KR20180100307A - 소형 횡력 조향 및 자세 제어 시스템, 그리고 상기 시스템을 포함하는 비이클 - Google Patents

소형 횡력 조향 및 자세 제어 시스템, 그리고 상기 시스템을 포함하는 비이클 Download PDF

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Abstract

비이클(vehicle)용의 비행중 횡력 조향(in-flight side force steering) 및 자세 제어 시스템(10)은 추력기(thruster) 본체(120)와 제1 및 제2 밸브 세트(170, 180)에 분포되는 복수의 밸브들을 포함한다. 상기 시스템은:
- 상기 추력기 본체의 중심에 제공되는 원통형인 제1 인클로저(enclosure) (131)에 의해 획정되는 제1 탱크(130)로서, 상기 제1 탱크(130)는 상기 제1 탱크(130)의 하나의 단부(130a)에서 노출되는 적어도 하나의 연소면(141a)을 갖는 제1 고체 추진제 충전물(140)을 수용하며, 상기 제1 탱크는 상기 제1 밸브 세트(170)와 연통하는 것; 그리고
- 원통형인 상기 제1 인클로저(131)와 상기 제1 인클로저 주위에 제공되는 원통형인 제2 인클로저(151)와의 사이에서 획정되는 제2 탱크(150)로서, 상기 제2 탱크(150)는 상기 제2 탱크의 하나의 단부(150a)에서 노출되는 적어도 하나의 연소면(161a)을 갖는 제2 고체 추진제 충전물(160)을 수용하며, 상기 제2 탱크(150)는 상기 제2 밸브 세트(180)와 연통하는 것;
을 포함한다.

Description

소형 횡력 조향 및 자세 제어 시스템, 그리고 상기 시스템을 포함하는 비이클
본 발명은, "방향전환 및 자세 제어 시스템" (DACS: Divert and Attitude Control System)으로도 알려져 있는, 비이클(vehicle)용의 횡력 조향(side force steering) 및 자세 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 임무 끝(mission end)에서 소정의 궤도 및 자세를 유지하기 위해서, 대탄도탄 미사일 방어 시스템에 사용되는 요격 미사일의 상단부, 즉 말단부에 특히 적용 가능하다. 그렇지만 본 발명은, 예를 들어 대공 방어 미사일, 공대공 미사일, 대기권 재진입 비이클, 또는 우주 탐사 모듈과 같은, 또 다른 유형의 항공 또는 우주 비이클(air or space vehicle)에 이용 될 수 있다.
도 1에는, 요격 미사일의 말단부를 구성하는 비이클용의 공지된 DACS가 개략적으로 도시되어 있다. 특허문헌 US 2014/0109552에 개시되어 있는 DACS(1)는, 고체 추진제(3)의 블록을 수용하는 추력기(thruster) 본체(2)와, 이 추력기 본체(2)의 후방에 위치되는 자세 교정 밸브들(즉 자세 교정 시스템(ACS: Attitude Correction System))의 제1 세트(4)와, 추력기 본체(2)의 전방에 위치되는 횡력 조향 또는 궤도 방향전환 밸브들의 제2 세트(5)를 포함한다. 이러한 DACS에 있어서, 밸브들의 제1 및 제2 세트(4 및 5)는 동일한 블록의 고체 추진제(3)를 이용하여 구동되며, 이는 비이클의 자세 교정과 횡력 조향 사이에서 추력 제어를 분리시킬 수 없다는 것을 의미한다.
특허문헌 US 7,102,113에는, 자세 제어 및 횡력 조향 각각을 위한 전용의 밸브의 제1 및 제2 세트가 별개의 추진제 블록에 의해 독립적으로 가스를 공급하는 DACS가 개시되어 있다. 그렇지만, 이러한 독립적인 연소실 구조는 비이클 내의 DACS의 전체 크기를 증가시킨다.
따라서 보다 작은 전체 크기를 나타내는 독립적인 연소실을 갖는 DACS에 대한 요구가 존재한다.
