KR970001772B1 - 미사일 제어 핀 작동기 시스템 - Google Patents

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Description

미사일 제어 핀 작동기 시스템

제1도는 미사일 제어 핀 작동기 시스템을 도시하기 위해 미사일의 외피를 제거한 유도 미사일의 개략적 사시도.

제2도는 미사일 제어 핀 작동기 시스템의 개략적 단면도.

제3도는 미사일 제어 핀 작동기 시스템의 다른 실시예의 개략적 단면도.

제4도는 미사일 제어 핀 작동기 시스템의 또 다른 실시예의 하드웨어 기구의 개략적 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 유도 미사일 22 : 제어 핀

24 : 출력 축 26 : 베어링,

28,100,200 : 미사일 제어 핀 작동기 시스템 40 : 공압 작동기

4,104,104' : 하우징 44 : 피스톤 조립체

54 : 제1압력실 58 : 제2압력실

62 : 가스 공급원 64 : 가스 저장실

78,112,112',206,206' : 푸시 로드

80,114,210,212 : 타우트 밴드(taut band)

84 : 정지블럭

102,102',202,202' : 압력 작동기 116 : 가압 시스템

150,154 : 상부 압력실 152,156 : 하부 압력실

208,208' : 푸시 슬리브

본 발명은 유도 미사일의 제어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그러한 유도 미사일의 유도 핀(fin)들을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.

대부분의 유도 미사일들은 미사일의 측면으로부터 돌출되고 통상적으로 미사일의 후미 단부 근처에 가동 제어 날개면 또는 핀에 의해 제어 및 안정성 유지된다. 통상적으로, 핀들, 또는 대형 미사일인 경우에는, 가능하게는, 핀들의 일부만이 대칭인 횡단면을 갖고 있고, 기류 중에서 선회가능하게 장착되어 있다. 각각의 핀이 기류에 평행하게 배향될 때는 미사일에 작용하는 제어력이 없다. 핀을 기류에 대해 일정 각도 배향되게 선회시키면, 미사일에 작용하는 제어력이 발생하여 미사일의 진행 방향이나 회전 방위가 변경된다.

일부 미사일은 음속의 수 배에 달할 정도로 빨리 비행하므로 핀의 운동 제어는 제어 신호에 응답하여 신속하고 원활하게 이루어져야 한다. 핀의 작동 및 그에 따른 핀의 운동의 제어는 미사일 전자 공학에 의해 지속적으로 첨단화될 수 있으며 또는 디지탈 컴퓨터에 의해 초당 수천번 명령될 수 있다. 전기 명령 신호를 제어핀을 물리적으로 운동으로 변환시키는 작동기 기구는 고속 미사일의 조종 성능 및 안정성을 유지하기 위해 고속으로 응답해야 하고 동적 작동 상태를 최소화하여야 하며, 그렇지 않으면 핀이 명령에 정확하게 따르지 못한다.

두 종류의 핀 작동기 시스템이 오늘날 일반적으로 사용되고 있다. 그것들은 전자·기계식 시스템과 유체식 시스템이다. 전자의 경우에 있어서, 명령 신호는 통상적으로는 정밀 치차 열(gear train)을 구비한 정교한 전기 모터에 의해 물리적 운동으로 전환된다. 유압 및 공압 시스템을 모두 포함하는 후자의 경우에 있어서, 명령 신호는 가동 피스톤을 구비한 실린더를 조절하는 가압 밸브 및 해제 밸브를 제어해서 가동 피스톤을 실린더 내에서 전후방으로 활주시킨다. 푸시 로드가 실린더의 밖으로 연장되어, 핀이 장착된 제어핀 출력 축에 연결된다.

각 종류의 작동기 시스템은, 일부 조건에서는 작동 가능한 반면에, 자체적인 결함을 갖고 있다. 상기 전자·기계식 시스템은 우수한 응답 성능을 제공하는 것으로 생각되지만, 제조 경비가 많이 들며, 전자 및 기계적으로 복잡하고, 제조하기가 어려우며, 0점 조정 및 시험하기가 어려우며, 어떤 적용의 경우에는 신뢰성이 부족하다. 모터 제어의 특성상, 전자·기계식 작동 시스템은 핀의 높은 비틀림 하중 하에서는 어떤 고유의 성능 제한을 가지게 되는데, 이러한 성능 제한은 유체식 시스템에 의해 보다 성공적으로 조절될 수 있다. 유압 및 공압 시스템은 아주 정밀한 내부 공차가 유지되고 정교한 밸브, 밀봉 부재 및 기계식 장치가 고안된 경우에만 초당 100사이클 이상의 응답 요건에 부합될 수 있다. 그렇지만, 이 시스템은 마찰 및 백래시(backlash)와 같은 비선형 효과에 보다 주의를 필요로 한다. 유압 시스템 내에 들어 있는 유체는 장기간의 보관 시에 종종 누출되는데, 그에 따라 정기적인 보수를 필요로 한다.

