JP3016903B2 - Gas flow controller for gas generator for ram rocket - Google Patents

Gas flow controller for gas generator for ram rocket

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JP3016903B2
JP3016903B2 JP3129304A JP12930491A JP3016903B2 JP 3016903 B2 JP3016903 B2 JP 3016903B2 JP 3129304 A JP3129304 A JP 3129304A JP 12930491 A JP12930491 A JP 12930491A JP 3016903 B2 JP3016903 B2 JP 3016903B2
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gas flow
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田 行 生 宮
部 靖 渡
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、可燃性ガスと導入し
た外気とを混合して燃焼させるラムロケットにおいて、
前記可燃性ガスの供給源であるガスジェネレータに用い
られるガス流量制御装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ram rocket that mixes combustible gas with introduced outside air and burns the mixture.
The present invention relates to a gas flow control device used for a gas generator as a supply source of the combustible gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】ラムロケットは、例えば、昭和58年4
月に丸善が発行した「日本航空宇宙学会編・航空宇宙工
学便覧・増補板」の第655頁10・4・3に記載され
ている。
2. Description of the Related Art A ram rocket is disclosed in, for example,
It is described on page 655.10.4.3 of "Japanese Society of Aeronautics and Astronautics / Aerospace Engineering Handbook / Supplementary Plate" issued by Maruzen in March.

【0003】すなわち、ラムロケットは、頭部側からガ
スジェネレータおよび燃焼室を備えると共に、側部に
は、頭部側に開口し且つ前記燃焼室に連通するディフュ
ーザを備えている。前記ガスジェネレータには、燃料過
剰の組成を有する固体のサステーナ推進薬が装填してあ
り、燃焼室には、固体のブースタ推進薬が装填してあ
る。
[0003] That is, the ram rocket has a gas generator and a combustion chamber from the head side, and has a diffuser on the side part that opens to the head side and communicates with the combustion chamber. The gas generator is loaded with a solid sustainer propellant having a fuel rich composition, and the combustion chamber is loaded with a solid booster propellant.

【0004】上記ラムロケットは、ブースタ推進薬への
点火によって発進し、ブースト飛翔の終了とともに所定
の速度に達したところでサステーナ推進薬に点火し、前
記サステーナ推進薬の燃焼で生じた可燃性ガスと、ディ
フューザから導入した外気とを混合して燃焼室で連続的
に燃焼させることによって飛翔し続ける。
[0004] The ram rocket starts by igniting the booster propellant, ignites the sustainer propellant when a predetermined speed is reached upon completion of the boost flight, and combusts the combustible gas generated by the combustion of the sustainer propellant. The air continues to fly by mixing with outside air introduced from the diffuser and continuously burning in the combustion chamber.

【0005】ここで、上記したようなラムロケットに
は、図5に示すように、ガスジェネレータ100の噴射
ノズル101にガス流量制御装置を設け、ガスジェネレ
ータ100の内圧や導入した空気圧の変化等に応じて可
燃性ガスの流量を調整し、燃焼およびこれに伴う推力の
安定化を図るようにしたものがある。
Here, in the above-described ram rocket, as shown in FIG. 5, a gas flow rate control device is provided in an injection nozzle 101 of a gas generator 100 to change the internal pressure of the gas generator 100 or the introduced air pressure. In some cases, the flow rate of the flammable gas is adjusted in response to stabilize combustion and the resulting thrust.

【0006】前記ガスジェネレータ100は、内部にサ
ステーナ推進薬102が装填してあって、前記噴射ノズ
ル101を介して燃焼室103に連通している。前記噴
射ノズル101は、コンバージェント部101aに連続
したスロート部101bを有するものであって、前記コ
ンバージェント部101aには、その直径方向に貫通す
る駆動軸104と、ピントル105を噴射ノズル101
の軸線方向へ移動可能に保持するホルダ106とが設け
てある。
The gas generator 100 has a sustainer propellant 102 loaded therein and communicates with a combustion chamber 103 via the injection nozzle 101. The injection nozzle 101 has a throat portion 101b continuous with the convergent portion 101a, and the convergent portion 101a is provided with a drive shaft 104 penetrating in the diameter direction and a pintle 105 with the injection nozzle 101b.
And a holder 106 for holding the holder 106 so as to be movable in the axial direction.

【0007】前記駆動軸104は、一端部に、噴射ノズ
ルの外部に設けたサーボモータ107の減速機構108
が連結してあると共に、噴射ノズルの壁部との間にシー
ル材109が介装してある。前記ピントル105は、円
錐状の先端部をスロート部101bに延出させると共
に、基部には、前記駆動軸104に偏心位置を固着した
球状カム110が係合している。
The drive shaft 104 is provided at one end with a speed reduction mechanism 108 of a servomotor 107 provided outside the injection nozzle.
Are connected, and a seal material 109 is interposed between the seal member 109 and the wall of the injection nozzle. The pintle 105 has a conical tip extending to the throat portion 101b, and has a base engaged with a spherical cam 110 having an eccentric position fixed to the drive shaft 104.