이를 위해, 본 발명은, 비행기계 즉 비이클(vehicle)용의 비행중 횡력 조향(in-flight side force steering) 및 자세 제어 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 추력기(thruster) 본체와 제1 및 제2 밸브 세트에 분포되는 복수의 밸브들을 포함하며, 상기 시스템은:
- 제1 연소 챔버를 형성하는 제1 탱크로서, 상기 제1 탱크는 상기 추력기 본체의 중심에 제공되어 상기 추력기 본체의 길이방향 축선을 따라 연장되는 실질적으로 원통형인 제1 인클로저(enclosure)에 의해 획정되며, 상기 제1 탱크는 제1 단부에서 폐쇄되고 제2 단부에서 개방되며, 상기 제1 탱크는 상기 제1 탱크의 제2 단부에서 노출되는 적어도 하나의 연소면을 갖는 제1 고체 추진제 충전물을 수용하며, 상기 제1 탱크는 상기 제1 밸브 세트와 연통하는 것; 그리고
- 제2 연소 챔버를 형성하는 제2 탱크로서, 상기 제2 탱크는 실질적으로 원통형인 상기 제1 인클로저와 상기 제1 인클로저 주위에 제공되어 상기 추력기 본체의 길이방향 축선을 따라 연장되는 실질적으로 원통형인 제2 인클로저와의 사이에서 획정되며, 상기 제2 탱크는 제1 단부에서 폐쇄되고 제2 단부에서 개방되며, 상기 제2 탱크는 상기 제2 탱크의 제2 단부에서 노출되는 적어도 하나의 연소면을 갖는 제2 고체 추진제 충전물을 수용하며, 상기 제2 탱크는 상기 제2 밸브 세트와 연통하는 것; 을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 종래 기술의 DACS 시스템과 비교하여, 하나가 다른 하나의 내부에 결합되는 2개의 고체 추진제 탱크를 갖춘 본 발명의 시스템은, 횡력 조향 또는 궤도 방향전환 모듈과는 완전히 독립적으로 자세 교정 모듈 또는 시스템(ACS: Attitude Correction module or System)에 가스를 공급할 수 있는 한편 매우 소형화된 DACS를 얻을 수 있다는 점에서 유리하다.
제1 및 제2 탱크 사이의 독립은, ACS 모듈 및 전환 모듈을 각각 구성하는 또는 역으로 구성하는 제1 및 제2 밸브 세트가 구조 및 특성에 있어서 상이한 고체 추진제 충전물을 가지고 가스를 공급받을 수 있다는 점에서, ACS 모듈 및 방향전환 모듈의 작동 포인트(압력, 연소 지속시간, 점화 순간 등)가 더욱 양호하게 최적화될 수 있도록 한다.
하나의 탱크가 다른 탱크의 내부에 포함되는 구조(architecture)는 또한 엔진의 비활성 질량(inert mass)을 감소시키도록 기능한다. 게다가, 전방 연소 고체 추진제 충전물의 사용은 미연소 물질의 질량을 감소시키도록 기능한다.
제1 탱크의 실질적으로 원통형인 형상 및 제2 탱크의 환형인 형상은, 각각의 탱크에 있어서의 사용을 위한 고체 추진제 블록(들)을 단순화시키는 한편, 연소 영역에 있어서의 일정한 변화를 가능하게 하여, 균형 잡힌 유속/추력을 보다 쉽게 얻을 수 있도록 하고, 그에 따라 DACS의 제어를 간단하게 한다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 밸브 세트는 상기 추력기 본체의 길이방향 축선 상에 위치되는 비이클의 무게 중심에 대해 실질적으로 대칭인 방식으로 각각 상기 추력기 본체의 전방 및 후방을 향하여 이격되어 배열된다.
본 발명의 DACS의 특정 특징에 따르면, 상기 제1 고체 추진제 충전물의 연소면이 노출되는 상기 제1 탱크의 제1 단부와, 상기 제2 고체 추진제 충전물의 연소면이 노출되는 상기 제2 탱크의 제1 단부는, 추력기 본체의 길이방향 축선 상에 위치되는 비이클의 무게 중심에 대해 실질적으로 대칭인 방식으로, 각각 추력기 몸체의 전방 및 후방을 향하여, 서로 이격되어 배열된다. 이러한 구성에 있어서, 제1 및 제2 고체 추진제 충전제는 반대 방향으로 연소하며, 그에 따라 시스템이 작동 중일 때 무게 중심의 위치에 있어서의 변동을 제한하도록 기능한다.
본 발명의 DACS의 다른 특정 특징에 따르면, 상기 제1 고체 추진제 충전물은 상기 제2 고체 추진제 충전물의 연소 속도와 상이한 연소 속도를 나타낼 수 있다. 따라서 그러한 환경 하에서 제1 및 제2 탱크는 상이한 압력을 가질 수 있고, 그 결과 방향전환 모듈 및 ACS 모듈 각각에 대하여 적절한 상이한 추력을 가질 수 있으며, 또한 전체 시스템의 질량을 최적화시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 연소면에 상응하는 표면 이외의 상기 제1 및 제2 고체 추진제 충전물의 표면은 억제물질층으로 덮여 있다.
본 발명의 DACS의 다른 특정 특징에 따르면, 상기 제1 고체 추진제 충전물은 복수의 고체 추진제 세그먼트를 포함하며, 세그먼트는 억제물질층에 의해 서로 분리되어 있다. 대안으로서 또는 그에 더하여, 상기 제2 고체 추진제 충전물은 복수의 고체 추진제 세그먼트를 포함할 수 있으며, 세그먼트는 억제물질층에 의해 서로 분리되어 있다. 따라서 방향전환 모듈 및/또는 ACS 모듈은 펄스 모드(pulsed mode)로 작동할 수 있다.
