、合計推力コマンド及び正味推力コマンドは、合計推力コマンドを計算するため正味推力コマンドを用いるのとは異なりコンディショナ制御器２１０に対する独立の入力２０６であることができる。この実施形態においては、合計推力コマンドをオーバーライドする試みは必要でない。更に、合計推力コマンドが、受け取られ（２６０）、そして正味推力コマンドがまた受け取られる（２６２）。合計推力コマンド入力２０６が独立に入力されるので、正味推力コマンドは、指令された合計推力より高くあるべきでない。
【００４８】
合計推力コマンドは、複数の正味推力の和（２６６）、又は正味推力の和から不足量に対応する差を引いた値の近似値（２６８）として決定される（２６４）。従って、実施されたとき、正味推力が達成される筈であり、又は少なくとも出来るだけ近いように近似される筈である。実際の応用においては、正味推力は、合計推力コマンドと関連した圧力が正味推力コマンドに適合するのに不十分であるので適合されないかも知れない。制御器内のオーバーライド条件は、合計推力が規定の値を超えて遷移する（増大及び低減）間に、及び圧力緊急時及びスタートアップ条件中に生じる。オーバーライドは、圧力容器の圧力が合計推力を発生するのに必要な圧力にほぼ達した後の所定の短い持続時間に制御状態にある。
【００４９】
これらの実施形態のいずれにおいても、合計推力コマンドは、合計推力が図５のフロー・チャートに示されるように、実施されたシステムの圧力限界を超えない限り適合される筈である。図５において、ガス発生器は、合計推力コマンドに従って指令される（２７０）。ガス発生器の測定された圧力が構成可能な値（例えば、高圧力限界値）を超えた場合（２７２）、全ての弁は、完全に開くよう指令され（２７４）、圧力が中間圧力限界値より下に降下するまで全ての推力コマンドを無視する。ガス発生器の測定された圧力が構成可能な値（例えば、高圧力限界値）を超えない場合（２７２）、圧力が更に比較される。ガス発生器の測定された圧力が構成可能な値（例えば中間圧力限界値）を超えた場合（２７６）、それぞれの弁が、増分的に開かれる（２７８）。
【００５０】
図６は、本発明の様々な実施形態に従った、コンディショナ制御器２１０（図３）からの推力コマンドに応答した弁コマンド・モードのオプションを示すフロー・チャートである。モード構成によりここで定義される特定のモードに従って、軸方向推力弁又は切換弁１１０は、圧力の最も迅速な変化を与えることにより合計推力コマンドを達成して合計推力応答時間を最小にするまで、最小応答時間モードに従って完全に閉じる（２８２）。代替として、軸方向推力弁又は切換弁１１０は、圧力の持続的漸進的変化モードに従って作動し（２８４）、変化のより少ない瞬間レートを生じて、圧力変化のより緩慢なレートに起因して最小化された応答時間より小さい応答時間をもたらす。
【００５１】
一実施形態において、応答は、合計推力コマンドの変化の勾配に基づいている（２８６）。合計推力コマンドの突然の変化があり、それによりコマンドが１つの時間間隔から別の時間間隔までの間に事前定義された定数により決定された量だけ変化する場合、軸方向推力弁又は切換弁１１０は、合計推力コマンド（即ち、圧力の最も迅速な変化を与えることにより最小の合計推力応答時間）が達成されるまで、完全に閉じられ又は開かれる（２２８）。上記変化が、推力コマンドがランプ（ｒａｍｐ）されたケースであるように、一層緩慢である場合、制御は、自動制御器２１２により達成されるであろう（即ち、操縦制御弁１２８が連続的に作動するであろう）。合計推力コマンドの変化中に、操縦制御弁１２８は、当該操縦制御弁１２８が軸方向推力弁又は切換弁１１０に対する非ゼロ・コマンドが存在するとき合計推力コマンドに適合するため完全に開かれる又は完全に閉じられるよう指令されないので、正味推力コマンドに適合しようと試みる。
【００５２】
合計推力コマンドの変化が定義されたスレッショルド値より大きいときの過渡動作中に、軸方向推力弁又は切換弁１１０は、合計推力コマンドが増大したならば完全に閉じられる（２８８）。逆に、合計推力コマンドが低減したならば、軸方向推力弁又は切換弁１１０は、完全に開かれる（２８８）。また、軸方向推力弁又は切換弁１１０が完全に閉じられたか又は完全に開かれたかのいずれかの場合における過渡動作中に、操縦制御弁１２８は、圧力容器１１４内で、新しく指令された合計推力の或るパーセンテージに対応する圧力が達成される（２９０）まで、開位置又は閉位置のいずれかに留まっても、或いはそうでなくてもよい。この圧力に到達されたとき、弁１１０，１２８は、合計推力コマンドに適合するため要求される計算された面積に対応するよう位置へ、当該弁がその位置に定まるのを可能にする短い構成可能な持続時間の間に動く。
【００５３】
図７に示されるように、構成可能な持続時間後に、ロケット・モータ制御器２０２内の自動制御器２１２（図３）は、合計推力のための必要な圧力を達成した後で且つ図４から図６に関して上記で説明したように、弁が或る一定の位置に定まるために経過した或る構成可能な時間後に係合される。一般的に、自動制御器２１２は、計算されたｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈが所望の合計推力に対応するｍ−ｄｏｔに一致するように合計面積を変更する。また、それを用いて、指令されたｍ−ｄｏｔの変化が小さいときは常に、及びｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈが変化するようにさせるであろういずれの外乱を拒絶するため、ｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈ制御を与える。
