JP4301914B2 - アクティブ制御パルス推力測定装置 - Google Patents
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Description
この図から、計測されたパルス推力は、スラスタの発生推力(パルス推力)に装置の剛性不足によると思われる外乱が重畳してしまっており、パルス推力の測定ができないことがわかる。
更に、アクティブ制御を用いているので、必要に応じて、フィードバックゲインの変更のみで振動特性を変更することができ、搭載されるスラスタに限定されない幅広い適用が可能である。
また、推力計測装置のメンテナンスの観点から、アクチュエータを加振装置として用いて推力架台を加振して、振動特性の変化から装置の損傷や劣化を早期に検知することもできる。
アクチュエータ22は、好ましくはリニアモータであり、推力架台12に推力方向の外力uを付加する。なお、アクチュエータは、リニアモータに代えて、ピエゾアクチュエータまたは超磁歪アクチュエータであってもよい。
アクティブ制御装置24は、変位検出手段20による検出変位xに応じてアクチュエータの外力uを制御し、これにより推力架台の剛性および/または減衰特性をアクティブ制御するようになっている。
ここで、fcは制御力、KdとKvはそれぞれフィードバックゲインである。このような制御力が与えられた装置系の運動方程式は、(数1)の式(2)(3)となる。
式(3)から、速度に比例した制御力は減衰付加に、変位に比例した制御力は剛性付加に寄与していることがわかる。言い換えれば、アクチュエータがばね要素とダンパの役割を兼ねることが可能であり、架台の振動特性をフィードバックゲインによって所望の特性に改善することができる。
もちろん、支持ブラケットが極めて剛でなければならないことは言うまでもないが、ロードセルの検出力とアクチュエータの力とは作用反作用の関係にあるので、例えば、剛性を持った圧電素子の適用も可能であり、高剛性と減衰付加の両方を実現することができる。また、このような圧電素子はセンサとしての機能を持つので、ロードセルの代用が期待でき、セルフセンシングアクチュエータとして利用すれば、推力架台の振動センサとロードセルを用いず、圧電素子だけを用いたスマート構造の推力計測装置が実現できる。
図3(A)から、剛性を小さくすると、静的応答倍率が大きくなるので検出感度は向上できるが、共振点が低下するため、振動が重畳しやすくなる。また、逆に剛性が大きくなると、共振点は高周波側に移行するので、動的応答の影響を受けにくくなるが、検出感度は低下する。更に、高周波域での特性は、剛性によらず変化しないことがわかる。
一方、図3(B)から、減衰比を大きくすると、共振ピークは低減するが、共振ピークを外れた領域では大きな変化はない。剛性を高くし、かつ減衰も高くすると、ふらっとな周波数領域が広がる。
したがって、剛性と減衰比を最適化することにより、検出感度が高く、かつ振動の重畳を抑えることができることがわかる。
この図から、アクティブ制御を施すと、振動による動的成分が低減され、パルス推力の本来の波形が検出できることがわかる。
この図から、実際の燃焼試験でも、アクティブ制御を施した場合は、振動が低減され、良好な推力波形が得られることがわかる。
10 アクティブ制御パルス推力測定装置、
12 推力架台、14 支持部材、16 固定部材、
18 荷重検出器(ロードセル)、20 変位検出手段(渦電流センサ)、
22 アクチュエータ(リニアモータ)、24 アクティブ制御装置
Claims (3)
- 推力を発生するスラスタが取り付けられた推力架台と、該推力架台を推力方向に移動可能に支持する支持部材と、推力架台の外部に固定された固定部材と、固定部材と推力架台との間に挟持されその間に作用する荷重を検出する荷重検出器と、推力架台の推力方向の変位xを検出する変位検出手段と、推力架台に推力方向の外力uを付加するアクチュエータと、前記変位xに応じてアクチュエータの外力uを制御するアクティブ制御装置とを備え、これにより推力架台の剛性および/または減衰特性をアクティブ制御する、ことを特徴とするアクティブ制御パルス推力測定装置。
- 前記アクチュエータは、リニアモータ、ピエゾアクチュエータ、または超磁歪アクチュエータである、ことを特徴とする請求項1に記載のアクティブ制御パルス推力測定装置。
- 前記アクチュエータは、リニアモータであり、前記アクティブ制御装置により、変位xから速度dx/dtを求め、これに所定の速度フィードバックゲインKvを掛けた値Kv・dx/dtをアクチュエータの推力uとして推力と逆方向に制御する、ことを特徴とする請求項1に記載のアクティブ制御パルス推力測定装置。
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