JP2011526989A - Piezoelectric fiber active damped composite electronic housing - Google Patents

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ムーア、ロバート・ティー.
フラバセク、グレグ・ジェイ.
シースリー、クレイグ・デー.
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Abstract

振動制御ハウジング。新規なハウジングは、ハウジング構造と機構とを含み、機構は、制御信号を受信して、制御信号に従って、ハウジング構造の構造応答を電子的に同調させる。例示的な実施形態において、ハウジング構造は、複数の圧電ファイバで構成されている複合材料を含み、複数の圧電ファイバは、ハウジング構造における変形に応答して、電気信号を発生し、複数の圧電ファイバに印加された電気信号に応答して、ハウジング構造を変形させるように構成されている。制御回路は、前記圧電ファイバから感知信号を受信して、励磁信号を発生する。励磁信号は、圧電ファイバに印加されて、所定の周波数において圧電ファイバのスチフネス又はコンプライアンスを増加させる。例示的な実施形態において、制御信号は、低周波のスチフネスと強度の性能を提供して、一方で、高周波振動を減衰して、ハウジング構造内に収容された電子機器を保護するように構成されている。
【選択図】 図1a
Vibration control housing. The new housing includes a housing structure and a mechanism that receives a control signal and electronically tunes the structural response of the housing structure in accordance with the control signal. In an exemplary embodiment, the housing structure includes a composite material composed of a plurality of piezoelectric fibers, the plurality of piezoelectric fibers generating an electrical signal in response to deformation in the housing structure, and the plurality of piezoelectric fibers The housing structure is configured to deform in response to an electrical signal applied to the housing. The control circuit receives a sensing signal from the piezoelectric fiber and generates an excitation signal. An excitation signal is applied to the piezoelectric fiber to increase the stiffness or compliance of the piezoelectric fiber at a predetermined frequency. In an exemplary embodiment, the control signal is configured to provide low frequency stiffness and strength performance while attenuating high frequency vibrations to protect electronics housed within the housing structure. ing.
[Selection] Figure 1a

Description

本発明は、振動を制御するシステムと方法とに関する。より具体的には、本発明は、ミサイルにおける振動を抑えるシステムと方法とに関する。   The present invention relates to a system and method for controlling vibration. More specifically, the present invention relates to a system and method for suppressing vibration in missiles.

一般に、非常に動的な環境において、ミサイルは、発射退出(launch egress)と、飛行上昇と、ステージの切り離しとの間に、激しい振動と衝撃とを受ける。これらの振動荷重と衝撃荷重とが軽減されないと、様々なシステムコンポーネントが損傷を受けて、ミサイルの故障を引き起こし得る。   In general, in highly dynamic environments, missiles are subject to intense vibrations and shocks during launch egress, flight ascent and stage detachment. If these vibration and impact loads are not mitigated, various system components can be damaged and cause missile failure.

ミッションの成功には、ミサイルがその視野の中に標的を維持できる一方で、標的を迎撃する位置にミサイルが自分自身を操縦することが必要である。ミサイルに対する主な妨害は、推進システムによって与えられるダイバートスラスト(divert thrust)である。このスラスト力は、一次固有周波数においてミサイルをビーム曲げモードに変形させる性質がある。ミサイルの周波数モード(シーカの周波数モードを含む)が、ダイバートスラスタの立ち上がり時間と同程度以下の固有周期を有する場合に、著しい動的増幅と機体のリンギングとが生じる。   Successful missions require the missile to steer itself to a position where it will intercept the target while the missile can maintain the target in its field of view. The main hindrance to missiles is the divert thrust provided by the propulsion system. This thrust force has the property of deforming the missile into the beam bending mode at the primary natural frequency. When the missile frequency mode (including the seeker frequency mode) has a natural period less than or equal to the rise time of the divert thruster, significant dynamic amplification and airframe ringing occurs.

動的増幅と機体のリンギング又は振動応答は、標的の追跡を困難にする。その理由は、シーカ内の光学素子が互いに動くか又は位相がずれて、シーカの見通し線(line-of-sight, LOS)が著しく動くからである。非常に硬いミサイルの機体を提供して、シーカのプラットフォームに伝わるジッタを最小化することによって、シーカの画素分解能を最大化することができる。   Dynamic amplification and airframe ringing or vibration response make target tracking difficult. The reason is that the optical elements within the seeker move relative to each other or out of phase and the seeker line-of-sight (LOS) moves significantly. By providing a very stiff missile airframe and minimizing jitter transferred to the Seeker platform, the Seeker pixel resolution can be maximized.

更に、ミサイルは、標的を迎撃する飛行経路を計算するために、自分自身の位置を正確に決定できなければならない。通常、ミサイルは、誘導システムを含んでいる。誘導システムは、慣性計測装置(inertial measurement unit, IMU)に依存して、ミサイルの加速度と回転とを測定することによって、ミサイルの位置を決定する。IMUは、極めて繊細であり、ミサイルの機体に非常に強固に且つ正確に搭載されるべきである。ミサイルの機体も、非常に剛性であるべきである。さもなければ、IMUがあちこちに動いて、測定が不正確になり、ミサイルが制御不能になる。従って、IMUに安定したプラットフォームを提供するために、前部胴体アセンブリ全体をできるだけ剛性にするべきである。   In addition, the missile must be able to accurately determine its own position in order to calculate the flight path to intercept the target. Missiles typically include a guidance system. The guidance system relies on an inertial measurement unit (IMU) to determine the missile position by measuring the acceleration and rotation of the missile. The IMU is extremely delicate and should be mounted very firmly and accurately on the missile airframe. The missile airframe should also be very rigid. Otherwise, the IMU will move around, making measurements inaccurate and making the missile uncontrollable. Therefore, the entire front fuselage assembly should be as rigid as possible to provide a stable platform for the IMU.

都合の悪いことに、IMU及びシーカのより良い性能のために機体を剛性にすると、ロケットモータの点火と、ステージの切り離しと、空気力学的バフェッティングと、音響負荷とによって、望ましくない高周波振動及び衝撃荷重が伝わることになり得る。これらの振動荷重が電子部品に結合されると、電子部品は重大な損傷を受けて、ミサイルの故障をもたらし得る。更に、一般に、構造が剛性になると、質量と重量とが増すことになり、ミサイルの操縦性と射程とに影響を及ぼす。   Unfortunately, stiffening the fuselage for better performance of the IMU and seeker can result in undesirable high frequency vibrations due to rocket motor ignition, stage detachment, aerodynamic buffeting, and acoustic loading. And impact loads can be transmitted. When these vibration loads are coupled to an electronic component, the electronic component can be severely damaged, resulting in missile failure. Further, generally, as the structure becomes rigid, the mass and weight increase, affecting the maneuverability and range of the missile.

例えば、ゴムマウントを使用して電子部品を隔離することによって、構造をよりコンプライアントにする取り組みは、高周波振動を減衰し得るが、構造をコンプライアントにし過ぎると、ミサイルの軌道に対してIMUは正確な変位と回転の読み出しができなくなる。従って、電子機器をパッケージングするときに直面する重要な問題は、切り離し及びダイバートの衝撃荷重から十分に隔離することと、強度及び重量の要件を満たしながらIMUのプラットフォームの機能を可能にするのに十分なスチフネスを提供することとのトレードオフである。   For example, efforts to make a structure more compliant by isolating electronic components using rubber mounts can dampen high frequency vibrations, but if the structure is made too compliant, the IMU will have a missile trajectory. Accurate displacement and rotation cannot be read out. Thus, an important issue faced when packaging electronics is to provide sufficient isolation from separation and divert impact loads and to allow the IMU platform to function while meeting strength and weight requirements. This is a trade-off with providing sufficient stiffness.

更に、ミサイルシステムは、通常、フレキシブルなボディのダイナミクスを減衰させるように設計されていなければならない。さもなければ、システムは、自励振動する場合がある。これらの振動が抑制されない場合は、壊滅的に構造が損傷し、ミッションが失敗し得る。振動が有限のままである場合に、アクチュエータコマンドに周波数成分が追加されると、過熱によりアクチュエータが故障して、ミッションが失敗することになり得る。現在は、より低周波のモード(1次及び2次横モード、1次捩れモード、フィンモード)の影響を弱めるために、ディジタルノッチフィルタを使用している。更に、より高周波のモードの影響を弱めるために、低域フィルタを使用している。このアプローチに関する問題は、ディジタルフィルタを使用すると、低周波において位相損失をもたらすことである。これは、操縦系統のロバストな性能を制限する。1次横ボディモードに関連するノッチは、通常、最低周波数モードであり、操縦系統のロバストな性能に最も大きく影響する。   In addition, missile systems typically must be designed to damp the dynamics of the flexible body. Otherwise, the system may vibrate. If these vibrations are not suppressed, the structure can be catastrophic and the mission can fail. If the vibration remains finite and a frequency component is added to the actuator command, the actuator may fail due to overheating and the mission may fail. Currently, digital notch filters are used to reduce the effects of lower frequency modes (primary and secondary transverse modes, primary torsion modes, fin modes). Furthermore, a low-pass filter is used to weaken the influence of higher frequency modes. The problem with this approach is that using a digital filter results in phase loss at low frequencies. This limits the robust performance of the control system. The notches associated with the primary transverse body mode are usually the lowest frequency modes and have the greatest impact on the robust performance of the control system.

これらの問題に対する従来のアプローチは、ミサイルコンポーネントとアセンブリ(電子機器ハウジング、搭載構造、及び機体と機体との接合部を含む)との構造応答を物理的に同調させて、これらの振動荷重を軽減する。一般に、このプロセスは、個々のコンポーネントとアセンブリとを、繰り返し長期間にわたる動的解析をすることを含む。この非常に詳細なFEM解析により、動的伝達関数がシステム誘導のシミュレーションの評価に組み込まれることになる。通常更なる最適化が必要である場合に、解析ごとに、機体に対する要件を再び調整して、伝達関数とシミュレーションの調査を繰り返すことになる。満足のいく設計が見付かるまで、多大な費用をかけて、幾つかの異なる設計を構築して、テストする場合がある。この手続きは、非常に時間がかかり、エラーと連動することが分かり、プログラム開発スケジュールの著しい遅れと費用超過とをもたらす。   Traditional approaches to these problems reduce these vibrational loads by physically tuning the structural response of missile components and assemblies (including electronics housing, mounting structure, and fuselage interface). To do. In general, this process involves repeated dynamic analysis of individual components and assemblies over a long period of time. This very detailed FEM analysis will incorporate a dynamic transfer function into the evaluation of the system-guided simulation. Usually, if further optimization is required, the requirements for the aircraft will be adjusted again for each analysis, and the transfer function and simulation studies will be repeated. Several different designs may be built and tested at great expense until a satisfactory design is found. This procedure is very time consuming and has been found to work with errors, leading to significant delays in program development schedules and cost overruns.

