(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行船を位置決めするためのモーメント制御装置（１０）であって、
一体構造体（１０）と、
前記一体構造体（１０）に動作可能に接続された複数の制御モーメントジャイロスコープ（１２，１４，１６，１８）であって、各制御モーメントジャイロスコープが軸回りに回転してトルクを生成するように構成された前記複数の制御モーメントジャイロスコープ（１２，１４，１６，１８）と、
前記一体構造体（１０）に配置された一連の装着部材（４０，４２，４４）であって、前記複数の制御モーメントジャイロスコープを動作可能に支持するように構成された前記一連の装着部材（４０，４２，４４）と、
前記複数の制御モーメントジャイロスコープ（１２，１４，１６，１８）の各制御モーメントジャイロスコープの動作を制御することにより、所望の合成トルクを生成する制御システム（２０）と、
複数のストラット（７２，７４，７６，７８，８０，８２）であって、各ストラットは、所定の静的剛さ及び所定の受動的制動特性を有し、また、各ストラットは、前記一連の装着部材（４０，４２，４４）のうち対応する装着部材（４０，４２，４４）及び制御システム（２０）に接続され、前記複数のストラットは、前記複数の制御モーメントジャイロスコープによって生成される所望の合成トルクを伝達し、前記複数の制御モーメントジャイロスコープによって生成される振動の伝達を減衰させるように構成されている、前記複数のストラット（７２，７４，７６，７８，８０，８２）と、
を備えるモーメント制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモーメント制御装置において、
前記ストラット（７２，７４，７６，７８，８０，８２）が、ヘキサポッド構成またはオクトポッド構成である、モーメント制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモーメント制御装置において、
前記複数のストラット（７２，７４，７６，７８，８０，８２）の各ストラットを介して伝達される力を示す力情報を生成するように構成された一連の力センサを更に有する、モーメント制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
この発明は、乗り物制御、特に飛行船の姿勢制御装置に関する。更に詳しくは、本発明は飛行船及びその姿勢を位置決めするために使用されるリアクションホリール（ＲＷ）、モーメンタムホイール（ＭＷ）ないしは制御モーメントジャイロスコープ（ＣＭＧ）の新規な構成に関する。
【０００２】
（背景技術）
ＲＷ、ＭＷ及びＣＭＧは長い間飛行船の姿勢を制御するために使用されてきた。これらは反復型機動に対しリアクションジェットを置き換えるように構成され、制御性が向上され、飛行船寿命が延ばされ、燃料要件が軽減された。この従来例において、リダンダンシ及びフェイルセーフ動作に対する数字、少なくとも３、通常はそれ以上が容積、構造及び熱の観点により示される飛行船についての各種の位置及び十分な空間に対し付設されていた。互いに離間される構成部品は多くの欠点を有している。例えば電子回路の複数のボックスが各構成部品に対し要求され、これにより重量、容積及びコストが大きく、且つ熱発生が生じる。この従来例の場合、各ＣＭＧ、ＭＷあるいはＲＷは別個に装備する必要があり、機能の多くは飛行船インテグレータにより校正可能にされテストする必要がある。従来のＣＭＧにはジンバル速度センサ及び速度計が必要であり、これらは飛行船に付与されるトルクの概略値を引き出すため他のデータと組み合わされて使用可能になる。このセンサ自体により高い周波数の信号が誘導され、この信号により不都合な振動が加えられ、飛行船に対し伝達される。最後にこの従来のＣＭＧ技術ではリング状の装着構造体が使用され、この構造体は飛行船のプレート構造体に対しボルト付けされる。この主に二次元構造体は構造的には不十分である。各ユニットはその単一機能としてトルクを飛行船へ供給するが、正味の効果を直接的に測定出来ない。本発明においては３空間軸すべてでほぼ等しい寸法を有する三次元システムである。
【０００３】
（発明の開示）
