JPH07223600A

JPH07223600A - 宇宙往還機の姿勢制御装置

Info

Publication number: JPH07223600A
Application number: JP6017542A
Authority: JP
Inventors: Koji Shimura; 康治志村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-02-14
Filing date: 1994-02-14
Publication date: 1995-08-22

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、空気の希薄な領域でも、少ない推
進薬の消費量で姿勢制御を行うことができる宇宙往還機
の姿勢制御装置を提供することを目的とする。【構成】本発明に係る制御装置は、ガス・ジェット制
御量計算機１０と、エレベータ制御量計算機２０と、エ
レベータトリム舵角補正量計算機１００と、ボディ・フ
ラップトリム舵角補正量計算機３００と、第１加算器２
１０と、第２加算器３１０を具備し、機体姿勢情報信号
をガス・ジェット制御量計算機１０とエレベータ制御量
計算機２０に出力し、ガス・ジェット・オン・オフ・コ
マンド信号をエレベータ舵角にフィードバックすること
により、機体重心および空力係数誤差を、エレベータに
より補正し、エレベータ舵角のノミナル舵角からの偏差
信号をボディ・フラップ舵角にフィードバックすること
により、重心および空力係数誤差を、ボディ・フラップ
により補正することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、宇宙往還機の姿勢制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の宇宙往還機の姿勢制御装置のブロ
ック図を図４に示す。図４に示すように、従来の装置で
は、エレベータおよびボディ・フラップ舵角のトリム舵
角は、時間と飛行状態量（動圧、マッハ数等）に基づく
スケジュール値を用いている。そのため図４の装置によ
れば、宇宙往還機のピッチ・アップ・マヌーバの特性は
図６のようになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】宇宙往還機の縦ゆれ運
動（ピッチング）の姿勢制御は空気の全くない宇宙空間
（以下宇宙機フェーズという）では、姿勢制御用スラス
タ（ガスジェット）により、空気の十分ある空間（以下
航空機フェーズという）では、エレベータとボディ・フ
ラップにより行っている。

【０００４】しかし、両空間の中間の領域すなわち空気
は存在するが、空気の希薄な領域ではどのようにして姿
勢制御するかが問題になる。従来は、姿勢制御用スラス
タ（ガスジェット、ＲＣＳ）のみにより制御していた。
そのため、推進薬の消費量が増加するという望ましくな
い問題があった。本発明はこれらの問題を解決すること
のできる宇宙往還機の姿勢制御装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る宇宙往還機
の姿勢制御装置は飛行状態を検出するセンサ１と飛行状
態量計算機２を有する宇宙往還機の制御装置において、
ガス・ジェット制御量計算機１０と、エレベータ制御量
計算機２０と、エレベータトリム舵角補正量計算機１０
０と、ボディ・フラップトリム舵角補正量計算機３００
と、第１加算器２１０と、第２加算器３１０を具備し、
前記飛行状態量計算機２は、センサ１からセンサ・デー
タ信号を入力し、機体姿勢情報信号をガス・ジェット制
御量計算機１０とエレベータ制御量計算機２０に出力
し、前記ガス・ジェット制御量計算機１０は、機体の姿
勢制御用スラスタ１３とエレベータトリム舵角補正量計
算機１００に、ガス・ジェット・オン・オフ・コマンド
信号を出力し、前記エレベータ制御量計算機２０は、第
１加算機２１０とボディ・フラップトリム舵角補正量計
算機３００に、エレベータのみにより機体の姿勢制御を
行なう場合のエレベータのトリム舵角のノミナル値から
の偏差信号を出力し、前記ガス・ジェットによるエレベ
ータトリム舵角補正量計算機１００は、ガス・ジェット
のみにより機体の姿勢制御を行なう場合のエレベータの
トリム舵角のノミナル値からの偏差信号を第１加算器２
１０に出力し、前記第１加算器２１０は、最初に設定し
たエレベータトリム舵角のノミナル値の信号を入力する
とともに、エレベータ制御量計算機２０からの出力信号
およびガス・ジェットによるエレベータトリム舵角補正
量計算機１００からの出力信号を入力し、エレベータの
アクチュエータ２２にエレベータ舵角コマンド信号を出
力し、前記第２加算器３１０は、最初に設定したボディ
・フラップトリム舵角のノミナル値の信号を入力すると
ともに、ボディ・フラップトリム舵角補正量計算機３０
０からの出力信号を入力し、ボディ・フラップのアクチ
ュエータ３２にボディ・フラップ舵角コマンド信号を出
力することを特徴とする。