従って、従来のアプローチよりも単純で、低廉で、時間のかからない、ミサイルの振動荷重を軽減する改善されたシステム又は方法が、この技術に必要とされている。   Accordingly, there is a need in the art for an improved system or method that reduces missile vibration loads that is simpler, less expensive and less time consuming than conventional approaches.

この技術に必要とされているものは、本発明の振動制御ハウジングによって対処される。この新規なハウジングは、ハウジング構造と機構とを含み、機構は、制御信号を受信して、制御信号に従って、ハウジング構造の構造応答を電子的に同調させる。   What is needed for this technique is addressed by the vibration control housing of the present invention. The new housing includes a housing structure and a mechanism that receives a control signal and electronically tunes the structural response of the housing structure in accordance with the control signal.

例示的な実施形態において、ハウジング構造は、複数の圧電ファイバを有する複合材料を含み、複数の圧電ファイバは、ハウジング構造における変形に応答して、電気信号を発生し、複数の圧電ファイバに印加された電気信号に応答して、ハウジング構造を変形させるように構成されている。制御回路は、圧電ファイバから感知信号を受信して、励磁信号を発生する。励磁信号は、圧電ファイバに印加されて、所定の周波数において圧電ファイバのスチフネス又はコンプライアンスを増加させる。   In an exemplary embodiment, the housing structure includes a composite material having a plurality of piezoelectric fibers, the plurality of piezoelectric fibers generating an electrical signal in response to deformation in the housing structure and applied to the plurality of piezoelectric fibers. The housing structure is configured to be deformed in response to the electrical signal. The control circuit receives a sensing signal from the piezoelectric fiber and generates an excitation signal. An excitation signal is applied to the piezoelectric fiber to increase the stiffness or compliance of the piezoelectric fiber at a predetermined frequency.

本発明の教示によると、様々な振動荷重を制御するために、圧電ファイバ複合材料が、ミサイルの機体と、シーカハウジングと、誘導システムのハウジングと、ミサイルのミサイル搭載構造とに統合される。例示的な実施形態において、制御信号は、高周波において圧電ファイバのコンプライアンスを増加させて、高周波振動を弱めて、システムの電子機器を保護し、一方で同時に、低周波において圧電ファイバのスチフネスを増加させて、シーカと誘導システムとに対して安定したプラットフォームを提供するように構成されている。   In accordance with the teachings of the present invention, piezoelectric fiber composites are integrated into the missile fuselage, seeker housing, guidance system housing, and missile mounting structure to control various vibration loads. In an exemplary embodiment, the control signal increases the compliance of the piezoelectric fiber at high frequencies, weakens the high frequency vibrations and protects the system electronics, while at the same time increasing the stiffness of the piezoelectric fiber at low frequencies. And is configured to provide a stable platform for the seeker and guidance system.

本発明の例示的な実施形態に従って設計された振動制御システムを備えたミサイルの断面図である。1 is a cross-sectional view of a missile with a vibration control system designed according to an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の例示的な実施形態に従って、ミサイルの機体に取り付けられた圧電ファイバ複合材料の層を備えたミサイルの簡略図である。1 is a simplified illustration of a missile with a layer of piezoelectric fiber composite material attached to the missile airframe, in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 本発明に教示されている振動制御コンポーネントにおいて使用できる、例示的な圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータの一部の簡略図である。1 is a simplified diagram of a portion of an exemplary piezoelectric fiber composite sensor / actuator that can be used in the vibration control component taught in the present invention. FIG. 本発明に教示されている振動制御コンポーネントにおいて使用できる、別の圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータの一部の簡略図である。FIG. 4 is a simplified diagram of a portion of another piezoelectric fiber composite sensor / actuator that can be used in the vibration control component taught in the present invention. 本発明の例示的な実施形態に従って設計された振動制御回路の簡略化されたブロック図である。FIG. 2 is a simplified block diagram of a vibration control circuit designed in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態に従って設計された振動制御コンポーネントを備えた例示的なミサイルの分解図である。FIG. 4 is an exploded view of an exemplary missile with vibration control components designed in accordance with another embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態に従って設計された振動制御コンポーネントを備えた運動エネルギ迎撃弾(Kinetic Energy Interceptor, KEI)ミサイルの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a Kinetic Energy Interceptor (KEI) missile with a vibration control component designed in accordance with another embodiment of the present invention. 図5aの例示的なKEIミサイルの撃墜弾とロケットモータとの簡略化された模式図である。FIG. 5b is a simplified schematic diagram of the exemplary KEI missile grenade and rocket motor of FIG. 5a. 本発明の例示的な実施形態に従って設計された振動制御コンポーネントを備えた撃墜弾の内部コンポーネントの三次元の図である。FIG. 3 is a three-dimensional view of the internal components of a grenade with a vibration control component designed in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. 本発明に教示されている例示的な実施形態に従って設計されたシーカハウジングの三次元の図である。FIG. 3 is a three-dimensional view of a seeker housing designed in accordance with an exemplary embodiment taught in the present invention. 本発明に教示されている例示的な実施形態に従って設計された例示的な段間アダプタの三次元の図である。3 is a three dimensional view of an exemplary interstage adapter designed in accordance with exemplary embodiments taught in the present invention. FIG. ミサイルのLOSがミサイルの硬いボディラインに対してある角度である、ミサイルの曲がりを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing missile bending where the LOS of the missile is at an angle with respect to the hard body line of the missile. ミサイルの曲げ角度対時間のグラフである。2 is a graph of missile bending angle versus time.

本発明の有利な教示を開示するために、添付の図面を参照して、例示的な実施形態と典型的な応用とをここで記載する。   In order to disclose the advantageous teachings of the present invention, exemplary embodiments and exemplary applications will now be described with reference to the accompanying drawings.

本発明は、特定の応用に対する例示的な実施形態に関してここに記載されているが、本発明がそれらに制限されないことが分かるはずである。ここに提供されている教示にアクセスした当業者には、本発明の範囲と、本発明が非常に役立つであろう更なる分野とに含まれる更なる変更と、応用と、実施形態とが分かるであろう。   Although the present invention has been described herein with reference to exemplary embodiments for particular applications, it should be understood that the invention is not limited thereto. Those skilled in the art having access to the teachings provided herein will understand further modifications, applications, and embodiments within the scope of the invention and further areas where the invention will be very useful. Will.

本発明の教示は、新規な振動制御方法を提供している。この新規な振動制御方法は、圧電複合材料技術をミサイルコンポーネントに統合している。圧電複合材料は、曲げられると、電気を発生し、電流又は電界が印加されると、曲がる。この技術を使用すると、曲がった複合材料の一部分からの信号を、集積回路(integrated circuit, IC)が使用して、励磁信号を送り返して、複合材料が励磁信号に応答して、振動を減衰して弱めることができる。これは、正味の強化効果を有する。圧電複合材料を使用して、ミサイルコンポーネントを構築すると、振動の制御に加えて、減衰されていない設計と同じ強度をより軽量の設計で達成できることによって、重量を最適化する取り組みを助けることができる。更に、電流をフィードバックして、電流が複合材料における応答を引き起こすように設計された集積回路を使用でき、従って、フィードバックを微調整して適合させて、減衰させるある特定の振動周波数又は周波数範囲に焦点を当てることができる。   The teachings of the present invention provide a novel vibration control method. This novel vibration control method integrates piezoelectric composite technology into missile components. Piezoelectric composites generate electricity when bent and bend when a current or electric field is applied. Using this technique, an integrated circuit (IC) uses a signal from a portion of a bent composite material to send back an excitation signal, and the composite material dampens vibration in response to the excitation signal. Can be weakened. This has a net reinforcing effect. Using piezocomposites to build missile components can aid in efforts to optimize weight by allowing lighter designs to achieve the same strength as undamped designs in addition to vibration control . In addition, integrated circuits designed to feed back current and cause the current to cause a response in the composite material can be used, so the feedback can be fine-tuned and adapted to a specific vibration frequency or frequency range to dampen. Can focus.

図1aは、本発明の例示的な実施形態に従って設計された振動制御コンポーネントを備えたミサイル10の断面図である。ミサイル10は、前部胴体アセンブリ12を含んでいる。前部胴体アセンブリ12は、ミサイルの弾頭部及び/又はロケットモータ14の前方にある。前部胴体アセンブリ12は、シーカアセンブリ16と、誘導システム18とを含んでいる。シーカアセンブリ16のシーカの電子機器は、新規な電子機器ハウジング20に収容されている。本発明の教示によると、新規な電子機器ハウジング20は、ハウジング20の構造応答を電子的に同調させる圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30を含んでいる。同様に、誘導システム18の電子機器モジュールは、電子機器ハウジング22に収容されている。電子機器ハウジング22は、圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30を含んでいる。   FIG. 1a is a cross-sectional view of a missile 10 with a vibration control component designed in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. Missile 10 includes a front fuselage assembly 12. The front fuselage assembly 12 is in front of the missile warhead and / or rocket motor 14. The front fuselage assembly 12 includes a seeker assembly 16 and a guidance system 18. The seeker electronics of the seeker assembly 16 are housed in a new electronics housing 20. In accordance with the teachings of the present invention, the novel electronics housing 20 includes a piezoelectric fiber composite sensor / actuator 30 that electronically tunes the structural response of the housing 20. Similarly, the electronic device module of the guidance system 18 is accommodated in the electronic device housing 22. The electronics housing 22 contains a piezoelectric fiber composite sensor / actuator 30.

