BR102015014371B1

BR102015014371B1 - Sistemas de acionamento de torque limitado e de acionador de controle de voo secundário em uma aeronave, e, método para limitar o torque aplicado por uma haste de entrada

Info

Publication number: BR102015014371B1
Application number: BR102015014371-0A
Authority: BR
Inventors: Stephen Davies
Original assignee: Goodrich Actuation Systems Limited
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2021-10-13
Also published as: EP2960152A1; BR102015014371A2; EP2960152B1; CA2893229A1; US20150369319A1; CA2893229C; US9914529B2

Abstract

SISTEMAS DE ACIONAMENTO DE TORQUE LIMITADO E DE ACIONADOR DE CONTROLE DE VOO SECUNDÁRIO EM UMA AERONAVE, E, MÉTODO PARA LIMITAR O TORQUE APLICADO POR UMA HASTE DE ENTRADA Um sistema de acionamento de torque limitado que compreende: uma haste de entrada; pelo menos uma unidade de engrenagem acionada pela haste de entrada; um limitador de torque que tem um limite de torque e que seja acionado por esta pelo menos uma unidade de engrenagem; e uma haste de salda de torque limitado acionada pelo limitador de torque; em que o limitador de torque encontra-se adaptado de modo que, quando experimenta torque acima de seu limite de torque, aplica um freio à referida haste de entrada. O fato de que o limitador de torque situa-se a jusante das unidades de engrenagem, combinado com o fato de que o limitador de torque freia a haste de entrada a montante da unidade de engrenagem permite minimização do peso do componente dentro dos limites das unidades de engrenagem e dentro dos limites do equipamento acionado pela haste de saída devido à remoção do efeito das larguras de banda de eficiência e arrasto associados a unidades de engrenagem.

Description

Campo técnico

[001] Esta divulgação refere-se a um sistema de limitação de torque e a métodos de limitação de torque. Em modalidades particularmente preferenciais, a divulgação refere-se a métodos e sistemas de limitação de torque para sistemas de aeronave tais como sistemas acionadores de superfícies de controle de voo secundárias.

Fundamentos

[002] Em uma aeronave, sistemas de controle de voo secundários incluem uma série de atuadores rotativos de taxa alta, cada qual ligado a uma aba externa ou superfície de sarrafo, e todos interconectados por um sistema de hastes transmissoras que fornecem energia de uma Unidade de Acionamento de Energia centralizada (PDU). A PDU centralizada fornece energia suficiente para acionar todas as superfícies do sistema.

[003] Em certos casos de falha, toda a energia da PDU pode ser desviada para um acionador em particular, por exemplo, em caso de emperramento de trilho adjacente ao acionador

[004] Para proteger o acionador em questão, um dispositivo de limitação de torque é tipicamente incorporado à entrada do acionador de modo a impedir que a energia total seja transmitida ao trilho emperrado. Este arranjo é ilustrado na Fig. 1.

[005] O limitador de torque precisa ser configurado a um nível mínimo que impeça operação inadvertida do limitador de torque (e consequentemente emperramento do sistema) em funcionamento normal. Por um lado, os fabricantes de estrutura desejam minimizar este valor de modo a minimizarem fardos de projeto sobre a estrutura da aeronave, ao passo que por outro, o fornecedor de sistema deseja configurar este valor em um nível alto o suficiente para evitar inconvenientes do limitador de torque. A margem entre estas duas fronteiras é composta ainda de dois fatores:

[006] A temperatura afeta os arrastos e eficiências do acionador. Em particular, o lubrificante dentro do acionador e das caixas de engrenagem que conectam o acionador à haste de acionamento do PDU muda de viscosidade conforme a temperatura. Isto, por sua vez, altera a resistência destes componentes, isto é, o arrasto experimentado pelo sistema de acionamento.

[007] A largura de faixa de eficiência do estágio de energia a jusante do acionador afeta a energia absorvida pelo trem de acionamento entre a haste de saída do limitador de torque e o acionador. Esta eficiência muda com o tempo, tipicamente melhorando com o passar do tempo, conforme os dentes de engrenagem se desgastam e abertas entre os componentes do sistema crescem, conduzindo a menor resistência.