제어 작동기 시스템은 온도, 진동, 가속 및 높은 구조의 하중과 핀 하중을 포함하는 광범위한 환경 조건에서 작동 가능해야 한다. 일 예로, 어떤 군사 규정에는 장기간 보관 가능하고 그 이후에도 -53.9℃(-65℉)의 낮은 온도에서부터 87.7℃(+190℉)의 높은 온도에 이르는 온도 범위에서도 작동 가능한 미사일을 요구하고 있다. 제어 날개면용 작동기 시스템은 전 환경 범위에서 만족스러운 강도 및 다른 특성을 갖는 재료로 만들어져야 하며, 또한 모든 특정 환경에서도 그 성능을 유지해야 한다.

종래의 공압 시스템은 다양하게 변하는 조건에서의 대부분의 필요 성능 요건에 부합될 수 없기 때문에, 오늘날 고성능 미사일 제어 시스템에서는 전자·기계식 작동기 시스템이 가장 널리 사용되고 있다. 그러나, 이미 언급한 바와 같이, 전자·기계식 작동기 시스템들은 제조 경비가 많이 들고, 복잡하고, 파손되기 쉬워 성능 편차가 생기며, 시험이 곤란하다. 따라서, 제조 원가가 낮고 작동 조건 범위에서 신뢰성이 우수할 뿐만 아니라 만족스러운 성능 응답을 갖는 향상된 작동기 시스템을 필요로 한다. 본 발명은 이러한 필요를 충족시키며, 그와 관련된 이점들을 제공한다.

본 발명은 비교적 제조 원가가 낮고, 신뢰성이 있고, 용이하게 시험 및 0점 조정이 가능하며, 작동이 안정된 미사일 핀용 작동기 시스템을 제공한다. 이 작동기 시스템은 기계적 백래시가 없이 우수한 제어를 달성한다. 이 작동기 시스템을 넓은 온도 범위에서 초당 100사이클에 달하는 속도로 완전히 작동이 가능하며 저속과 고속에서 양호한 안정성 특성을 가진다.

본 발명에 따르면, 제어 핀 출력 축을 회전시키는 미사일 제어 핀 작동기 시스템은, 하우징과 이 하우징 내에 2개 이상의 압력실들을 한정하기 위해 상기 하우징 내에서 활주 가능한 피스톤을 포함하는 압력 작동기를 포함한다. 롤링 다이아프램 밀봉 부재(rolling diaphragm seal)가 피스톤과 하우징 벽 사이에 배치되고, 이 롤링 다이아프램 밀봉 부재는 압력실들 사이의 압력 밀봉을 제공한다. 푸시 로드가 피스톤에 연결되어 하우징 밖으로 연장한다. 피스톤이 하우징 내에서 활주하도록 하기 위해 두 개의 압력실들을 제어 가능하게 가압하는 가압 수단이 제공된다. 또한 상기 푸시 로드를 제어 핀 출력 축에 연결하는 연결 수단이 제공된다.

상기 푸시 로드는 피스톤의 운동 방향이 바뀔 때 백래시를 피하는 타우트 밴드 커넥터에 의해 핀 출력축에 연결되는 것이 바람직하다. 작동 속도가 증가함에 따라 증가하는 와전류(eddy current)감쇠를 시스템에 유도하기 위해 자석이 상기 푸시 로드에 인접하게 배치될 수 있다. 압력실의 압력과 푸시 로드 및/또는 핀 출력 축의 위치 및 운동 속도가 감시될 수 있고, 감지기의 표시 값은 제어 변수의 조정을 위해 압력 제어 장치로 피드백된다.

본 발명의 압력 작동기는 일반적으로 공압식이다. 종래 기술의 공압 작동기에 있어서는 두 개의 압력실들을 한정하기 이해 링형 밀봉 부재가 피스톤과 하우징의 내벽 사이에 사용된다. 0링 및 표면 다듬질 0링과 같은 링 밀봉 부재, 립 밀봉 부재, 또는 기타 동적 미끄럼 밀봉 부재는 효과가 온도에 따라 광범위하게 변동하며 작동기의 작동 주파수가 증가함에 따라 증가하는 비선형 미끄럼 마찰 성분을 발생시킨다. 하우징의 내벽에 대한 밀봉 부재의 마멸은 통상적으로 긁힌 자국(scoring) 및 기타 손상을 야기시켜, 작동기의 성능을 감소시킨다. 밀봉 부재에 의해 발생되는 마찰을 감소시켜서 마멸 손상을 감소시킬 수 있지만, 그러면 제어 감쇠를 달성하기 위한 어떤 다른 기구를 사용해야 한다. 종래의 공압 작동기는 극한적인 조건에서 장기간의 보관에 대한 적응성을 조정하고 유지하기가 어려웠다.

본 발명의 압력 작동기에 사용된 롤링 다이아프램 밀봉 부재는 미끄럼 밀봉 부재와 비교할때 마멸을 크게 감소시키며, 또한 온도 변화로 인한 영향과 같은 성능에 대한 어떤 환경적 영향을 크게 감소시킨다. 종래의 공압 작동기의 억지 끼워맞춤 공차는 더 이상 요구되지 않으며, 그 결과 온도 변화가 작동기 성능에 미치는 영향이 아주 작으며, 또한 제조 원가가 상당히 감소된다. 미끄럼 마찰의 감소로 해서 공압 제어 공정의 효율이 향상되고 고주파 성능도 향상된다. 종래의 동적 미끄럼 밀봉 부재의 마찰 감쇠 효과의 제거에 따라, 공압 라인 내의 감쇠 오리피스를 포함하는 보조 감쇠 공급원과 자석 와전류 감쇠 장치를 도입할 수도 있다.