更に、ミサイルの前部胴体12は、ミサイルの機体26に電子機器を搭載する搭載構造24を含んでいる。本発明の教示によると、搭載構造24も、圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30を含んでいて、搭載構造24の共振特性を調整して、(誘導システム18とシーカ16の)電子部品との共振結合を回避している。図1aの例示的な実施形態において、搭載構造24は、前部胴体12と、弾頭及び/又はロケットモータ14とを隔てるプレート又は隔壁である。誘導システムのハウジング22は、搭載構造24に搭載されている。シーカハウジング20は、誘導システムのハウジング22に搭載されている。   Further, the missile front fuselage 12 includes a mounting structure 24 for mounting electronic equipment on the missile fuselage 26. In accordance with the teachings of the present invention, the mounting structure 24 also includes a piezoelectric fiber composite sensor / actuator 30 that adjusts the resonant characteristics of the mounting structure 24 so that the electronic component (of the induction system 18 and seeker 16) Resonant coupling is avoided. In the exemplary embodiment of FIG. 1 a, the mounting structure 24 is a plate or bulkhead that separates the front fuselage 12 from the warhead and / or rocket motor 14. The guidance system housing 22 is mounted on a mounting structure 24. Seeker housing 20 is mounted on housing 22 of the guidance system.

好ましい実施形態では、機体のスチフネスとコンプライアンスのダイナミクスを電子的に同調させるために、ミサイルの機体26自体も、圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30を含んでいる。本発明の例示的な実施形態によると、図1bは、ミサイルの機体26に取り付けられた圧電ファイバ複合材料30の層を備えたミサイル10の簡略図である。   In the preferred embodiment, the missile fuselage 26 itself also includes a piezoelectric fiber composite sensor / actuator 30 to electronically tune the stiffness and compliance dynamics of the fuselage. According to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 1 b is a simplified illustration of a missile 10 with a layer of piezoelectric fiber composite 30 attached to the missile fuselage 26.

圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30は、「自動調節」又は振動ダンピング機能を行なう。圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30は、動き(即ち、振動)の変化を感知して、電気信号を生成して、電気信号を制御回路32に送るように構成されている。制御回路32は、変化の大きさを測定して、ファイバのセンサ/アクチュエータ30に信号を中継して送り返して、ファイバのセンサ/アクチュエータ30を硬化又は緩和して、自動調節又は「スマート」構造を生成する。例示的な実施形態において、センサ/アクチュエータ30と制御回路32は、低周波の機体車両荷重からIMUとシーカとを安定化させて、一方でエアロバフェッティングと、ステージの切り離しと、ロケットベクトルの衝撃荷重とからの高周波振動を減衰させるように設計されている。各振動制御コンポーネント(シーカハウジング20と、誘導ハウジング22と、搭載構造24と、機体26)が、それ自身の制御回路30を有するか、又は単一の制御回路30が、コンポーネントの全てにおける振動を制御するように構成され得る。   The piezoelectric fiber composite sensor / actuator 30 performs an “automatic adjustment” or vibration damping function. The piezoelectric fiber composite sensor / actuator 30 is configured to sense changes in motion (ie, vibration), generate an electrical signal, and send the electrical signal to the control circuit 32. The control circuit 32 measures the magnitude of the change and relays the signal back to the fiber sensor / actuator 30 to cure or mitigate the fiber sensor / actuator 30 to create an automatic adjustment or “smart” structure. Generate. In the exemplary embodiment, the sensor / actuator 30 and control circuit 32 stabilize the IMU and seeker from low frequency airframe vehicle loads, while aerobatting, stage decoupling, and rocket vector Designed to damp high frequency vibrations from impact loads. Each vibration control component (seeker housing 20, induction housing 22, mounting structure 24, and fuselage 26) has its own control circuit 30, or a single control circuit 30 provides vibration in all of the components. It can be configured to control.

本発明の振動制御コンポーネントは、構造に接着された又はさもなければ取り付けられた圧電ファイバ複合材料30の層を含み得る(図1bを参照)。或いは、好ましい実施形態では、圧電ファイバが構造自体の中に埋め込まれるように(図1aを参照)、圧電ファイバ複合材料30を使用して、コンポーネントが作られている。   The vibration control component of the present invention may include a layer of piezoelectric fiber composite 30 that is adhered or otherwise attached to the structure (see FIG. 1b). Alternatively, in a preferred embodiment, the component is made using a piezoelectric fiber composite 30 so that the piezoelectric fiber is embedded within the structure itself (see FIG. 1a).

図2aは、本発明に教示されている振動制御コンポーネントにおいて使用できる例示的な圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30の一部の簡略図である。図2bは、本発明に教示されている振動制御コンポーネントにおいて使用できる代わりの圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30の一部の簡略図である。圧電ファイバ複合材料30は、複数の圧電ファイバ42を含んでいる。複数の圧電ファイバ42は、並列に配置されていて、樹脂又はエポキシのようなマトリクス素材44によって囲まれている。複合材料30は、向かい合った2つの活性表面46、48を含んでいる。第1の電極50は、第1の活性表面46に配置されている。第2の電極52は、第2の活性表面48に配置されている。電極50、52は、制御回路32に接続される。例示的な実施形態において、電極50、52は、微小電極(interdigital electrode)である(図2bを参照)。圧電ファイバ42は、図2aに示されているように、活性表面46、48に対して垂直に整列されていても、図2bに示されているように、活性表面46、48に対して平行に整列されていても、又は、活性表面46、48に対してある角度で整列されていてもよい。例示的な実施形態において、圧電ファイバ42は、リラクサ材料で作られたジルコン酸チタン酸鉛(lead zirconium titanate, PZT)のセラミックファイバである。   FIG. 2a is a simplified diagram of a portion of an exemplary piezoelectric fiber composite sensor / actuator 30 that can be used in the vibration control component taught in the present invention. FIG. 2b is a simplified diagram of a portion of an alternative piezoelectric fiber composite sensor / actuator 30 that can be used in the vibration control component taught in the present invention. The piezoelectric fiber composite material 30 includes a plurality of piezoelectric fibers 42. The plurality of piezoelectric fibers 42 are arranged in parallel and surrounded by a matrix material 44 such as resin or epoxy. The composite material 30 includes two active surfaces 46, 48 facing each other. The first electrode 50 is disposed on the first active surface 46. The second electrode 52 is disposed on the second active surface 48. The electrodes 50 and 52 are connected to the control circuit 32. In the exemplary embodiment, the electrodes 50, 52 are interdigital electrodes (see FIG. 2b). The piezoelectric fiber 42 is aligned perpendicular to the active surfaces 46, 48, as shown in FIG. 2a, but parallel to the active surfaces 46, 48, as shown in FIG. 2b. Or may be aligned at an angle with respect to the active surfaces 46, 48. In the exemplary embodiment, piezoelectric fiber 42 is a lead zirconium titanate (PZT) ceramic fiber made of a relaxor material.

圧電ファイバ複合材料の作り方は、当技術において知られている。例えば、「ファイバの高い整合性を備えた広域ファイバ複合材料(LARGE-AREA FIBER COMPOSITE WITH HIGH FIBER CONSISTENCY)」という名称の、米国特許第6,620,287号を参照すべきである。この教示は、参照によってここに組み込まれている。複合材料構造の既知の製造方法を使用して、圧電ファイバをミサイルコンポーネントに低コストで統合することができる。   Methods for making piezoelectric fiber composite materials are known in the art. For example, reference should be made to US Pat. No. 6,620,287, entitled “LARGE-AREA FIBER COMPOSITE WITH HIGH FIBER CONSISTENCY”. This teaching is incorporated herein by reference. Using known manufacturing methods for composite structures, piezoelectric fibers can be integrated into missile components at low cost.

圧電ファイバ42は、(即ち、ミサイルの振動によって)変形される又は曲げられると、電流を生成し、逆に、電流又は電界に晒されると、曲がる。電極50と52は、ファイバ42において発生された電気信号を感知し、更に、制御回路32からの電気信号をファイバ42へ印加するように構成されている。   Piezoelectric fiber 42 generates a current when it is deformed or bent (ie, by missile vibration), and conversely, it bends when exposed to a current or electric field. Electrodes 50 and 52 are configured to sense the electrical signal generated in fiber 42 and further apply the electrical signal from control circuit 32 to fiber 42.

制御回路32は、電気アクチュエータ信号を発生する。電気アクチュエータ信号は、電極50と52とによってファイバ42に印加される。信号に応答して、ファイバ42が曲がって、構造を歪ませる。従って、ファイバ42に印加されるアクチュエータ信号の電圧を制御することによって、構造のスチフネスを制御して、更に、構造の周波数応答を調節することができる。更に、制御回路32は、ファイバ42から感知信号を受信して、感知信号を変調して、アクチュエータ信号を形成して、アクチュエータ信号をファイバ42に返して、振動を弱めることによって、アクティブな振動ダンピングを提供するように構成され得る。   The control circuit 32 generates an electric actuator signal. An electrical actuator signal is applied to the fiber 42 by the electrodes 50 and 52. In response to the signal, the fiber 42 bends and distorts the structure. Thus, by controlling the voltage of the actuator signal applied to the fiber 42, it is possible to control the stiffness of the structure and further adjust the frequency response of the structure. In addition, the control circuit 32 receives the sensing signal from the fiber 42, modulates the sensing signal to form an actuator signal, and returns the actuator signal to the fiber 42 to attenuate vibrations, thereby activating active vibration damping. Can be configured to provide.

図3は、本発明の例示的な実施形態に従って設計された振動制御回路32の簡略化されたブロック図である。例示的な実施形態において、制御回路32は、前もってプログラムされた複数の動作モードを含むように構成されている。各モードは、ミサイルの誘導システムによって提供されたモード選択信号に応じて、異なるアクチュエータ信号を発生する。モード選択信号は、ミサイルがどの動作段階(例えば、発射前、ブースタ段階、誘導飛行、等)であるかを示す。   FIG. 3 is a simplified block diagram of a vibration control circuit 32 designed in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. In the exemplary embodiment, control circuit 32 is configured to include a plurality of pre-programmed operating modes. Each mode generates a different actuator signal in response to a mode selection signal provided by the missile guidance system. The mode selection signal indicates which operational phase the missile is in (eg, pre-launch, booster phase, guided flight, etc.).

