BR102015027836B1 - Sistema de atuação de superfície de controle de voo, aeronave e método para controlar uma superfície de controle de voo - Google Patents
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Abstract
CONJUNTO DE BIELA PARA UM SISTEMA DE ATUAÇÃO DE SUPERFÍCIE DE CONTROLE DE VOO, SISTEMA DE ATUAÇÃO DE SUPERFÍCIE DE CONTROLE DE VOO, E, AERONAVE É descrito aqui um conjunto de biela para um sistema de atuação de superfície de controle de voo (10), o conjunto compreendendo uma biela (16) para conectar uma superfície de controle de voo a um atuador rotativo (12) e um sensor de posição (20) montado na biela (16) para detectar a posição da biela (16) em relação a um atuador rotativo (12).
Description
[001] A presente invenção se refere a um sistema de atuação de superfície de controle de voo e a uma biela para uso em um tal sistema.
[002] É conhecido usar atuadores rotativos para controlar a posição de superfícies de controle de voo em uma aeronave. Um exemplo de uma superfície de controle de voo é um spoiler, que é posicionado sobre uma borda de fuga da asa de uma aeronave. O spoiler pode ser estendido para cima, a partir de uma posição recuada rente com a asa para uma posição elevada, para reduzir a elevação criada pela asa. A fim de conectar a árvore de saída rotativa com a superfície de controle de voo, é comum usar uma biela alongada.
[003] Nos atuadores rotativos da técnica anterior, é conhecido prever algum tipo de sensor de posição sobre a árvore de saída do atuador para determinar o seu deslocamento angular, o que por sua vez, permite que a posição da superfície de controle de voo seja determinada.
[004] A presente invenção busca prever uma biela e um sistema atuação aperfeiçoados.
[005] É descrito aqui um conjunto de biela para um sistema de atuação de superfície de controle de voo, o conjunto compreendendo uma biela para conectar uma superfície de controle de voo a um atuador rotativo e um sensor de posição montado na biela para detectar a posição da biela em relação a um atuador rotativo.
[006] Prever um sensor de posição sobre a biela pode significar que um sensor de posição não vai precisar ser previsto no ou sobre o atuador rotativo. Pode ser mais fácil ter acesso a e/o substituir um sensor de posição sobre uma biela do que um que está dentro de (ou é fixado a) um atuador.
[007] O termo ‘conexão deve ser entendido como se referindo a qualquer tipo de conexão direta ou indireta. Em uma conexão indireta entre duas partes, a conexão pode ser via um ou mais membros intervenientes que são conectados a uma ou ambas as duas partes.
[008] O sensor de posição pode ser qualquer tipo de sensor que é operável para determinar a posição relativa, em use, entre a biela e um atuador rotativo conectado à mesma.
[009] O termo ‘biela’ deve ser entendido como se referindo a um membro alongado que é configurado para ser operativamente conectado entre uma superfície de controle de voo e um atuador rotativo, de uma maneira tal que o movimento de saída do atuador pode ser transmitido pela biela para se estender (i.e., abrir) e/ou retrair (i.e., fechar) a superfície de controle de voo.
[0010] O termo ‘operativamente conectado’ deve ser entendido como se referindo à conexão de duas partes de uma maneira tal que uma das partes pode operar a outra e possivelmente vice-versa. Por exemplo, uma parte pode acionar a outra de alguma forma. Assim, duas partes que são operativamente conectadas podem ser indiretamente conectadas uma à outra.
[0011] O sensor de posição pode ser disposto para medir uma rotação da biela em relação a um atuador rotativo. Desta maneira, o sensor pode ser um sensor de rotação. O sensor de posição pode medir a rotação de uma determinada parte, ou o conjunto, da biela.
[0012] A biela pode compreender uma primeira extremidade e uma segunda extremidade. A primeira extremidade pode ser configurada para ser operativamente conectada a um atuador rotativo e a segunda extremidade pode ser configurada para ser operativamente conectada a uma superfície de controle de voo.
