JP4734274B2 - 推進推力制御システム及び方法 - Google Patents
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Description
At=(C*ρASr(Pcmd/Pref)n)/(gcPcmd) [1]
ここで、ρ=推進薬の密度[lbm/in3]
Pref=rを決定するため用いられる基準圧力[lbf/in2]
AS=推進薬の表面積[in2]
n=累乗の指数
r=Pref当たりの燃焼速度[in/秒]
At,i=弁iのスロート流れ断面積[in2]
Pcmd=ガス発生器圧力コマンド[lbf/in2]
gc=重力定数[(lbm/lbf)(ft/s2)]
C*=特性排出速度[ft/秒]
ここで、圧力コマンドは、次式により生成されることができる。
Pcmd=max{C1max(Fnet,i),C2max(Fnet,i)1/n} [2]
ここで、C1=1/(At(FULL OPEN)CF)
(注:FULL OPENは全開を意味する。)
C2=Pref{1/(ISPρASr)}1/n
ここで、ISP=比推力[s]
CF=弁の放出係数(流出係数)
Fnet,i=(At,i−At,j)PCF [3]
ここで、弁i及びjは、1つの弁セットから成り、そして推力を反対方向に与える。
本発明の更に別の実施形態に従って、推進システムが提供される。この推進システムは、推進薬を含む圧力容器と、圧力容器と連通する少なくとも1つの軸方向推力弁であって、軸方向推力を与えるため圧力容器内の推進薬の燃焼により発生されたガスを選択的に解放するよう構成されている上記少なくとも1つの軸方向推力弁とを含む。推進システムは更に、圧力容器と連通する少なくとも1つの操縦制御弁であって、操縦するため推力を与えるため圧力容器内の推進薬の燃焼により発生されたガスを選択的に解放する構成されている上記少なくとも1つの操縦制御弁と、少なくとも1つの軸方向弁及び少なくとも1つの操縦制御弁の弁面積を圧力容器からの推進薬質量流量放出速度に従って調整する制御器とを含む。
12 モータ・ケース・ハウジング
14,114 圧力容器
20 低密度発泡体
22,122 固体推進薬粒子
24 出口コーン
26,126 軸方向スラスタ
28,30,36a,36b,38a,38b,128 操縦制御弁
32,34,40a,40b,42a,42b,130 操縦制御スラスタ
44 アクチュエータ
46 バッテリ
48 ノズル・スロート
50 ピントル部材
110 軸方向推力弁
200 ロケット・モータ・システム
202 ロケット・モータ制御器
204 ロケット・モータ
210 コンディショナ制御器
212 自動制御器
214 m−dotdisch制御器
216 燃焼速度推定器又は燃焼速度制御器
Claims (15)
- ロケット・モータの推力を制御する方法であって、
合計推力コマンドを提供するステップと、
前記合計推力コマンドに応じて、最小化された応答時間モードと、通常圧力変更モードの1つを選択するステップであって、
前記最小化された応答時間モードの選択が、前記合計推力コマンドに対応する推力が、実質的に実現されるまで、作動されたロケットモータの弁を実質的に最大に調整させ、当該弁が、少なくとも1つの操縦制御弁と少なくとも1つの軸方向推力弁を備え、
前記通常圧力変更モードの選択が、前記合計推力コマンドに対応する推力が、実質的に実現されるまで、前記弁の増加的な調整を行わせる、
ものと、
前記合計推力コマンドに対応する前記推進が実質的に実現された後に、自動制御モードで前記ロケットモータの前記推力を制御するステップであって、当該自動制御モードが、以下の、
前記合計推力コマンドを、推進薬質量流量放出速度コマンドに変換するサブステップと、
前記推進薬質量流量放出速度コマンドの対数を計算するサブステップと、
測定された推進薬質量流量放出速度の対数を計算するサブステップと、
前記推進薬質量流量放出速度コマンドの対数と、前記測定された推進薬質量流量放出速度の対数の間の差を決定することによって誤差を計算するサブステップと、
新たな合計弁面積の対数を計算するサブステップと、
前記新たな合計弁面積の対数を累乗して(exponentiating)、新たな合計弁面積を計算し、必要とされる、計算される最小合計推力に対応する推力を獲得するサブステップと、
を含むものと、
前記新たな合計弁面積の分配に従って、前記複数の弁を再構成するステップと、
を備える方法。 - 前記作動されたロケット・モータの各弁からの全正味推力コマンドの和と最大正味推力コマンドとのうちの1つから合計推力コマンドを計算するステップを更に備える請求項1記載の方法。
- 前記ロケット・モータのガス発生器内の圧力をモニタリングするステップと、
前記圧力が前記ガス発生器の圧力限界値を超えたとき前記弁の構成を変更するステップと
を更に備える請求項1記載の方法。 - 前記ロケットのガス発生器内の測定された圧力が、前記合計推力コマンドに対応するスレッショルド内であるとき、
前記通常圧力変更モードを選択するステップを更に備える
請求項1記載の方法。 - 前記合計推力コマンドが前記ロケット・モータの利用可能な推力を超えたとき前記複数の弁のうちの少なくとも1つの構成を変更するステップを更に備える請求項1記載の方法。
- 前記ロケット・モータのガス発生器内の測定された圧力と前記新たな合計弁面積とから、推進薬の瞬時の実際の燃焼速度を計算するステップと、
前記の測定された圧力とガス発生器の圧力の予測された推定値との比較に応答して前記燃焼速度を予測するステップと
