JP3291542B2 - 並進・姿勢制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、飛しょう体の推力
方向制御を行う並進・姿勢制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気の希薄な高高度における飛し
ょう体の制御装置として、空気力を使用することなく、
高温，高圧のガスを噴出させ、飛しょう体の５軸を制御
する装置が知られている。飛しょう体の５軸制御とは、
飛しょう体の発射後、飛しょう体のＹ，Ｚ方向の位置を
変えると共に、ロール，ピッチ，ヨー方向の姿勢を変え
ることである。即ち、図９に示す飛しょう体１の機軸と
直交した方向に、重心Ｇの位置で、図１０のａ，ｂに示
すＹ，Ｚの方向に推力を発生させる並進２軸と、重心Ｇ
より離れた位置で図１０のｃ，ｄ，ｅに示すロール，ピ
ッチ，ヨー方向に推力を発生させる回転３軸との５軸の
推進力を図９に示す５対のノズル２，３，４，５，６か
らガスを噴出することにより制御することである。この
５軸制御のメカニズムは、各ノズルのスロートの上流で
ガス流を１個のノズルプラグにて閉止したり、開放した
りすることにより行うものである。従って、１個のノズ
ルに対し１個のアクチュエータが必要で、且つノズルを
閉塞するのに構造上過大な力を必要とする。これが為に
制御装置が大きく、重くなり、その上複雑化している。
さらに、上記制御装置は、ノズルのスロート面積をノズ
ルプラグの動作で連続的に変化させたり、差動的に変化
させたりすることが困難で、推進力を連続的に、また差
動的に変化させることは困難である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、夫々
１個のアクチュエータで対設する２個のノズルの開閉を
互い違いに行うことができるようにした推力制御ノズル
５対にて飛しょう体の姿勢変更の回転３軸、位置変更の
並進２軸の制御を行うようにして、作動の円滑，構造の
簡素化を図り、小型軽量化を達成すると共に推進力を連
続的に、且つ差動的に変化させるようにした並進・姿勢
制御装置を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の並進・姿勢制御装置は、飛しょう体の重心位
置で機軸と直交するＹ方向，Ｚ方向に夫々独立して推力
を発生させる並進２軸用の２対の推力制御ノズルを設
け、飛しょう体の重心から離れた位置でロール，ピッチ
方向に共同して推力を発生させる姿勢変更回転２軸用の
２対の推力制御ノズルを機軸を挾んで平行に設けると共
にこれと直交してヨー方向に独立して推力を発生させる
姿勢変更回転１軸用の１対の推力制御ノズルを設けて成
る並進・姿制御装置において、前記５対の推力制御ノズ
ルを夫々互い違いに開閉する５個の制御装置を飛しょう
体の重心近傍のハウジング内に組み込み、前記５対の推
力制御ノズルに夫々ガス路を介してハウジング外で飛し
ょう体内に設けたガス源を連ねて成り、各推力制御ノズ
ルは、夫々ハウジング外面に一体に形成した１対のノズ
ルスカートとその中心に配された１対のノズルプラグと
で構成し、前記各推力制御ノズルの１対のノズルスロー
トは１対のノズルスカート内面と１対のノズルプラグ外
面とで構成し、前記１対のノズルプラグはハウジング内
に摺動可能に支持された１本のシャフトの両端に結合し
たものであることを特徴とする。