[008] O limite do limitador de torque deve ser configurado alto o bastante para que, quando a eficiência for baixa e o arrasto, alto (por exemplo, no princípio da vida útil e em baixa temperatura), torque suficiente possa ser transmitido pelo limitador de torque e o trem de acionamento para acionar o acionador. Entretanto, esta configuração de limite elevador de torque significa que, quando a eficiência for alta e o arrasto, pouco (por exemplo, já entrado longamente em vida útil e em alta temperatura), o torque potencial transmitido através do acionador é muito mais elevado que o necessário. Entretanto, o fabricante deve construir o acionador e as estruturas associadas com força suficiente para suportar este torque potencial.

Sumàrio

[009] De acordo com um primeiro aspecto desta divulgação, fornece-se um sistema de acionamento de torque limitado que compreende: um eixo de entrada; pelo menos uma unidade de engrenagem acionada pelo eixo da entrada; um limitador do torque que tem um limite de torque e que seja acionado por esta pelo menos uma unidade de engrenagem; e um eixo de saída de torque limitado acionado pelo limitador de torque; em que o limitador do torque encontra-se adaptado de modo que, quando experimenta torque acima de seu limite de torque, aplica um freio à referida haste de entrada.

[0010] A colocação de um limitador de torque no lado de saída de uma unidade de engrenagem significa que a largura de faixa de arrasto e a largura de faixa de eficiência das engrenagens intermediárias não precisam ser acomodadas pelo fabricante. Isto permite que o limite do limitador de torque seja configurado a um nível muito mais próximo do limite de torque ideal desejado e isto significa, por sua vez, que componentes a jusante do limitador de troque podem ser projetados e engenhados segundo especificações menos elevadas e portanto, tornadas mais leves e menores.

[0011] Adicionalmente, o fato de que o limitador de troque aplica um freio à haste de entrada a montante da unidade de engrenagem em vez de aplicar um freio à entrada direta ao limitador de torque (que é o arranjo típico) significa que a unidade de engrenagem não precisa ser hiper-engenhada para resiste a torque elevado da haste de entrada. Para explicar isto melhor, posicionar o limitador de torque a jusante da unidade de engrenagem evita questões associadas às larguras de banda de eficiência e arrasto da unidade de engrenagem. Entretanto, se o limitador de torque for arranjado exclusivamente para brecar sua própria haste de entrada direta (por exemplo, a saída da unidade de engrenagem) então, conforme vai se aplicando maior torque à haste de entrada, este torque elevado é também aplicado às engrenagens dentro dos limites da unidade de engrenagem. A unidade de engrenagem e a haste de entrada teria de ser fabricada com força suficiente para suportar qualquer torque elevado que possa ser aplicado. Isto eleva o tamanho e o peso destes componentes, compensando os ganhos que podem ser feitos em componentes a jusante do limitador de torque. Aplicando o freio à haste de entrada em um momento antes da decolagem para a unidade de freio, tão logo se apresenta uma condição de torque elevador, a haste de entrada é detida (freada, presa, apertada, etc.) para impedir que se acumule ainda mais torque dentro dos limites da unidade de engrenagem. Consequentemente, a unidade de engrenagem e todas as hastes de transmissão dentro dos limites do sistema de acionamento podem ser projetadas em maior proximidade com o torque ideal e, portanto, pesos e tamanhos destes componentes podem ser minimizados

[0012] Em funcionamento, em valores menores de torque (menos que o limite de torque do limitador de torque e portanto, abaixo da condição de torque excessivo), a haste de entrada comunica torque à unidade de engrenagem (por via de uma decolagem adequada, tal como arranjos de engrenagem retas ou chanfradas), a unidade de engrenagem altera (tipicamente eleva) o torque ao mudar (tipicamente diminuindo) a velocidade da rotação, e o limitador de torque transmite este torque por toda a extensão até a haste de saída para funcionamento de algum componente ou maquinário (por exemplo, um acionador). O freio na haste de entrada permanece desengatado. Conforme vão se atingindo valores mais elevados de torque (elevados o bastante parar gerar uma condição de torque excessivo no limitador de torque), a haste de entrada comunicada torque à unidade de engrenagem, a unidade de engrenagem altera o torque mudando a velocidade de rotação, e o limitador de torque é ativado pelo torque aumentado e consequentemente engata o freio na haste de entrada, impedindo portanto qualquer transferência de torque adicional à unidade de engrenagem (ou mesmo à haste de entrada a jusante do freio).