본 발명의 DACS의 또 다른 특정 특징에 따르면, 상기 제1 탱크는 연장기(extender)를 경유하여 상기 제1 밸브 세트와 연통한다. 이것은 제1 밸브 세트의 밸브들의 작동시 레버 아암(lever arm)을 증가시킨다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 비-제한적인 예를 들어 주어지는 이하의 설명을 읽음으로써 더욱 잘 이해될 수 있다:
- 도 1은, 전술한 바와 같이, 종래 기술의 DACS가 장착된 용격 미사일 말단부의 매우 개략적인 도면;
- 도 2는, 본 발명의 실시형태에 따른 DACS가 장착된 말단부를 가지는 요격 미사일의 매우 개략적인 도면;
- 도 3 내지 7은, 각각, 도 2의 요격 미사일의 말단부를 나타내는, 확대된 측면도, 단면도, 배면도, 정면도 및 분해도;
- 도 8 및 도 9는, 각각, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 DACS의 단면도 및 분해도이다;
- 도 10은, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 DACS의 단면도; 그리고
- 도 11은, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 DACS의 단면도이다.
도 2는 대탄도탄 미사일 방어 시스템을 위한 요격 미사일(10)의 매우 개략적인 도면이며, 이 요격 미사일은 DACS(100)이 장착되는 상단부 즉 말단부(12)를 가지며, 이 DACS는, 말단부가 미사일의 나머지 부분으로부터 분리된 후, 임무 끝에서, 궤도를 선택적으로 전환함으로써 그리고 자세를 선택적으로 교정함으로써 말단부(12)를 조향하기 위한 것이다.
DACS(100) (도 3 내지 7 참조)는, 실질적으로 원통형인 제1 인클로저(enclosure) (131)에 의해 획정되는 제1 탱크(130)를 가지는 추력기 본체(120)를 포함하며, 제1 인클로저는 추력기 본체(120)의 중심에 제공되어 추력기 본체의 길이방향 축선(A)을 따라 연장된다. 제1 탱크(130)는 단부벽(132)에 의해 전방 단부에서 폐쇄되고 후방 단부(130a)에서 개방된다. "후방" 및 "전방"이라는 용어는 말단부(12)의 이동방향을 기준으로 사용된다. 제1 탱크(130)는, 제1 탱크(130)의 후방 단부에서 노출되는 연소 면(combustion face) (141a)을 갖는 제1 고체 추진제 충전물(140)을 수용한다. 연소 면(141a)은 길이방향 축선(A)에 수직인 방향으로 연장된다.
또한 추력기 본체(120)는 실질적으로 원통형인 제1 인클로저(131)와 실질적으로 원통형인 제2 인클로저(151)와의 사이에서 획정되는 제2 탱크(150)를 가지며, 제2 인클로저는 원통형인 제1 인클로저(131) 주위에 제공되어 추력기 본체의 길이방향 축선(A)을 따라 연장되며, 본 실시예에 있어서 제1 및 제2 인클로저(131 및 151)는 동축이다. 제2 탱크(150)는 추력기 본체(120)의 후방 단부벽을 구성하는 단부벽(152)에 의해 그 후방 단부가 폐쇄되어 있고, 그 전방 단부(150a)는 개방되어 있다. 제2 탱크(150)는, 제2 탱크(150)의 전방 단부(150a)에서 노출되는 연소 면(161a)을 갖는 제2 고체 추진제 충전물(160)을 수용한다. 연소면(161a)은 길이방향 축선(A)에 수직인 방향으로 연장된다.
본 실시예에 있어서, 추력기 본체(120)는, 후방 단부벽(152)에 의해 하류 부분에서 폐쇄되고 추력기 본체(120)의 전방 단부벽을 구성하는 단부벽(153)에 의해 상류 부분에서 폐쇄되는, 실질적으로 원통형인 제2 인클로저(151)에 의해 형성된다(도 4 및 도 7 참조).
또한 DACS(100)는, 추력기 본체(120)의 후방에 위치된 제1 밸브 세트(170) 및 추력기 본체(120)의 전방에 위치된 제2 밸브 세트(180)를 포함한다. 제1 밸브 세트(170)의 밸브들은 제1 탱크(130)와 연통하는 한편, 제2 밸브 세트(180)의 밸브들은 제2 탱크(150)와 연통한다. DACS는, 액추에이터(도시생략)에 의해 선택적으로 제어되는 제1 및 제2 밸브 세트의 밸브들의 개폐를 가능하게 하는 전자 제어 장치(도시생략)를 갖는다.