【0008】上記のガス流量制御装置は、サーボモータ
107で駆動軸104をその軸まわりに回動させるのに
伴って、球状カム110を介してピントル105を噴射
ノズル101の軸線方向へ移動させることにより、スロ
ート部101bの開口面積を変化させて可燃性ガスの流
量を調整する。
The gas flow control device described above moves the pintle 105 in the axial direction of the injection nozzle 101 via the spherical cam 110 as the servomotor 107 rotates the drive shaft 104 around the axis. Thus, the flow area of the combustible gas is adjusted by changing the opening area of the throat portion 101b.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のガス流量制御装置にあっては、サステーナ推進薬1
02の燃焼速度〜燃焼圧力特性、および燃焼圧力〜燃焼
面積/ノズルスロート面積の関係から予め設定された位
置指令信号により、スロート部101bの開口面積を変
化させるべくピントル105の位置を制御しているだけ
であるため、前記サステーナ推進薬102の特性のばら
つきや温度感度等によって制御誤差が生じるという不具
合があった。また、ガスジェネレータ内の実際の圧力を
検出してフィードバック制御することにより、ガス流量
制御の精度を高めることが可能であるが、図4に示すよ
うに、燃焼圧力(PC )〜燃焼面積/ノズルスロート面
積(KN )の関係が非線形特性を有し、その低圧側と高
圧側とでは燃焼系ゲイン(Kb )がかなり異なり、制御
精度や安定性の圧力依存性が高く、しかもガスの温度
(TG1〜TG3)によって上記PC 〜KN の特性が大きく
変化するので、高い精度を維持し難くなることがあると
いう不具合があり、ガス流量制御の精度向上を図るうえ
での課題があった。
However, in the above conventional gas flow control device, the sustainer propellant 1
The position of the pintle 105 is controlled to change the opening area of the throat portion 101b by a position command signal set in advance from the relationship of the combustion speed to combustion pressure characteristics of 02 and the combustion pressure to combustion area / nozzle throat area. Therefore, there is a problem that a control error occurs due to variation in characteristics of the sustainer propellant 102, temperature sensitivity, and the like. Further, by detecting the actual pressure in the gas generator and performing feedback control, it is possible to increase the accuracy of the gas flow rate control. However, as shown in FIG. 4, the combustion pressure (P C ) to the combustion area / The relationship of the nozzle throat area (K N ) has nonlinear characteristics, and the combustion system gain (K b ) is significantly different between the low-pressure side and the high-pressure side, and the control accuracy and stability are highly pressure-dependent. since the temperature (T G1 ~T G3) the characteristics of the P C ~K N changes significantly, there is a disadvantage that it may be difficult to maintain high accuracy, problems in achieving the accuracy of the gas flow control was there.

【0010】[0010]

【発明の目的】この発明は、上記したような従来の課題
を解決するためになされたもので、ガスジェネレータの
噴射ノズルのスロート面積を変化させてガス流量を調整
する手段の制御系において、実際のガス流量をフィード
バックするとともに制御系のループゲインを自動調整す
ることにより、常に高精度のガス流量制御を行うことが
できるラムロケット用ガスジェネレータのガス流量制御
装置を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems .
Adjust gas flow rate by changing throat area of injection nozzle
In the control system of the means to perform, by feeding back the actual gas flow rate and automatically adjusting the loop gain of the control system, a gas flow control device of a ram rocket gas generator that can always perform high-precision gas flow control It is intended to provide.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この発明によるラムロケ
ット用ガスジェネレータのガス流量制御装置は、ガスジ
ェネレータ内で固体のガス発生剤の燃焼により可燃性ガ
スを発生させ、同ガスジェネレータの噴射ノズルから噴
射した可燃性ガスとディフューザから導入した外気とを
混合して燃焼させるに際して、前記噴射ノズルのガス流
量を調整する装置において、予め設定されたガス流量の
目標値を出力するジェネレータ基本制御手段と、噴射ノ
ズルのスロート面積を変化させてガス流量を調整する流
量調整手段と、ガスジェネレータの内圧を検出する圧力
センサと、ガスジェネレータ内のガスの温度を検出する
温度センサと、噴射ノズルのスロート面積の値、前記圧
力センサおよび温度センサによる各検出値から実ガス流
量を算出する演算器と、前記目標値と演算器の算出値と
を比較してその差に相当する信号を駆動信号として前記
流量調整手段に付与する比較制御手段と、前記圧力セン
サおよび温度センサによる各検出値をガス発生剤の燃焼
面積と噴射ノズルのスロート面積の比、圧力および温度
のマップで処理して前記比較制御手段にゲインスケジュ
ーリングデータを付与することにより流量調整手段の制
御系のループゲインを自動調整するゲインコントロー
ラ、を備えた構成としており、上記構成をもって課題を
解決するための手段としている。
According to the present invention, there is provided a gas flow control device for a ram rocket gas generator.
Combustible gas is generated by combustion of solid gas generant in the generator.
When the combustible gas injected from the injection nozzle of the gas generator and the outside air introduced from the diffuser are mixed and burned, the gas flow rate of the injection nozzle is adjusted. Generator basic control means for outputting the target value of the above, flow rate adjusting means for adjusting the gas flow rate by changing the throat area of the injection nozzle, a pressure sensor for detecting the internal pressure of the gas generator, and the temperature of the gas in the gas generator. A temperature sensor to detect, a throat area value of the injection nozzle, an arithmetic unit for calculating an actual gas flow rate from each detection value by the pressure sensor and the temperature sensor, and comparing the target value with a calculated value of the arithmetic unit. Comparison control means for giving a signal corresponding to the difference as a drive signal to the flow rate adjusting means, the pressure sensor and the temperature sensor. Combustion of the gas generating agent of each detected value of
The ratio of the area to the throat area of the injection nozzle, pressure and temperature are processed in a map and gain scheduling data is given to the comparison control means to control the flow rate adjustment means.
A gain controller for automatically adjusting the loop gain of the control system is provided, and the above configuration is used as means for solving the problem.