【０００６】

【作用】ガス・ジェット制御量計算機１０からの信号、
すなわちガス・ジェット・オン・オフ・コマンド信号
を、姿勢制御用スラスタ１３に出力するとともにエレベ
ータトリム舵角補正量計算機１００と第１加算器（エレ
ベータ舵角用）２１０を介してエレベータのアクチュエ
ータ２２にフィードバックし、機体重心および空力係数
誤差（推進薬の消費等により発生）をエレベータにより
補正する。

【０００７】エレベータ制御量計算機２０からの信号、
すなわちエレベータのみにより機体の姿勢制御を行なう
場合のエレベータのトリム舵角のノミナル値からの偏差
信号を、第１加算器（エレベータ舵角用）２１０を介し
てエレベータ用アクチュエータ２２に出力するととも
に、ボディ・フラップトリム舵角補正量計算機３００と
第２加算器（ボディ・フラップ舵角用）を介してボディ
・フラップのアクチュエータ３２にフィードバックする
ことにより、機体の重心および空力係数誤差をボディ・
フラップにより補正する。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例を図１〜図３、および図５に
示す。図１は本発明装置の第１実施例のブロック図、図
２は第１実施例のエレベータトリム舵角補正量計算機の
ブロック図、図３は第１実施例のボディ・フラップ舵角
補正量計算機のブロック図、図５は第１実施例の装置を
用いた場合のピッチ・アップ・マヌーバ特性を示す図で
ある。

【０００９】本発明装置では、空気の希薄な領域におけ
る宇宙往還機のピッチングの姿勢制御を姿勢制御用スラ
スタ（ガスジェット、ＲＣＳ）と、エレベータと、ボデ
ィ・フラップにより行なう。その場合、機体重心および
空力係数の誤差により生じる、トリム舵角誤差の補償を
ガス・ジェットのみでまたは、エレベータのみで補償す
ることにするとエレベータの作動舵角が、ノミナル舵角
からずれ、エレベータの舵効きが変わる。そこで図１に
示すように、エレベータ・トリム舵角の補正およびボデ
ィ・フラップ・トリム舵角の補正を行う。そのため図１
に示すようにエレベータ・トリム舵角補正量計算機１０
０への入力は、ガス・ジェット・オン・オフ・コマンド
信号とし、出力はエレベータ・トリム舵角の修正値信号
とする。前記修正値の計算は、エレベータ・トリム舵角
補正量計算機１００のフィルタおよびゲインにより行な
う。（図２）ボディ・フラップ・トリム舵角補正量計算機３００への
入力は、エレベータ舵角のノミナル値からの偏差信号と
し、出力はボディ・フラップ・トリム舵角の修正値信号
とする。前記修正値の計算の内容は、ボディ・フラップ
・トリム舵角補正量計算機３００のフィルタおよびゲイ
ンにより行う。（図３）本発明装置による方法と従来の装置による方法でのピッ
チ・アップ・マヌーバ（頭をあげる運動）の例を図５〜
図６に示す。図５は本発明装置によるピッチ・アップ・
マヌーバ例であり、図６は従来装置による例である。

【００１０】図５〜図６においてピッチＲＣＳ＝＋１のとき：機体の上方側のスラスタの
みがＯＮになる。ピッチＲＣＳ＝０のとき：機体の上方側及び下方側のス
ラスタが共にＯＦＦになる。

【００１１】ピッチＲＣＳ＝−１のとき：機体の下方側
のスラスタのみがＯＮになる。従来装置の方法では、縦の釣合のトリムをとるために図
６（ｃ）および図７に示すように、ピッチＲＣＳ＝−１
（機体の前上げ運動のためのジェット噴射）が作動し続
けていることが分かる。これは、推進薬消費量の増加に
つながるため、望ましくない。