따라서, 본 발명의 공압 작동기는 미사일 핀 제어 시스템용의 중요한 제어의 진보성을 제공한다. 광범위한 환경 범위에 걸친 고성능, 양호한 보관성, 및 우수한 신뢰성이, 제조 및 0점 조정이 용이한 작동기에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 특징 및 장점은 본 발명의 원리를 예시적으로 나타내는 첨부된 도면을 참고로 한 다음의 발명의 상세한 설명으로부턴 명확해질 것이다.

제1도는 미사일의 측면으로부터 돌출된 제어 핀(22)을 구비하는 미사일(20)을 도시하고 있다(일반적으로 제공되는 4개의 핀 중 2개가 도시되었으며 나머지 2개는 도시되지 않았다). 각각의 핀(22)은 베어링(26)내에 지지된 핀 출력 축(24)에 장착된다. 미사일(20)의 운동 방향을 제어하기 위해 미사일 제어 핀 작동기 시스템(28)이 핀 출력축(24)을 회전시키고 그에 따라 핀(22)의 각도가 기류(airstream)에 대해 변경된다. 핀 출력 축(24)의 운동을 회전 감지기(29)에 감지된다.

미사일(20)은 본원에서는 단일의 모터 노즐로 도시된 꼬리부의 로켓 엔진 또는 모터(30)에 의해 추진된다. 선택적으로, 다수의 후방으로 각도를 형성한 작은 모터 노즐들이 미사일 본체의 측면에 설치될 수 있다.

미사일 제어 핀 작동기 시스템(28)과 모터(30)는 탑재된 제어기(34)로부터 신호 라인(32)을 통하여 전달되는 신호에 의해 제어된다. 열 추적 장치와 같은 감지기(36)가 종종 미사일(20)의 선수부(nose)에 설치된다. 또한 미사일은 미사일 기재로부터 무선, 유선 또는 광섬유로 유도될 수 있다.

본 발명은 주로 미사일 제어 핀 작동기 시스템(28)의 구조 및 작동에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 제어 핀 출력 축을 회전 시키는 미사일 제어 핀 작동기 시스템은 하우징과 이 하우징 내에서 활주 가능한 피스톤 조립체를 포함한다. 피스톤 조립체는 제1단면적을 갖는 제1면과, 제1단면적과는 다른 제2단면적을 갖는 제2면을 포함한다. 제1롤링 다이아프램 밀봉 부재가 상기 제1면을 하우징의 내벽에 밀봉시키고 그에 따라 제1면과 하우징의 내부 사이에 제1압력실이 형성된다. 제2롤링 다이아프램 밀봉 부재가 상기 제2면을 밀봉시키고 그에 따른 제1면과 제2면 사이에 제2압력실이 형성된다. 푸시 로드가 상기 피스톤 조립체에 연결되어 하우징 밖으로 연장한다. 피스톤이 하우징 내에서 활주하도록 하기 위해 상기 두 압력실들을 제어 가능하게 가압하는 가압 수단과, 푸시 로드를 제어 핀 출력 축에 연결하는 연결 수단이 또한 장착된다.

본 발명의 실시예에 따른 공압 작동기(40)가 제2도에 도시되었다. 이 공압 작동기는 직경이 다른 2개의 일반적으로 원통형인 단면이 서로 결합되어 형성된 하우징(42)을 구비한다. 본 발명의 피스톤이 이중 영역 피스톤이기 때문에 상기와 같이 다른 직경이 이용된다.

피스톤 조립체(44)는 제1면(46)이 제1돌출 영역을 가지고 있고 제2면(48)이 제2돌출 영역을 갖고 있는 중공체이다. 바람직하게는, 상기 제2돌출 영역에 대한 제1돌출 영역이 비는 약 2:1이다.

제1롤링 다이아프램(50)은 제1면(46)을 하우징(42)의 내벽(52)의 인접 부분에 밀봉시킨다. 따라서, 상기 내벽(52)과 제1면(46) 그리고 그와 결합된 제1롤링 다이아프램(50) 사이에 제1압력실(54)이 형성된다. 제2롤링 다이아프램(56)은 제2면(48)을 내벽(52)의 인접 부분에 밀봉시킨다. 따라서, 제1면(46)과 그에 결합된 제1롤링 다이아프램(50), 제2면(48)과 그에 결합된 제2롤링 다이아프램(55), 및 하우징(42)의 내벽(52)에 의해 형성된 체적부 내에 제2압력실(58)이 형성된다.