【0012】上記構成におけるガスジェネレータ基本制
御手段には、例えば、関数発生器が用いられ、ガス発生
剤の特性、燃焼面積、およびノズルスロート面積等の関
係をもとに、時間の経過に応じたガス流量の目標値が設
定してある。また、流量調整手段には、例えば、噴射ノ
ズルのスロート部に延出するピントルと、このピントル
の駆動機構が用いられ、この場合、前記ピントルの位置
検出信号をスロート面積の値として演算器に供給するこ
とが可能である。さらに、前記ゲインコトローラには、
燃焼圧力〜燃焼面積/ノズルスロート面積,燃焼温度の
マップが予め設定してある。
For example, a function generator is used as the gas generator basic control means in the above-described configuration, and the function generator responds to the passage of time based on the relationship between the characteristics of the gas generating agent, the combustion area, the nozzle throat area, and the like. The target value of the gas flow rate is set. In addition, for example, a pintle extending to the throat portion of the injection nozzle and a driving mechanism of the pintle are used as the flow rate adjusting means. In this case, the position detection signal of the pintle is supplied to the arithmetic unit as a value of the throat area. It is possible to Further, the gain controller includes:
A map of combustion pressure to combustion area / nozzle throat area and combustion temperature is preset.

【0013】[0013]

【発明の作用】この発明に係わるラムロケット用ガスジ
ェネレータのガス流量制御装置では、ガスジェネレータ
の噴射ノズルのスロート面積を変化させてガス流量を調
整するに際して、スロート面積の値、ガスジェネレータ
内の圧力および温度の値から得た実ガス流量と、目標値
との差に相当する信号を駆動信号とすることにより、
量調整手段の制御系においてガス流量をフィードバック
制御すると共に、ガスジェネレータ内の圧力および温度
の値をガス発生剤の燃焼面積と噴射ノズルのスロート面
積の比、圧力および温度のマップで処理し、これにより
得たゲインスケジューリングデータで流量調整手段の
御系のループゲインを自動調整する。
According to the gas flow control device for a gas generator for a ram rocket according to the present invention, the gas generator
When adjusting the gas flow rate by changing the throat area of the injection nozzle, a signal corresponding to the difference between the actual gas flow rate obtained from the throat area value, the pressure and temperature values in the gas generator, and the target value is driven. The signal makes the flow
The gas flow rate is feedback-controlled in the control system of the amount adjusting means, and the pressure and temperature values in the gas generator are controlled by the combustion area of the gas generating agent and the throat surface of the injection nozzle.
Processing is performed using a product ratio, pressure, and temperature map, and the loop scheduling gain of the control system of the flow rate adjusting means is automatically adjusted using gain scheduling data obtained thereby.

【0014】[0014]

【実施例】図1および図2はこの発明の一実施例を説明
する図であって、各図の左側が頭部側であり、右側が尾
部側である。
1 and 2 are views for explaining one embodiment of the present invention. The left side of each figure is the head side, and the right side is the tail side.