[0013] A unidade de engrenagem pode ser qualquer engrenagem apropriada, por exemplo, uma ou mais engrenagens interconectadas ou uma ou mais caixas de engrenagem. A engrenagem pode incluir arranjos conhecidos de engrenagens cônicas, engrenagens de acoplamento direto, rosca sem-fim, engrenagem planetária, etc. Tipicamente a unidade da engrenagem gerará um torque aumentado diminuindo a velocidade da rotação da haste de entrada.

[0014] Preferivelmente, a conexão entre o limitador de torque e o freio tem alta rigidez. Esta conexão pode assumir qualquer forma adequada conforme as circunstâncias, por exemplo, pode ser uma alavanca, uma série de engrenagens ou uma haste de transmissão. A conexão não precisa ser capaz de transmitir força elevada (apenas elevada o suficiente para engatar o freio), porém, se a conexão for complacente (possuir baixa rigidez), ela retardará o efeito de ativar o freio, permitindo portanto que o torque continue a se acumular em outros componentes. Preferivelmente, a conexão entre o limitador de torque e o freio tem uma rigidez maior que a da conexão entre a haste de entrada e a entrada do limitador de torque. Isto assegura que, uma vez atingido o limite de torque, o freio seja enatado firmemente e elevação adicional de torque seja resistida e não seja capaz de acumular-se nos componentes mais complacentes (menos rígidos) a jusante do freio. Por exemplo, haverá rigidez associada a cada um dos componentes que formam o trem de acionamento a jusante do ponto em que o freio atua. Estes podem incluir uma parte da haste de entrada, as várias engrenagens e hastes da(s) unidade(s) de engrenagem, e a haste de transmissão da unidade de engrenagem à entrada do limitador de torque. Cada um destes terá sua própria rigidez e uma rigidez compósita pode ser calculada para a combinação destes componentes como um todo. Esta rigidez compósita é preferivelmente mais baixa que a rigidez compósita calculada para os componentes que desempenham o acionamento do freio.

[0015] Pode ser que os materiais preferenciais e componentes já resultem em uma taxa de rigidez que atinge este resultado. Entretanto, em alguns exemplos preferenciais, um elemento no trem de acionamento entre o freio da haste de entrada e a entrada do limitador de torque é formado com material relativamente complacente. Este componente é projetado para ser complacente com relação aos outros componentes à sua volta e/ou complacente com relação aos componentes do mecanismo de acionamento de freio. Isto garante que a taxa de rigidez discutida acima seja atingida. A complacência do componente selecionado pode ser projetada para assegura esta funcionalidade ao longo de toda a gama de temperaturas e tensões de operação. Em alguns exemplos preferenciais, o componente complacente é parte de uma unidade de engrenagem acionada pela haste de entrada. Em outros exemplos preferenciais o componente complacente é formado na haste de entrada. O componente complacente pode ser a totalidade da haste de entrada ou pode ser apenas parte ou seção da mesma.

[0016] O mecanismo pelo qual o acionamento do limitador de torque se traduz em acionamento do freio pode ter qualquer forma adequada. Por exemplo, sensores eletrônicos e acionadores eletrônicos (por exemplo, eletromecânicos ou eletromagnéticos) podem ser usados para detectar condições de torque excessivo e acionar o freio respectivamente. Entretanto, em muitas formas preferenciais, um arranjo mecânico é preferencial, por motivos de simplicidade e confiabilidade. O limitador de torque pode compreender um elemento de rolo de rampa, compreendendo o elemento de rolo de rampa duas superfícies rampeadas opostas que se moves uma com relação à outra quando um torque maior que o limite de torque é aplicado. Tais elementos de rolo de rampa são comumente utilizados em limitadores de torque. Tipicamente, rolamentos de esfera são situados entre as duas superfícies rampeadas opostas e as duas superfícies são inclinadas uma em direção á outra com uma pré-carga que determina o limite de torque. O ângulo das rampas e a pré-carga são tais que, abaixo do limite de torque, o torque aplicado a uma superfície rampeada é comunicado pelos rolamentos de esfera à outra superfície rampeada, causando rotação da outra superfície rampeada (e consequentemente transmissão do torque) sem induzir movimento das rampas uma com relação à outra (e portanto não induzindo tampouco nenhum movimento relativo nos rolamentos de esfera). Quando o torque aplicado ultrapassa a força de pré-carga, os rolamentos de esfera rolam sobre as duas superfícies rampeadas, causando movimento relativo das duas superfícies rampeadas.