롤링 다이아프램은 반경 방향의 가요성은 크지만 원주 방향 팽창성은 작은 탄성 재료로 만들어진다. 이러한 구조 및 이용은 미합중국 특히 제3,137,215호, 제3,373,236호, 및 제3,969,991호에 의해 기술되어 있고, 이는 본원에 참조되어 있다. 밀봉부재로 이용된 롤링 다이아프램은 일 예로 미합중국 웨스트 버지니아주 네웰 소재 벨로프램 코포레이션(Bellofram Corporation)으로부터 구입 가능한 전문 제품이다. 제2도에 도시된 바와 같이 피스톤 조립체(44)와 내벽(52) 사이의 반경 방향 간극은 아주 크게 만들어질 수도 있는데, 그 이유는 가요성의 직물류 롤링 다이아프램 재료에 의해 밀봉이 이루어지기 때문이다. 상기 롤링 다이아프램의 이용에 의해 허용되는 큰 간극은 두가지 중요한 결과에 도달한다. 첫째, 정밀하게 조절된 공차를 유지하는 것은 종래 공압 작동기의 제조 작업에 있어서 비용이 많이 드는 부분이므로 제조 원가가 상당히 감소된다. 둘째, 상기 작동기는 온도 변화와 같은 환경 변화에 따른 성능의 변동이 아주 적다. 상기와 같은 성능 변동의 대부분은 정밀하게 치수 결정된 시스템에서의 열팽창 차이에 따른 치수와 관련된 변동으로부터 발생된다.

두개의 압력실(54,58)들은 가압 시스템(60)에 의해 제어 가능하게 가압되어 피스톤 조립체(44)를 하우징(42)의 길이 방향을 따라 이동시킨다. 상기 가압 시스템(60)은 가스 저장실(64)을 포함하는 가압 가스 공급원(62)과, 정압을 유지시키는 조절기(66)를 포함한다. 제1가스 압력 라인(68)은 가스 공급원(62)으로부터 하우징(42)의 벽을 통과하여 제1압력실(54)내로 연장한다. 제1가스 압력 라인(68)은, 그안에, 공급원(62)으로부터 제1압력실(54)내로 유동하는 가스를 제어하기 위한 솔레노이드 제어 유입 밸브(70)를 구비하고 있다. 솔레노이드 제어 배출 밸브(72)도 제1압력실(54)과 연통되어 상기 압력실(54)로부터의 압력을 제어 가능하게 해제시킨다. 제2가스 압력 라인(74 )은 가스 공급원(62)으로부터 하우징(42)의 벽을 통과하여 제2압력실(58)내로 연장한다. 제2가스 압력 가스(74)은 그 안에 바람직하기로는 고주파 작동 중에 가스 시스템에 감쇠가 이루어지도록 하우징은 오리피스(76)를 포함한다.

본 실시예에 있어서, 제2압력실(58)은 개방된 제2가스 압력 라인(74)을 통하여 가스 공급원(62)의 압력 P에 이르기까지 일정하게 가압한다. 제1압력실 내에 압력이 없는 경우, 제1롤링 다이아프램(50) 상의 상향력(upward force)은 PA이며, 여기서 A는 제1면(46)의 면적이다. 제2롤링 다이아프램(56) 상의 하향력(downward force)은 PA/2인데, 이는 바람직한 실시예에서 제2면(48)의 면적이 제1면(46)의 면적의 1/2이기 때문이다. 그에 따라, 피스톤(44)을 상승시키려는 PA/2의 순 상향력(net upward force)이 존재한다.

피스톤 조립체(44)는, 유입 밸브(70)를 개방하여 제1압력실(54) 내에 최대 하향 가압력 PAN를 발생시킴으로써, 하향으로 가압된다. 따라서, 상기 피스톤 조립체는 순 가압력 PA/2로 하향으로 가압된다. 압력을 감소시키고 그에 따라 제1압력실(54)내의 하향 가압력을 감소시키기 위해 배출 밸브(72)를 개방함으로써 하향 운동은 정지되며 상기 피스톤 조립체는 상향으로 운동한다. 따라서, 공압 작동기(40)의 작동은, 피스톤을 운동시키기 위해 소요되는 압력을 가스 저장실(64) 내에 저장된 가스체의 팽창 에너지에 의해 공급하면서, 제어기(34)에 의한 밸브(70,72)의 제어만으로 제1압력실(54)내의 압력을 변화시킴으로써 달성된다.

푸시로드(78)는 피스톤 조립체(44)에 체결되어, 압력이 대기압이고 내벽(52)가 제2면(48)에 의해 영역을 통하여 하우징(42)으로부터 외측으로 연장한다. 푸시 로드(78)는 축 (24)에 인접한 위치에 도달할 정도로 충분히 길다. 푸시 로드(78)는 한 싸의 금속제 타우트 밴드(80)에 의해 축(24)에 연결된다. 각 타우트 밴드(80)의 외주 둘레를 따라 구부려진다. 정지 블럭(84)은 패스너 블럭(82)의 각 방향으로의 운동을 물리적으로 제한하도록 배치된다. 타우트 밴드들의 이러한 배치는 푸시 로드(78)의 운동 방향이 변경될 때 백래시를 제거한다.