本発明は複数のスピン胴部、スピン胴部を制御する電子回路、及びサブシステムレベルで飛行船とインターフェースをなすインテリジェンスを含んだ一体化単一構造体を提供することにより、従来例の問題点を克服する。システムを単一一体化ユニットの解放により、メーカはＲＷ、ＭＷあるいはＣＭＧの内部ジンバル装置を収納する単一で、より効果的な構造体を設計可能である。ＣＭＧの場合分離部品としての外部ジンバルベースリングを除去でき、電子ボックスの低い番号を減少でき、この結果重量が低下され、また飛行船との連結部の数により重量が減少され、飛行船の外面への熱伝導が改善される。更にユニットメーカは単一のモーメンタム制御ユニットを効果的に使用する必要があり、出荷の際このユニットはプラグインされて出荷でき、請け負い業者のコストを削減し得、飛行船製造計画が改善され得る。一体構造体の占める全容積は別個に装着されるユニットに比べ小さくなる。纏めて配設することにより可能になる構成及び他の設計変更の結果、高レベルシステムになり、高い性能、性能測定をより正確に、より直接に測定可能に、低い電力、小さなパッケージ、コストの低減を含む多くの利点を生じる。システム内に共通の回路を使用することにより、電子回路の部品数が減少される。ケーブル及びコネクタの数並びにその結果としての重量も減少される。ここに示すように、これらをグループに纏め、単一の６軸インターフェース力学による力測定システムとを加えると、一層効果的なサーボ制御システムが飛行船の正味のトルク及び結果としての動作を調整可能である。これにより更に力測定システムの一体化部分として単一の分離システムを付加して、飛行船に伝達されるような不都合な高周波数の振動力を低減あるいは除去可能である。本発明によれば、この問題を除去し得るだけではなく、ベアリングにより引き起こされるような高周波数振動またはロータの不平衡のような他の発生源作用を低減できる。本発明によればメーカは出荷前にこの問題をより専門的に処理出来、飛行船の製造と平行に実現できる。高レベルの要件で動作させることにより、メーカに対しサブレベル要件が緩和され得、製造コストを削減できる。また飛行船への設置がより簡単になる。この結果飛行船インテグレータのコストが安価になり、飛行船製造期間を大幅に短縮出来コストを更に削減できる。
【０００４】
（発明を実施するための最良の形態）
図１を参照するに４個のモーメントジャイロスコープ（ＣＭＧ）１２，１４，１６，１８を含む一体モーメント制御ユニット（ＭＣＵ）１０が示される。ＭＣＵ１０は１４個の対称的側面を有する構造体として示され、ＣＭＧは好ましい実施形態に対し使用されるが、リアクションホリールあるいはモーメンタムホイールのような他の回転質量体部材も使用可能である。４個のＣＭＧが図示されているがそれより少ない数も採用可能であることも理解されよう。３個のＣＭＧは３軸制御に対し必要であり、リダンダンシには４個のＣＭＧが必要である。また４個以上のＣＭＧをフェールセーフ及びフェール動作機能に対し採用可能である。入力連結部２２を有し、各ＣＭＧに対しコネクタ２４、２６、２８、３０により連結される電子パッケージ２０が示される。ＣＭＧと共に電子回路が配置されているので、必要な電子回路の量が減少され、ユニットが適所に配置されるＣＭＧすべてによってテスト可能である。
【０００５】
ＣＭＧ１２は一端部が装着部材４０によりＭＣＵ１０に対し装着され、中央配置された装着部材（図示せず）により図３に開示するような方法で装着される。ＣＭＧ１４は一端部が装着部材４２によりＭＣＵ１０に対し装着され、中央配置された装着部材（図示せず）により装着される。ＣＭＧ１８は一端部が装着部材４４によりＭＣＵ１０に対し装着され、中央配置された装着部材（図示せず）により装着される。ＣＭＧ１６は他と同様に２個の装着部材（図示せず）により装着される。
【０００６】
ＭＣＵは複数の球５０として示される端子部材と複数の長手接合部材５２とからなる堅牢構成体内に保持される。電子回路ボックス２０は１個以上の長手接合部材５２と連結可能である。
【０００７】
ＣＭＧの配置はＣＭＧが同一軸上にはないようにされることは理解されよう。従ってＣＭＧにより伝達されるトルクはそれぞれのトルクのベクトル和を用いることにより３本の垂直軸構成に分解され得る。このようにＭＣＵを装着する飛行船を図２に関連して説明するが、所望に応じて他の態様で配置され得る。１つのＣＭＧが故障したとき、失われたトルクを供給するために第４のＣＭＧが使用される。
【０００８】
必要なトルクを伝達し発生振動を最小限に抑止するため、飛行船に対するＭＣＵ１０の装着は重要である。この装着はまた温度変化のため歪を最小限にするために力学的に構成する必要がある。これは長手軸に沿い比較的高い剛さを有し、他の軸では比較的低い剛さを有するストラット型部材により実現出来る。米国特許出願第０８／７９０，６４７号と共に１９９７年１月２９日に出願され、本願と同一の譲受人に譲渡され、「荷重分離装置」と題したデービッド・オスターベルグによる同時継続出願に、使用可能な荷重分離ダンパーが開示されている。ＭＣＵを装着するために使用されるストラットの数も重要である。構造体を装着するに安定した方法の一はシュチュアート・プラットホームとして知られるヘキサポッド構成による方法であり、これは図２に沿って説明する。
【０００９】