제1 고체 추진제 충전물(140)은 전방 연소 블록 유형(front combustion block type)이다. 이를 위해, 현재 기술되고 있는 예에 있어서, 이는 실린더 형상의 단일 고체 추진제 블록(141)으로 구성되고, 연소면(141a) 이외의 표면은 억제물질로 덮여있다. 보다 정확하게는, 블록(141)의 면(141a)으로부터 반대쪽의 면(141b)은 억제물질층(142)으로 덮여 있는 한편, 원통형인 제1 인클로저(131)의 내측표면을 향한 블록의 외측표면(141c)은 억제물질층(143)으로 덮여 있다. 억제물질층(142 및 143)은 서로 독립적으로 제조되어 고체 추진제 블록(141)에 장착되거나, 또는 억제물질로 만들어진 단일-편(single-piece) 구조의 일부를 형성할 수 있으며, 그 다음 고체 추진제 블록(141)은 단일-편 구조의 내측에 삽입된다. 제1 점화 시스템(도시생략)은, 고체 추진제 블록(141)의 연소면(141a)으로부터의 연소를 개시하기 위해서 존재한다.
제2 고체 추진제 충전물(160)은 전방 연소 블록 유형이다. 이를 위해, 현재 기술되고 있는 예에 있어서, 이는 억제물질로 덮인 연소면(161a) 이외의 다른 표면을 갖는 환형의 단일 고체 추진제 블록(161)에 의해 구성된다. 보다 정확하게는, 블록(161)의 면(161a)으로부터 반대쪽의 면(161b)은 억제물질층(162)으로 덮여 있는 한편, 실질적으로 원통형인 제1 인클로저(131)의 외측표면 및 실질적으로 원통형인 제2 인클로저(151)의 내측표면을 각각 향하는 블록(161)의 내측표면 및 외측표면(161c 및 161d)은 각각 억제물질층(163) 및 억제물질층(164)으로 덮여있다. 억제물질층(162, 163 및 164)은 서로 독립적으로 제조되어 고체 추진제 블록(161) 상에 장착될 수 있거나, 또는 억제물질로 제조된 단일-편 구조의 일부를 형성할 수 있으며, 그 다음 고체 추진제 블록(161)은 단일-편 구조의 내측에 삽입된다. 제2 점화 시스템(도시생략)은 고체 추진제 블록(161)의 연소면(161a)으로부터의 연소를 개시하기 위해서 존재한다.
제1 및 제2 탱크(130 및 150)는 각각 제1 및 제2 밸브 세트(170 및 180)에 독립적으로 가스를 공급하는 제1 및 제2 연소 챔버를 형성한다.
보다 정확하게는, 현재 기술되고 있는 예에 있어서, 제1 밸브 세트(170)는 자세 교정 모듈 또는 시스템(ACS)에 상응하며 추력기 본체(120)의 후방 단부벽을 구성하는 단부벽(152) 상에 직접 장착되는 6개의 밸브(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 및 170f)들을 포함한다. 제1 밸브 세트(170)는, 축선(A)에 실질적으로 수직인 제1 방향으로 향하는 제1 쌍의 밸브(170a 및 170b), 제1 방향에 대해 반대쪽인 제2 방향으로 향하는 제2 쌍의 밸브(170d 및 170e), 그리고 축선(A)과 제1 및 제2 방향 모두에 실질적으로 수직인 서로 반대쪽 방향으로 향하는 2개의 또 다른 밸브(170c 및 170f)를 포함한다. 제어 전자장치 및 액추에이터를 포함하는 제어장치(도시생략)는, 자세 교정(요(yaw), 롤(roll) 및/또는 피칭(pitching) 교정)이 요구될 때, 밸브(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 및 170f)들 중 하나 이상의 개방을 선택적으로 제어하기 위하여 제공된다. 고체 추진제 블록(141)은 밸브(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 및 170f)를 공급하는 데 사용된다.
여전히 현재 기술되고 있는 예에 있어서, 제2 밸브 세트(180)는 횡력 조향 또는 궤도 방향전환 모듈에 상응하며, 추력기 본체(120)의 전방 단부벽을 구성하는 단부벽(153) 상에 직접 장착된 4개의 밸브(180a, 180b, 180c, 및 180d)들을 포함한다. 밸브(180a, 180b, 180c, 및 180d)들은, 비이클(10)의 자세에 중대한 교란을 일으킴 없이, 축선(A)에 대해 수직으로 횡방향 추력을 발생시키도록, 실질적으로 그 무게 중심에서, 비이클(10)의 축선(A) 주위에 규칙적으로 배열된다. 제어 전자장치 및 액추에이터를 포함하는 제어장치(도시생략)는, 궤도를 전환시킬 필요가 있을 때, 밸브(180a, 180b, 180c, 및 180d)들 중 하나 이상의 개방을 선택적으로 제어하기 위해 제공된다. 고체 추진제 블록(161)은 단지 밸브(180a, 180b, 180c, 및 180d)들에 가스를 공급하기 위해서만 사용된다.