푸시 로드(78)은 동적 운동 중에 스프링 형태로 작용하는 공압 작동기(40) 내의 압축 가스체에 의해 작동된다. 발생 가능한 공진을 감소시키기 위해 종래 기술의 공압 작동기는 미끄럼 밀봉에 의해 발생되는 피스톤과 하우징 벽 사이의 마찰력에 의존할 수 있다. 그 마찰력은 주파수와 온도에 비선형적으로 비례하는데, 이는 종래의 공압 작동기에서의 고주파 및 극한 온도에서의 성능 손실의 주 원인이다.

두 종류의 감쇠 방법이 본 발명의 공압 작동기(40)에 이용된다. 그 첫번째는 고정 오리피스(76)와 밸브(70,72)를 통한 가스 팽창에 의해 감소시키는 것이다. 그 두번째는 자석(86)을 금속 푸시 로드(78)의 부분에 인접하게 배치함으로써 발생되는 와전류 감쇠이다. 푸시 로드(78)가 운동할 때 이 운동에 반대가 되려고하는 와전류(eddy crurrent force)이 자석(86)의 자장에 의해 발생된다. 이 와전류력은 자장속에서 푸시 로드(78)의 운동 속도가 증가함에 따라 증가하므로 푸시 로드(78)의 운동 속도의 증가에 따라 감쇠력은 증가하여 시스템의 안정성이 이루어지는 소정의 결과를 얻을 수 있다. 특정 용도에서, 자석의 강도는 필요에 따라 조정될 수도 또는 없앨 수도 있다.

공압 작동기(40)는 바람직하기로는 상술한 가압 시이퀀스에 의해 이루어지는 푸시 로드(78) 또는 축(24)의 기계적 운동을 측정하는 감지기를 사용하는 피드백 제어 모드에서 작동된다. 압력실(54,58)들 내의 압력을 측정하는 감지기 또는 밸브를 제어하는 수단으로 이용될 수 있다. 특히, 푸시 로드(78)의 선형 위치 및 운동은 선형 광학 엔코더(encoder)와 같은 감지기(88)에 의해 측정될 수도 있다. 축(24)이 회전위치 및 운동은, 앞에서 언급하였으며 제1도에 도시된 회전형 전위차계 또는 회전형 광학 엔코더와 같은 회전형 감지기(29)에 의해 측정될 수 있다. 압력실의 압력은 스트레인 게이지 압력 변환기와 같은 높은 대역폭 압력 감지기(90,92)에 의해 측정될 수 있다. 상기 감지기(88,90,92 및/또는 29)들로부터의 출력은 제어기(34)에 공급되며, 그 출력은 솔레노이드 작동 밸브(70,72)의 개방을 제어하는 정보로 이용된다.

본 발명의 제작 기술은 다른 형태의 미사일 제어 핀 작동기 시스템에 적용될 수 있으며, 상기 다른 형태의 미사일 제어 핀 작동기 시스템 중 2가지가 제3도 및 제4도에 도시되어 있다.

제3도의 미사일 제어 핀 작동기 시스템(100)은 축(24)에 토오크를 가하기 위해 반대 방향으로 작동하는 2개의 압력 작동기(102)를 사용한다. 각각의 압력 작동기(102)는 안에서 피스톤(106)이 활주하는 하우징(104)을 구비하고 있다(각각의 대응하는 부재들은, 좌측 압력 작동기에서 프라임 표시를 하지 않고 우측 압력 작동기에는 프라임 표시를 하여 도면 부호를 표기하였다). 본 실시예에서, 피스톤(106)은 제2도의 이중 영역 피스톤과 달리 단일 영역 피스톤으로서 만들어지지만, 두가지 형태가 모두 이용될 수 있다. 각 피스톤(106)은 하나 이상의 롤링 다이아프램 밀봉 부재(110)에 의해 하우징(104)의 내벽(108)에 대해 밀봉된다. 본 실시예에서는 2개의 밀봉 부재(110)들이 각각의 하우징에 사용된다. 그에 따라, 제1압력 작동기(102)에는 상부 압력실(150)가 하부 압력실(152)이 형성되며, 제2압력 작동기(102')에는 상부 압력실(154)과 하부 압력실(156)이 형성된다.

푸시 로드(112)가 피스톤(106)에 체결되어 피스톤과 함께 이동된다. 푸시 로드(112)는 롤링 다이아프램(158)에 의해 압력 작동기의 하우징(104)에 밀봉되고, 그에 따라, 압력 작동기(102)에 하부 압력실(152)이 형성되고 압력 작동기(102')에 하부 압력실(156)이 형성된다. 푸시 로드(112)가 하우징(104) 밖으로 연장되어, 한 쌍의 타우트 밴즈(114)에 의해 축(24)에 체결된다. 도시된 형태에 있어서, 각각의 타우트 밴드(114)는 일단부가 한 푸시 로드(112)에 체결되어 축(24)의둘레에서 구부려지고 타 단부가 다른 푸시 로드(112')에 체결된다.