【００５４】
合計推力コマンドの変化が、起こり、そして上記で参照されたスレッショルド値より小さい場合（２９４）、自動制御器２１２は、アクティブ状態に留まる（即ち、コンディショナ制御器２１０のオーバーライドが起こる（２９６））。自動制御器２１２は、ｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈを制御するよう構成されている。しかしながら、この実施形態は、ｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈを測定するセンサを必要としない。代わりに、フィードバック制御に用いられるｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈの値は、第１原理計算に基づいている。合計推力コマンドは、ｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈコマンドに変換され（２９８）、次いで当該ｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈコマンドは、計算されたｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈと比較される。その差を用いて、自動制御器２１２を駆動して、新しい合計弁面積を生成し、それにより計算されたｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈは、指令されたｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈと一致する。
【００５５】
続けて、自動制御器２１２は、合計推力コマンドを等価なｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈコマンドに変換する（２９８）。ｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈコマンドの対数が、計算され（３００）、そして計算されたｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈの対数がまた、計算される（３０２）。誤差が、ｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈ制御器２１４（図３）に供給されるこれらの量から発生される（３０４）。全ての弁に対する合計面積の対数が、計算され（３０６）、そして累乗化されて（３０８）、要求されたｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈ、従って合計推力コマンドに適合するため全ての弁により要求される合計面積を計算する。
【００５６】
弁面積のｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈに対する関係は、圧力及び自由体積に関して非常に非線形であり、従ってｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈ及び合計弁面積の対数を計算するよう構成されている制御器が、望ましい。対数の使用は、面積とｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈとの間の全体の定常状態利得を線形化する。１又はそれより多い実施形態の実行により、線形化は、広範囲の圧力及び自由体積にわたり動作することが可能であるモータ制御器の使用を可能にする。そのような線形化無しでは、制御器は、遙かに複雑であることが必要であり、多分、複数の制御器間を切り替えることを必要とするであろう。
【００５７】
適合する合計推力と正味推力との間に競合が存在する場合、軸方向スラスタ弁１１０と操縦制御弁１２８の両方に対して優先順位が割り当てられる（３１０）。一実施形態において、優先順位は、操縦制御弁１２８が最高の優先順位を適合する正味推力コマンドに与え、そして軸方向推力弁１１０が最高の優先順位を適合する合計推力に与えるように割り当てられる。ひとたび合計弁面積が計算されると（３０６）、合計弁面積は、正味推力及び合計推力要件に適合するため様々な弁間に代数学的に分配される（３１２）。制御器は、指令された合計推力を達成しようと試みるが、しかし必要があれば、操縦制御弁１２８の正味推力コマンドを出来るだけ多く維持することを黙認する。
【００５８】
