JP2008164246A

JP2008164246A - サイドスラスタ装置

Info

Publication number: JP2008164246A
Application number: JP2006355807A
Authority: JP
Inventors: Takeo Hashimoto; 健雄橋本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】従来のロール制御可能なスラスタ装置は、横加速度発生用スラスタとロール回転用スラスタをと備え、いわゆるバンクツーターン方式をとるため応答時定数が大きくなる問題があった。また、同じくロール制御可能な６孔噴射サイドスラスタ装置は６個のスラスタノズル及び制御バルブが必要となり、コストや重量増の原因となる問題があった。さらに、空力操舵の場合には大気圏外では使用できない問題があった。
【解決手段】スラスタノズルを胴体周方向に９０°おきに４個、その中心軸が側面に垂直な方向から胴体周方向に角度θだけ傾けて配置し、発生する推力の作用線が機体中心軸を通らないように構成することにより機体軸まわりのローリングモーメントを発生させ、機体のロール制御を可能とするようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は、地表または空中より発射され、目標に向かって空中を飛しょうする誘導飛しょう体に関するものである。

誘導飛しょう体が、空気密度の小さい高高度を飛しょうする場合や、発射直後のように低速で飛しょうする場合、誘導飛しょう体周辺の動圧が非常に小さくなり、操舵翼を用いた空力操舵装置を使用して姿勢を制御すると、制御の効果が非常に小さくなり、誘導飛しょう体の機動性が大きく損なわれる。この問題を解決するためにするために、サイドスラスタ装置を利用して機動性の向上が図られる。

このようなサイドスラスタ装置の一例として、横加速度発生用スラスタとロール回転用スラスタとを備え、軌道制御と姿勢制御を行うサイドスラスタ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２７１１９８号公報（第５頁、第１図）

従来の飛しょう体において、低動圧条件下で高機動性能を得る方法として、従来のサイドスラスタ装置を利用する際、ロール方向の姿勢制御を実現するために特許文献１のごときロール回転専用のスラスタを用いる方法、６孔噴射サイドスラスタを用いる方法およびスラスタ装置以外の空力制御デバイスを用いる方法等があった。

しかし、特許文献１に記載されたスラスタ装置は、ロール角を変更した後に横加速度を発生させることで飛しょう経路を変更する、いわゆるバンクツーターン方式であり応答時定数が大きくなる問題があった。また、６孔噴射サイドスラスタは６個のスラスタノズル及び制御バルブが必要となり、コストや重量増の原因となる問題があった。空力操舵の場合には大気圏外では使用できない問題があった。

この発明のサイドスラスタ装置は、飛しょう体を進路変更するサイドスラスタであつて、前記飛しょう体の胴体周方向に９０°おきに４個のスラスタノズルを備え、前記スラスタノズルのうち、一組の、胴体周方向に１８０°の間隔で対向する位置にある２個のスラスタノズルは、いずれもそのノズルのノズル中心軸が前記飛しょう体の胴体側面に垂直な方向から胴体周方向のプラス方向に角度θだけ傾けて配置され、他の一組の、対向する位置にある２個のスラスタノズルは、いずれもそのノズルのノズル中心軸が前記飛しょう体の胴体側面に垂直な方向から胴体周方向のマイナス方向に角度θだけ傾けて配置するようにした。

この発明のサイドスラスタ装置によれば、簡単な構成により、小型軽量で、機体制御時の応答時定数の小さい機体制御能力を得ることができる。結果として、目標に向かう精度が向上する。

実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１について説明する。図１は実施の形態１による誘導飛しょう体用のサイドスラスタ装置の構成を示している。図に記載する誘導飛しょう体１には各種の構成部品および装置が設けられているが、ここではこの発明の要旨とする部分のみを説明する。

誘導飛しょう体１の胴体側面外周に、飛しょう経路を推力により制御するサイドスラスタ２が外側表面に噴射口５を向けて配置される。サイドスラスタ２は、ガスジェネレータ３で推薬４が燃焼して発生した燃焼ガスを、スラスタノズル５の先端からそのスラスタノズル５のノズル中心軸に沿って外向きに噴出し、機体中心軸に垂直方向に推力を発生する。
スラスタノズル５は、胴体周方向に９０°おきに４個されている。４個のスラスタノズルのうち、一組の、胴体周方向に１８０°の間隔で対向する位置にある２個のスラスタノズルは、いずれもそのスラスタノズルのノズル中心軸が前記飛しょう体の胴体側面に垂直な方向から胴体周方向のプラス方向に角度θだけ傾けて配置されている。また、他の一組の、対向する位置にある２個のスラスタノズルは、いずれもそのスラスタノズルのノズル中心軸が前記飛しょう体の胴体側面に垂直な方向から胴体周方向のマイナス方向に角度θだけ傾けて配置されている。胴体周方向については、図２にその方向を示している。このように、４個のスラスタノズルのうち、一組の、対向位置にある２個のスラスタノズルは、いずれも同一方向にθだけ傾けて配置され、他の一組の、対向位置にある２個のスラスタノズルは、いずれも逆方向にθだけ傾けて配置されている。このようにして、スラスタノズルから発生する推力の作用線が機体中心軸を通らないように構成されている。