[0017] As duas superfícies rampeadas podem separar-se axialmente quando um torque maior que o limite de torque é aplicado. Um acionador pode encontrar-se conectado ao elemento de rolo de rampa (um dos componentes opostos da interface de rampa) de tal modo que a separação axial das superfícies de rolagem de rampa cause engate do freio à haste de entrada. Um mecanismo tal pode, por exemplo, usar uma alavanca ou um arranjo de cames ou para transferir o movimento axial ou para traduzir um movimento axial em movimento rotacional que cause engate do freio. Por exemplo, uma pastilha de freio pode ser conduzida a engate com a haste ou placas de fricção podem ser conduzidas o engate uma com a outra, de modo a resistir movimento da haste de entrada.

[0018] Alternativamente (embora deva ser apreciado que este movimento pode ocorrer em acréscimo ao movimento axial acima discreto), as superfícies rampeadas giram uma com relação á outra quando um torque maior que o limite de torque é aplicado. Um acionador pode encontrar-se conectado ao elemento de rolo de rampa de tal modo que a relativa rotação das superfícies de rolagem de rampa cause engate do freio à haste de entrada. A relativa rotação das duas superfícies rampeadas de rolagem pode acionar um mecanismo de engrenagem diferencial que detecte rotação relativa entre as duas superfícies gerando um movimento que aciona o freio apenas quando as duas superfícies giram uma em relação à outra, mas não quando giram juntas.

[0019] A taxa de engrenagem dependerá das várias instalações em que o sistema pode ser utilizado. Entretanto, os maiores benefícios são encontrados em sistemas com grande largura de faixa de eficiência e grande largura de banda de arrasto. Estes tendem a ocorrer em caixas de engrenagem de razão alta, tais como aqueles com uma taxa de engrenagem de pelo menos 50:1. Consequentemente, preferivelmente a unidade de engrenagem tem uma taxa de engrenagem de pelo menos 50:1, mais preferivelmente pelo menos 70:1, ainda mais preferencialmente pelo menos 100:1. Apreciar-se-á que esta relação pode ser alcançada com uma única caixa de engrenagem ou interconectando múltiplos mecanismos de engrenagem ou múltiplas caixas de engrenagem. Os arranjos de engrenagens com maior número de componentes provavelmente experimentarão faixas de largura de eficiência e arrasto mais elevadas e isso também verá os maiores benefícios.

[0020] De acordo com um aspecto adicional desta divulgação, fornece-se um sistema de acionador de controle de voo secundárias que compreende um ou mais sistemas de torque limitada, conforme se descreveu acima (opcionalmente incluindo qualquer um dos atributos preferenciais descritos acima). Os sistemas de transmissão para superfícies de controle de voo secundárias em aeronaves frequentemente utilizam um número de acionador, todos conectados à mesma Unidade de Acionamento de Energia (PDU). O PDU fornece torque suficiente para todos os atuadores e assim, se um atuador emperrar, uma condição de torque excessivo por muito rapidamente ser alcançada. Assim, os ensinamentos desta divulgação são particularmente pertinentes no caso de tais implementações.

[0021] De acordo com ainda outro aspecto desta divulgação, fornece- se um método de limitar o torque aplicado por uma haste de entrada através de uma unidade de engrenagem a uma haste de saída, sendo que o método compreende: a detecção de um torque aplicado na referida haste de saída; quando o referido torque na referida haste de saída ultrapassa o limite de torque, acionando um freio sobre a referida haste de entrada para prevenir ainda mais transferência de torque à referida haste de saída.

[0022] Os atributos preferenciais descritos acima em relação ao aparato aplicam-se igualmente a este método. A etapa de acionamento pode compreender acionamento com base no relativo movimento das superfícies rampeadas de rolagem opostas. A etapa de acionamento pode basear-se em movimento axial relativo. A etapa de acionamento pode basear-se em movimento rotacional relativo.

[0023] De acordo com ainda outro aspecto desta divulgação, fornece- se um método de limitar o torque em um sistema de acionador de controle de voo secundário de uma aeronave, em que torque é aplicado por uma haste de entrada através de uma unidade de engrenagem a uma haste de saída, sendo que o método compreende: a detecção de um torque aplicado na referida haste de saída; quando o referido torque na referida haste de saída ultrapassa o limite de torque, acionando um freio sobre a referida haste de entrada para prevenir ainda mais transferência de torque à referida haste de saída.