【０００５】 上記本発明の並進・姿勢制御装置におい
て、５対の推力制御ノズルを夫々互い違いに開閉する５
個の制御装置は、夫々ノズルプラグが両端に結合された
シャフトに連繋機構にて連繋されて該シャフトを左右に
摺動させて各ノズルスロートの面積を連続的に且つ差動
的に可変するアクチュエータと、ノズルプラグの位置を
検出してアクチュエータの作動を制御する位置検出器と
より成るものであることが好ましく、アクチュエータは
サーボモータが好ましい。前記シャフトに対するアクチ
ュエータの連繋機構は、アクチュエータの出力軸に設け
た歯車と、これに噛合する扇形歯車を一端に備え他端が
シャフトの中間に回動可能に結合され途中がハウジング
に枢支されたリンクとより成るものが好ましい。前記の
ノズルスロートのうち、ノズルスカート及びノズルプラ
グの形状は、末広ノズル及びプラグノズル両者に適用で
きる形状になされていることが好ましい。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の並進・姿勢制御装置の実
施形態を図によって説明すると、図１に示す飛しょう体
１の重心Ｇ位置で、機軸と直交するＹ方向，Ｚ方向に夫
々独立して推力を発生させる並進２軸用の２対の推力制
御ノズル１０，１１が設けられ、重心Ｇから離れた位置
でロール方向ｐ，ピッチ方向ｑ，ヨー方向ｒに推力を発
生させる姿勢変更回転３軸用の３対の推力制御ノズル１
２，１３，１４が設けられている。これら３対の推力制
御ノズル１２，１３，１４の内、ロール，ピッチ方向に
共同して推力を発生させる姿勢変更回転２軸用の２対の
推力制御ノズル１２，１３は機軸を挾んで平行に設けら
れ、ヨー方向に独立して推力を発生させる姿勢変更回転
１軸用の１対の推力制御ノズル１４は前記２対の推力制
御ノズル１２，１３と直交して設けられている。前記５
対の推力制御ノズル１０，１１，１２，１３，１４は、
飛しょう体１の重心Ｇの近傍のハウジング１５内に組み
込まれ、図２に示すように５個の制御装置１６により夫
々互い違いにノズルが開閉されるようになっている。ま
た、５対の推力制御ノズル１０，１１，１２，１３，１
４には夫々ガス路１７が連なり、ガス路１７はハウジン
グ１５外で飛しょう体１内に設けられたガス源１８に連
なっている。さらに、５対の推力制御ノズル１０，１
１，１２，１３，１４は、図３，図４に示すように夫々
ハウジング１５の外面に一体に形成したノズルスカート
１９，１９′とその中心に配されたノズルプラグ２０，
２０′とで構成され、ノズルスロート２１，２１′はノ
ズルスカート１９，１９′の内面とノズルプラグ２０，
２０′の外面とで構成されている。各推力制御ノズル１
０，１１，１２，１３，１４のノズルプラグ２０，２
０′は、夫々ハウジング１５内に摺動可能に支持された
１本のシャフト２２の両端に結合されている。

【０００７】 上記の５対の推力制御ノズル１０，１１，
１２，１３，１４を夫々互い違いに開閉する５個の制御
装置１６は、夫々図５に示すように両端にノズルプラグ
２０，２０′が結合されたシャフト２２に連繋されて、
該シャフト２２を左右に摺動させて各ノズルスロート２
１，２１′の面積を連続的に且つ差動的に可変するアク
チュエータ２３と、ノズルプラグ２０，２０′の位置を
検出してアクチュエータ２３の作動を制御する位置検出
器２４とより成り、アクチュエータ２３は本例の場合サ
ーボモータである。

【０００８】 前記シャフト２２に対するサーボモータ２
３の連繋機構は、サーボモータ２３の出力軸に設けた歯
車２５と、これに噛合する扇形歯車２６を一端に備え他
端がシャフト２２の中間に回動可能に結合され途中がハ
ウジング１５に枢支されたリンク２７とより成る。前記
ノズルプラグ２０，２０′の位置を検出する位置検出器
２４は、リンク２７の一端の扇形歯車２６に連繋されて
いる。

【０００９】 然して、上記５対の推力制御ノズル１０，
１１，１２，１３，１４の制御系は、図６に示すように
夫々指令信号により動作する制御回路２８にて各サーボ
モータ２３が駆動されるようになされ、各サーボモータ
２３の駆動により移動する５対の推力制御ノズル１０，
１１，１２，１３，１４の図５に示されるノズルプラグ
２０，２０′の位置を、夫々の位置検出器２４で図５に
示されるリンク２７の傾動量でもって検出して、その検
出信号を制御回路２８に送るようになされている。