【0015】ラムロケットRは、図2に示すように、ガ
スジェネレータ1の尾部に燃焼室4を備えるとともに、
側部に、複数のディフューザ14を備えている。また、
ガスジェネレータ1の頭部側には、後述するピントル1
2の駆動機構17が搭載してあり、さらに前記駆動機構
17の頭部側には、飛翔に必要な機器類を搭載するため
のノーズコーン(図示せず)を連結する。
As shown in FIG. 2, the ram rocket R has a combustion chamber 4 at the tail of the gas generator 1,
On the side, a plurality of diffusers 14 are provided. Also,
On the head side of the gas generator 1, a pintle 1
A second drive mechanism 17 is mounted, and a nose cone (not shown) for mounting equipment necessary for flying is connected to the head side of the drive mechanism 17.

【0016】前記燃焼室4には、固体のブースタ推進薬
30が装填してある。このため、燃焼室4の尾部に設け
たラムジェット用ノズル31の内側には、クランプ32
を用いてロケット用ノズル33が分離可能に組み込んで
あり、さらにロケット用ノズル33の内側には、ブース
タ推進薬30に点火するためのイグナイタ34が取り付
けてある。
The combustion chamber 4 is loaded with a solid booster propellant 30. Therefore, a clamp 32 is provided inside a ramjet nozzle 31 provided at the tail of the combustion chamber 4.
The rocket nozzle 33 is detachably incorporated by using a rocket, and an igniter 34 for igniting the booster propellant 30 is mounted inside the rocket nozzle 33.

【0017】前記ディフューザ14は、当該ラムロケッ
トRの頭部側に開口するとともに、前記燃焼室4の頭部
寄りに連通しており、燃焼室4内への開口部分がポート
カバー35で閉塞してある。前記ポートカバー35のデ
ィフューザ14側の面には、火工品35aが取付けてあ
る。また、前記ディフューザ14の尾部側には、収納部
36が連設してあって、この収納部36内に、前記火工
品35aを作動させるためのポートカバー解除装置37
が収納してある。
The diffuser 14 opens toward the head of the ram rocket R and communicates with the combustion chamber 4 near the head. The opening into the combustion chamber 4 is closed by a port cover 35. It is. A pyrotechnic 35a is attached to the surface of the port cover 35 on the diffuser 14 side. A storage section 36 is continuously provided on the tail side of the diffuser 14, and a port cover release device 37 for operating the pyrotechnic 35a is provided in the storage section 36.
Is stored.

【0018】ガスジェネレータ1は、図1にも示すよう
に、固体のガス発生剤であるサステーナ推進薬2を装填
したタンク3に、燃焼室4に連通する噴射ノズル5と、
当該タンク3の内部にて前記噴射ノズル5に向けて延出
するパイプ状のピントルケース6とを同軸線上に備えて
いる。
As shown in FIG. 1, the gas generator 1 includes an injection nozzle 5 communicating with a combustion chamber 4 in a tank 3 loaded with a sustainer propellant 2 which is a solid gas generating agent .
A pipe-shaped pintle case 6 extending toward the injection nozzle 5 inside the tank 3 is provided on a coaxial line.

【0019】前記タンク3は、本体部分を構成する円筒
部材7の頭部に、中央に前記ピントルケース6の基端を
固定した前部鏡板部材8をねじ結合するとともに、前記
円筒部材7の尾部に、中央に前記噴射ノズル5を形成し
た後部鏡板部材9をねじ結合した構成になっており、ピ
ントルケース6の先端が噴射ノズル5の近傍に達してい
る。このタンク3内には、ピントルケース6の長さ分に
わたって、レストリクタ10を介して前記サステーナ推
進薬2が装填してある。そして、ピントルケース6とレ
ストリクタ10との間に断熱材11を介装することによ
り、前記ピントルケース6内に挿設したピントル12に
対する熱保護性能を高めるようにしてある。
The tank 3 has a head end of a cylindrical member 7 constituting a main body portion, and a front end plate member 8 having a base end fixed to the center of the pintle case 6 screwed to the center thereof, and a tail portion of the cylindrical member 7. The rear end plate member 9 having the injection nozzle 5 formed at the center is screw-connected, and the tip of the pintle case 6 reaches the vicinity of the injection nozzle 5. The sustainer propellant 2 is loaded into the tank 3 via the restrictor 10 over the length of the pintle case 6. By interposing a heat insulating material 11 between the pintle case 6 and the restrictor 10, the thermal protection performance for the pintle 12 inserted in the pintle case 6 is enhanced.