また、誘導飛しょう体１の機体後方には、機体中心軸前方に推力を発生させる推進装置（図示せず）が設けられる。誘導飛しょう体１は推進装置の動作によって機体を推進する。これによって、誘導飛しょう体１は機体中心軸前方に飛しょうする。

誘導飛しょう体１には、図示しない制御ユニットが設けられており、スラスタノズル５からの噴出ガス流量を、流量調整バルブ６により調整するためのスラスタ制御指令を送出することによって、機体中心軸に垂直方向の加速度制御およびロール姿勢角制御が行われるように構成される。流量調整バルブ６は、ガスジェネレータ３で発生した燃焼ガスを４つのスラスタノズル５へ分配し、それぞれのスラスタノズル５で発生する推力を独立に制御できるように構成される。サイドスラスタ２は連続燃焼型であり、推薬４に点火した後はガスジェネレータ３内の圧力を一定に保つため、各スラルタノズル５から噴出する燃焼ガスの総和は一定に保たれる。

サイドスラスタ２は、配置する機体中心軸方向の位置により直接横力制御式とモーメント制御式に大別される。直接横力制御式は、サイドスラスタ２のスラスタノズル５を機体の重心近傍に置き、サイドスラスタ２の推力により機体中心軸垂直方向の加速度を得る。モーメント制御式は、サイドスラスタ２のスラスタノズル５を機体の重心から離れた位置に配置し、サイドスラスタ２の推力により機体の姿勢（迎え角）を変化させ、発生する空気力により機体中心軸垂直方向の加速度を得る。

次に、サイドスラスタ２の動作について説明する。
図２はサイドスラスタ２の作動時の様子を示したものである。図中、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は各スラスタノズル５から燃焼ガスを噴射することにより得られる推力、Ｎ、Ｙ、Ｒは各推力により機体に発生する垂直力、横力、ローリングモーメントである。各推力は、その作用線が機体中心軸と交差しないように構成されているため、機体中心軸まわりのローリングモーメントを発生する。機体に働く垂直力Ｎ、横力Ｙ、ローリングモーメントＲは、胴体直径をｄとすると式（１）で表される。

これより所要の機体制御力Ｎ、Ｙ、Ｒを得るために、各スラスタノズル５で発生すべき推力は式（２）で表される。

ここでＴは、推力Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の合計値（２Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３+Ｔ４）でありスラスタの設計で定まる値である。

また、ガスジェネレータ３で推薬４を燃焼する際の燃焼圧力を一定とするには、例えば図３に示すフローで調節すればよい。
図３において、まず、起動制御と姿勢制御を行うため、横加速度とロール角の要求値が定まる（Ｓ１０１）。次に、この横加速度とロール角とを満たす推力Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４が式（２）で計算される（Ｓ１０２）。計算値（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）により、流量調整ノズル６を調整してスラスタバルブを制御する（Ｓ１０３）。この時の燃焼圧力ｐを計測し（Ｓ１０４）、設定燃焼圧力ｐ_Ｂとの比較を行う（Ｓ１０５）。計測した燃焼圧力ｐが設定燃焼圧力ｐ_Ｂより大きければ設定値ＴをΔＴだけ減じて（Ｓ１０７）、Ｓ１０２に戻る。また、計測した燃焼圧力ｐが設定燃焼圧力ｐ_Ｂ以下であれば設定値ＴをΔＴだけ加算し（Ｓ１０８）、Ｓ１０２に戻る。このようにして、燃焼圧力ｐを設定燃焼圧力ｐ_Ｂに一定となるようにすることができる。

以上のように、この実施の形態１は以上のように構成されているので、４孔のサイドスラスタにより機体中心軸まわりのローリングモーメントを発生することができる。

したがって、本願発明の実施の形態１によれば、従来のサイドスラスタを備えた誘導飛しょう体に比べ、小型軽量簡単な構成で機体ロール制御能力を得ることができる。また、応答時定数を小さくすることができる。

実施の形態２．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態２について説明する。図４は実施の形態２による誘導飛しょう体用のサイドスラスタ装置の構成を示している。図１と同一符号のものは同一構成のものを示している。

誘導飛しょう体１の側面外周に、飛しょう経路を推力により制御するサイドスラスタ２が外側表面に噴射口５を向けて配置される。サイドスラスタ２は、ガスジェネレータ３で推薬４が燃焼して発生した燃焼ガスをスラスタノズル５から外向きに噴出し、機体中心軸に垂直方向に推力を発生する。４個のスラスタノズル５のうち、５ａ及び５ｄは、その中心軸が側面に垂直な方向から胴体周方向に各々、角度+θ、角度-θだけ傾けて配置されており、発生する推力の作用線が機体中心軸を通らないように構成されている。

