JP2003137197A - 飛翔体用タンクの推進燃料の吐出流量制御方法及びその制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】飛翔体用タンクのブラダー膜を破損させず、し
かも推進燃料の定量吐出、任意に設定した吐出量に制御
することが出来る飛翔体用タンクの推進燃料の吐出流量
制御方法及びその制御装置を提供する。 【解決手段】吐出流量制御装置１は、相対向する周縁部
に取付けフランジ３ａ，３ｂを備えると共に、内部に凹
部を備えた二分割型のタンク本体２ａ，２ｂにより構成
され、取付けフランジ３ａ，３ｂ間に、変形可能な薄肉
状のブラダー膜５を設け、取付けフランジ３ａ，３ｂ
は、結合リング４を挟持させた状態で、ボルトとナット
からなる締結部材６により一体的に結合されている。流
体の注入口１０と流体の供給源Ｇとを結ぶ流体Ｇａの供
給経路１２には、流体の注入口１０側から圧力計Ｐ１，
加圧バルブＳＶ−２，リリーフバルブＳＶ−３，加圧元
バルブＳＶ−１が設けられ、流体の排出口１１には、排
出バルブＳＶ−５を備えた流体Ｇａの排出経路１３が接
続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人口衛星やミサ
イルなどの飛翔体に使用される飛翔体用タンクの推進燃
料の吐出流量制御方法及びその制御装置に関わり、更に
詳しくは、飛翔体用タンクのブラダー膜を破損させず、
しかも推進燃料の定量吐出、任意に設定した吐出量に制
御することが出来る飛翔体用タンクの推進燃料の吐出流
量制御方法及びその制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、人口衛星やミサイル、特殊航空機
などの機体制御や方向制御のために使用される飛翔体用
タンクの構造としては、例えば、金属または樹脂製のタ
ンク本体の一方側に流体の注入口を設けると共に他方側
に液体推進燃料の吐出口を設け、前記タンク本体内に、
前記流体の注入口側の圧力室と前記液体推進燃料の吐出
口側の推進燃料貯蔵室とに区画形成する変形可能な樹
脂，ゴムまたは金属材料等から成るブラダー膜を配設し
た構造になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、金属製のブ
ラダー膜を内装した飛翔体用タンクは、タンク本体内の
燃料貯蔵室に貯蔵されている液体推進燃料が、ブラダー
膜を加圧させることでブラダー膜を変形させて、液体推
進燃料を吐出口側から吐出させるものである。

【０００４】しかし、燃料貯蔵室の液体推進燃料の残量
が少なくなっていくと、ブラダー膜が圧力室側から燃料
貯蔵室側に反転し、ブラダー膜を固定している周縁溶接
部に大きな応力が発生し、溶接部近傍の破損へ進展する
と言う問題があった。

【０００５】また、加圧室側の圧力を流体の注入口に接
続されたバルブのみで制御を行うと加圧手段が圧縮ガス
であるため、液体推進燃料の吐出が完了しても残圧によ
りブラダー膜の変形が進展し、同様にブラダー膜が破損
する可能性があった。

【０００６】また、従来の飛翔体用タンクの液体推進燃
料の吐出量を制御する方法としては、燃料吐出経路に設
けたオリフィスにより制御しているが、限定された液体
推進燃料の吐出量しか制御することが出来ず、任意に安
定した吐出量を確保することが難しいと言う問題があっ
た。