Breve Descrição das Figuras

[0024] Um ou mais exemplos não-limitantes serão agora descritos, com fins exclusivamente ilustrativos, e com referência às figuras anexas em que:

[0025] A Fig. 1 mostra uma instalação tradicional de limitador de torque;

[0026] A Fig. 2 ilustra a função de transferência de torque para a instalação da Fig. 1;

[0027] A Fig. 3 mostra uma instalação aprimorada de limitador de torque;

[0028] A Fig. 4 ilustra a função de transferência de torque para a instalação da Fig. 4;

[0029] A Fig. 5a ilustra esquematicamente um acionador que se baseia em movimento rotacional relativo; e

[0030] A Fig. 5b ilustra esquematicamente um atuador que se baseia em movimento axial relativo.

[0031] A Fig. 1 mostra uma instalação tradicional de limitador de torque 100 usada em um sistema de atuador de superfície de controle de voo secundária. A haste 110 é acionada pela direita em Fig. 1 por Uma Unidade de Acionamento de Energia (PDU, não exibido). Um limitador de torque 120 é acionado por uma haste de entrada 110 e desempenha a dupla função de comunicar o troque da haste de entrada 110 aos próximos acionadores (com limitadores adicionais) por meio da haste 130 e também de remover torque ao conectar a engrenagem 140 à caixa de engrenagem de primeiro estágio de acionamento 150 que, por sua vez, aciona a caixa de engrenagem de estágio de energia 160 que produz um torque de saída sobre a haste de saída 170 que é usado para acionar o acionador da superfície de controle de voo secundária (não exibida).

[0032] Tipicamente, a caixa de engrenagem de primeiro estágio 150 tem uma taxa de engrenagem menor (por exemplo, 6:1 em alguns exemplos), ao passo que a caixa de engrenagem de segundo estágio (estágio de energia) 160 tem uma taxa de engrenagem maior, tal como 50:1; Desta forma, a razão de engrenagem total entre a haste de entrada 110 e a haste de saída 170 é, por exemplo, 200:1 a 300:1. Isto cria uma grande vantagem mecânica e grande magnificação da entrada de torque.

[0033] Em funcionamento, o limitador de torque 120 "tropeçará"acima de um limite de troque predeterminado. Quando do tropeço, a haste de entrada 110 será trancada e torque algum continuará sendo transferido à haste de saída 170. Entretanto, quando o troque de entrada sobre a haste de entrada 110 encontra-se abaixo do limite de torque, a gama de torques de saída sobre a haste de saída 170 é alta. Isto se dá em grande parte por conta da largura de banda de eficiência e por conta da largura de banda de arrasto associadas às etapas de engrenagem 150, 160. Cada unidade de engrenagem 150, 160 tem uma eficiência que determina que proporção do torque que adentra a unidade de engrenagem 150, 160 é transmitida à saída da unidade de engrenagem 150, 160. Esta eficiência não é constante, mas varia com a temperatura, bem como com o tempo. A expansão térmica dos componentes afeta as abertas entre eles, o que, por sua vez, afeta a eficiência com que a energia é transferida pela unidade. Enquanto a unidade é usada, o desgaste dos componentes aumenta abertas entre eles e tipicamente aumenta a eficácia ao reduzir a resistência. Consequentemente, durante a vida útil da unidade de engrenagem 150, 160 a eficiência muda e, portanto, para cada dada entrada de torque, muda o torque de saída. Este leque de rendimento operacional devido à eficiência é conhecido por largura de banda de eficiência da unidade de engrenagem 150, 160. Ao mesmo tempo, as unidades de engrenagem 150, 160 são lubrificadas de modo a reduzir resistência incorrida durante a fricção. Entretanto, a viscosidade do lubrificante muda com temperatura e conseqüentemente o arrasto experimentado dentro das unidades muda com a temperatura. A temperatura muda com o uso já que a unidade se aquece por meio de fricção, bem como muda segundo a estação, a localidade geográfica e, no caso da aeronave, a altitude de voo. Estas flutuações em temperatura mudam a resistência que a unidade de engrenagem 150, 160 fornece a um torque de entrada e portanto para um dado torque de entrada, o torque de saída varia com a temperatura. Esse leque de rendimento operacional devido ao arrasto como largura de banda de arrasto.