図２においては図１の構造体の小さな部分を明確にするため幾分拡大して示される。図１の装着部材４０として示されるような部材に使用できる３個の装着部材６０、６２、６４が図１の好適な３個の接合部材５２にできる接合部材６６、６８、７０により接合されている状態が示される。６個のストラット７２、７４、７６、７８、８０、８２からなるヘキサポッド装着構成が示される。ストラット７２、７４はそれぞれ一端部が装着部材６０と連結され、他端部がそれぞれ軸８８、９０を中心として回転可能になるようにピボット８４、８６と旋回可能に連結される。ストラット７６、７８は一端部がそれぞれ装着部材６２に連結され、他端部がそれぞれ軸９８、１００を中心として旋回可能となるようピボット９４、９６に枢支される。ストラット８０、８２はそれぞれ一端部が装着部材６４と連結され、他端部が軸１０６、１０８を中心として旋回可能に回転ピボット１０２、１０４に枢支連結される。ピボット８４、８６、９４、９６、１０２、１０４はそれぞれ斜線１１０により示される飛行船に連結される。
【００１０】
ストラット７２、７４、７６、７８、８０は所定の静的剛さ及び受動的制動特性を含むように設けられる。受動的分離システムは飛行船へ所望のトルクを伝達し、且つ不都合な高周波振動を除去する機械的ローパスフィルタである。更に受動的分離システムにより、動作中構造的支承荷重が減少され、重量および消費電力が低下され、より小さな振動を発生するベアリングを使用し得、より高速に動作可能であり且つ長寿命が得られる。スピンロータ支承マウントを回しインターフェース部分に受動的粘性制動を与えることにより、各ＣＭＧが制動を与え振動分離の目安を与えることができる。
【００１１】
ストラット内に力センサを用い情報を制御システムに与えることにより、伝達されたトルクの精度を向上出来る。各ＣＭＧからではなくＭＣＵアレイにより発生される実際の力を制御することにより、全体のモーメンタム制御システムのダイナミックレンジ及び精度を増加できる。最後に能動的分離制御能力を与えるため、各ストラットに対し作動器を付加可能である。これは分離及びトルク制御を与える周波数を低下するために使用出来る。
【００１２】
上述したようにヘキサポッド構成が望ましいが、多くの装着部材を使用することがより実際的である場合がある。例えば矩形パッケージが使用される場合、４隅部のそれぞれに２個のストラットを有する８個のストラットを配設する構成が好ましいことは理解されよう。
【００１３】
図３はオクトポッド装着構成を示す。図３において４個のＣＭＧ１２２、１２４、１２６、１２８が内部に装着された一体モーメンタム制御ユニット１２０が示される。ＣＭＧ１２２は一端部が図１の装着構成と同様に装着部材１３０に対し装着される。ＣＭＧ１２２の他端部は中央装着部材１３４に対し装着され、その内部のスピン質量体（図示せず）は軸１３８を中心に回転する。ＣＭＧ１２４は一端部が装着部材１４０に対し装着され、他端部が中央装着部材１３４に対し装着されており、そのスピン質量体（図示せず）は軸１４４を中心に回転する。ＣＭＧ１２６は一端部が装着部材１５０に対し装着され、他端部が装着部材１３４に対し装着されており、スピン質量体（図示せず）は軸１５４を中心に回転する。ＣＭＧ１２８は一端部が装着部材１６０に対し装着され、他端部が装着部材１３４に対し装着されており、スピン質量体（図示せず）は軸１６４を中心に回転する。ＭＣＵ１２０の構造は他の点では図１のＭＣＵ１０の構造と同様であるので、装着部材あ１３０、１４、１５０、１６０が各隅部に２個のストラットを有する８個のストラット１７２により（斜線１７０で示す）飛行船に対し装着されること以外は説明を省略する。ストラット１７２は図２に沿って説明する場合と同一に出来る。図１の電子回路ボックス２０は明確にするため図３には省略されている。
【００１４】
一体ＭＣＵ１０からなるパッケージは全体的形状が球形に近く、一方ＭＣＵ１２０のパッケージの構造はより平担に近くされることは理解されよう。また構造の他の形状は飛行船の空間性の上で最適な形状を与えるよう使用可能である。一体構造体のため、飛行船に装着する前にメーカがシステムの力学をより容易にテストでき、単一装着が動作可能にするに必要なすべての事項が有用であることは理解されよう。
【００１５】
本発明は多様の設計変更が可能であることは理解されよう。例えば上述したように、一体構造体はＲＷおよびＭＷ並びに好ましい実施形態に使用されるＣＭＧのみ適用可能である。従ってここで説明した好ましい実施形態の特定の構造に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は複数の制御モーメントジャイロスコープを有した本発明の一体構造体の好ましい１実施形態である。
【図２】  図２は飛行船に対し図１の実施形態の一体構造体を付設する好ましい一装着構造体である。
【図３】  図３は本発明の一体構造体の別の好ましい実施形態を示すものである。
【図１】
0004266520.tif 000002
【図２】
0004266520.tif 000003
【図３】
0004266520.tif 000004