도시된 실시예에 있어서, 제1 및 제2 밸브 세트(170 및 180)는 전체적으로 말단부(12)의 무게 중심에 대해 대칭으로 배치되고, 여기서 이 무게 중심은 축선(A) 상에 위치된다. 말단부(12)의 장비의 페이로드(payload) 및 여러 부분들은 바람직하게는 추진제의 연소 중에 무게 중심의 위치가 실질적으로 변하지 않도록 배열된다.
제1 및 제2 밸브 세트(170 및 180)는, 특히 피칭 또는 요 교정을 실시할 경우, 적절한 힘 모멘트로 횡방향 추력을 발생시킬 수 있도록, 축선(A)을 따라 이격되어 위치된다. 유리하게는, 밸브(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f, 180a, 180b, 180c, 및 180d)는 모두 동일하고, 그에 따라 DACS의 정의(definition) 및 제공(provision)을 단순화시킨다. 그러한 단순화는 또한 밸브를 추력기 본체(120)의 외측에 장착함으로써 얻어지며, 그러한 장착은 또한 양호한 불꽃(pyrotechnic) 안전성을 제공한다. 또한, 모든 밸브의 추력 축은 축선(A)으로부터 동일한 거리에 위치되는 것이 유리하지만 필수적인 것은 아니다.
공지된 방식에 있어서, 제어장치(도시생략)는, 제1 및 제2 밸브 세트(170 및 180)의 여러 밸브들과 각각 관련되는 액추에이터(도시생략)에 작용하며, 즉 추력기 본체에 대해 밸브를 연결하는 파이프 내의 가스를 위한 유동 섹션(flow section)에 작용하며, 그러므로 이들 밸브는 완전 폐쇄와 완전 개방 사이에서 제어되는 가변-개방 밸브이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 고체 추진제 충전물(140)의 블록(141)은 화살표(Sc141)로 지시된 방향으로 연소되는 한편, 제2 고체 추진제 충전물(160)의 블록(161)은 화살표(Sc161)로 표시된 바와 같이 반대 방향으로 연소하여, 작동 중에 DACS의 무게 중심에 있어서의 변동을 제한할 수 있다.
도 8 및 도 9는, 횡력 조향 또는 궤도 방향전환 모듈에 가스를 공급하기 위한 고체 추진제 충전물이 복수의 고체 추진제 블록으로 분할되어, 상기 모듈이 펄스 모드(pulsed mode)로 작동할 수 있다는 점에서 전술한 DACS(100)와는 상이한 DACS(200)를 도시한다. 전술한 DACS(100)와 마찬가지로, DACS(200)는 추력기 본체의 길이방향 축선(B)을 따라 연장되는 실질적으로 원통형인 제1 인클로저(231)에 의해 획정되는 제1 탱크(230)를 갖는 추력기 본체(220)를 포함한다. 제1 탱크(230)는 전방 단부에서 단부벽(232)에 의해 폐쇄되고 후방 단부(230a)에서 개방된다. 제1 탱크(230)는 제1 탱크(230)의 후방 단부에서 노출되는 연소면(241a)을 갖는 제1 고체 추진제 충전물(240)을 포함한다.
또한, 추력기 본체(220)는, 실질적으로 원통형인 제1 인클로저(231)와 제1 인클로저(231) 주위에 제공되고 추력기 본체의 길이방향 축선(B)을 따라 연장되는 실질적으로 원통형인 제2 인클로저(251)와의 사이에서 획정되는 제2 탱크(250)를 가지며, 제1 및 제2 인클로저(231 및 251)는 동축이다. 제2 탱크(250)는 추력기 본체(220)의 후방 단부벽을 구성하는 단부벽(252)에 의해 그 후방 단부에서 폐쇄되고 전방 단부(250a)에서 개방된다. 제2 탱크(250)는 제2 고체 추진제 충전물(260)을 수용한다.
본 실시예에 있어서 추력기 본체(220)는, 후방 단부벽(252)에 의해 그 하류 부분에서 폐쇄되고, 추력기 본체(220)의 전방 단부벽을 구성하는 단부벽(253)에 의해 상류 부분에서 폐쇄되는, 실질적으로 원통형인 제2 인클로저(251)에 의해 형성된다.