[0034] Para um dado torque de entrada sobre haste de entrada 110, o torque de saída sobre a haste de saída 170 é uma função da largura de banda de eficiência e da largura de banda de arrasto de cada caixa de engrenagem 150, 160 (e mais geralmente de cada componente intermediário) entre o limitador de torque 120 e a haste de saída. Isto é ilustrado esquematicamente em Fig. 2 que mostra uma função de transferência 180 que representa todos os componentes de interferência (neste caso a caixa de engrenagem de primeiro estágio 150 e da caixa de engrenagem de estágio de energia 160). A função de transferência 180 depende da largura de banda de eficiência do primeiro estágio da caixa de engrenagem 150, a largura de banda de eficiência do estágio de energia da caixa de engrenagem 160, da largura de banda de arrasto do primeiro estágio da caixa de engrenagem 150, a largura de banda de arrasto do estágio de energia da caixa de engrenagem 160 e a largura de banda min/máx do limitador de torque.

[0035] A largura de banda min/máx do limitador de torque é causada pela fricção e absorção de energia dentro dos limites do próprio limitador de torque. Por exemplo, existe fricção em diversas superfícies de rolamento e interfaces dentro dos limites do limitador de torque que deslizam e/ou rolam quando condições de torque excessivo são alcançadas e o limitador de torque é acionado. Como no caso das caixas de engrenagem, o coeficiente friccional dessas superfícies varia com condições de operação e dá ensejo, portanto, a uma largura de banda de saída de torque que deve ser acomodada no equipamento a jusante e seus componentes.

[0036] O efeito destas larguras de banda é que, embora o limitador de torque 120 sempre "tropece" em seu presente limite de torque, o torque de saída sobre a haste 170 neste ponto pode assumir uma vasta gama de valores de torque dependendo das condições de funcionamento em questão. O fabricante de equipamento necessita projetar o equipamento conectado à (isto é. a jusante de) haste de saída 170 de modo que esta possa suportar o torque máximo que pode ser produzido na haste 170 antes que o limitador de torque 120 tropece. Isto será quando a resistência e a absorção de energia dentro dos limites das caixas de engrenagem 150, 160 se encontrar em um mínimo de modo que ocorra máxima transferência de torque. Isto será, por exemplo, numa alta temperatura (baixa viscosidade e, portanto, menor arrasto) e em determinado estágio da vida útil quando o desgaste e as abertas minimizam resistência. Este máximo torque possível transmitido pode estar significativamente acima do limite de torque do limitador de torque 120 e portanto o equipamento acionado pela haste 170 precisa ser hiper-adulterada (e portanto, tornado maior e mais pesado) em comparação com o que seria requerido pelo mínimo torque necessário para funcionamento normal.

[0037] Fig. 3 mostra um exemplo de um arranjo de limitador de torque melhorado 200. Neste arranjo a haste de entrada 210 é acionada pela direita na Fig. 3 por uma PDU (não exibida). A haste de entrada 210 transfere torque através de um acionador de entrada 215 que passa o torque até a haste de acionamento em continuidade 230, assim como remove torque da engrenagem conectiva 240 e a transfere primeiro para caixa de engrenagem de primeiro estágio 250 e a caixa de engrenagem de segundo estágio (energia) 260.

[0038] Neste exemplo, o limitador de torque 280 é posicionado entre as unidades de engrenagem 250, 260 e a haste de saída 270. Já que o limitador de torque 280 encontra-se a jusante de todas as unidades de engrenagem 250, 260, a largura de banda de eficiência e de arrasto destas unidades 250, 260 não afetam o torque máximo transferido à haste de saída 270. Em vez disso, o limitador de torque 280 pode ser configurado com um limite de torque apropriado levemente mais elevado (para fornecer uma margem de segurança) do que o se requer para funcionamento normal. No evento de um emperramento que poderia resultar em torque de entrada mais elevado, o limitador de torque limitará imediatamente o torque para frente na haste de saída 270. Isto significa que o fabricante não necessita projetar o equipamento conectado à haste de saída 270 para suportar torque excessivo. Deste modo, os componentes do equipamento e estruturas de montagem podem ser minimizados em tamanho e peso. Isto é particularmente vantajoso em caso de elaboração de aeronaves, onde tamanho e peso adicionais aumentam o arrasto e o consumo de combustível, o que, por sua vez, pode elevar o custo da operação e as emissões de combustão.