従って、様々な環境条件に適応させるように、振動制御コンポーネントの構造応答を変更することができる。例えば、特定の応用において、ブースタ段階が終了するまで、誘導システムは、ミサイルの操縦を引き継がない。誘導システムが操縦を制御していない場合に、IMUとシーカセンサとに対して硬いプラットフォームを提供することは、ブースタ段階中に(更に、発射前の操作中に)電子機器を保護すること程、重要ではない。この期間中は、ファイバ42のスチフネスを低減して、特に、電子機器に有害な周波数(例えば、高周波)における振動を減衰させるアクチュエータ信号を発生するように、制御回路32を構成することができる。誘導システムが操縦制御を引き継ごうとするときに、制御回路32は、「誘導モード」に切り替えて、ファイバ42のスチフネスを増加させて、安定したプラットフォームを提供するように構成されたアクチュエータ信号を発生する。更に、適切なdc電圧レベルでコンポーネントにアクチュエータ信号を印加することによって、例えば、構造間のモード結合を回避するように、又は誘導システムにとって悪影響をもたらし得る周波数における振動を減衰させるように、コンポーネントの周波数応答を制御することができる。   Thus, the structural response of the vibration control component can be altered to adapt to various environmental conditions. For example, in certain applications, the guidance system does not take over missile maneuvers until the booster phase is complete. Providing a rigid platform for the IMU and seeker sensor when the guidance system is not controlling maneuvering is as important as protecting the electronics during the booster phase (and also during pre-launch operations) is not. During this period, the control circuit 32 can be configured to generate actuator signals that reduce the stiffness of the fiber 42 and, in particular, attenuate vibrations at frequencies that are harmful to electronic equipment (eg, high frequencies). When the guidance system attempts to take over steering control, the control circuit 32 switches to a “guidance mode” to increase the stiffness of the fiber 42 and provide an actuator signal configured to provide a stable platform. appear. Furthermore, by applying an actuator signal to the component at an appropriate dc voltage level, for example, to avoid mode coupling between structures or to dampen vibrations at frequencies that can adversely affect the guidance system. The frequency response can be controlled.

更に、ステージの切り離し及びダイバート推進スラストのような特定のイベントは、大きな衝撃荷重を生成し得る。大きな衝撃荷重は、IMU及び/又はシーカセンサの読み出しを不確実にする。これらのイベントは、一般に、非常に短く、数ミリ秒程度である。これらのイベント中に、誘導システムをオフにして、不確実な読み出しを無視することが、好都合であり得る。次に、これらの衝撃荷重を軽減するように構成されたモードに、制御回路32を切り替えることができる。衝撃イベントの終了後に、制御回路32を誘導モードに再び切り替えることができる。   In addition, certain events such as stage detachment and divert propulsion thrust can generate large impact loads. Large impact loads can cause uncertain IMU and / or seeker sensor readings. These events are typically very short, on the order of a few milliseconds. During these events, it may be convenient to turn off the guidance system and ignore uncertain readouts. The control circuit 32 can then be switched to a mode configured to reduce these impact loads. After the end of the impact event, the control circuit 32 can be switched back to the guidance mode.

図3に示されている例示的な実施形態では、制御回路32は、論理60を含んでいて、論理60は、誘導システムからモード選択信号を受信して、選択されたモードに関連したパラメータをメモリ62からロードする。これらのパラメータは、どのアクチュエータ信号を発生すべきか(例えば、dc電圧成分、アクティブな振動ダンピングのためにセンサ信号をどのように変調すべきか、等)を定義している。例示的な実施形態では、各モードに対するパラメータを、ミサイルの試験中に決定して、次に、RAMモジュール62に記憶する。   In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, the control circuit 32 includes logic 60 that receives a mode selection signal from the guidance system and sets parameters associated with the selected mode. Load from memory 62. These parameters define which actuator signal should be generated (eg, dc voltage component, how to modulate the sensor signal for active vibration damping, etc.). In the exemplary embodiment, the parameters for each mode are determined during missile testing and then stored in RAM module 62.

更に、制御回路32は、論理64を含んでいて、論理64は、コンポーネントにおける振動の振幅と周波数とを測定するセンサ信号を受信して、センサ信号を変調して、感知した振動を減衰させるように構成されたアクチュエータ信号を形成する。アクチュエータ信号は、単に感知信号と位相の異なる信号であるか、又は、特定の周波数範囲における振動を減衰させることに焦点を当てるように構成された信号であり得る。センサ信号は、圧電ファイバ42によって提供され得る。圧電ファイバ42に振動が加えられると、圧電ファイバ42は電気信号を発生する。その代わりに、振動を測定する構造に別のセンサを取り付けてもよい。別のセンサも、圧電センサであってもよい。   In addition, the control circuit 32 includes logic 64 that receives sensor signals that measure the amplitude and frequency of vibrations in the component and modulates the sensor signals to attenuate the sensed vibrations. To form an actuator signal. The actuator signal may simply be a signal that is out of phase with the sense signal, or it may be a signal configured to focus on damping vibrations in a particular frequency range. The sensor signal can be provided by the piezoelectric fiber 42. When vibration is applied to the piezoelectric fiber 42, the piezoelectric fiber 42 generates an electrical signal. Alternatively, another sensor may be attached to the structure for measuring vibration. Another sensor may also be a piezoelectric sensor.

更に、制御回路32は、論理66を含んでいて、論理66は、dc電圧成分をアクチュエータ信号に加える。dc電圧は、ファイバ42のスチフネスを増加又は低減させて、選択されたモードに対して適切に構造の周波数応答を制御する。次に、最終的なアクチュエータ信号をファイバ42に印加する。   In addition, the control circuit 32 includes logic 66, which adds a dc voltage component to the actuator signal. The dc voltage increases or decreases the stiffness of the fiber 42 to control the frequency response of the structure appropriately for the selected mode. The final actuator signal is then applied to the fiber 42.

振動を減衰させるために特定の周波数又は周波数範囲に焦点を当てるために生成された、微調整された励磁信号を返すように、制御回路32を構成することができる。例示的な実施形態では、高周波においてファイバ42のコンプライアンスを増加させて、高周波振動を絶縁して、電子機器を保護し、一方で同時に、低周波においてファイバ42のスチフネスを増加させて、低周波のスチフネスと強度の性能を提供して、誘導システムのIMUとシーカの配置の制約を満たすように構成された励磁信号を返すように、制御回路32を構成することができる。更に、励磁信号は、特定の共振モードを減衰して、モード結合現象を打ち消して、シーカのLOSのジッタとスメアリングとを減衰させるように設計され得る。更に、振動を抑制するために、基本曲げモードを弱めるように、ミサイルコンポーネントを同調させることによって、航空機の飛行環境に起因する、キャプティブキャリーロード(captive carry load)を減衰させることができる。   The control circuit 32 can be configured to return a fine-tuned excitation signal that is generated to focus on a particular frequency or frequency range to dampen vibrations. In an exemplary embodiment, the compliance of the fiber 42 at high frequencies is increased to isolate high frequency vibrations and protect electronics, while at the same time increasing the stiffness of the fiber 42 at low frequencies to reduce low frequency The control circuit 32 can be configured to provide stiffness and strength performance and return an excitation signal configured to meet the IMU and seeker placement constraints of the guidance system. Further, the excitation signal can be designed to attenuate certain resonant modes, cancel mode coupling phenomena, and attenuate seeker LOS jitter and smearing. In addition, the captive carry load due to the flight environment of the aircraft can be attenuated by tuning the missile components to weaken the fundamental bending mode to suppress vibrations.

好ましい実施形態では、制御回路32は、小型のインターラミネートされたICチップ(interlaminated IC chip)において実施される。制御回路32は、例えば、ディスクリートな論理回路、FPGA、ASIC、等を使用して実施され得る。その代わりに、制御回路32は、マイクロプロセッサによって実行されるソフトウェアにおいて実施され得る。更に、本発明の教示から逸脱することなく、他の実施を使用してもよい。   In the preferred embodiment, the control circuit 32 is implemented in a small interlaminated IC chip. The control circuit 32 may be implemented using, for example, a discrete logic circuit, FPGA, ASIC, or the like. Instead, the control circuit 32 can be implemented in software executed by a microprocessor. In addition, other implementations may be used without departing from the teachings of the present invention.

圧電ファイバ複合材料30は、振動中に電気パルスを自分で発生するので、制御回路32に外部電源は必要ない。しかしながら、より高い電力の励磁信号が望ましい場合に、バッテリを加えて、制御回路32に追加電力を供給してもよい。   Since the piezoelectric fiber composite material 30 generates electric pulses by itself during vibration, the control circuit 32 does not require an external power source. However, if a higher power excitation signal is desired, a battery may be added to supply additional power to the control circuit 32.

従って、本発明の教示は、圧電ファイバ複合材料を備えたミサイルコンポーネントを使用し、構造の周波数応答を動的に同調させるように構成された集積回路によって前記圧電ファイバ複合材料を制御する振動制御を提供する。任意の周波数変調を変更するために、制御チップに、前部胴体のダイナミクスの最適化された同調を単にプログラムして、容易に実施することができるので、先行技術出願におけるように、広範囲の反復的な構造の動的解析は、最早必要ない。一般的なミサイル開発への取り組みの中で、シミュレーションの最適化の研究と、誘導ソフトウェア及びペイロードハードウェアの性能特性の変化と、環境負荷設計の発達と、テスト入力の修正とによって、構造コンポーネントの望ましい周波数の性能は変化し得る。この通常必要とされるシステム設計は、これまでに変わった。例えば、幾つかのアセンブリは、完全に設計変更された。本発明の教示は、(先行技術のように)構造を物理的に変えるのではなく、振動制御回路内のソフトウェアを修正して、周波数結合の性能パラメータをシフトすることによって、システムの構造力学を変えることができる。   Accordingly, the teachings of the present invention provide vibration control that uses a missile component with a piezoelectric fiber composite and controls the piezoelectric fiber composite with an integrated circuit configured to dynamically tune the frequency response of the structure. provide. To change any frequency modulation, the control chip can simply be programmed and easily implemented with optimized tuning of the front fuselage dynamics, so that a wide range of iterations can be achieved, as in the prior art application. Dynamic analysis of the structure is no longer necessary. In a general missile development effort, structural components will be studied through simulation optimization studies, changes in performance characteristics of guidance software and payload hardware, environmental load design development, and test input modifications. The desired frequency performance may vary. This normally required system design has changed in the past. For example, some assemblies have been completely redesigned. The teachings of the present invention do not physically change the structure (as in the prior art), but rather modify the software in the vibration control circuit to shift the frequency coupling performance parameters, thereby changing the structural dynamics of the system. Can be changed.