【0020】また、前記後部鏡板部材9には、ガスジェ
ネレータ1内の圧力を検出するための圧力センサ41、
およびガスの温度を検出するための温度センサ42のほ
か、サステーナ推進薬2の点火器(図示せず)などが取
付けてある。前記圧力センサ41および温度センサ42
の各出力信号は、演算器43に入力されるようにしてあ
る。
A pressure sensor 41 for detecting the pressure inside the gas generator 1 is provided on the rear end plate member 9.
In addition to the temperature sensor 42 for detecting the temperature of the gas and the gas, an igniter (not shown) for the sustainer propellant 2 is attached. The pressure sensor 41 and the temperature sensor 42
Are output to the arithmetic unit 43.

【0021】なお、圧力センサ41としては、圧電変換
素子への圧力伝達媒体として耐熱性のあるシリコングリ
ス等を用いたものが使用され、温度センサ42として
は、熱電対などが使用される。
As the pressure sensor 41, one using heat-resistant silicon grease or the like as a medium for transmitting pressure to the piezoelectric transducer is used, and as the temperature sensor 42, a thermocouple or the like is used.

【0022】上記のタンク3は、燃焼室4の頭部に開口
する連結部4aに、後部鏡板部材9の尾部をねじ結合し
ている。なお、前記連結部4aの開口部には、離脱可能
あるいは焼尽性を有するカバーを設けることがある。
The tank 3 has a tail portion of a rear end plate member 9 screwed to a connecting portion 4a opening to the head of the combustion chamber 4. The opening of the connecting portion 4a may be provided with a detachable or burnable cover.

【0023】前記ピントル12は、ピントルケース6に
挿設した状態において、円錐形の先端部がノズル5の開
口部中央に延出するとともに、おねじ部12aを形成し
た基端がタンク3の外側に突出し、基端部近傍には、ピ
ントルケース6の内面に摺接するシールリング15が嵌
着してある。また、前記ピントルケース6の先端には、
ガイドリング16が固定してあって、このガイドリング
16は、ピントル12をその軸線が噴射ノズル5の軸線
と一致する状態に保ち、且つピントルケース6とピント
ル12との間に可燃性ガスが入り込むのを防止する。上
記ピントル12の基端側には、当該ピントル12を軸方
向に往復動させるための駆動機構17が連結してある。
When the pintle 12 is inserted into the pintle case 6, the conical tip extends to the center of the opening of the nozzle 5, and the base end having the male thread 12 a is positioned outside the tank 3. In the vicinity of the base end, a seal ring 15 slidingly in contact with the inner surface of the pintle case 6 is fitted. Also, at the tip of the pintle case 6,
A guide ring 16 is fixed, and the guide ring 16 keeps the pintle 12 in a state where its axis coincides with the axis of the injection nozzle 5, and flammable gas enters between the pintle case 6 and the pintle 12. To prevent A drive mechanism 17 for reciprocating the pintle 12 in the axial direction is connected to the base end side of the pintle 12.

【0024】上記駆動機構17は、ボールねじ18およ
びサーボモータ19をピントル12の同軸線上に配設し
た構成を有するものであって、前部鏡板部材8に固定し
た第1ブラケット21に、軸受20等を介して前記ボー
ルねじ18のスクリューシャフト18aを取り付けると
ともに、前記第1ブラケット21に固定した第2ブラケ
ット22に、前記サーボモータ19を固定し、スクリュ
ーシャフト18aとサーボモータ19の出力軸19aと
を継手23で連結している。前記ボールねじ18のナッ
ト部18bは、ナットホルダ24に取り付けてある。そ
して、前記ナットホルダ24に貫通させたピントル12
のおねじ部12aにナット25を螺着することにより、
前記ナットホルダ24とピントル12とを連結する。こ
れにより、上記駆動機構17は、ボールねじ18を介し
てサーボモータ19の回転運動をナットホルダ24の直
線運動に変換し、ピントル12を軸方向に往復動させ
る。
The drive mechanism 17 has a configuration in which a ball screw 18 and a servomotor 19 are disposed on the same axis as the pintle 12. A first bracket 21 fixed to the front end plate member 8 includes a bearing 20. The screw shaft 18a of the ball screw 18 is attached through the like, and the servo motor 19 is fixed to the second bracket 22 fixed to the first bracket 21, and the screw shaft 18a and the output shaft 19a of the servo motor 19 are connected. Are connected by a joint 23. The nut portion 18b of the ball screw 18 is attached to a nut holder 24. The pintle 12 penetrated through the nut holder 24
By screwing the nut 25 to the male screw portion 12a,
The nut holder 24 and the pintle 12 are connected. As a result, the drive mechanism 17 converts the rotational movement of the servo motor 19 into the linear movement of the nut holder 24 via the ball screw 18 and reciprocates the pintle 12 in the axial direction.