[0039] Um arranjo de limitador de torque convencional tranca sua própria haste de entrada direta para impedir o acúmulo de torque adicional a jusante do limitador de torque. Entretanto, conforme se pode ver na Fig. 3, tal arranjo ainda permitiria que o torque elevado se acumulasse dentro dos limites das caixas de engrenagem 250, 260, na engrenagem conectiva 240, unidade de acionamento de entrada 215 e na haste de entrada 210. Consequentemente, todos estes componentes precisam ser projetados e adulterados de modo a suportar torques elevados e as mesmas questões de peso e tamanho elevados se aplicam. Para evitar este problema, o limitador de torque 280 freia a haste de entrada 210 em vez de frear sua própria haste de entrada direta (não exibida) da caixa de engrenagem de estágio de energia 260. Quando o limitador de torque 280 (isto é, quando se alcança uma condição de torque excessivo), o limitador de torque 280 aciona o freio 290 por meio do acionador 285. O freio 290 freia a haste de entrada 210 que, deste modo, impede qualquer torque elevado de ser transferido a qualquer um dos componentes a jusante, incluindo o acionador de entrada 215, a engrenagem conectiva 240, a caixa de engrenagem de primeiro estágio 250 e a caixa de engrenagem de estágio de energia 260. Consequentemente, cada um desses componentes pode também ser projeto e adulterado para suportar exclusivamente o torque operacional normal (incluindo qualquer margem de segurança) e portanto, o peso e o tamanho destes componentes podem ser minimizados.

[0040] Fig. 4 ilustra a função de transferência 300 deste sistema em comparação com a função de transferência 180 ilustrada na Fig. 2. Conforme exibido, a largura de banda de eficiência e a largura de banda de arrasto associada a cada uma da caixa de engrenagem de primeiro estágio 250 e da caixa de engrenagem de energia 260 foram eliminadas. O único componente restante é a largura de banda min/máx do limitador de torque. Dessa maneira, o exemplo da Fig. 3 elimina tanto as variáveis de eficiência e de arrasto associadas às caixas de engrenagem de primeiro estágio e de energia 250, 260 da função de transferência 300 que determina as cargas para a estrutura a jusante como função de torque de entrada.

[0041] Fig. 5a ilustra esquematicamente um acionador 285 que opera com base no movimento rotacional relativo de uma primeira superfície de rolamento rampeada 281 e de uma segunda superfície de rolamento rampeada 282, em qualquer um dos lados de uma esfera de rolamento 283. A primeira superfície de rolamento rampeada 281 encontra-se conectada a um mecanismo de engrenagem diferencial 400 por meio da engrenagem 286. A segunda superfície de rolamento rampeada 282 encontra-se conectada a um mecanismo de engrenagem diferencial 400 por meio da engrenagem 287. O mecanismo de engrenagem diferencial 400 produz rotação na haste de saída 410 com base na diferença de rotação entre as engrenagens de entrada 286 e 287. A rotação na haste de saída diferencial 410 causa engate do freio 290 à haste de entrada do sistema de freio 210.

[0042] Fig. 5b ilustra esquematicamente um exemplo alternativo de um acionador 285 que opera com base no movimento axial relativo de uma primeira superfície de rolamento rampeada 281 e de uma segunda superfície de rolamento rampeada 282, em qualquer um dos lados de uma esfera de rolamento 283. Neste exemplo, uma condição de torque excessivo faz com que a segunda superfície de rolamento rampeada 282 desloque-se para a direita no diagrama. Isto faz pressão no flange 451 do acionador 450, que é montada de forma deslizável na haste 452. O deslocamento do acionador 450 causa a compressão de uma suite de discos de freio 453 na haste de entrada de sistema 210.

[0043] Apreciar-se-á que, embora os exemplos acima tenham sejam descritos com referência a acionadores de controle de voo de secundários, os ensinamentos desta divulgação não são limitados a tais implementações. Em vez disso, apreciar-se-á que a divulgação é aplicável a outros acionadores rotativos com grande taxa de caixa de engrenagem. As vantagens desta divulgação tornam-se verdadeiramente diferenciadoras em sistemas multi- acionadores acionados por uma PDU centralizada, já que estes envolvem torques potencialmente muito altos combinados com alta largura de banda de eficiência e arrasto que tradicionalmente impuseram grandes restrições à minimização de peso e tamanho dos componentes. Outros exemplos não- limitantes incluem implementações em sistemas de portinhola dupla para armas e, mais geralmente, implementações em qualquer sistema de acionamento com dobradiças.