【００１２】これに対し、本発明装置による方法では、
縦の釣合のトリムをとるために、ピッチ・アップにとも
なう、ピッチング・モーメントの変化分をエレベータで
補償しているため、図５（ｃ）に示すようにピッチＲＣ
Ｓ＝−１の作動回数が非常に減少していることが分か
る。

【００１３】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。（１）宇宙機フェーズと航空機フェーズの中間の領域で
は、ガス・ジェットの推進薬消費量の低減を図ることが
できる。（２）宇宙機フェーズと航空機フェーズの中間の領域で
は、エレベータの舵効きの誤差が減少し、制御系の安定
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の第１実施例のブロック図。

【図２】第１実施例のエレベータ・トリム舵角補正量計
算機のブロック図。

【図３】第１実施例のボディ・フラップ舵角補正量計算
機のブロック図。

【図４】従来の姿勢制御装置のブロック図。

【図５】第１実施例の装置を用いた場合のピッチ・アッ
プ・マヌーバ特性を示す図。

【図６】従来の装置を用いた場合のピッチ・アップ・マ
ヌーバ特性を示す図。

【図７】図６（Ｃ）の拡大図。

【符号の説明】

１センサ２飛行状態量計算機１０ガス・ジェット制御量計算機１３姿勢制御量計算機（ガス・ジェット、ＲＣＳ）２０エレベータ制御量計算機２２エレベータのアクチュエータ２３エレベータ３２ボディ・フラップのアクチュエータ３３ボディ・フラップ１００エレベータトリム舵角補正量計算機２１０第１加算器（エレベータ舵角用）３００ボディ・フラップトリム舵角補正量計算機３１０第２加算器（ボディ・フラップ舵角用）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】飛行状態を検出するセンサ（１）と飛行
状態量計算機（２）を有する宇宙往還機の制御装置にお
いて、ガス・ジェット制御量計算機（１０）と、エレベータ制
御量計算機（２０）と、エレベータトリム舵角補正量計
算機（１００）と、ボディ・フラップトリム舵角補正量
計算機（３００）と、第１加算器（２１０）と、第２加
算器（３１０）を具備し、前記飛行状態量計算機（２）
は、センサ（１）からセンサ・データ信号を入力し、機
体姿勢情報信号をガス・ジェット制御量計算機（１０）
とエレベータ制御量計算機（２０）に出力し、前記ガス・ジェット制御量計算機（１０）は、機体の姿
勢制御用スラスタ（１３）とエレベータトリム舵角補正
量計算機（１００）に、ガス・ジェット・オン・オフ・
コマンド信号を出力し、前記エレベータ制御量計算機（２０）は、第１加算機
（２１０）とボディ・フラップトリム舵角補正量計算機
（３００）に、エレベータのみにより機体の姿勢制御を
行なう場合のエレベータのトリム舵角のノミナル値から
の偏差信号を出力し、前記ガス・ジェットによるエレベータトリム舵角補正量
計算機（１００）は、ガス・ジェットのみにより機体の
姿勢制御を行なう場合のエレベータのトリム舵角のノミ
ナル値からの偏差信号を第１加算器（２１０）に出力
し、前記第１加算器（２１０）は、最初に設定したエレベー
タトリム舵角のノミナル値の信号を入力するとともに、
エレベータ制御量計算機（２０）からの出力信号および
ガス・ジェットによるエレベータトリム舵角補正量計算
機（１００）からの出力信号を入力し、エレベータのア
クチュエータ（２２）にエレベータ舵角コマンド信号を
出力し、前記第２加算器（３１０）は、最初に設定したボディ・
フラップトリム舵角のノミナル値の信号を入力するとと
もに、ボディ・フラップトリム舵角補正量計算機（３０
０）からの出力信号を入力し、ボディ・フラップのアク
チュエータ（３２）にボディ・フラップ舵角コマンド信
号を出力することを特徴とする宇宙往還機の姿勢制御装
置。