【０００７】この発明の目的は、飛翔体用タンクのブラ
ダー膜を破損させず、しかも推進燃料の定量吐出、任意
に設定した吐出量に制御することが出来る飛翔体用タン
クの推進燃料の吐出流量制御方法及びその制御装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するため、この発明の飛翔体用タンクの推進燃料の吐
出流量制御方法は、ブラダー膜で区画形成されたタンク
本体の圧力室に、流体の供給経路に設けた加圧元バルブ
を開状態にして流体供給源から流体を導入して加圧し、
ブラダー膜で区画形成されたタンク本体の推進燃料貯蔵
室に充填されている推進燃料を吐出させると同時に、燃
料吐出経路に設けた流量計により推進燃料の流量の測定
を開始し、前記流量計から出力される推進燃料の積算完
了信号を前記加圧元バルブ側が受信した時点で、前記加
圧元バルブ及び加圧バルブを開状態にすると同時に、前
記圧力室に接続された排出バルブを開き、タンク本体の
圧力室を常圧状態に戻して、燃料吐出口からの燃料吐出
量を制御することを要旨とするものである。

【０００９】また、前記燃料吐出経路に設けた流量計に
より推進燃料の吐出流量を計測し、この計測した吐出流
量検出信号を流体の供給経路に設けた比例制御流量バル
ブに出力してその開度を制御し、タンク本体の圧力室内
の圧力を制御すると同時に、燃料吐出経路に設けた比例
制御流量バルブの開度を制御して推進燃料の吐出流量を
制御することを要旨とするものである。

【００１０】このような方法により、推進燃料の吐出流
量を制御するので、飛翔体用タンクのブラダー膜を破損
させずに、推進燃料の定量吐出を行うことが出来る。

【００１１】また、この発明の飛翔体用タンクの推進燃
料の吐出流量制御装置は、相対向する周縁部に取付けフ
ランジを備えると共に、内部に凹部を備えた二分割型の
タンク本体の一方側に、流体の注入口と流体の排出口と
をそれぞれ設けると共に、タンク本体の他方側に推進燃
料の吐出口を設け、前記タンク本体内に、前記流体の注
入口側の圧力室と燃料吐出口側の推進燃料貯蔵室とに区
画形成する変形可能なブラダー膜を配設し、前記流体の
注入口と流体供給源とを接続する流体の供給経路に、流
体供給源側から加圧元バルブ，リリーフバルブ，加圧バ
ルブを順次配設し、前記流体の排出口に接続する流体の
排出経路に排出バルブを設け、前記燃料吐出経路に吐出
側バルブ及び推進燃料の流量計を設けたことを要旨とす
るものである。

【００１２】前記流体の供給経路と燃料吐出経路とに、
制御装置を介して接続する比例制御流量バルブをそれぞ
れ設けたことを要旨とするものである。

【００１３】このように、推進燃料の吐出流量制御装置
を構成することで、推進燃料を任意に設定した吐出量に
制御することが出来るものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、この発
明の実施形態を説明する。

【００１５】図１は、この発明の飛翔体用タンクの推進
燃料の吐出流量制御方法を実施するための吐出流量制御
装置の一実施形態を示す概略構成図であって、前記吐出
流量制御装置１は、相対向する周縁部に取付けフランジ
３ａ，３ｂを備えると共に、内部に凹部を備えた二分割
型のタンク本体２ａ，２ｂにより構成され、前記取付け
フランジ３ａ，３ｂ間には、結合リング４を介して固着
された変形可能な薄肉状のブラダー膜５を設け、前記取
付けフランジ３ａ，３ｂは、前記結合リング４を挟持さ
せた状態で、ボルトとナットからなる締結部材６（図中
一点鎖線で示す）により一体的に結合されている。

【００１６】前記結合リング４を介して固着された変形
可能な薄肉状のブラダー膜５は、タンク本体２ａ，２ｂ
内の空間部を、上部側の推進燃料貯蔵室７と下部側の圧
力室８とに気密的に区画形成し、上側のタンク本体２ａ
の上部中央には、推進燃料Ｑの燃料吐出口９が設けら
れ、また下側のタンク本体２ｂの下部中央には、流体
（圧縮ガス等）の流体の注入口１０と流体の排出口１１
とがそれぞれ形成されている。