感知シーカとIMU機器とに安定したプラットフォームを提供する一方で、高周波振動から電子機器を保護するために、シーカ及び誘導システムの電子機器ハウジングに、この減衰方法を統合することができる。更に、重い構造補強材、受動的ダンピングマウント(即ち、ゴムマウント又はダッシュポット)、或いは能動的調整機構(例えば、シーカステアリングミラー)を追加する代わりに、この減衰方法を、隔壁と搭載構造とに統合して、電子機器の振動を更に減衰して、航空電子工学機器(avionic)及びシーカハウジングの重量を低減して、同じ動的性能を達成することができる。更に、圧電ファイバ複合材料技術を、ミサイルの機体に統合すると、機体の構造性能が向上して、ミサイルの機体の周波数応答を電子的に適合させることができる。   This attenuation method can be integrated into the electronic housing of the seeker and guidance system to provide a stable platform for the sensing seeker and IMU equipment while protecting the electronic equipment from high frequency vibrations. In addition, instead of adding heavy structural reinforcements, passive damping mounts (ie rubber mounts or dashpots), or active adjustment mechanisms (eg seeker steering mirrors), this damping method can be applied to the bulkhead and mounting structure. It can be integrated to further damp electronic equipment vibrations and reduce the weight of avionic and seeker housings to achieve the same dynamic performance. Furthermore, integrating piezoelectric fiber composite technology into the missile airframe can improve the structural performance of the airframe and electronically adapt the frequency response of the missile airframe.

本発明の教示は、任意のタイプのミサイルに応用することができる。図1と、図4と、図5は、本発明の教示に従って設計された振動制御コンポーネントを使用した、様々な例示的なミサイル設計を示している。図1aと図1bは、空対空又は地対空ミサイルに使用され得る設計を示している。図4は、空対空又は地対空ミサイル、例えば発展型シースパローミサイル(Evolved Sea Sparrow Missile, ESSM)に使用され得る別の設計を示している。図5a−5eは、運動エネルギ迎撃弾(Kinetic Energy Interceptor, KEI)ミサイルに使用され得る設計を示している。   The teachings of the present invention can be applied to any type of missile. 1, 4 and 5 illustrate various exemplary missile designs using vibration control components designed in accordance with the teachings of the present invention. Figures 1a and 1b show designs that may be used for air-to-air or surface-to-air missiles. FIG. 4 shows another design that may be used for air-to-air or surface-to-air missiles, such as Evolved Sea Sparrow Missile (ESSM). Figures 5a-5e illustrate designs that may be used for Kinetic Energy Interceptor (KEI) missiles.

図4は、本発明の別の実施形態に従って設計された振動制御コンポーネントを備えた例示的なミサイル10'の分解組立図である。この実施形態において、ミサイル10'は、搭載構造24'を含んでいる。搭載構造24'は、ミサイルの機体(図示されていない)に取り付けられた軸方向のビームである。本発明の教示によると、搭載ビーム24'とミサイルの機体との両者が、圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータを含んでいる。複数の電子コンポーネントが、搭載ビーム24'に搭載されていて、各電子コンポーネントは、圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータを含んでいる振動制御ハウジング22に収容されている。更に、圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータを含んでいるシーカハウジング20が、搭載ビーム24'に搭載されている。   FIG. 4 is an exploded view of an exemplary missile 10 ′ with vibration control components designed in accordance with another embodiment of the present invention. In this embodiment, the missile 10 'includes a mounting structure 24'. The mounting structure 24 'is an axial beam attached to a missile airframe (not shown). In accordance with the teachings of the present invention, both the mounting beam 24 'and the missile airframe include piezoelectric fiber composite sensors / actuators. A plurality of electronic components are mounted on the mounting beam 24 ', and each electronic component is housed in a vibration control housing 22 containing a piezoelectric fiber composite sensor / actuator. In addition, a seeker housing 20 containing a piezoelectric fiber composite sensor / actuator is mounted on the mounting beam 24 '.

図5aは、本発明の別の実施形態に従って設計された振動制御コンポーネントを備えた運動エネルギ迎撃弾(KEI)ミサイル10''の断面図である。ペイロードのカバーが外されて任意のRVと実行可能なデコイとが展開される、中間軌道における弾道の上昇に先立って、ブースト段階中に、敵のミサイルを迎撃するように、KEIミサイルは構成されている。更に、ブースタ段階の迎撃は、迎撃中に散布された任意の有毒物質を、核兵器、生物兵器、又は神経ガス兵器であってもなくても、領域中に配置された防衛軍の最低義務で、発生源の国に戻すことを示唆する。KEIのミッションにとって、標的までの時間は重大である。従って、迎撃弾の敏捷性を最大化するために、高性能で軽量の機体と電子機器パッケージ技術とが必要である。図5aに示されているように、KEIミサイル10''は、2段のブースタ70と、3段目のロケットモータ14''と、撃墜弾12''とを含んでいる。   FIG. 5a is a cross-sectional view of a kinetic energy interceptor (KEI) missile 10 ″ with a vibration control component designed in accordance with another embodiment of the present invention. KEI missiles are configured to intercept enemy missiles during the boost phase prior to ballistic ascent in intermediate orbits where the payload is uncovered and any RV and viable decoy is deployed. ing. In addition, the booster stage of interception is the lowest duty of defense forces deployed in the territory, whether any toxic material dispersed during the interception, whether nuclear weapons, biological weapons, or nerve gas weapons, Suggest returning to the country of origin. For KEI missions, time to target is critical. Therefore, to maximize the agility of interceptor bullets, high performance and lightweight airframe and electronics packaging technologies are required. As shown in FIG. 5a, the KEI missile 10 "includes a two-stage booster 70, a third-stage rocket motor 14", and a shootout 12 ".

図5bは、図5aのKEIミサイル10''の撃墜弾12''とロケットモータ14''との簡略化した概略図である。撃墜弾12''は、シーカアセンブリ16と、誘導システムの電子機器18と、横方向推進システム72とを含んでいる。撃墜弾12''のコンポーネントは、段間アダプタ構造74によってロケットモータ14''に取り付けられる。   FIG. 5b is a simplified schematic diagram of the grenade 12 '' and rocket motor 14 '' of the KEI missile 10 '' of FIG. 5a. The grenade 12 ″ includes a seeker assembly 16, guidance system electronics 18, and a lateral propulsion system 72. The components of the grenade 12 ″ are attached to the rocket motor 14 ″ by an interstage adapter structure 74.

図5cは、撃墜弾12''の内部コンポーネントの三次元の図である。撃墜弾12''は、横方向推進システム72を含んでいる。横方向推進システム72は、搭載構造24''に取り付けられた流体のボトル82と、複数のノズル80とを含んでいる。前方部の電子機器アセンブリ18は、IMUと誘導システムの電子機器とを含んでいる。前方部の電子機器アセンブリ18は、搭載構造24’’の前端部に取り付けられている。シーカアセンブリ16は、前方部の電子機器アセンブリ18に取り付けられている。機尾の電子機器アセンブリ84は、搭載構造24''の後部に取り付けられている。搭載構造24''は、段間アダプタ74に取り付けられている。   FIG. 5c is a three-dimensional view of the internal components of the shootout 12 ″. The grenade 12 ″ includes a lateral propulsion system 72. The lateral propulsion system 72 includes a fluid bottle 82 attached to the mounting structure 24 ″ and a plurality of nozzles 80. The front electronics assembly 18 includes the IMU and guidance system electronics. The front electronics assembly 18 is attached to the front end of the mounting structure 24 ''. The seeker assembly 16 is attached to the front electronics assembly 18. The aft electronics assembly 84 is attached to the rear of the mounting structure 24 ''. The mounting structure 24 ″ is attached to the interstage adapter 74.

本発明の教示によると、搭載構造24''とミサイルの機体(図示されていない)は各々、圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30と制御回路32とを含んでいて、当該圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30と制御回路32は、コンポーネントの構造応答を同調させてシーカとIMUとに安定したプラットフォームを提供し、一方で高周波振動を減衰させるように構成されている。前方部の電子機器アセンブリ18と機尾の電子機器アセンブリ84は各々、電子機器ハウジング22に収容されている。電子機器ハウジング22は、圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30と制御回路32とを含んでいて、当該圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30と制御回路32は、電子機器アセンブリにおける振動を弱めるように構成されている。シーカアセンブリ16は、シーカハウジング20を含んでいる。シーカハウジング20も、シーカコンポーネントに安定したプラットフォームを提供し、一方で振動を減衰させるために、圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30と制御回路32とを含んでいる。図5dは、本発明の教示の例示的な実施形態に従って設計されたシーカハウジング20の三次元の図である。   In accordance with the teachings of the present invention, the mounting structure 24 '' and the missile airframe (not shown) each include a piezoelectric fiber composite sensor / actuator 30 and a control circuit 32, wherein the piezoelectric fiber composite Sensor / actuator 30 and control circuit 32 are configured to tune the structural response of the components to provide a stable platform for the seeker and IMU, while damping high frequency vibrations. The front electronics assembly 18 and the tail electronics assembly 84 are each housed in an electronics housing 22. The electronics housing 22 includes a piezoelectric fiber composite sensor / actuator 30 and a control circuit 32 such that the piezoelectric fiber composite sensor / actuator 30 and control circuit 32 attenuate vibrations in the electronics assembly. It is configured. Seeker assembly 16 includes a seeker housing 20. Seeker housing 20 also includes a piezoelectric fiber composite sensor / actuator 30 and control circuit 32 to provide a stable platform for the seeker component while damping vibration. FIG. 5d is a three-dimensional view of a seeker housing 20 designed in accordance with an exemplary embodiment of the present teachings.

推進システム72によって発生するダイバートスラスト力は、ジッタとスメアのダイナミクスを引き起こし得る。ジッタとスメアのダイナミクスは、シーカの分解能と、ミサイルの誘導と、操縦とに影響を及ぼす。図6aは、ミサイルのLOSがミサイルの硬いボディラインに対して角度ΔΘであるような、ミサイルの曲がりを示す図である。図6bは、ミサイルの曲げ角度対時間のグラフである。本発明の教示によると、更に、振動制御コンポーネントは、推進点火中に生じるLOSのジッタとスメアとを軽減するように構成され得る。 The divert thrust force generated by the propulsion system 72 can cause jitter and smear dynamics. Jitter and smear dynamics affect seeker resolution, missile guidance, and maneuvering. FIG. 6a shows a missile bend such that the LOS of the missile is at an angle ΔΘ S with respect to the missile's hard body line. FIG. 6b is a graph of missile bending angle versus time. Further in accordance with the teachings of the present invention, the vibration control component can be configured to mitigate LOS jitter and smear that occurs during propulsion ignition.