[0013] A biela pode compreender primeiro e segundo braços de biela, que se estendem paralelos entre si para a primeira extremidade.
[0014] O sensor de posição pode medir a rotação da primeira extremidade da biela em torno do eixo geométrico de rotação do atuador rotativo.
[0015] A primeira parte do sensor de posição pode ser presa à biela em uma posição fixa (i.e., de modo que ela se move com a biela, não em relação a ela), que pode estar na ou perto da primeira extremidade da biela. Uma segunda parte do sensor de posição pode ser rotativamente montada na primeira parte e o sensor de posição pode ser configurado para medir a rotação relativa entre a primeira e a segunda partes.
[0016] A segunda parte pode ser configurada para conexão a uma árvore de saída rotativa de um atuador rotativo. Desta maneira, o sensor de posição pode formar parte (ou o todo) da conexão entre a biela e a árvore de saída rotativa.
[0017] O sensor de posição pode ser montado em pelo menos um dos braços da biela.
[0018] O sensor de posição pode ser qualquer tipo apropriado de sensor, tal como um sensor de efeito Hall, um transformador diferencial variável rotativo (RVDT) ou um potenciômetro.
[0019] O conjunto pode também compreender um sensor de carga montado na biela para medir uma força exercida ao longo da biela. O sensor de carga pode ser capaz de medir forças tanto de compressão quanto de tração forças ao longo da biela.
[0020] O sensor de carga pode estar localizado adjacente à segunda extremidade da biela, mas outros locais podem ser apropriados.
[0021] O sensor de carga pode ser qualquer tipo apropriado de sensor, tal como uma célula de carga, um medidor de deformação, um sensor piezelétrico, um sensor de carga semicondutor ou um sensor de carga magnetoestritivo.
[0022] O conjunto pode compreender um módulo eletrônico montado na biela e configurado para receber um primeiro sinal a partir de um sensor de posição e/ou de carga e transmitir um segundo sinal a um local remoto da biela. O módulo pode transmitir o segundo sinal de maneira sem fio. O módulo pode compreender conexões cabeadas entre os sensores de carga e/ou de posição, ou alternativamente, estas conexões podem ser sem fio.
[0023] O módulo pode transmitir o segundo sinal, por exemplo de maneira sem fio, a um computador de controle de voo (por exemplo em uma cabine de pilotagem da aeronave) e/ou a uma unidade de controle eletrônico de um atuador rotativo. Isto prevê um laço de realimentação dinâmico para o controle do atuador com base na posição da biela (e, portanto, a superfície de controle de voo).
[0024] O módulo pode ser posicionado entre o primeiro e o segundo braços da biela.
[0025] A presente invenção também se estende a um sistema de atuação de superfície de controle de voo compreendendo um atuador rotativo tendo uma árvore de saída configurada para girar em torno de um eixo geométrico e um conjunto de biela como descrito acima. A biela é operativamente conectada à árvore de saída de tal modo que rotação da árvore de saída em torno de seu eixo geométrico, faz pelo menos parte da biela girar em torno do mesmo eixo geométrico.
[0026] A parte da biela que gira em torno do eixo geométrico pode ser a primeira extremidade.
[0027] O sensor de posição pode ser disposto para medir o deslocamento angular da primeira extremidade da biela em torno do eixo geométrico.
[0028] A segunda parte do sensor de posição pode ser configurada para girar com a árvore de saída em relação à primeira extremidade da biela.
[0029] A segunda parte do sensor de posição pode compreender uma árvore de sensor que é operativamente conectada à árvore de saída do atuador e que é rotativamente montada na biela. Desta maneira, a biela pode girar em torno do sensor de posição, e, em particular, em torno da árvore de sensor. O sensor de posição mede a extensão desta rotação.