[0044] O fato de que o limitador de torque situa-se a jusante das unidades de engrenagem combinado com o fato de que o limitador de torque freia a haste de entrada a montante da unidade de engrenagem permite minimização do peso do componente dentro dos limites das unidades de engrenagem e dentro dos limites do equipamento acionado pela haste de saída devido à remoção do refeito das larguras de banda de eficiência e arrasto associados a unidades de engrenagem.

Claims

1. Sistema de acionamento de torque limitado (200) compreendendo: uma haste de entrada (210); pelo menos uma unidade de engrenagem (250, 260) acionada pela haste de entrada (210); um limitador de torque (280) que contém um limite de torque e que seja acionado por esta pelo menos uma unidade de engrenagem (250, 260); e uma haste de saída de torque limitado (270) acionada pelo limitador de torque (280); em que o limitador de torque (280) é adaptado de modo que, quando experimenta torque acima do limite de torque, aplica um freio (290) à referida haste de entrada (210) caracterizadopelo fato de que uma conexão entre o limitador de torque (280) e o freio (290) tem uma rigidez maior que a de uma conexão entre a haste de entrada (210) e a entrada do limitador de torque (280).

2. Sistema de acionamento de torque limitado (200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que um elemento no trem de acionamento entre o freio (290) na haste de entrada (210) e a entrada ao limitador de torque (280) é formado a partir de um material relativamente complacente.

3. Sistema de acionamento de torque limitado (200) de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o componente complacente é parte da unidade de engrenagem (250, 260) acionada pela haste de entrada (210).

4. Sistema de acionamento de torque limitado (200) de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o componente complacente é formado na haste de entrada (210).

5. Sistema de acionamento de torque limitado (200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de que o limitador de torque (280) compreende um elemento de rolamento de rampa, o elemento de rolamento de rampa compreendendo duas superfícies rampeadas (281, 282) opostas que se movem uma em relação à outra quando um torque maior que o limite de torque é aplicado.

6. Sistema de acionamento de torque limitado (200) de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de que as superfícies rampeadas (281, 282) separam-se axialmente quando um torque maior que o limite de torque é aplicado.

7. Sistema de acionamento de torque limitado (200) de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que um acionador (285) está conectado a um elemento de rolamento rampeado tal que a separação axial das superfícies de rolamento rampeadas (281, 282) causa engate do freio (290) na haste de entrada (210).

8. Sistema de acionamento de torque limitado (200) de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de que as superfícies rampeadas (281, 282) giram uma em relação à outra quando um torque maior que o limite de torque é aplicado.

9. Sistema de acionamento de torque limitado (200) de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que um acionador (285) está conectado a um elemento de rolamento rampeado tal que a rotação relativa das superfícies de rolamento rampeadas (281, 282) causa engate do freio (290) na haste de entrada (210).

10. Sistema de acionamento de torque limitado (200) de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que a rotação relativa aciona um mecanismo de engrenagem diferencial (400) que aciona o freio (290).

11. Sistema de acionamento de torque limitado (200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizadopelo fato de que a razão de engrenagem é de 50:1.

12. Sistema de acionador de controle de voo secundário em uma aeronave, caracterizadopelo fato de compreender um ou mais sistemas de torque limitado como definido(s) em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.

13. Método para limitar o torque aplicado por uma haste de entrada (210) através de uma unidade de engrenagem (250, 260) acionada pela haste de entrada (210) e através de um limitador de torque (280) acionado pela unidade de engrenagem (250, 260) a uma haste de saída (270) acionada pelo limitador de torque (280) compreendendo: detectar um torque aplicado à haste de saída (270); quando o torque sobre a haste de saída (270) ultrapassa o limite de torque, acionar um freio (290) sobre a haste de entrada (210) para impedir transferência adicional de torque à haste de saída, o método caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente: fornecer uma conexão entre o limitador de torque (280) e o freio (290) tem uma rigidez maior que a de uma conexão entre a haste de entrada (210) e a entrada do limitador de torque (280).