図5eは、例示的な段間アダプタ18の三次元の図である。KEIの段間アダプタ74は、撃墜弾12''と、ブースタの積み重ね(stack-up)との間の中継構造として、多くの機能の役割を果たす。段間アダプタ74は、大きな構造ではないが、燃焼速度が迎撃弾の前部の重量に非常に影響を受け易いので、軽量であるべきである。更に、段間アダプタ74は、撃墜弾の揺れ空間内の過度の撓みを排除するように、十分に強く且つ剛性であるべきである。これは、覆いのノーズコーンに衝撃を与えないことを確実にする。   FIG. 5 e is a three-dimensional view of an exemplary interstage adapter 18. The KEI interstage adapter 74 serves many functions as a relay structure between the grenade 12 ″ and the stack-up of the booster. The interstage adapter 74 is not a large structure, but should be lightweight because the burning rate is very sensitive to the weight of the front of the interceptor. Furthermore, the interstage adapter 74 should be sufficiently strong and rigid so as to eliminate excessive deflection in the grenade sway space. This ensures that the covering nose cone is not impacted.

本発明の教示によると、段間アダプタ74も、圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30と制御回路32とを含んでいて、当該圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ30と制御回路32は、撃墜弾12''に伝わる振動を減衰して、撃墜弾12''に対して、衝撃及び振動の環境の厳しさを軽減するように構成されている。更に、撃墜弾/アダプタの共振結合を回避するために、共振特性を調節することができる。アダプタ構造74を電子的に同調させて、撃墜弾と迎撃弾ブースタとの間に機体の十分なスチフネスを提供して、IMUの機能を可能にして、一方で、繊細な撃墜弾の電子機器とシーカアセンブリとを損傷しないように、高周波荷重を減衰させるように十分にコンプライアントにできることが、最も重要である。   In accordance with the teachings of the present invention, the interstage adapter 74 also includes a piezoelectric fiber composite sensor / actuator 30 and a control circuit 32, the piezoelectric fiber composite sensor / actuator 30 and the control circuit 32 being It is configured to attenuate the vibration transmitted to 12 ″ and reduce the severity of the impact and vibration environment for the grenade 12 ″. Furthermore, the resonance characteristics can be adjusted in order to avoid resonant coupling of the grenade / adapter. The adapter structure 74 is electronically tuned to provide sufficient airframe stiffness between the shooter and interceptor booster to allow the IMU function, while the delicate grenade electronics and It is most important to be able to be sufficiently compliant to attenuate high frequency loads so as not to damage the seeker assembly.

このように、本発明は、特定の応用に対する特定の実施形態に関連してここに記載されている。本発明の教示にアクセスする当業者は、本発明の範囲内の追加の変更と、応用と、実施形態とが分かるであろう。   Thus, the present invention has been described herein with reference to a particular embodiment for a particular application. Those skilled in the art having access to the teachings of the present invention will recognize additional modifications, applications, and embodiments within the scope of the present invention.

従って、請求項は、本発明の範囲内における任意及び全てのこのような応用と、変更と、実施形態とをカバーすることを意図している。   Accordingly, the claims are intended to cover any and all such applications, modifications, and embodiments within the scope of the present invention.

10・・・ミサイル、12・・・前部胴体アセンブリ、12''・・・撃墜弾、14,14''・・・ミサイルの弾頭部及び/又はロケットモータ、16・・・シーカアセンブリ、18・・・誘導システム、20,22・・・電子機器ハウジング、24,24''・・・搭載構造、26・・・ミサイルの機体、30・・・圧電ファイバ複合材料のセンサ/アクチュエータ、42・・・圧電ファイバ、44・・・マトリクス素材、46,48・・・活性表面、50・・・第1の電極、52・・・第2の電極、70・・・ブースタ、72・・・横方向推進システム、74・・・段間アダプタ、80・・・ノズル、82・・・流体のボトル、84・・・電子機器アセンブリ。   10 ... missile, 12 ... front fuselage assembly, 12 "... grenade, 14, 14" ... missile warhead and / or rocket motor, 16 ... seeker assembly, 18 ... Induction system, 20,22 ... Electronic equipment housing, 24,24 '' ... Mounting structure, 26 ... Missile airframe, 30 ... Sensor / actuator of piezoelectric fiber composite material, 42. ..Piezoelectric fiber, 44 ... Matrix material, 46,48 ... Active surface, 50 ... First electrode, 52 ... Second electrode, 70 ... Booster, 72 ... Horizontal Directional propulsion system, 74 ... Interstage adapter, 80 ... Nozzle, 82 ... Bottle of fluid, 84 ... Electronics assembly.

Claims (40)