또한 DACS(200)는, DACS(100)를 참조하여 전술한 제1 및 제2 밸브 세트(170 및 180)와 유사한 제1 및 제2 밸브 세트(270 및 280)를 갖는다. 제1 밸브 세트(270)의 밸브들은 제1 탱크(230)와 연통하는 한편, 제2 밸브 세트(280)의 밸브들은 제2 탱크(250)와 연통한다. DACS는 액추에이터(도시생략)에 의해 제1 및 제2 밸브 세트의 밸브들의 개폐를 선택적으로 제어하도록 기능하는 ????전자 제어 장치(도시생략)를 갖는다.
제1 고체 추진제 충전물(240)은 전방 연소 블록 유형이다. 이 목적을 위해, 현재-기술되고 있는 실시예에 있어서, 이는 억제물질로 덮인 연소면(241a) 이외의 다른 표면을 갖는 실린더 형태의 단일의 고체 추진제 블록(241)에 의해 구성된다. 보다 정확하게는, 블록(241)의 면(241a)으로부터 반대쪽의 면(241b)은 억제물질층(242)으로 덮여 있는 한편, 실질적으로 원통형인 제1 인클로저(231)의 내측표면을 향하는 블록의 외측표면(241c)은 억제물질층(243)으로 덮여 있다. 제1 점화 시스템(도시생략)은 고체 추진제 블록(241)의 연소면(241a)으로부터의 연소를 개시하기 위해서 존재한다.
제2 고체 추진제 충전물(260)은 복수의 고체 추진제 세그먼트(261, 262, 263, 및 264)들로 구성되며, 세그먼트 각각의 형상은 환형이다. 고체 추진제 세그먼트(261, 262, 263, 및 264)들은, 전방 연소 블록 유형이며, 연소면(261a, 262a, 263a, 및 264a)을 각각 제공한다. 세그먼트(261)는 제2 탱크(250)의 전방 단부(250a)에서 노출된 연소면(261a)을 갖는다.
세그먼트(261)의 면(261a)으로부터 반대쪽의 면, 그리고 실질적으로 원통형인 제1 인클로저(231)의 외측표면 및 실질적으로 원통형인 제2 인클로저(251)의 내측표면을 각각 향하는 세그먼트(261)의 내측표면 및 외측표면은, 억제물질층(270)으로 덮여 있다. 이는, 연소면으로부터 반대쪽 면, 그리고 그 내측표면 및 외측표면이 각각 억제물질층(271, 272, 및 273)으로 덮여있는 세그먼트(262, 263, 및 264)에 대해서도 동일하게 적용된다. 개별적인 방식으로 각각의 추진제 세그먼트의 연소를 개시하기 위해서 개별적인 점화 시스템(도시생략)들이 세그먼트(261, 262, 263, 및 264)들과 각각 연관되어, 펄스 모드로 충전물의 연소를 관리한다.
제1 및 제2 탱크(230 및 250)는 제1 및 제2 밸브 세트(270 및 280)에 각각 가스를 공급하는 제1 및 제2 연소 챔버를 형성한다. DACS(100)에 대해 전술한 바와 같이, 제1 밸브 세트(270)는, 밸브가 추력기 본체(220)의 후방 단부벽을 구성하는 단부벽(252) 상에 직접 장착되는 자세 교정 모듈 또는 시스템(ACS)에 상응한다. 제어 전자장치 및 액추에이터를 포함하는 제어장치(도시생략)는, 자세 교정(요(yaw), 롤(roll) 및/또는 피칭(pitching) 교정)이 필요할 때, 제1 밸브 세트(270)의 밸브들 중 하나 이상의 개방을 선택적으로 제어하기 위하여 제공된다. 고체 추진제 블록(241)은 단지 제1 밸브 세트(270)의 밸브들에 가스를 공급하기 위해서만 사용된다.
제2 밸브 세트(280)는, 밸브가 추력기 본체(220)의 전방 단부벽을 구성하는 단부벽(253) 상에 직접 장착되는 횡력 조향 또는 궤도 방향전환 모듈에 상응한다. 제어 전자장치 및 액추에이터를 포함하는 제어장치(도시생략)는, 궤도 방향전환이 필요할 때, 제2 밸브 세트(28)의 밸브들 중 하나 이상의 개방을 선택적으로 제어하기 위하여 제공된다. 고체 추진제 세그먼트(261, 262, 263, 및 264)는 제2 밸브 세트(280)의 밸브에만 가스를 공급하기 위해 연속적으로 연소된다. 전술한 바와 같이, 분할된 형태의 충전물을 사용하면 펄스 모드로의 작동이 가능하며, 따라서 제2 밸브 세트(280)의 밸브들에 복수의 가스 펄스(본 실시예에 있어서는 4개)로 가스를 공급할 수 있게 된다. 각각의 가스 펄스의 지속시간은 각각의 고체 추진제 세그먼트의 길이 및/또는 각각의 세그먼트의 연소 속도의 함수로서 정의된다. 설명된 실시예에 있어서, 4개의 세그먼트(261, 262, 263, 및 264)는 모두 동일한 연소 속도를 가지며, 가장 긴 길이를 가지는 세그먼트(264)가 가장 긴 가스 펄스를 전달하고, 이어서 세그먼트(261)가 그 다음이고, 그 다음이 세그먼트(262 및 263)들이다.