【００１０】 次に上記のように構成された実施形態の並
進・姿勢制御装置による飛しょう体１の並進２軸、姿勢
変更回転３軸の推力方向制御について説明する。先ず、
図１に示す飛しょう体１の発射後、該飛しょう体１の位
置を変更する並進２軸の方向制御について説明すると、
ガス源１８から供給される一定圧力のガスは、ガス路１
７を通って並進２軸用の２対の推力制御ノズル１０，１
１から夫々噴出せしめられ、夫々中立状態を保ってい
る。このような状態において、飛しょう体１の位置を機
軸と直交するＹ方向に変更するには、推力制御ノズル１
０を制御する図５に示されるサーボモータ２３を駆動し
て、その出力軸上の歯車２５に噛合する扇形歯車２６を
回転し、１対のノズルプラグ２０，２０′を進退させ、
図１に示される１対の推力制御ノズル１０を一方を開
き、他方を閉じる。かくして推力制御ノズル１０の一方
からのみガスが噴出する結果、飛しょう体１を水平方向
に移動しようとする力が働き、飛しょう体１のＹ方向へ
の位置変更がなされる。飛しょう体１の位置を機軸と直
交するＺ方向に変更するには、推力制御ノズル１１を制
御する図５に示されるサーボモータ２３を駆動して、そ
の出力軸上の歯車２５に噛合する扇形歯車２６を回転
し、１対のノズルプラグ２０，２０′を進退させ、図１
に示される１対の推力制御ノズル１１の一方を開き、他
方を閉じる。かくして推力制御ノズル１１の一方からの
みガスが噴出する結果、飛しょう体１を上下方向に移動
しようとする力が働き、飛しょう体１のＺ方向への位置
変更がなされる。

【００１１】 次に飛しょう体１の発射後、該飛しょう体
１の姿勢を変更する回転３軸の方向制御について説明す
ると、ガス源１８から供給される一定圧力のガスは、ガ
ス通路１７を通って姿勢変更回転３軸用の３対の推力制
御ノズル１２，１３，１４から夫々噴出せしめられ、夫
々中立状態を保っている。このような状態において、飛
しょう体１の姿勢をロール方向に変更するには、姿勢変
更回転２軸用の２対の推力制御ノズル１２，１３を制御
するサーボモータ２３，２３を共に駆動して、その出力
軸上の歯車２５，２５に噛合する扇形歯車２６，２６を
相互に反対方向に回転し、２対のノズルプラグ２０，２
０′，２０，２０′を相互に反対方向に進退させて、図
１に示される２対の推力制御ノズル１２，１３の一方と
他方を開き、他方と一方を閉じる。かくして推力制御ノ
ズル１２の一方と推力制御ノズル１３の他方からガスが
噴出する結果、飛しょう体１を周方向に回転しようとす
る力が働き、飛しょう体１のロール方向への姿勢変更が
なされる。飛しょう体１の姿勢をピッチ方向に変更する
には、姿勢変更回転２軸用の２対の推力制御ノズル１
２，１３を制御するサーボモータ２３，２３を共に駆動
して、その出力軸上の歯車２５，２５に噛合する扇形歯
車２６，２６を同じ方向に回転し、ノズルプラグ２０，
２０′，２０，２０′を同じ方向に進退させて、図１に
示される２対の推力制御ノズル１２，１３の一方を開
き、他方を閉じる。かくして推力制御ノズル１２，１３
の一方からのみガスが噴出する結果、飛しょう体１は上
下方向にスイング回転し、飛しょう体１のピッチ方向へ
の姿勢変更がなされる。飛しょう体１の姿勢をヨー方向
に変更するには、姿勢変更回転１軸用の１対の推力制御
ノズル１４を制御するサーボモータ２３を駆動して、そ
の出力軸上の歯車２５に噛合する扇形歯車２６を回転
し、ノズルプラグ２０，２０′を進退させて、図１に示
される１対の推力制御ノズル１４の一方を開き、他方を
閉じる。かくして推力制御ノズル１４の一方からのみガ
スが噴出する結果、飛しょう体１は水平方向にスイング
回転し、飛しょう体１のヨー方向への姿勢変更がなされ
る。

【００１２】 上記実施形態は末広形状を持つ推力制御ノ
ズルの推力を差動的に変化させた場合であるが、サーボ
モータ２３を連続的に駆動制御して、推力制御ノズルの
推力を連続的に変化させてもよい。当然のことながら図
７に示すようにプラグノズル２０，２０′の形状を持つ
ノズルスカート１９，１９′を有する推力制御ノズルを
使用してもよい。