【0025】また、前記第1ブラケット21には、ピン
トル12の変位を検出するために、入力軸26aをナッ
トホルダ24に固定したポテンショメータ26が取付け
てある。このポテンショメータ26の出力信号は、ピン
トル12の変位により決定されるスロート面積の値に対
応させるために用いられ、前記演算器43に入力され
る。そして、この実施例では、ピントル12と前述した
駆動機構17とにより、噴射ノズル5のスロート面積を
変化させてガス流量を調整する流量調整手段44を構成
している。ここで、前記駆動機構17がタンク3よりも
前方側にあるのは、ガスジェネレータ1の発生ガスによ
る熱影響を極力なくし、その操作性能を維持させるため
である。
In order to detect the displacement of the pintle 12, a potentiometer 26 having an input shaft 26a fixed to a nut holder 24 is attached to the first bracket 21. The output signal of the potentiometer 26 is used to correspond to the value of the throat area determined by the displacement of the pintle 12, and is input to the calculator 43. In this embodiment, the pintle 12 and the above-described drive mechanism 17 constitute a flow rate adjusting means 44 for adjusting the gas flow rate by changing the throat area of the injection nozzle 5. Here, the reason why the drive mechanism 17 is located on the front side of the tank 3 is to minimize the influence of heat generated by the gas generated by the gas generator 1 and maintain its operation performance.

【0026】前記演算器43は、前述の圧力センサ41
による圧力検出値PC 、温度センサ42による温度検出
値TC 、およびポテンショメータ26の信号に基づくス
ロート面積の値At を用いて、次式により実ガス流量M
fを算出する。
The computing unit 43 is provided with the pressure sensor 41 described above.
Using pressure detection value P C, the temperature values detected by the temperature sensor 42 T C, and the value A t of the throat area based on the signal of the potentiometer 26 by the actual gas flow rate M using the following equation
Calculate f.

【0027】[0027]

【数1】 (Equation 1)

【0028】なお、Rはガス常数であり、γは比熱比で
ある。
Note that R is a gas constant and γ is a specific heat ratio.

【0029】上記の実ガス流量(Mf)は、比較制御手
段としてのサーボアンプ45に入力され、ジェネレータ
基本制御手段としての関数発生器46からの目標値と比
較される。この目標値は、サステーナ推進薬2の燃焼速
度〜燃焼圧力特性、および燃焼圧力〜燃焼面積/ノズル
スロート面積の関係をもとに、時間の経過に応じたガス
流量として予め設定されたものである。また、前記サー
ボアンプ45は、実ガス流量と目標値とを比較してその
差に相当する信号を駆動信号として、流量調整手段44
におけるサーボモータ19に付与する。さらに、圧力セ
ンサ41および温度センサ42からの各信号は、ゲイン
コントローラ47にも入力される。このゲインコントロ
ーラ47には、燃焼面積/ノズルスロート面積(KN
〜圧力(PC ),燃焼温度(TG )のマップが予め設定
してあり、このマップで圧力および温度の値を処理する
ことにより、サーボアンプ45に入力する圧力基準のゲ
インスケジュールを実施する。
The actual gas flow rate (Mf) is input to a servo amplifier 45 as comparison control means and compared with a target value from a function generator 46 as generator basic control means. This target value is set in advance as a gas flow rate with time based on the relationship between the combustion speed and the combustion pressure characteristic of the sustainer propellant 2 and the relationship between the combustion pressure and the combustion area / nozzle throat area. . The servo amplifier 45 compares the actual gas flow rate with the target value, and sets a signal corresponding to the difference as a drive signal as a drive signal.
To the servo motor 19 in FIG. Furthermore, each signal from the pressure sensor 41 and the temperature sensor 42 is also input to the gain controller 47. The gain controller 47 has a combustion area / nozzle throat area (K N )
A map of pressure (P C ) and combustion temperature (T G ) is set in advance, and the pressure and temperature values are processed using this map to implement a pressure-based gain schedule input to the servo amplifier 45. .

【0030】上記のガスジェネレータ1を備えたラムロ
ケットRは、イグナイタ34でブースタ推進薬30に点
火を行うと、前記イグナイタ34を吹き飛ばして発進・
加速し、ブースト飛翔の終了とともに所定の速度に達し
たところで、クランプ32の解除でロケット用ノズル3
3を離脱させるとともに、ポートカバー解除装置37に
よる火工品35aの作動でポートカバー35を破砕し
て、ディフューザ14と燃焼室4とを連通状態(図1の
状態)にし、さらにサステーナ推進薬2に点火する。
When the igniter 34 ignites the booster propellant 30, the ram rocket R equipped with the gas generator 1 blows off the igniter 34 to start the vehicle.
When the vehicle accelerates and reaches a predetermined speed with the end of the boost flight, the clamp 32 is released to release the rocket nozzle 3.
3, the port cover 35 is crushed by the operation of the pyrotechnic 35a by the port cover releasing device 37, and the diffuser 14 and the combustion chamber 4 are brought into communication (the state shown in FIG. 1). Ignite.