【００１７】前記流体の注入口１０と流体の供給源Ｇと
を結ぶ流体Ｇａの供給経路１２には、流体の注入口１０
側から圧力計Ｐ１，加圧バルブＳＶ−２，リリーフバル
ブＳＶ−３，加圧元バルブＳＶ−１が設けられ、更に流
体の排出口１１には、排出バルブＳＶ−５を備えた流体
Ｇａの排出経路１３が接続されている。

【００１８】前記吐出口９には、吐出口９側から圧力計
Ｐ２，吐出バルブＳＶ−４及び流量計１４を順次設けた
燃料吐出経路１５が接続されている。

【００１９】この発明の第１実施形態における吐出流量
制御装置１は上記のように構成され、推進燃料の吐出流
量制御方法の第１実施形態としては、図２及び図３に示
すようにブラダー膜５で区画形成された圧力室８に、流
体Ｇａの供給経路１２に設けた加圧元バルブＳＶ−１及
び加圧バルブＳＶ−２を開状態にして流体の供給源Ｇか
ら流体Ｇａを導入して加圧し、ブラダー膜５で区画形成
されたタンク本体２ａの推進燃料貯蔵室７に充填されて
いる推進燃料Ｑを吐出させる。

【００２０】これと同時に、燃料吐出経路１５に設けた
流量計１４により推進燃料の流量の測定を開始し、前記
流量計１４から出力される推進燃料Ｑの積算完了信号を
図示しない制御装置を介して前記加圧側の加圧元バルブ
ＳＶ−１及び加圧バルブＳＶ−２、リリーフバルブＳＶ
−３側で受信した時点で、前記加圧元バルブＳＶ−１及
び加圧バルブＳＶ−２を開状態にすると同時に、前記圧
力室８に接続された排出バルブＳＶ−５を開き、タンク
本体２ｂの圧力室８を常圧状態に戻して、燃料吐出口９
から吐出する推進燃料Ｑの吐出量を最適な状態に制御す
るものである。

【００２１】これらの具体的な制御システムとしては、
例えば、図３のタイムチャート図及び、下記の表１の制
御システムの工程表において示す通りであり、初期状態
の工程(1) 〜吐出側圧力（大気圧）到達信号(10)までの
工程における各バルブＳＶ−１〜ＳＶ−５の開閉時間の
制御を行うことによって、薄肉状のブラダー膜５を、図
２に示す(A) 位置〜(E) 位置に変化させ、推進燃料Ｑの
吐出量を制御するものである。

【００２２】

【表１】

【００２３】次に、図４に示すこの発明の第２実施形態
としては、第１実施形態における流体Ｇａの供給経路１
２と燃料吐出経路１５とに、比例制御流量バルブ１６，
１７をそれぞれ設け、タンク本体２ｂの圧力室８を加圧
する際、加圧元バルブＳＶ−１及び加圧バルブＳＶ−２
を『開』状態にし、目標到達圧力になるまで比例制御流
量バルブ１６を制御して到達時間を設定出来るようにし
たものである。

【００２４】即ち、このような設定は、推進燃料Ｑの吐
出開始と共に吐出バルブＳＶ−４も『開』状態とする
が、吐出側の流量を制御するためには、燃料吐出経路１
５に設けた比例制御流量バルブ１７と、前記流体の供給
経路１２に設けた比例制御流量バルブ１６とを流量計１
４からのデジタル信号を制御装置１８により演算し、コ
ントロールすることで、任意の吐出制御を行うことが出
来、設定した吐出量と吐出時間とを得ることが出来るも
のである。

【００２５】なお、その他の構成及び作用は上記第１実
施形態と同様なので同一符号を付して説明は省略する。

【００２６】この実施形態における推進燃料Ｑの吐出流
量制御方法における流体の加圧工程と推進燃料の吐出工
程は、図５及び図６に示す通りである。

【００２７】即ち、加圧工程では、図５の設定圧力（Ｐ
ｘ）と設定時間（Ｔｘ）とのグラフから明らかなよう
に、流体の供給経路１２に設けた比例制御流量バルブ１
６を適用すれば、設定圧力Ｐｘに到達する設定時間Ｔｘ
を任意に設定することが可能である。