【００１３】 図８のａにおいて、Ｙ軸方向の推力を発生
させる並進用の１対の推力制御ノズルをＮｚＹとし、Ｚ
軸方向の推力を発生させる並進用の１対の推力制御ノズ
ルをＮｚＺとし、ロール，ピッチ方向に推力を発生させ
る姿勢変更回転用の２対の推力制御ノズルをＮｚｐｑ
１，Ｎｚｐｑ２とし、ＮｚＹとＮｚｐｑ１，Ｎｚｐｑ２
の設置間隔をＬｘとする。また、Ｎｚｐｑ１とＮｚｐｑ
２の設置間隔をＬｚとする。さらに、ヨー方向に推力を
発生させる姿勢変更回転用の１対の推力制御ノズルをＮ
ｚｒとし、ＮｚＺとＮｚｒの設置間隔をＬｘとする。 その結果 Ｙ軸方向の推力：ＦはＦｙ＝ＮｚＹ Ｚ軸方向の推力：ＦはＦｚ＝ＮｚＺ Ｘ軸方向のトルク：ＴはＴｐ＝ (1/2)×〔Ｎｚｐｑ１−
Ｎｚｐｑ２〕×Ｌｚ Ｙ軸方向のトルク：ＴはＴｑ＝Ｎｚｒ×Ｌｘ Ｚ軸方向のトルク：Ｔはｒｑ＝ (1/2)×〔Ｎｚｐｑ１＋
Ｎｚｐｑ２〕×Ｌｚとなる。 飛しょう体制御部の５軸運動制御の制御系ブロック図を
図８のｂに示す。この図８のｂで判るようにＹ軸方向の
推力及びＺ軸方向の推力は独立して制御され、さらにＹ
軸方向のトルクも独立して制御される。これは飛しょう
体１の機軸と直交するＹ方向，Ｚ方向に推力を発生させ
る並進２軸用の２対の推力制御ノズルＮｚＹ，ＮｚＺを
飛しょう体１の重心Ｇの位置に設け、ロール，ピッチ方
向に推力を発生させる姿勢変更回転２軸用の２対の推力
制御ノズルＮｚｐｑ１，Ｎｚｐｑ２及びヨー方向に推力
を発生させる姿勢変更回転１軸用の１対の推力制御ノズ
ルＮｚｒを飛しょう体１の重心Ｇから離れた位置に設け
て、飛しょう体１の運動の作用点を２面に設けたからに
他ならない。

【００１４】

【発明の効果】以上の説明で判るように本発明の並進・
姿勢制御装置は、１個のアクチュエータで対設する２個
のノズルの開閉を互い違いに行うことができるようにし
た推力制御ノズルを、飛しょう体の重心位置で機軸と直
交するＹ方向とＺ方向に夫々推力を発生させるように２
対設け、この２対の推力制御ノズルから個々にガスを噴
出することにより、飛しょう体の並進２軸の位置変更が
容易にでき、さらに前記推力制御ノズルを、飛しょう体
の重心から離れた位置で機軸を挾んで平行にロール，ピ
ッチ方向に共同して推力を発生させるように２対設ける
共にこれと直交してヨー方向に推力を発生させるように
１対設け、これら３対の推力制御ノズルからガスを噴出
することにより、回転３軸の姿勢変更が容易にできる。
従って、飛しょう体の並進・姿勢制御が容易で、作動も
円滑となる。また、並進２軸、回転３軸の５対の推力制
御ノズルにおいて夫々対設する２個のノズルが相互に接
続され、ガス反力がバランスしているので、アクチュエ
ータの出力が小さくなり、構造も簡単化し、飛しょう体
における並進・姿勢制御装置の小型軽量化が達成でき
る。さらに本発明の並進・姿勢制御装置によれば、飛し
ょう体の推進力を連続的に、且つ差動的に変化させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の並進・姿勢制御装置を備えた飛しょう
体の概略斜視図である。

【図２】本発明の並進・姿勢制御装置の縦断側面図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面矢視図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ線断面矢視図である。