[0030] A árvore de saída do atuador pode ser conectada a uma alavanca de saída e a alavanca de saída pode ser conectada à biela. Em uma tal disposição, a segunda parte do sensor de posição, por exemplo a árvore de sensor, é montada na alavanca de saída e a biela é operativamente conectada à árvore de saída via o sensor de posição (compreendendo a primeira e a segunda partes) e a alavanca de saída.
[0031] A presente invenção também se estende a um método de controlar uma superfície de controle de voo compreendendo usar o sistema descrito acima para variar a posição de uma superfície de controle de voo.
[0032] O método pode ainda compreender usar medições do sensor de carga e de posição para controlar o atuador.
[0033] A presente invenção também se estende a uma aeronave compreendendo pelo menos uma superfície de controle de voo e o conjunto ou sistema como descrito acima, caracterizado pelo fato de que a biela é conectada à superfície de controle de voo.
[0034] A superfície de controle de voo pode ser um spoiler sobre a asa de uma aeronave.
[0035] Uma modalidade exemplificativa da presente invenção vai agora ser descrita a título de exemplo apenas e com referência às figuras 1 a 4, em que: A figura 1 é uma vista em perspectiva de um sistema de atuação de superfície de controle de voo exemplificativo de acordo com uma modalidade da presente invenção; As figuras 2a e 2b mostram vistas laterais do sistema de atuação da Fig. 1 em uma posição retraída e uma posição estendida; A figura 3 mostra uma primeira vista em corte transversal através dos sistemas de atuação das Figs 1 e 2; A figura 4 mostra uma segunda vista em corte transversal através dos sistemas de atuação das Figs 1 a 3.
[0036] A figura 1 mostra um sistema de atuação de superfície de controle de voo 10 de acordo com uma modalidade da presente invenção. O sistema 10 compreende um atuador rotativo 12 tendo uma árvore de saída rotativa 14 que gira em torno de um eixo geométrico R. A árvore 14 é circundada por (e engatada com) uma alavanca de saída 18.
[0037] A biela 16 é usada para controlar a posição de uma superfície de controle de voo (não mostrada) conectada à mesma, como é conhecido na técnica. A superfície de controle de voo pode ser, por exemplo, um spoiler sobre a asa de uma aeronave.
[0038] Uma primeira extremidade 15 da biela 16 é rotativamente conectada à alavanca de saída 18 e uma segunda extremidade 17 da biela 16 é configurada para ser conectada a uma superfície de controle de voo via um olhal 17a.
[0039] Deve ficar entendido que a alavanca de saída 18 é apenas um elemento desta modalidade específica, e que em modalidades alternativas, a biela 16 poderia ser conectada à árvore de saída 14 diretamente ou via uma pluralidade de alavancas de saída.
[0040] A biela 16 tem dois braços 16a, 16b, que se estendem paralelos entre si para a primeira extremidade 15 da biela 16.
[0041] Um sensor de posição 20 é montado na biela 16 e na alavanca de saída 18 e forma uma conexão entre as mesmas. O sensor de posição é localizado adjacente à primeira extremidade 15 da biela 16. Nesta modalidade, o sensor de posição 20 está montado no braço 16a da biela, mas poderia estar montado no braço 16b da biela.
[0042] O sensor de posição 20 é disposto para medir a posição da biela 16 em relação à alavanca de saída 18 e assim em relação ao eixo geométrico de rotação R do atuador rotativo 12. Medir a posição da biela 16 em torno do eixo geométrico R (i.e., o deslocamento angular da primeira extremidade 15 da biela 16 em relação ao eixo geométrico) possibilita que a extensão de uma superfície de controle de voo (não mostrada) conectada à biela 16 seja determinada.
[0043] Um sensor de carga 30 é montado na biela 16 para medir a carga exercida sobre a biela 16. Nesta modalidade, o sensor de carga 30 é localizado entre o olhal 17a e os braços 16a, 16b da biela, mas deve ficar entendido que o sensor de carga poderia estar localizado em qualquer ponto apropriado ao longo da biela 16.