【0031】そして、前記サステーナ推進薬2の燃焼で
生じた可燃性ガスと、ディフューザ14から導入した外
気を、燃焼室4で混合して連続的に燃焼させることにな
るが、このとき、当該ガス流量制御装置は、ノズルスロ
ート面積の値、ガスジェネレータ1内の圧力および温度
の各検出値に基づいて算出した実ガス流量と、関数発生
器46からの目標値とを比較し、その差に相当する信号
を駆動信号としてサーボモータ19を駆動し、ボールね
じ18およびナットホルダ24を介してピントル12を
軸方向へ移動させることにより、噴射ノズル5のスロー
ト部の開口面積を変化させて可燃性ガスの流量を調整す
る。
Then, the combustible gas generated by the combustion of the sustainer propellant 2 and the outside air introduced from the diffuser 14 are mixed in the combustion chamber 4 and continuously burned. The flow rate control device compares the actual gas flow rate calculated based on the value of the nozzle throat area, the detected value of the pressure and the temperature in the gas generator 1 with the target value from the function generator 46, and corresponds to the difference. By driving the servo motor 19 as a drive signal and moving the pintle 12 in the axial direction via the ball screw 18 and the nut holder 24, the opening area of the throat portion of the injection nozzle 5 is changed to change the flammable gas. Adjust the flow rate.

【0032】また、ゲインコントローラ47では、ガス
ジェネレータ1内の圧力および温度の検出値を先述した
マップで処理し、これにより得た信号を図3に示すよう
なゲインスケジューリングデータとしてサーボアンプ4
5に付与している。つまり、従来技術の項でも説明した
ように、燃焼圧力(P)〜燃焼面積/ノズルスロート
面積(K)の関係(図4参照)が非線形特性を有し、
しかもガスの温度(TG1〜TG3)による特性変化や
燃焼系ゲイン(K )の変化で流量調整手段44の
御系ループゲインが大きく変動し、そのままでは駆動信
号の入力値に応じた流量に誤差を生じることとなるた
め、前記ゲインコントローラ47からのデータで流量調
整手段44の制御系のループゲインを自動的に調整し、
結果としてループゲインを一定に保つようにしている。
これにより、制御特性の圧力依存性、サステーナ推進薬
2の特性の温度依存性が除去されることとなり、常に高
精度の制御性が確保される。
The gain controller 47 processes the detected values of the pressure and temperature in the gas generator 1 using the above-described map, and converts a signal obtained thereby into gain scheduling data as shown in FIG.
5 is given. That is, as described in the related art section, the relationship between the combustion pressure (P C ) and the combustion area / nozzle throat area (K N ) has a non-linear characteristic (see FIG. 4).
Moreover greatly varies braking <br/> control system loop gain of the flow rate adjusting means 44 by the change in the characteristic change and combustion system gain with temperature (T G1 ~T G3) of the gas (K b), the intact input of the driving signal Since an error occurs in the flow rate according to the value, the flow rate adjustment is performed based on the data from the gain controller
Automatically adjusts the loop gain of the control system of the adjusting means 44 ,
As a result, the loop gain is kept constant.
Thereby, the pressure dependency of the control characteristics and the temperature dependency of the characteristics of the sustainer propellant 2 are eliminated, and high-precision controllability is always ensured.

【0033】このように、流量調整手段44の制御系に
おいて、ループゲインを自動調整しながら、実際のガス
流量をフィードバック制御することにより、ラムロケッ
トRは、燃焼室4における燃焼およびこれに伴う推力が
コントロールされながら飛翔し続ける。
Thus, the control system of the flow rate adjusting means 44
The ram rocket R continues to fly while the combustion in the combustion chamber 4 and the thrust associated therewith are controlled by performing feedback control of the actual gas flow rate while automatically adjusting the loop gain.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上のように、この発明のラムロケット
用ガスジェネレータのガス流量制御装置によれば、ガス
ジェネレータの噴射ノズルのスロート面積を変化させる
流量調整手段の制御系に対して、スロート面積の値、ガ
スジェネレータ内の圧力および温度から実際のガス流量
を検出してフィードバック制御するとともに、圧力セン
サおよび温度センサの各検出値をガス発生剤の燃焼面積
と噴射ノズルのスロート面積の比、圧力および温度のマ
ップで処理することにより得たゲインスケジューリング
データに基づいて、流量調整手段の制御系のループゲイ
ンを自動調整するようにしたから、常に安定した高精度
のガス流量制御を行うことができる。
As evident from the foregoing description, according to the gas flow controller ram rocket gas generator of the present invention, the gas
Changing the throat area of the generator injection nozzle
The value of throat area and gas
With a feedback control by detecting the actual gas flow from the pressure and temperature in the scan generator, the pressure sensor
The values detected by the temperature sensor and the temperature sensor are
And the throat area ratio of the spray nozzle and the pressure and temperature
Gain obtained by processing with
Since the loop gain of the control system of the flow rate adjusting means is automatically adjusted based on the data, stable and accurate gas flow rate control can always be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施例に基づくガス流量制御装置
をラムロケットの要部断面とともに示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a gas flow control device according to an embodiment of the present invention, together with a cross section of a main part of a ram rocket.