전술한 바와 같은 제1 및 제2 밸브 세트(170 및 180 또는 270 및 280)는 추력기 본체(120 또는 220)의 후방 단부벽 또는 전방 단부벽에 각각 직접 장착된다. 그렇지만, 제1 및 제2 밸브 세트는 금속 또는 합성재료로 만들어진 디스트리뷰터 본체에 고정되어 추력기 본체의 후방 단부벽 또는 전방 단부벽에 장착될 수 있다. 도 10에 도시된 또 다른 변형 실시형태에 있어서, DACS(300)는 제1 탱크(330) 및 제1 밸브 세트(370)와 연통하는 연장기(extender)(301)를 더 포함할 수 있어, 그에 따라 제1 밸브 세트(370)에 의해 형성되는 자세 교정 모듈 또는 시스템(ACS)의 레버 아암(lever arm)을 증가시키도록 기능하며, 횡력 조향 또는 궤도 방향전환 모듈을 구성하는 제2 밸브 세트(380)는 추력기 본체의 전방 단부벽 상에 직접 장착되는 밸브들을 갖는다. DACS(300)의 다른 부분은 DACS(200)에 대해 위에서 설명한 것과 동일하며, 간략화를 위해 다시 설명하지 않는다.
게다가, 자세 교정 모듈을 구성하는 제1 밸브 세트(470)에 가스를 공급하기 위한 제1 고체 추진제 충전물(440)은 펄스 모드로의 작동을 가능하게 하는 복수의 고체 추진제 블록으로 분할된다는 점에서, 도 8 및 도 9의 DACS(200)와 상이한 DACS(400)를 도시하는 도 11에 예로서 도시된 바와 같이, 자세 교정 모듈 또는 시스템(ACS)에 상응하는 제1 밸브 세트는 또한 펄스 방식으로 가스를 공급받을 수 있다. 제1 고체 추진제 충전물(440)은, 각각 형상이 원통형이고 전방 연소 블록 유형인, 복수의 고체 추진제 세그먼트(441, 442, 및 443)로 구성된다.
세그먼트(441)의 연소면(441a)으로부터 반대쪽의 면 그리고 원통형인 제1 인클로저(431)의 내측표면을 각각 향하는 세그먼트(441)의 내측표면 및 외측표면은, 억제물질층(444)으로 덮여 있다. 이것은 연소면으로부터 반대쪽의 면 및 내측표면이 각각 억제물질층(445 및 446)에 의해 덮여 있는 세그먼트(442 및 443)에 대해서도 동일하게 적용된다. 제2 점화 시스템(도시생략)은 연소면(441a)으로부터 고체 추진제 세그먼트(441)의 연소를 개시하기 위해서 제공된다. 개별적인 방식으로 각각의 추진제 세그먼트의 연소를 개시하기 위해서 개별적인 점화 시스템(도시생략)이 각각의 세그먼트(441, 442, 및 443)와 연관되어, 펄스 모드로의 충전물의 연소를 관리한다.
각각의 펄스의 지속 시간은 각각의 고체 추진제 세그먼트의 길이 및/또는 각각의 세그먼트의 연소 속도의 함수로서 정의된다. 현재-기술되고 있는 실시예에 있어서, 3개의 세그먼트(441, 442, 및 443) 모두는 동일한 연소 속도를 가지며, 가장 긴 길이를 가지는 세그먼트(441)가 가장 긴 가스 펄스를 전달하고, 이어서 세그먼트(443)가 그 다음이고, 그 다음이 세그먼트(442)이다.
본 발명의 DACS의 제1 및 제2 충전물을 구성하는 고체 추진제 세그먼트 또는 블록은, 자유롭게 즉 제1 및 제2 탱크에 있어서 반경방향 간극을 갖고 삽입되어, 연소면으로부터 반대쪽의 면 상에 억제물질에 의해 접착 결합될 수 있거나, 또는 블록이나 세그먼트 및 그 연결부에 대한 기계적인 응력을 감소시키도록 기능하는 셀룰러 열 보호(cellular thermal protection)에 의해 보호되는 탱크 내에 직접 주조(cast)될 수 있다.