이러한 구조가 작동 가능하기 위해서는 푸시 로드(112,112')들이 대등한 형태로 반대 방향으로 운동해야 한다. 교차 연결된 공급 라인을 구비한 가압 시스템(116)이 상기와같은 운동을 가능하게 한다. 가압 시스템(116)에는 2개의 솔레노이드 작동 유입 밸브(118,120)들과 2개의 솔레노이드 작동 배출 밸브(122,124)들이 구비되어 있다. 주 가압 라인(126)이 전술한 것과 유사한 공동의 가스 공급원(62)으로부터 각각의 유입 밸브(118,120)들로 연장한다. 제1가스 분배 라인(128)이 제1유입 밸브(118)의 하류측으로부터 제1압력 작동기(102)의 하부 압력실(152)과 제2압력 작동기(102')의 상부 압력실(154)로 연통한다. 배출 밸브(122)가 그러한 제1가스 분배 라인(128)과 연통한다. 제2가스 분배 라인(130)이 제2유입 밸브(120)의 상류측으로부터 제1압력 작동기(102)의 상부 압력실(150)과 제2압력 작동기(120')의 하부 압력실(156)로 연통한다. 배출 밸브(124)가 그러한 제2가스 분배 라인(130)과 연통한다.

푸시 로드(112,112')들의 반대 방향 운동을 일으키기 위한 미사일 제어 핀 작동기 시스템(100)의 작동은 밸브(118,120,122,124)들의 적절한 순차적인 가압으로 달성된다. 일 예로, 밸브(120,122)들을 폐쇄한 상태에서 밸브(118,124)들을 개방하면, 좌측 피스톤(106)은 상향 이동하고 우측 피스톤(106')은 그와 동일한 속도로 하향 이동하여 축(24)에는 시계 방향 토오크가 가해진다. 그와 반대로 밸브(118,124)들을 폐쇄한 상태에서 밸브(120,122)들을 개방하면 좌측 피스톤(106)은 하향 이동하고 우측 피스톤(106')은 상향 이동하여 축(24)에는 반시계 방향 토오크가 가해진다. 전술한 감지기(88,29)들과 유사한 피드백 감지기가 밸브(118,120,122,124)들의 개방 및 폐쇄를 제어하는 보조 장치로서 제공된다. 전술한 것과 유사한 압력실의 압력 감지기(160,162,164,166)들 역시 밸브를 제어하고 적절한 압력 평형을 이루는 수단으로서 독립적으로 또는 협동하여 사용될 수 있다.

감쇠 자석(132) 및 가스 유동 감쇠 오리피스(134)는 특정 적용예를 위해 그리고 필요한 경우에 미사일 제어 핀 작동기 시스템(100)에 선택적으로 제공된다. 이들 부재들의 기능은 제2도의 실시예와 관련하여 전술한 바와 동일하다.

본 발명의 또 다른 실시예가 제4도에 도시되어 있는데, 이것은 고성능 미사일 제어 핀 작동기 시스템의 하드웨어 기구를 도시하고 있다. 본 실시예에 의하면, 제어핀 출력 축을 회전시키는 미사일 제어 핀 작동기 시스템은, 하우징과 이 하우징 내에서 활주 가능한 복합형 피스톤을 포함하는 압력 작동기를 포함한다. 상기 복합형 피스톤은 서로가 상대적으로 활주 가능한 제1면 부분과 제2면 부분을 가지고 있다. 제1롤링 다이아프램 밀봉 부재(A)가 제1면 부분과 하우징 벽 사이에 배치되고, 그에 따라 상기 제1면 부분과 하우징 사이에는 압력 작동기의 제1압력실이 형성된다. 제2롤링 다이아프램 밀봉부재(B)가 제2면 부분과 하우징 벽 사이에 배치되고, 그에 따라 상기 제2면 부분과 하우징 사이에는 압력 작동기의 제2압력실이 형성된다. 푸시로드가 제1면 부분에 연결되어 하우징 밖으로 연장한다. 푸시 슬리브는 제2면 부분에 연결되어 하우징 밖으로 연장한다. 상기 푸시 슬리브는 푸시 로드 위에 놓인다. 제1면 부분과 제2면 부분이 하우징 내에서 서로 상대적으로 활주하도록 하기 위해 제1압력실과 제2압력실을 제어 가능하게 가압하는 가압 수단에 제공된다. 상기 푸시 로드와 푸시 슬리브는 제어핀 출력 축에 연결된다. 제3롤링 다이아프램 밀봉 부재(C)가 상기 푸시 슬리브와 하우징 사이에 제공되어 제2압력실의 밀봉을 완결한다.

제4도에는 제3도의 실시예에 대해 설명한 방식으로 대등한 토오크를 축(24)에 인가하기 위해 직렬식으로 작동하는 2개의 독립된 압력 작동기(202)를 구비한 미사일 제어 핀 작동기 시스템(200)이 도시되어 있다. 미사일 제어 핀 작동기 시스템(200)용의 가압 시스템(204)은 제3도와 관련하여 이미 언급한 교차 연결된 압력 라인을 구비한 가압 시스템(116)의 경우와 동일하므로, 다시 설명하지 않는다. 또한, 2개의 압력 작동기(202,202')들은 대응한 방식으로 작동되므로 압력 작동기(202)에 대해서만 상세히 설명한다.