を更に備える請求項1記載の方法。 - ロケット・モータの推力を制御する方法であって、
ロケット・モータ推進式自動推進体を指向させるための正味推力コマンドを受け取るステップと、
正味推力要求の現在の合計と正味推力要求の予測された合計の1つを適合させるために、前記正味推力コマンドから、前記ロケット・モータのガス発生器から要求される最小合計推力を計算するステップと、
計算された必要とされる最小合計推力に応じて、最小化された応答時間モードと、通常圧力変更モードの1つを選択するステップであって、
前記最小化された応答時間モードの選択が、前記計算された必要とされる最小合計推力に対応する推力が、実質的に実現されるまで、作動されたロケットモータの弁を実質的に最大に調整させ、当該弁が、少なくとも1つの操縦制御弁と少なくとも1つの軸方向推力弁を備え、
前記通常圧力変更モードの選択が、計算された必要とされる最小合計推力に対応する推力が、実質的に実現されるまで、前記弁の増加的な調整を行わせる、
ものと、
前記計算された必要とされる最小合計推力に対応する前記推進が実質的に実現された後に、自動制御モードで前記ロケットモータの前記推力を制御するステップであって、当該自動制御モードが、以下の、
前記計算された必要とされる最小合計推力を、推進薬質量流量放出速度コマンドに変換するサブステップと、
前記推進薬質量流量放出速度コマンドの対数を計算するサブステップと、
測定された推進薬質量流量放出速度の対数を計算するサブステップと、
前記推進薬質量流量放出速度コマンドの対数と、前記測定された推進薬質量流量放出速度の対数の間の差を決定することによって誤差を計算するサブステップと、
新たな合計弁面積の対数を計算するサブステップと、
前記新たな合計弁面積の対数を累乗して(exponentiating)、新たな合計弁面積を計算し、必要とされる、合計の推力コマンドに対応する推力を獲得するサブステップと、
を含むものと、
前記新たな合計弁面積の分配に従って、前記複数の弁を再構成するステップと、
を備える方法。 - 前記最小合計推力が、複数の正味推力コマンドの和と複数の最も高く予想された正味推力の和とのうちの1つである請求項7記載の方法。
- 前記計算された、必要とされる最小合計推力が、前記ロケット・モータの利用可能な推力を超えたとき、前記複数の弁のうちの少なくとも1つの構成を変更するステップを更に備える請求項7記載の方法。
- 前記ロケット・モータの前記ガス発生器内の測定された圧力と前記新たな合計弁面積とから、推進薬の瞬時の実際の燃焼速度を計算するステップと、
前記の測定された圧力とガス発生器圧力の予測された推定値との比較に応答して前記燃焼速度を予測するステップと
を更に備える請求項7記載の方法。 - 推進薬を含む圧力容器と、
前記圧力容器と連通する少なくとも1つの軸方向推力弁であって、軸方向推力を与えるため前記圧力容器内の推進薬の燃焼により発生されたガスを選択的に解放するよう構成されている前記少なくとも1つの軸方向推力弁と、
前記圧力容器と連通する少なくとも1つの操縦制御弁であって、操縦するための推力を与えるため前記圧力容器内の推進薬の燃焼により発生されたガスを選択的に解放するよう構成されている前記少なくとも1つの操縦制御弁と、
制御器であって、下記の各ステップ、即ち、
合計推力コマンドを受け取るステップと、
前記合計推力コマンドに応じて、最小化された応答時間モードと、通常圧力変更モードの1つを選択するステップと、
前記最小化された応答時間が選択されるときに、前記合計推力コマンドに対応する推力が実質的に実現するまで、前記圧力容器と連通する弁の実質的に最大の調整を惹起するステップであって、当該弁が、少なくとも1つの操縦制御弁と、少なくとも1つの軸方向推進弁を備えるものと、
前記通常圧力変更モードが選択されたときに、前記合計推力コマンドに対応する推力が実質的に実現されるまで、前記弁の増加的調整を惹起するステップと、
前記合計推力コマンドを、推進薬質量流量放出速度コマンドに変換するステップと、
前記推進薬質量流量放出速度コマンドの対数を計算するステップと、
測定された推進薬質量流量放出速度の対数を計算するステップと、
前記推進薬質量流量放出速度コマンドの対数と、前記測定された推進薬質量流量放出速度の対数の間の差を決定することによって誤差を計算するステップと、
新たな合計弁面積の対数を計算するステップと、
前記新たな合計弁面積の対数を累乗して(exponentiating)、新たな合計弁面積を計算し、前記合計推力コマンドに対応する推力を獲得するステップと、
前記新たな合計弁面積の分配に従って、前記複数の弁を再構成するステップと、
を含むものと、
を実行するようにプログラミングされた制御器と、
を備える推進システム。 - 前記制御器が、自動制御器を備える請求項11記載の推進システム。
- 前記制御器が、前記ロケット・モータの前記圧力容器内の測定された圧力と前記新たな合計の弁面積とから、瞬時の実際の燃焼速度を計算し、且つ前記測定された圧力と前記圧力容器圧力の予測された推定値との比較に応答して前記燃焼速度を予測するよう構成された燃焼速度制御器を備える請求項11記載の推進システム。
- 正味推力コマンドを受け取り、且つ前記正味推力コマンドを達成するため前記圧力容器から要求される最小合計推力を計算するよう構成された条件付け制御器を更に備える請求項11記載の推進システム。
- 前記少なくとも1つの軸方向推力弁及び前記少なくとも1つの操縦制御弁が、比例弁として構成されている請求項11記載の推進システム。
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