上部又は内部に配置された複数の圧電ファイバを有するハウジング構造と、
前記圧電ファイバによって提供されたセンサ信号に応答して、前記ハウジング構造の構造応答を電子的に同調させるために、制御信号を発生する制御回路と、
を具備する、ハウジングであって、
前記圧電ファイバは、前記ハウジング構造における変形に応答して、前記センサ信号を発生するように構成されており、
更に、前記圧電ファイバは、前記ハウジング構造の前記構造応答を同調させる前記制御信号に応答して、前記ハウジング構造を変形させるように構成されている、ハウジング。
A housing structure having a plurality of piezoelectric fibers disposed on or in the upper part;
A control circuit that generates a control signal to electronically tune the structural response of the housing structure in response to a sensor signal provided by the piezoelectric fiber;
A housing comprising:
The piezoelectric fiber is configured to generate the sensor signal in response to deformation in the housing structure;
Furthermore, the piezoelectric fiber is configured to deform the housing structure in response to the control signal that tunes the structural response of the housing structure.
前記圧電ファイバは、前記制御信号に応答して、前記ハウジング構造のスチフネスを増加又は低減させるように構成可能であり、
前記変形に応答して前記センサ信号を発生する前記圧電ファイバのうちの少なくとも幾つかは、前記制御信号に応答して前記ハウジング構造を変形させる前記圧電ファイバと同じ圧電ファイバを含む、請求項1のハウジング。
The piezoelectric fiber can be configured to increase or decrease the stiffness of the housing structure in response to the control signal;
The at least some of the piezoelectric fibers that generate the sensor signal in response to the deformation include the same piezoelectric fiber as the piezoelectric fiber that deforms the housing structure in response to the control signal. housing.
前記制御回路は、前記センサ信号の周波数成分に基づいて、前記圧電ファイバに前記ハウジング構造の周波数応答を同調させるために、前記制御信号を発生するように構成されている、請求項1のハウジング。   The housing of claim 1, wherein the control circuit is configured to generate the control signal based on a frequency component of the sensor signal to tune the frequency response of the housing structure to the piezoelectric fiber. 前記制御回路は、複数の動作モードを含み、
各動作モードは、異なる構造応答を提供する異なる制御信号を発生するように構成されており、
前記動作モードは、ブースタモードと、誘導モードと、を具備し、
前記ブースタモード中に、前記制御回路は、より高い周波数において振動を減衰させるために、前記圧電ファイバのコンプライアンスを増加させることによってスチフネスを低減させる制御信号を発生するように構成されており、
前記誘導モード中に、前記制御回路は、より低い周波数において前記圧電ファイバのスチフネスを増加させる制御信号を発生するように構成されている、請求項1のハウジング。
The control circuit includes a plurality of operation modes,
Each operating mode is configured to generate a different control signal that provides a different structural response,
The operation mode includes a booster mode and a guidance mode,
During the booster mode, the control circuit is configured to generate a control signal that reduces stiffness by increasing compliance of the piezoelectric fiber to dampen vibration at higher frequencies;
2. The housing of claim 1, wherein during the induction mode, the control circuit is configured to generate a control signal that increases the stiffness of the piezoelectric fiber at a lower frequency.
前記圧電ファイバは、前記ハウジング構造に取り付けられた複合材料に埋め込まれている、請求項1のハウジング。   The housing of claim 1, wherein the piezoelectric fiber is embedded in a composite material attached to the housing structure. 前記ハウジング構造は、前記圧電ファイバを含んでいる複合材料から作られている、請求項1のハウジング。   The housing of claim 1, wherein the housing structure is made from a composite material comprising the piezoelectric fiber. 前記ブースタモード中に、前記制御回路は、前記圧電ファイバによって感知された振動に基づいて前記制御信号を変調することによって、より高い周波数において振動を減衰させる前記制御信号を発生するように構成されている、請求項4のハウジング。   During the booster mode, the control circuit is configured to generate the control signal that attenuates vibration at a higher frequency by modulating the control signal based on vibration sensed by the piezoelectric fiber. The housing of claim 4. 誘導システムが操縦制御を引き継ぐに直前に、前記制御回路が前記誘導モードに切り替わるように構成されている、請求項7のハウジング。   8. The housing of claim 7, wherein the control circuit is configured to switch to the guidance mode immediately before a guidance system takes over steering control. 前記動作モードは、ステージ切り離しモードを更に含み、
前記ステージ切り離しモード中に、前記制御回路は、ステージの切り離しに関連する衝撃を軽減する制御信号を発生するように構成されている、請求項8のハウジング。
The operation mode further includes a stage separation mode,
9. The housing of claim 8, wherein during the stage disconnect mode, the control circuit is configured to generate a control signal that mitigates shock associated with stage disconnect.
前記センサ信号を前記制御回路に提供し、前記制御回路に対して前記制御信号を前記圧電ファイバに提供するために、複数の圧電ファイバは、1つ以上の電極を具備しており、
前記制御回路は、所定の周波数において前記ハウジング構造の振動を減衰させるように構成された前記制御信号を発生する論理を含んでいる、請求項1のハウジング。
In order to provide the sensor signal to the control circuit and provide the control signal to the piezoelectric fiber to the control circuit, the plurality of piezoelectric fibers include one or more electrodes,
The housing of claim 1, wherein the control circuit includes logic to generate the control signal configured to dampen vibrations of the housing structure at a predetermined frequency.
前記制御回路は、所定の周波数において前記圧電ファイバのスチフネス又はコンプライアンスを増加させるように構成された前記制御信号を発生する論理を含んでいる、請求項11のハウジング。   12. The housing of claim 11, wherein the control circuit includes logic for generating the control signal configured to increase the stiffness or compliance of the piezoelectric fiber at a predetermined frequency. 前記制御信号は、高周波において前記圧電ファイバのコンプライアンスを増加させて、前記ハウジング構造内に収容されている装置が敏感に反応する高周波振動を、弱めるように構成されている、請求項12のハウジング。   The housing of claim 12, wherein the control signal is configured to increase compliance of the piezoelectric fiber at high frequencies to attenuate high frequency vibrations to which the devices contained within the housing structure react sensitively. 前記ハウジング構造が、前記ハウジング構造内に収容されている装置に対して安定したプラットフォームを提供するように、前記制御信号は、低周波において前記圧電ファイバのスチフネスを増加させるように更に構成されている、請求項13のハウジング。   The control signal is further configured to increase the stiffness of the piezoelectric fiber at low frequencies so that the housing structure provides a stable platform for devices contained within the housing structure. The housing of claim 13. 前記圧電ファイバは、前記ハウジング構造における動きを感知して、前記動きに応答して、センサ信号を発生するように更に構成されている、請求項11のハウジング。   The housing of claim 11, wherein the piezoelectric fiber is further configured to sense movement in the housing structure and generate a sensor signal in response to the movement. 前記制御回路は、前記センサ信号を変調して、前記センサ信号によって感知された振動を減衰させるように構成された制御信号を発生するように構成されている、請求項15のハウジング。   The housing of claim 15, wherein the control circuit is configured to modulate the sensor signal to generate a control signal configured to attenuate vibrations sensed by the sensor signal. 前記制御回路は、複数の動作モードを含み、
各動作モードは、異なる構造応答を提供する異なる制御信号を発生するように構成されており、
前記動作モードは、ブースタモードと、誘導モードと、を具備し、
前記ブースタモード中に、前記制御回路は、より高い周波数において振動を減衰させるために、前記圧電ファイバのコンプライアンスを増加させることによってスチフネスを低減させる前記制御信号を発生するように構成されており、
前記誘導モード中に、前記制御回路は、より低い周波数において前記圧電ファイバのスチフネスを増加させる前記制御信号を発生するように構成されている、請求項11のハウジング。
The control circuit includes a plurality of operation modes,
Each operating mode is configured to generate a different control signal that provides a different structural response,
The operation mode includes a booster mode and a guidance mode,
During the booster mode, the control circuit is configured to generate the control signal that reduces stiffness by increasing compliance of the piezoelectric fiber to dampen vibrations at higher frequencies;
12. The housing of claim 11, wherein during the inductive mode, the control circuit is configured to generate the control signal that increases the stiffness of the piezoelectric fiber at a lower frequency.
前記制御回路は、
前記動作モードのうちの1つを選択する信号を受信して、前記信号に従って、前記選択されたモードに対応する前記制御信号を発生する手段を含む、請求項18のハウジング。
The control circuit includes:
19. The housing of claim 18, comprising means for receiving a signal for selecting one of the operating modes and generating the control signal corresponding to the selected mode in accordance with the signal.
前記ハウジングは、電子機器のハウジングである、請求項1のハウジング。   The housing of claim 1, wherein the housing is an electronic device housing. 前記ハウジングは、ミサイルの機体である、請求項1のハウジング。   The housing of claim 1, wherein the housing is a missile airframe. ハウジング構造と、制御回路と、を具備する、電子機器ハウジングであって、
前記ハウジング構造は、複数の圧電ファイバを含んでいる複合材料から作られていて、
前記複数の圧電ファイバは、
前記ハウジング構造における変形に応答して、電気信号を発生し、
前記圧電ファイバに印加された励磁信号に応答して、前記ハウジング構造を変形させるように構成されていて、
前記制御回路は、
前記圧電ファイバから前記電気信号を受信して、
前記電気信号を変調して、
前記ハウジング構造の周波数応答を同調させるために、所定の周波数において前記圧電ファイバのスチフネス又はコンプライアンスを増加させるように構成された励磁信号を形成して、
前記励磁信号を前記圧電ファイバに印加するように構成されていて、
前記電気信号は、前記ハウジング構造の前記変形に関連する周波数成分を含み、
前記制御回路は、前記周波数成分に基づいて前記ハウジング構造の前記周波数応答を同調させるために、前記励磁信号を発生する、電子機器ハウジング。
An electronic device housing comprising a housing structure and a control circuit,
The housing structure is made of a composite material including a plurality of piezoelectric fibers;
The plurality of piezoelectric fibers are:
In response to deformation in the housing structure, generating an electrical signal;
In response to an excitation signal applied to the piezoelectric fiber, the housing structure is configured to be deformed,
The control circuit includes:
Receiving the electrical signal from the piezoelectric fiber;
Modulating the electrical signal;
Forming an excitation signal configured to increase the stiffness or compliance of the piezoelectric fiber at a predetermined frequency to tune the frequency response of the housing structure;
The excitation signal is configured to be applied to the piezoelectric fiber,
The electrical signal includes a frequency component associated with the deformation of the housing structure;
The electronic device housing, wherein the control circuit generates the excitation signal to tune the frequency response of the housing structure based on the frequency component.
機体構造と、制御回路と、を具備する、ミサイルの機体であって、
前記機体構造は、複数の圧電ファイバを含んでいる複合材料から作られており、
前記複数の圧電ファイバは、
前記機体構造における変形に応答して、電気信号を発生し、
前記圧電ファイバに印加された励磁信号に応答して、前記機体構造を変形させるように構成されていて、
前記制御回路は、
前記圧電ファイバから前記電気信号を受信して、
前記電気信号を変調して、
前記機体構造の周波数応答を同調させるために、所定の周波数において前記圧電ファイバのスチフネス又はコンプライアンスを増加させるように構成された励磁信号を形成して、
前記励磁信号を前記圧電ファイバに印加するように構成されていて、
前記電気信号は、前記機体構造の前記変形に関連する周波数成分を含み、
前記制御回路は、前記周波数成分に基づいて前記機体構造の前記周波数応答を同調させる前記励磁信号を発生する、ミサイルの機体。
A missile fuselage comprising a fuselage structure and a control circuit,
The fuselage structure is made of a composite material that includes a plurality of piezoelectric fibers;
The plurality of piezoelectric fibers are:
In response to deformation in the airframe structure, an electrical signal is generated,
In response to an excitation signal applied to the piezoelectric fiber, the airframe structure is configured to be deformed,
The control circuit includes:
Receiving the electrical signal from the piezoelectric fiber;
Modulating the electrical signal;
Forming an excitation signal configured to increase the stiffness or compliance of the piezoelectric fiber at a predetermined frequency to tune the frequency response of the airframe structure;
The excitation signal is configured to be applied to the piezoelectric fiber,
The electrical signal includes a frequency component related to the deformation of the airframe structure;
The missile airframe, wherein the control circuit generates the excitation signal that tunes the frequency response of the airframe structure based on the frequency component.
搭載構造と、制御回路と、を具備する、マウント構造であって、
前記搭載構造は、複数の圧電ファイバを含んでいる複合材料から作られていて、
前記複数の圧電ファイバは、
前記搭載構造における変形に応答して、電気信号を発生し、
前記圧電ファイバに印加された励磁信号に応答して、前記搭載構造を変形させるように構成されていて、
前記制御回路は、
前記圧電ファイバから前記電気信号を受信して、
前記電気信号を変調して、
前記搭載構造の周波数応答を同調させるために、所定の周波数において前記圧電ファイバのスチフネス又はコンプライアンスを増加させるように構成された励磁信号を形成して、
前記励磁信号を前記圧電ファイバに印加するように構成されていて、
前記電気信号は、前記搭載構造の前記変形に関連する周波数成分を含み、
前記制御回路は、前記周波数成分に基づいて前記搭載構造の前記周波数応答を同調させる前記励磁信号を発生する、マウント構造。
A mounting structure comprising a mounting structure and a control circuit,
The mounting structure is made of a composite material including a plurality of piezoelectric fibers;
The plurality of piezoelectric fibers are:
In response to deformation in the mounting structure, an electrical signal is generated,