열 팽창 및 기타 다른 환경적 효과로 인해 발생할 수 있는 문제점들 중 하나는 푸시 로드와 선형 운동을 핀 출력 축의 회전 운동을 변환시키는 타우트 밴드들을 느슨하게 하는 것이다. 타우트 밴드들이 너무 느슨해지면, 출력 축에 토오크가 전달되지 못하여 결과적으로 제어 손실이 발생한다. 푸시 로드(206)와 그 위에 놓인 동심의 푸시 슬리브(208)을 제공하고, 푸시 로드(206)를 타우트 밴드(210)의 일단부에 연결하고, 푸시 슬리브(208)를 다른 타우트 밴드(212)의 일 단부에 연결함으로써, 압력 작동기(202)는 상기 문제점을 피할 수 있다. 또 다른 푸시 슬리브(208')는 타우트 밴드(210)의 타 단부에 연결되며, 또 다른 푸시 로드(206')는 타우트 밴드(212)의 타 단부에 연결된다. 압력 작동기(202)가 후수하는 방식으로 작동될때 그 힘은 열팽창에 의한 치수 변화나 또는 조립 중의 치수 공차에 관계없이 2개의 타우트 밴드(210,212)를 축(24) 상에 밀착시킨다.

이러한 방법이 효과적이기 위해선, 푸시 로드(206)와 푸시 슬리브(208)가 반대 방향으로 자유롭게 운동해야 하며, 이러한 운동은 하우징(216) 내에서 활주 가능한 복합형 피스톤(214)을 사용함으로써 달성된다. 상기 복합형 피스톤(214)는 맞춤(keying) 장치와 더불어 서로에 대해서 활주 가능한 제1면(218) 및 제2면(220)을 구비한다. 상기 푸시 로드(206)는 제2면(220)내의 구멍을 통하여 연장되어 제1면(218)에 체결된다. 푸시 슬리브(208)는 제2면(220)은 체결된다.

압력 작동기(202)는, 타우트 밴드가 팽팽한 상태로 유지되도록, 상부 압력실 및 하부 압력실 모두에서 항상 정 압력으로 작동된다.

제2도 내지 제4도의 3가지 실시예는 형태, 밸브 작동 및 가스 분배 구조의 여러 조합을 그러한 구조가 어떻게 결합되는지에 대한 예시로서 도시한 것이다. 대등한 구조의 다양한 조합이 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 특정 실시예를 예시의 목적으로 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 첨부된 특허 청구의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (10)