【図2】ラムロケット全体を説明する断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the entire ram rocket.

【図3】燃焼圧力とゲインの関係を異なる温度毎に示す
グラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between combustion pressure and gain for different temperatures.

【図4】燃焼面積/ノズルスロート面積と燃焼圧力の関
係を異なる温度毎に示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between combustion area / nozzle throat area and combustion pressure at different temperatures.

【図5】従来のガス流量制御装置を説明する断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a conventional gas flow control device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

R ラムロケット 1 ガスジェネレータ2 サステーナ推進薬(ガス発生剤) 5 噴射ノズル 12 ピントル 14 ディフューザ 17 駆動機構 41 圧力センサ 42 温度センサ 43 演算器 44(12,17) 流量調整手段 45 サーボアンプ(比較制御手段) 46 関数発生器(ジェネレータ基本制御手段) 47 ゲインコントローラR Ram rocket 1 Gas generator 2 Sustainer propellant (gas generating agent) 5 Injection nozzle 12 Pintle 14 Diffuser 17 Driving mechanism 41 Pressure sensor 42 Temperature sensor 43 Computing unit 44 (12, 17) Flow control unit 45 Servo amplifier (Comparison control unit) ) 46 Function generator (Generator basic control means) 47 Gain controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡 部 靖 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日 産自動車株式会社 内 (56)参考文献 特開 平3−57868(JP,A) 特開 昭60−243353(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02K 7/10 - 7/18 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yasushi Watanabe Nissan Motor Co., Ltd., 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture (56) References JP-A-3-57868 (JP, A) JP-A-60 −243353 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) F02K 7/ 10-7/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ガスジェネレータ内で固体のガス発生剤
の燃焼により可燃性ガスを発生させ、同ガスジェネレー
タの噴射ノズルから噴射した可燃性ガスとディフューザ
から導入した外気とを混合して燃焼させるに際して、前
記噴射ノズルのガス流量を調整する装置において、 予め設定されたガス流量の目標値を出力するジェネレー
タ基本制御手段と、 噴射ノズルのスロート面積を変化させてガス流量を調整
する流量調整手段と、 ガスジェネレータの内圧を検出する圧力センサと、 ガスジェネレータ内のガスの温度を検出する温度センサ
と、 噴射ノズルのスロート面積の値、前記圧力センサおよび
温度センサによる各検出値から実ガス流量を算出する演
算器と、 前記目標値と演算器の算出値とを比較してその差に相当
する信号を駆動信号として前記流量調整手段に付与する
比較制御手段と、 前記圧力センサおよび温度センサによる各検出値をガス
発生剤の燃焼面積と噴射ノズルのスロート面積の比、
力および温度のマップで処理して前記比較制御手段にゲ
インスケジューリングデータを付与することにより流量
調整手段の制御系のループゲインを自動調整するゲイン
コントローラ、 を備えたことを特徴とするラムロケット用ガスジェネレ
ータのガス流量制御装置。
1. A gas generating agent which is solid in a gas generator.
When a combustible gas is generated by the combustion of the gas generator and the combustible gas injected from the injection nozzle of the gas generator and the outside air introduced from the diffuser are mixed and burned, a device for adjusting the gas flow rate of the injection nozzle is used in advance. Generator basic control means for outputting a set value of the gas flow rate, flow rate adjusting means for adjusting the gas flow rate by changing the throat area of the injection nozzle, a pressure sensor for detecting the internal pressure of the gas generator, and the inside of the gas generator. A temperature sensor that detects the temperature of the gas, a computing unit that computes an actual gas flow rate from the value of the throat area of the injection nozzle, and values detected by the pressure sensor and the temperature sensor, and the target value and the computed value of the computing device. Comparing control means for comparing the flow rate adjusting means with a signal corresponding to the difference as a drive signal, Gas each detected value by the pressure sensor and a temperature sensor
The ratio of the combustion area of the generator and the throat area of the injection nozzle, the pressure and the temperature are processed by a map, and the comparison control means is provided with the gain scheduling data to obtain the flow rate.
A gain controller for automatically adjusting a loop gain of a control system of an adjusting means; and a gas flow control device for a gas generator for a ram rocket.
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