【図５】本発明の並進・姿勢制御装置における５対の推
力制御ノズルの制御装置を示す図である。

【図６】５対の推力制御ノズルの制御系を示す図であ
る。

【図７】プラグノズルの形状を持つ推力制御ノズルを示
す断面図である。

【図８】ａは並進・姿勢制御装置の並進２軸用の２対の
推力制御ノズル及び姿勢変更回転３軸用の３対の推力制
御ノズルの配置関係を示す斜視図、ｂはａ図の５対の推
力制御ノズルの制御系ブロック図である。

【図９】飛しょう体の５軸推進制御の概念を説明する図
である。

【図１０】飛しょう体の５軸推進制御を示すもので、ａ
はＹ方向に推力を発生させる場合、ｂはＺ方向に推力を
発生させる場合、ｃはロール方向に推力を発生させる場
合、ｄはピッチ方向に推力を発生させる場合、ｅはヨー
方向に推力を発生させる場合である。

【符号の説明】

１０，１１ 並進２軸用の２対の推力制御ノズル １２，１３，１４ 姿勢変更回転３軸用の３対の推力制
御ノズル １５ ハウジング １６ 制御装置 １７ ガス路 １８ ガス源 １９，１９′ノズルスカート ２０，２０′ノズルプラグ ２１，２１′ノズルスロート ２２ シャフト ２３ アクチュエータ（サーボモータ） ２４ 位置検出器 ２５ 歯車 ２６ 扇形歯車 ２７ リンク ２８ 制御回路

フロントページの続き (72)発明者 藤松 勇吉 東京都立川市栄町１−６−124 (72)発明者 西田 芳彦 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工 業株式会社岐阜工場内 (72)発明者 原田 健 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工 業株式会社岐阜工場内 (72)発明者 渡辺 清幸 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工 業株式会社岐阜工場内 (56)参考文献 特開 平９−177609（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−83396（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F42B 10/66 B64C 15/14 F42B 15/01

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 飛しょう体の重心位置で機軸と直交する
   Ｙ方向，Ｚ方向に夫々独立して推力を発生させる並進２
   軸用の２対の推力制御ノズルを設け、飛しょう体の重心
   から離れた位置でロール，ピッチ方向に共同して推力を
   発生させる姿勢変更回転２軸用の２対の推力制御ノズル
   を機軸を挾んで平行に設けると共にこれと直交してヨー
   方向に独立して推力を発生させる姿勢変更回転１軸用の
   １対の推力制御ノズルを設けて成る並進・姿勢制御装置
   において、前記５対の推力制御ノズルを夫々互い違いに
   開閉する５個の制御装置を飛しょう体の重心近傍のハウ
   ジング内に組み込み、前記５対の推力制御ノズルに夫々
   ガス路を介してハウジング外で飛しょう体内に設けたガ
   ス源を連ねて成り、各推力制御ノズルは、夫々ハウジン
   グ外面に一体に形成した１対のノズルスカートとその中
   心に配された１対のノズルプラグとで構成し、前記各推
   力制御ノズルの１対のノズルスロートは１対のノズルス
   カートの内面と１対のノズルプラグの外面とで構成し、
   前記１対のノズルプラグはハウジング内に摺動可能に支
   持された１本のシャフトの両端に結合したものであるこ
   とを特徴とする並進・姿勢制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の並進・姿勢制御装置にお
   いて、５対の推力制御ノズルを夫々互い違いに開閉する
   ５個の制御装置は、夫々ノズルプラグが両端に結合され
   たシャフトに連繋機構にて連繋されて該シャフトを左右
   に摺動させて各ノズルスロートの面積を連続的に且つ差
   動的に可変するアクチュエータと、ノズルプラグの位置
   を検出してアクチュエータの作動を制御する位置検出器
   とより成ることを特徴とする並進・姿勢制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の並進・姿勢制御装置にお
   いて、シャフトに対するアクチュエータの連繋機構は、
   アクチュエータの出力軸に設けた歯車と、これに噛合す
   る扇形歯車を一端に備え他端がシャフトの中間に回動可
   能に結合され途中がハウジングに枢支されたリンクとよ
   り成ることを特徴とする並進・姿勢制御装置。