誘導飛しょう体１には、図示しない制御ユニットが設けられており、スラスタノズル５からの噴出ガスの噴出量を、流量調整バルブ６により調整するスラスタ制御指令を送出することによって、機体中心軸に垂直方向の加速度制御が行われるように構成される。流量調整バルブ６は、ガスジェネレータ３で発生した燃焼ガスを４つのスラスタノズル５へ分配し、それぞれのスラスタノズル５で発生する推力を独立に制御できるように構成される。サイドスラスタ２は連続燃焼型であり、推薬４に点火した後はガスジェネレータ３内の圧力を一定に保つため、各スラルタノズル５から噴出する燃焼ガスの総和は一定に保たれる。

次に、サイドスラスタ２の動作について説明する。
図５はサイドスラスタ２の作動時の様子を示したものである。図中、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は各スラスタノズル５から燃焼ガスを噴射することにより得られる推力、Ｎ、Ｙ、Ｒは各推力により機体に発生する垂直力、横力、ローリングモーメントである。各推力のうちＴ１、Ｔ４は、その作用線が機体中心軸と交差しないように構成されているため、機体中心軸まわりのローリングモーメントを発生する。機体に働く垂直力Ｎ、横力Ｙ、ローリングモーメントＲは、胴体直径をｄとすると式（３）で表される。

これより所要の機体制御力Ｎ、Ｙ、Ｒに対し、各スラスタノズル５で発生すべき推力は式（４）で表される。

式（４）における推力の合計値Ｔについては、実施の形態１と同様に図３に示すフローで調節すればよい。

この実施の形態２は以上のように、４孔のスラスタノズルのうち、２孔のスラスタノズルについては、その中心軸が側面に垂直な方向から胴体周方向に角度θだけ傾けて配置されており、発生する推力の作用線が機体中心軸を通らないように構成しており、この構成においても、４孔のサイドスラスタにより機体中心軸まわりのローリングモーメントを発生することができる。

したがって、角度θだけ傾けて配置するスラスタノズルは２孔でよく、実施の形態１に比較しサイドスラスタの製造が容易となる。また、本願発明の実施の形態１によれば、従来のサイドスラスタを備えた誘導飛しょう体に比べ、小型軽量簡単な構成で機体ロール制御能力を得ることができる。また、応答時定数を小さくすることができる。

この発明の実施の形態１による誘導飛しょう体の構成図である。この発明の実施の形態１によるサイドスラスタ装置の動作を説明する図である。この発明の実施の形態１によるサイドスラスタ装置の燃焼圧力を一定にするフロー図である。この発明の実施の形態２による誘導飛しょう体の構成図である。この発明の実施の形態２によるサイドスラスタ装置の動作を説明する図である。

符号の説明

１飛しょう体、２サイドスラスタ、３ガスジェネレータ、４推薬、５スラスタノズル、６流量調整バルブ

Claims

飛しょう体を進路変更するサイドスラスタ装置であつて、
前記飛しょう体の胴体周方向に９０°おきに４個のスラスタノズルを備え、
前記スラスタノズルのうち、一組の、胴体周方向に１８０°の間隔で対向する位置にある２個のスラスタノズルは、いずれもそのノズルのノズル中心軸が前記飛しょう体の胴体側面に垂直な方向から胴体周方向のプラス方向に角度θだけ傾けて配置され、他の一組の、対向する位置にある２個のスラスタノズルは、いずれもそのノズルのノズル中心軸が前記飛しょう体の胴体側面に垂直な方向から胴体周方向のマイナス方向に角度θだけ傾けて配置されていることを特徴とするサイドスラスタ装置。
飛しょう体を進路変更するサイドスラスタ装置であつて、
前記飛しょう体の胴体周方向に９０°おきに４個のスラスタノズルを備え、
前記スラスタノズルのうち、一組の、胴体周方向に９０°の間隔で隣り合う２個のスラスタノズルは、いずれもそのノズルのノズル中心軸が前記飛しょう体の胴体側面に垂直な方向と同一方向に配置され、他の２個のスラスタノズルのうち、１個のスラスタノズルはそのノズルのノズル中心軸が前記飛しょう体の胴体側面に垂直な方向から胴体周方向のプラス方向に角度θだけ傾けて配置され、他の１個のスラスタノズルはそのノズルのノズル中心軸が前記飛しょう体の胴体側面に垂直な方向から胴体周方向のマイナス方向に角度θだけ傾けて配置されていることを特徴とするサイドスラスタ装置。
推薬を燃焼し発生した燃焼ガスを燃料調整バルブに噴出するガスジェネレータと、
前記ガスジェネレータと前記スラスタノズルとに接続され、前記スラスタノズルから噴出される前記燃焼ガスのガス流量を調整する燃料調整バルブと、
を備えていることを特徴とする請求項１、２いずれか記載のサイドスラスタ装置。
前記燃料調整バルブは機体制御のために前記飛しょう体に与える垂直力、横力、ローリングモーメントに基づき、各々の前記スラスタノズルから噴出される前記燃焼ガスの噴出ガス流量を調整することを特徴とする請求項３に記載のサイドスラスタ装置。