【００２８】設定時間Ｔｘが短ければ、比例制御流量バ
ルブ１６を全開にし、逆に設定時間Ｔｘが長ければ、比
例制御流量バルブ１６を少し開状態にする。また、途中
の設定時間についても、時間軸に対する流量を演算する
ことが出来るので、リアルタイムで制御装置１８から比
例制御流量バルブ１６の開度を演算することができ、制
御を行うことが可能である。

【００２９】即ち、推進燃料Ｑの吐出開始時間から加圧
到達時間を減算し、加圧側バルブ（加圧元バルブＳＶ−
１及び加圧バルブＳＶ−２）の加圧開始時間を逆算する
ことにより、タンク本体２ｂの圧力室８内の圧力保持時
間を最小限にすることが可能である。

【００３０】また、吐出工程では、図６の吐出量Ｗｘと
設定時間Ｔｘとのグラフから明らかなように、タンク本
体２ａ内の推進燃料Ｑを吐出させるためには、吐出側の
吐出バルブＳＶ−４が『開』状態となっていることが前
提条件である。

【００３１】即ち、推進燃料Ｑの吐出を行うためには、
吐出時間を設定するが、吐出側の吐出バルブＳＶ−４が
全開状態であると、吐出時間が何もコントロールされる
ことなく吐出が完了してしまう。

【００３２】一方、任意の吐出時間の場合には、流量計
１４からの流量パルス信号ならびに積算流量データを受
信することになるので、吐出側の燃料吐出経路１５に設
けた比例制御流量バルブ１７の開度をコントロールする
ことが可能である。

【００３３】更に、吐出側の燃料吐出経路１５に設けた
比例制御流量バルブ１７だけではなく、流体Ｇａの供給
経路１２に設けた比例制御流量バルブ１６の開度も非常
に重要な因子である。従って、設定吐出流量に対する設
定吐出時間をコントロールするためには、加圧側及び吐
出側の比例制御流量バルブ１６，１７をコントロールす
ることで実現することが出来るものである。

【００３４】図７は、上記図４〜図６の第２実施形態の
制御応用例を示す他の実施形態であって、従来がタンク
本体２ｂの圧力室８内を予め加圧し、設定圧力を保持し
て推進燃料の吐出開始とともに吐出工程が始まり、推進
燃料Ｑの吐出を実施するのに対して、この実施形態は、
図７に示すように、吐出完了時間（＊１）が既知であれ
ば、吐出開始時間（＊２）が逆算して判る。

【００３５】更に、この実施形態の制御システムの場
合、タンク加圧保持時間は不要であるため、そのまま加
圧完了時間（＊３）も判り、加圧開始時間（＊４）が最
終的に求められる。従って、この制御システムを適用す
れば、吐出完了時間が既知であれば加圧開始時間が判る
のである。

【００３６】このように、この実施形態における自動制
御システムにより、タンク本体２ａ，２ｂの加圧・吐出
制御が可能となる。

【００３７】

【発明の効果】この発明は、上記のように構成したの
で、以下のような優れた効果を奏するものである。 (a).飛翔体用タンクのブラダー膜を破損させず、しかも
推進燃料の定量吐出、任意に設定した吐出量に制御する
ことが出来る。 (b).飛翔体用タンク内の圧力保持時間を最小にできるの
で、タンク構造のクリープ問題を回避でき、従って設計
上のリスクも回避することが出来、更に設定した加圧圧
力への到達時間を自由に設定出来る。 (c).自由に設定した定量吐出が可能である。 (d).従来の吐出側に設けたオリフィスとは異なり、可変
流量制御が実現出来ることから、自由に吐出量を設定す
ることが出来る。 (e).リアルタイムで可変流量を制御できるため、安定し
た吐出流量が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の飛翔体用タンクの推進燃料の吐出流
量制御方法を実施するための吐出流量制御装置の一実施
形態を示す概略構成図である。