1. 제어 핀 출력 축을 회전 시키는 미사일 제어 핀 작동기 시스템에 있어서, 제1하우징, 상기 제1하우징 내에서 활주 가능하며 제1하우징 내에 2개 이상의 압력실들을 형성하는 제1피스톤, 상기 압력실들 사이에 압력 밀봉을 제공하는 상기 제1피스톤과 상기 제1하우징 벽 사이의 롤링 다이아프램 밀봉 부재, 및 상기 제1피스톤에 연결되고 상기 제1하우징 밖으로 연장하는 제1푸시 로드를 포함하는 제1압력 작동기와; 상기 제1피스톤을 상기 제1하우징 내에서 활주시키기 위해 2개의 압력실들을 제어 가능하게 가압하는 가압수단과; 상기 제1푸시 로드를 제어 핀 출력 축에 연결하는 연결 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 미사일 제어 핀 작동기 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 연결 수단이 타우트 밴드 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 미사일 제어 핀 작동기 시스템.
3. 제1항에 있어서, 제2하우징, 상기 제2하우징 내에서 활주 가능하며 제2하우징 내에 2개 이싱의 압력실들을 형성하는 제2피스톤, 상기 압력실들 사이에 압력 밀봉을 제공하는 상기 제2피스톤과 상기 제2하우징 벽 사이의 롤링 다이아프램 밀봉 부재, 및 상기 제2피스톤에 연결되고 상기 제2하우징 밖으로 연장하는 제2푸시 로드를 포함하는 제2압력 작동기와; 상기 제2푸시로드를 상기 제어 핀 출력 축에 연결하는 연결 수단을 더 포함하고; 상기 제어 가능하게 가압하는 가압 수단은, 가압 시에 제1푸시 로드와 제2푸시 로드가 반대 방향으로 운동하도록, 제1피스톤의 압력실들과 제2피스톤의 압력실들 사이에 교차 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 미사일 제어 핀 작동기 시스템.
4. 제어 핀 출력 축을 회전 시키는 미사일 제어 핀 작동기 시스템에 있어서, 하우징과, 제1단면적을 갖는 제1면, 상기 제1단면적과는 다른 제2단면적을 갖는 제2면, 상기 제1면을 하우징의 내벽에 대해 밀봉시켜서 상기 제1면과 하우징의 내벽 사이에 제1압력실을 형성하는 제1롤링 다이아프램, 및 상기 제2명을 하우징의 내벽에 대해 밀봉시켜서 상기 제1면과 상기 제2면 사이에 제2압력실을 형성하는 제2롤링 다이아프램을 포함하는, 상기 하우징 냉서 활주 가능한 피스톤 조립체와; 상기 피스톤 조립체에 연결되어 하우징 밖으로 연장하는 푸시 로드와; 상기 피스톤 조립체를 하우징 내에서 활주시키기 위해 2개의 압력실들을 제어 가능하게 가압하는 가압 수단과; 상기 푸시로드를 제어 핀 출력 축에 연결하는 연결 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 미사일 제어 핀 작동기 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 제어 가능하게 가압하는 가압 수단이, 정압 가스 공급원과, 상기 가스 공급원으로부터 제1압력실에 이르는 제1가스 압력 라인과, 상기 제1가스 압력 라인 내의 유입 밸브와, 상기 제1압력실과 연통하는 배출 밸브와, 상기 가스 공급원으로부터 제2압력실에 이르는 제2가스 압력 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 미사일 제어 핀 작동기 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1면이 상기 제2면의 면적의 2배인 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 미사일 제어 핀 작동기 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 제2가스 압력라인이 그 안에 오리피스를 갖는 것을 특징으로 하는 미사일 제어 핀 작동기 시스템.
8. 제어 핀 출력 축을 회전 시키는 미사일 제어 핀 작동기 시스템에 있어서, 제1하우징, 상기 제1하우징 내에서 활주 가능하며 서로에 대해서 활주 가능한 제1면 부분과 제2면 부분을 갖고 있는 제1복합형 피스톤, 상기 제1면 부분과 상기 제1하우징 사이에 제1압력 작동기의 제1압력실을 형성하는 상기 제1면부분과 상기 제1하우징 벽 사이의 제1롤링 다이아프램 밀봉 부재, 상기 제2면 부분과 상기 제1하우징 사이에 제1압력 작동기의 제2압력실을 형성하는 상기 제2면 부분과 상기 제1하우징 벽 사이의 제2롤링 다이아프램 밀봉 부재, 상기 제1면 부분에 연결되어 제1하우징 밖으로 연장하는 제1푸시 로드, 상기 제2면 부분에 연결되어 제1하우징 밖으로 연장하며 상기 제1푸시 로드 위에 놓이는 제1푸시 슬리브, 및 상기 제2압력실의 밀봉을 완결시키는 제1푸시 슬리브와 제1하우징 사이의 제2롤링 다이아프램 밀봉 부재를 포함하는 제1압력 작동기와; 상기 제1면 부분과 상기 제2면 부분을 제1하우징 내에서 서로 상대적으로 활주시키기 위해 상기 제1압력실과 상기 제2압력실을 제어 가능하게 가압하는 가압 수단과; 상기 제1푸시 로드와 상기 제1푸시 슬리브를 제어 핀 출력 축에 연결하는 연결 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 미사일 제어 핀 작동기 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 푸시 로드 및 상기 슬리브에 의해 발생된 운동을 측정하고 이 측정치를 상기 제어 가능하게 가압하는 가압 수단으로 피드백시키는 피드백 수단과, 상기 압력실 내의 압력을 측정하고 이 측정치를 상기 제어 가능하게 가압하는 가압수단으로 피드백시키는 피드백 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미사일 제어 핀 작동기 시스템.
10. 제8항에 있어서, 제2하우징, 상기 제2하우징 내에서 활주 가능하며 서로에 대해서 활주 가능한 제2복합형 피스톤의 제1면 부분과 제2복합형 피스톤의 제2면 부분을 갖고 있는 제2복합형 피스톤, 상기 제2복합형 피스톤의 제1면 부분과 상기 제2하우징 사이에 제2압력 작동기의 제1압력실을 형성하는 상기 제2복합형 피스톤의 제1면 부분과 상기 하우징 벽 사이의 제2압력 작동기의 제1롤링 다이아프램 밀봉 부재, 상기 제2 복합형 피스톤의 제2면 부분과 상기 제2하우징 사이에 제2압력 작동기의 제2압력실을 형성하는 상기 제2복합형 피스톤의 제2면 부분과 상기 제2하우징 벽 사이의 제2압력 작동기의 제2롤링 다이아프램 밀봉 부재, 상기 제2복합형 피스톤의 제2면 부분에 연결되어 상기 제2하우징 밖으로 연장하는 제2푸시로드, 상기 제2복합형 피스톤의 제2면 부분에 연결되어 상기 제2하우징 밖으로 연장하며 상기 제2푸시 로드 위에 놓이는 제2푸시 슬리브, 및 제2압력 작동기의 제2압력실의 밀봉을 완결시키는 상기 제2푸시 로드 위에 놓이는 제2푸시 슬리브, 및 제2압력 작동기의 제2압력실의 밀봉을 완결시키는 상기 제2푸시 슬리브와 상기 제2하우징 사이의 제2압력 작동기의 제3롤링 다이아프램 밀봉 부재를 포함하는 제2압력 작동기와; 상기 제2푸시 로드와 상기 제2푸시 슬리브를 제어 핀 출력 축에 연결하는 연결 수단과; 상기 제1압력 작동기의 제1압력실과 상기 제2압력실 사이에 가스 압력 연통을 제공하는 제1교차 연결 라인과; 상기 제1압력 작동기의 제2압력실과 상기 제2압력 작동기의 제1압력실 사이에 가스 압력 연통을 제공하는 제2교차 연결 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미사일 제어 핀 작동기 시스템.