図８に示されているように、燃焼速度推定器又は燃焼速度制御器２１６（図３）は、実際の燃焼速度を合計弁面積及びガス発生器圧力に基づいて動的に計算する。実際の燃焼速度の知識は、システムを合計推力コマンドの変化中に効率的に動作させること及びミッションを計画するケースにおけるような推進薬のバーンアウトを予測することのために有益である。その上、正確な燃焼速度制御器は、改善されたｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈ予測を与え、その結果、改善した制御を与える。燃焼速度の推定は、システムが定常状態にあるとき実行されるのが好ましい。定常状態動作中に、燃焼速度は、圧力容器の圧力の予測された推定値が測定された圧力容器の圧力と一致する（３１６）ように、調整される（３１８）。
【００５９】
本発明の様々な実施形態によれば、まさに圧力のみよりはむしろ弁面積と圧力との積を制御することが望ましい。それは、そのような積が推力を決定し、そしてｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈに比例するからである。従って、圧力のみのアプローチにおいては、燃焼速度が予期したより高い場合、スロート面積が圧力を制御するために予期したものより高くなり、その結果要求されたものより多い合計ｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈを発生し、それは更に無駄な推進薬をもたらす。燃焼速度が予期したものより低い場合、圧力を制御することは、推力コマンドを達成することを保証しない。
【００６０】
従って、本発明の様々な実施形態に関して本明細書で説明されたようなｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈ制御の利用を介することにより、燃焼速度が予期したものより高いとき、弁面積は、より高くなるが、しかし圧力は、ｍ−ｄｏｔコマンドに適合するためより低くなり、従って推進薬が節約されるであろう。燃焼速度が予期したものより低い場合、圧力は、推力コマンドに適合するため増大される。
【００６１】
本発明が或る一定の例示的実施形態に関して開示されたが、当業者は、本発明がそれに限定されないことを認識し且つ認めるであろう。開示された実施形態に対する追加、削除及び変更が、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなしに実行され得る。同様に、１つの実施形態からの特徴は、本発明の範囲内に留まりながら別の実施形態の特徴と組み合わせられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従った例示的ロケット・モータの実施形態を断面図で示す。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に従った、図１のロケット・モータの操縦制御弁及び操縦制御スラスタの概略的軸方向図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に従ったロケット・モータの概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施形態に従った合計推力コマンドの計算を説明するフロー・チャートである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の一実施形態に従った合計推力コマンドの計算を説明するフロー・チャートである。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に従って制御弁を初期構成するフロー・チャートである。
【図６】図６は、本発明の１又はそれより多くの実施形態に従って制御弁を定常状態形態の構成に構成する２つの例示的モードを説明するフロー・チャートである。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に従って質量流量方法による制御弁の自動制御を説明するフロー・チャートである。
【図８】図８は、本発明の一実施形態に従って燃焼速度の調整を説明するフロー・チャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１０  軸方向推力弁
１２  モータ・ケース・ハウジング
１４，１１４  圧力容器
２０  低密度発泡体
２２，１２２  固体推進薬粒子
２４  出口コーン
２６，１２６  軸方向スラスタ
２８，３０，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂ，１２８  操縦制御弁
３２，３４，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，１３０  操縦制御スラスタ
４４  アクチュエータ
４６  バッテリ
４８  ノズル・スロート
５０  ピントル部材
１１０  軸方向推力弁
２００  ロケット・モータ・システム
２０２  ロケット・モータ制御器
２０４  ロケット・モータ
２１０  コンディショナ制御器
２１２  自動制御器
２１４  ｍ−ｄｏｔｄｉｓｃｈ制御器
２１６  燃焼速度推定器又は燃焼速度制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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