【図２】この発明の第１実施形態における飛翔体用タン
クの吐出流量制御装置の断面説明図である。

【図３】推進燃料の吐出流量制御方法のタイムチャート
図である。

【図４】この発明の第２実施形態における飛翔体用タン
クの吐出流量制御装置の断面説明図である。

【図５】この発明の第２実施形態の加圧工程における設
定圧力と設定時間との関係を示すシステム説明図であ
る。

【図６】この発明の第２実施形態の吐出工程における吐
出量と設定時間との関係を示すシステム説明図である。

【図７】この発明の第２実施形態の制御応用例を示すシ
ステム説明図である。

【符号の説明】

１ 吐出流量制御装置 ２ａ，２ｂ タンク本体 ３ａ，３ｂ 取付けフランジ ４ 結合リング ５ ブラダー膜 ６ 締結部材 ７ 推進燃料貯蔵室 ８ 圧力室 ９ 燃料吐出口 １０ 流体の注入口 １１ 流体の排出口 １２ 流体の供給経
路 １３ 流体の排出経路 １４ 流量計 １５ 燃料吐出経路 １６，１７ 比例制御流量
バルブ １８ 制御装置 Ｇ 流体供給源 Ｇａ 流体 Ｑ 推進燃料

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラダー膜で区画形成されたタンク本体
   の圧力室に、流体の供給経路に設けた加圧元バルブを開
   状態にして流体供給源から流体を導入して加圧し、ブラ
   ダー膜で区画形成されたタンク本体の推進燃料貯蔵室に
   充填されている推進燃料を吐出させると同時に、燃料吐
   出経路に設けた流量計により推進燃料の流量の測定を開
   始し、前記流量計から出力される推進燃料の積算完了信
   号を前記加圧元バルブ側が受信した時点で、前記加圧元
   バルブ及び加圧バルブを開状態にすると同時に、前記圧
   力室に接続された排出バルブを開き、タンク本体の圧力
   室を常圧状態に戻して、燃料吐出口からの燃料吐出量を
   制御する飛翔体用タンクの推進燃料の吐出流量制御方
   法。
2. 【請求項２】 前記燃料吐出経路に設けた流量計により
   推進燃料の吐出流量を計測し、この計測した吐出流量検
   出信号を流体の供給経路に設けた比例制御流量バルブに
   出力してその開度を制御し、タンク本体の圧力室内の圧
   力を制御すると同時に、燃料吐出経路に設けた比例制御
   流量バルブの開度を制御して推進燃料の吐出流量を制御
   する請求項１に記載の飛翔体用タンクの推進燃料の吐出
   流量制御方法。
3. 【請求項３】 相対向する周縁部に取付けフランジを備
   えると共に、内部に凹部を備えた二分割型のタンク本体
   の一方側に、流体の注入口と流体の排出口とをそれぞれ
   設けると共に、タンク本体の他方側に推進燃料の吐出口
   を設け、前記タンク本体内に、前記流体の注入口側の圧
   力室と燃料吐出口側の推進燃料貯蔵室とに区画形成する
   変形可能なブラダー膜を配設し、前記流体の注入口と流
   体供給源とを接続する流体の供給経路に、流体の注入口
   側から加圧バルブ，リリーフバルブ，加圧元バルブを順
   次配設し、前記流体の排出口に接続する流体の排出経路
   に排出バルブを設け、前記燃料吐出経路に吐出側バルブ
   及び推進燃料の流量計を設けて成る飛翔体用タンクの推
   進燃料の吐出流量制御装置。
4. 【請求項４】 前記流体の供給経路と燃料吐出経路と
   に、制御装置を介して接続する比例制御流量バルブをそ
   れぞれ設けた請求項３に記載の飛翔体用タンクの推進燃
   料の吐出流量制御装置。