In response to an excitation signal applied to the piezoelectric fiber, the mounting structure is configured to be deformed,
The control circuit includes:
Receiving the electrical signal from the piezoelectric fiber;
Modulating the electrical signal;
Forming an excitation signal configured to increase the stiffness or compliance of the piezoelectric fiber at a predetermined frequency to tune the frequency response of the mounting structure;
The excitation signal is configured to be applied to the piezoelectric fiber,
The electrical signal includes a frequency component related to the deformation of the mounting structure;
The mounting structure, wherein the control circuit generates the excitation signal that tunes the frequency response of the mounting structure based on the frequency component.
圧電ファイバを含んでいる構造における振動を制御する制御回路であって、
前記圧電ファイバは、
前記構造における前記変形に応答して、センサ信号を発生し、
前記圧電ファイバに印加された励磁信号に応答して、前記構造を変形させるように構成されていて、
前記制御回路は、第1の回路と、第2の回路と、を具備し、
前記第1の回路は、前記構造における前記変形に関連する周波数成分を含んでいる前記センサ信号を受信し、
前記第2の回路は、前記センサ信号を変調して、前記センサ信号の前記周波数成分に基づいて前記構造の構造応答を電子的に同調させるように構成された励磁信号を形成し、
前記変形に応答して前記センサ信号を発生する前記圧電ファイバの少なくとも一部は、前記圧電ファイバに印加された前記励磁信号に応答して前記構造を変形する圧電ファイバと同じ圧電ファイバである、制御回路。
A control circuit for controlling vibration in a structure including a piezoelectric fiber,
The piezoelectric fiber is
In response to the deformation in the structure, a sensor signal is generated,
Configured to deform the structure in response to an excitation signal applied to the piezoelectric fiber;
The control circuit includes a first circuit and a second circuit,
The first circuit receives the sensor signal including a frequency component associated with the deformation in the structure;
The second circuit modulates the sensor signal to form an excitation signal configured to electronically tune the structural response of the structure based on the frequency component of the sensor signal;
At least a portion of the piezoelectric fiber that generates the sensor signal in response to the deformation is the same piezoelectric fiber as the piezoelectric fiber that deforms the structure in response to the excitation signal applied to the piezoelectric fiber. circuit.
前記制御回路は、複数の動作モードを含み、
各動作モードは、異なる構造応答を提供する異なる制御信号を発生するように構成されていて、
前記動作モードは、ブースタモードと、誘導モードと、を具備し、
前記ブースタモード中に、前記第2の回路は、より高い周波数において振動を減衰させるために、前記圧電ファイバのコンプライアンスを増加させることによってスチフネスを低減させる前記励磁信号を発生するように構成されていて、
前記誘導モード中に、前記第2の回路は、より低い周波数において前記圧電ファイバのスチフネスを増加させる前記励磁信号を発生するように構成されている、請求項25の制御回路。
The control circuit includes a plurality of operation modes,
Each mode of operation is configured to generate a different control signal that provides a different structural response,
The operation mode includes a booster mode and a guidance mode,
During the booster mode, the second circuit is configured to generate the excitation signal that reduces stiffness by increasing compliance of the piezoelectric fiber to dampen vibrations at higher frequencies. ,
26. The control circuit of claim 25, wherein during the induction mode, the second circuit is configured to generate the excitation signal that increases the stiffness of the piezoelectric fiber at a lower frequency.
前記制御回路は、前記動作モードのうちの1つを選択する信号を受信する回路を更に含む、請求項26の制御回路。   27. The control circuit of claim 26, wherein the control circuit further includes a circuit that receives a signal that selects one of the operating modes. ミサイルの機体と、
ミサイルの飛行経路を制御する誘導システムと、
前記誘導システムを収容する第1のハウジングと、
制御回路と、
搭載構造と、
を具備する、ミサイルであって、
前記第1のハウジングは、複数の圧電ファイバを含んでいて、
前記複数の圧電ファイバは、
前記第1のハウジングにおける変形に応答して、センサ信号を発生し、
前記複数の圧電ファイバに印加された励磁信号に応答して、前記第1のハウジングを変形させるように構成されていて、
前記制御回路は、
前記搭載構造の前記変形に関連する周波数成分に応答して、前記第1のハウジングの構造応答を同調させるように構成された前記励磁信号を発生して、
前記圧電ファイバに前記励磁信号を印加するように構成されていて、
前記搭載構造は、前記第1のハウジングを前記ミサイルの機体に搭載する、ミサイル。
Missile aircraft,
A guidance system to control the missile flight path;
A first housing containing the guidance system;
A control circuit;
Mounting structure,
A missile comprising:
The first housing includes a plurality of piezoelectric fibers,
The plurality of piezoelectric fibers are:
In response to deformation in the first housing, generating a sensor signal;
In response to an excitation signal applied to the plurality of piezoelectric fibers, the first housing is configured to be deformed,
The control circuit includes:
Responsive to a frequency component associated with the deformation of the mounting structure to generate the excitation signal configured to tune the structural response of the first housing;
It is configured to apply the excitation signal to the piezoelectric fiber,
The mounting structure is a missile in which the first housing is mounted on a body of the missile.
前記制御回路は、複数の動作モードを含み、
各動作モードは、異なる構造応答を提供する異なる制御信号を発生するように構成されていて、
前記動作モードは、ブースタモードと、誘導モードと、を具備し、
前記ブースタモード中に、前記制御回路は、より高い周波数において振動を減衰させるために、前記圧電ファイバのコンプライアンスを増加させることによってスチフネスを低減させる励磁信号を発生するように構成されていて、
前記誘導モード中に、前記制御回路は、より低い周波数において前記圧電ファイバのスチフネスを増加させる励磁信号を発生するように構成されている、請求項28のミサイル。
The control circuit includes a plurality of operation modes,
Each mode of operation is configured to generate a different control signal that provides a different structural response,
The operation mode includes a booster mode and a guidance mode,
During the booster mode, the control circuit is configured to generate an excitation signal that reduces stiffness by increasing compliance of the piezoelectric fiber to dampen vibration at higher frequencies;
30. The missile of claim 28, wherein during the induction mode, the control circuit is configured to generate an excitation signal that increases the stiffness of the piezoelectric fiber at a lower frequency.
前記制御回路は、前記動作モードのうちの1つを選択するために、前記誘導システムから信号を受信するように構成されている、請求項29のミサイル。   30. The missile of claim 29, wherein the control circuit is configured to receive a signal from the guidance system to select one of the operating modes. 前記制御回路は、前記圧電ファイバから前記センサ信号を受信して、前記周波数成分に基づいて前記センサ信号を変調して、前記励磁信号を形成するように構成されている、請求項28のミサイル。   30. The missile of claim 28, wherein the control circuit is configured to receive the sensor signal from the piezoelectric fiber and modulate the sensor signal based on the frequency component to form the excitation signal. 前記ミサイルの機体は、第2の複数の圧電ファイバを含み、
前記第2の複数の圧電ファイバは、
前記ミサイルの機体における変形に応答して、第2のセンサ信号を発生し、
前記第2の複数の圧電ファイバに印加された第2の励磁信号に応答して、前記ミサイルの機体を変形させるように構成されている、請求項28のミサイル。
The missile fuselage includes a second plurality of piezoelectric fibers;
The second plurality of piezoelectric fibers includes:
In response to deformation of the missile body, generating a second sensor signal;
30. The missile of claim 28, configured to deform the missile fuselage in response to a second excitation signal applied to the second plurality of piezoelectric fibers.
前記搭載構造は、第3の複数の圧電ファイバを含み、
前記第3の複数の圧電ファイバは、
前記搭載構造における変形に応答して、第3のセンサ信号を発生し、
前記第3の複数の圧電ファイバに印加された第3の励磁信号に応答して、前記搭載構造を変形させるように構成されている、請求項32のミサイル。
The mounting structure includes a third plurality of piezoelectric fibers;
The third plurality of piezoelectric fibers includes:
Generating a third sensor signal in response to the deformation in the mounting structure;
33. The missile of claim 32, configured to deform the mounting structure in response to a third excitation signal applied to the third plurality of piezoelectric fibers.
前記制御回路は、
前記第1のハウジングと、前記ミサイルの機体と、前記搭載構造とにおける前記圧電ファイバに対して励磁信号を提供して、
前記第1のハウジングと、前記ミサイルの機体と、前記搭載構造とにおける構造応答を同調させるように構成されている、請求項33のミサイル。
The control circuit includes:
Providing an excitation signal to the piezoelectric fiber in the first housing, the missile body, and the mounting structure;
34. The missile of claim 33, configured to synchronize structural responses in the first housing, the missile fuselage, and the mounting structure.
前記制御回路は、励磁信号を提供するように構成されていて、
前記励磁信号は、
高周波において前記圧電ファイバのコンプライアンスを増加させて、高周波振動を絶縁して、誘導システムの電子機器を保護し、
低周波において前記圧電ファイバのスチフネスを増加させて、前記誘導システムに対して安定したプラットフォームを提供するように構成されている、請求項34のミサイル。
The control circuit is configured to provide an excitation signal;
The excitation signal is
Increase the compliance of the piezoelectric fiber at high frequency, insulate high frequency vibration, protect the induction system electronics,
35. The missile of claim 34, configured to increase the stiffness of the piezoelectric fiber at low frequencies to provide a stable platform for the guidance system.
前記ミサイルは、ミサイルの標的からの信号を感知するシーカアセンブリを更に含む、請求項28のミサイル。   30. The missile of claim 28, wherein the missile further includes a seeker assembly that senses a signal from a missile target. 前記ミサイルは、前記シーカアセンブリを収容する第2のハウジングを更に含み、
前記第2のハウジングは、複数の圧電ファイバを含み、
前記複数の圧電ファイバは、
前記第2のハウジングにおける変形に応答して、センサ信号を発生し、
前記複数の圧電ファイバに印加された励磁信号に応答して、前記第2のハウジングを変形させるように構成されている、請求項36のミサイル。
The missile further includes a second housing that houses the seeker assembly;
The second housing includes a plurality of piezoelectric fibers;
The plurality of piezoelectric fibers are:
In response to deformation in the second housing, generating a sensor signal;
40. The missile of claim 36, configured to deform the second housing in response to an excitation signal applied to the plurality of piezoelectric fibers.
前記制御回路は、励磁信号を前記第2のハウジングに提供するように構成されている、請求項37のミサイル。   38. The missile of claim 37, wherein the control circuit is configured to provide an excitation signal to the second housing. 前記励磁信号は、前記シーカアセンブリにおける見通し線のジッタとスメアリングとを減衰させるように構成されている、請求項38のミサイル。   40. The missile of claim 38, wherein the excitation signal is configured to attenuate line-of-sight jitter and smearing at the seeker assembly. ミサイルにおける振動を制御する方法であって、
前記ミサイルは、前記ミサイルの構造コンポーネントに統合された圧電ファイバを有し、
前記方法は、
前記構造コンポーネントにおける動きの変化を測定した、前記圧電ファイバからのセンサ信号を受信するステップと、
前記センサ信号を変調して、前記構造コンポーネントの構造応答を同調させるために、所定の周波数において前記圧電ファイバのスチフネス又はコンプライアンスを増加させるように構成された励磁信号を形成するステップと、
前記圧電ファイバに前記励磁信号を印加するステップと、を含み、
前記センサ信号の周波数成分に基づいて前記構造コンポーネントの構造応答を同調させるために、前記励磁信号を発生する、方法。
A method for controlling vibration in a missile,
The missile has a piezoelectric fiber integrated into the structural components of the missile;
The method
Receiving a sensor signal from the piezoelectric fiber that measures a change in motion in the structural component;
Forming an excitation signal configured to increase the stiffness or compliance of the piezoelectric fiber at a predetermined frequency to modulate the sensor signal to tune the structural response of the structural component;
Applying the excitation signal to the piezoelectric fiber,
Generating the excitation signal to tune the structural response of the structural component based on a frequency component of the sensor signal.
ブースタモードと誘導モードとを少なくとも具備する複数の動作モードのうちの1つを示す動作モード信号を、誘導システムから受信するステップと、
異なる構造応答を提供するために、前記動作モードの各々に対して異なる励磁信号を提供するステップと、
を更に具備する、請求項40の方法。
Receiving from the guidance system an operational mode signal indicative of one of a plurality of operational modes comprising at least a booster mode and a guidance mode;
Providing a different excitation signal for each of the operating modes to provide different structural responses;
41. The method of claim 40, further comprising:
前記ブースタモード中に、前記方法は、より高い周波数において振動を減衰させるために、前記圧電ファイバのコンプライアンスを増加させることによってスチフネスを低減させる前記励磁信号を発生するステップを含み、
前記誘導モード中に、前記方法は、より低い周波数において前記圧電ファイバのスチフネスを増加させる前記励磁信号を発生するステップを含む、請求項41の方法。
During the booster mode, the method includes generating the excitation signal to reduce stiffness by increasing compliance of the piezoelectric fiber to dampen vibrations at higher frequencies;
42. The method of claim 41, wherein during the induction mode, the method includes generating the excitation signal that increases the stiffness of the piezoelectric fiber at a lower frequency.
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