자세 교정 모듈 또는 시스템(ACS)에 가스를 공급하기 위하여 사용되는 고체 추진제는, 횡력 조향 또는 궤도 방향전환 모듈에 가스를 공급하기 위하여 사용되는 고체 추진제와는 상이한 연소를 제공할 수 있어, 상이한 연소 속도와 결과적으로 상이한 추력을 갖습니다. 예를 들어, 방향전환 모듈에 가스를 공급하기 위하여 사용되는 고체 추진제는 ACS 모듈에 가스를 공급하기 위하여 사용되는 고체 추진제보다 2 내지 3배 큰 연소 속도를 제공할 수 있다.
전술한 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 밸브 세트는 추력기 본체의 양단부에 각각 위치된다. 그렇지만, 비이클을 위한 본 발명의 비행중(in-flight) 횡력 조향 및 자세 제어 시스템에 있어서, 2개의 밸브 세트 중 하나는 추력기 본체 상의 중간 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 가득 찬 경우, 제1 탱크는 2개의 대칭 모듈로서 편성될 수 있고, 횡력 조향 또는 궤도 방향전환 모듈에 상응하는 밸브들의 세트는 추력기 본체 상에서 가득 찬 제1 탱크의 무게 중심 부근에 배치될 수 있다(밸브들의 세트는 제1 탱크의 2개의 대칭 모듈에 연결되는 중심 링에 고정된다).

Claims (11)

  1. 비이클(vehicle)용의 비행중 횡력 조향(in-flight side force steering) 및 자세 제어 시스템(10)으로서, 상기 시스템은 추력기(thruster) 본체(120)와 제1 및 제2 밸브 세트(170, 180)에 분포되는 복수의 밸브들을 포함하며, 상기 시스템은:
    - 상기 추력기 본체의 중심에 제공되어 상기 추력기 본체의 길이방향 축선(A)을 따라 연장되는 원통형인 제1 인클로저(enclosure)(131)에 의해 획정되는 제1 탱크(130)로서, 상기 제1 탱크(130)는 제1 단부에서 폐쇄되고 제2 단부(130a)에서 개방되며, 상기 제1 탱크(130)는 상기 제1 탱크(130)의 제2 단부(130a)에서 노출되는 적어도 하나의 연소면(141a)을 갖는 제1 고체 추진제 충전물(140)을 수용하며, 상기 제1 탱크는 상기 제1 밸브 세트(170)와 연통하는 것; 그리고
    - 원통형인 상기 제1 인클로저(131)와 상기 제1 인클로저 주위에 제공되어 상기 추력기 본체(120)의 길이방향 축선(A)을 따라 연장되는 원통형인 제2 인클로저(151)와의 사이에서 획정되는 제2 탱크(150)로서, 상기 제2 탱크(150)는 제1 단부에서 폐쇄되고 제2 단부(150a)에서 개방되며, 상기 제2 탱크(150)는 상기 제2 탱크의 제2 단부(150a)에서 노출되는 적어도 하나의 연소면(161a)을 갖는 제2 고체 추진제 충전물(160)을 수용하며, 상기 제2 탱크(150)는 상기 제2 밸브 세트(180)와 연통하는 것;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 밸브 세트(170, 180)는 상기 추력기 본체(120)의 길이방향 축선(A) 상에 위치되는 비이클(10)의 무게 중심에 대해 대칭인 방식으로 각각 상기 추력기 본체(120)의 전방 및 후방을 향하여 이격되어 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 제1 고체 추진제 충전물(140)의 연소면(141a)이 노출되는 상기 제1 탱크(130)의 제1 단부(130a)와, 상기 제2 고체 추진제 충전물(160)의 연소면(161a)이 노출되는 상기 제2 탱크(150)의 제1 단부(150a)는, 추력기 본체(120)의 길이방향 축선(A) 상에 위치되는 비이클의 무게 중심에 대해 대칭인 방식으로, 각각 추력기 몸체(120)의 전방 및 후방을 향하여, 서로 이격되어 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 고체 추진제 충전물(140)은 상기 제2 고체 추진제 충전물(160)의 연소 속도와 상이한 연소 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소면(141a, 161a)에 상응하는 표면 이외의 상기 제1 및 제2 고체 추진제 충전물(140, 160)의 표면은 억제물질층(142, 143, 162, 163)으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 고체 추진제 충전물(440)은 복수의 고체 추진제 세그먼트(441, 442, 443)를 포함하며, 상기 세그먼트는 억제물질층(444, 445)에 의해 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 고체 추진제 충전물(260)은 복수의 고체 추진제 세그먼트(261, 262, 263, 264)를 포함하며, 상기 세그먼트는 억제물질층(270, 271, 272)에 의해 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 탱크(330)는 연장기(extender)(301)를 경유하여 상기 제1 밸브 세트(370)와 연통하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. .
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 시스템을 포함하는 항공 또는 우주 비이클.
  11. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 시스템이 장착된 말단부(12)를 갖는 미사일(10).
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