[0044] O sensor de carga 30 é configurado para medir uma força exercida ao longo da biela 16 a partir do atuador rotativo 12 para a segunda extremidade 17 e/ou a partir de uma superfície de controle de voo para a primeira extremidade 15 via o olhal 17a.
[0045] O sensor de carga 30 pode ser qualquer sensor apropriado conhecido na técnica que vá gerar um sinal indicativo da carga exercida sobre a biela 16. Tais sensores podem incluir uma célula de carga, um medidor de deformação, um sensor piezelétrico, um sensor de carga semicondutor ou um sensor de carga magnetoestritivo.
[0046] Cada um dos sensores de posição e de carga 20, 30 compreende um orifício de saída de fio 21, 31 para receber um fio (não mostrado) conectado a um módulo eletrônico 40 localizado entre os braços 16a, 16b da biela. O módulo eletrônico 40 é configurado para receber sinais de posição e de carga a partir dos sensores 20, 30 e transmitir sinais de maneira sem fio ou através de fios (não mostrados) a um computador de voo e/ou a uma unidade de controle no atuador rotativo 12. Isto permite que uma realimentação a partir dos sensores 20, 30 seja usada para controlar a quantidade de atuação de uma superfície de controle de voo. Montar o módulo eletrônico 40 entre os braços 16a e 16b da biela é vantajoso pelo fato de que isto age para blindar e proteger o mesmo.
[0047] A Fig. 2a mostra o sistema de atuação 10 em uma posição retraída e a Fig. 2b mostra a biela 16 em uma posição estendida.
[0048] Em operação, quando atuação da superfície de controle de voo é requerida, o atuador rotativo 12 é ativado para girar a árvore de saída 14 e a alavanca de saída 18 em torno do eixo geométrico R. Como descrito em mais detalhe abaixo em relação às Figs. 3 e 4, a primeira extremidade 15 da biela 16 é rotativamente conectada à alavanca de saída 18 e a biela 16 está livre para girar em torno deste ponto de conexão, de maneira tal que à medida que a primeira extremidade 15 gira em torno do eixo geométrico R devido à rotação da alavanca de saída 18, a biela 16 pivota no ponto de conexão. Quando uma superfície de controle de voo (não mostrada) é operativamente conectada à segunda extremidade 17 da biela 16, a rotação da árvore de saída 14 e o pivotamento da biela 16 na primeira extremidade 15 permitem movimento da biela 16 para cima (Figs 2a e 2b), fazendo a superfície de controle de voo se mover a partir de uma primeira posição recuada (onde, por exemplo, ela está rente com a superfície da asa de uma aeronave) até uma segunda posição elevada, onde, por exemplo, ela é estendida para cima a partir da superfície da asa de uma aeronave.
[0049] As Figs. 3 e 4 mostram vistas em corte transversal através do sistema 10. Em particular, a Fig. 3 mostra um corte transversal através do comprimento da biela 16, da alavanca de saída 18 e do sensor de posição 20 ao longo da linha A-A (ver Fig. 1) e a Fig. 4 mostra o corte transversal através da biela 16, da alavanca de saída 18 e do sensor de posição 20 ao longo da linha B-B (ver Fig. 1).
[0050] As Figs. 3 e 4 mostram s dois braços 16a, 16b da biela cada um conectado a uma parte de engate 19 da alavanca de saída 18. Mancais 13a, 13b são montados entre a parte 19 e os braços 16a, 16b da biela para permitir que a biela 16 gire livremente em torno da alavanca de saída 18 na primeira extremidade 15. O sensor de posição 20 compreende um alojamento 23, montado no braço 16a da biela de uma maneira fixa, de modo que ele se move com o braço 16a da biela, não em relação à mesma, usando fixadores 24a e 24b, e uma árvore de sensor 22, rotativamente conectada ao alojamento 23. Uma tampa 26 é também presa no segundo braço 16b da biela através de um fixador 26a. A árvore de sensor 22 engata com a alavanca de saída 18 na parte de engate 19, e gira com a alavanca de saída 18. Durante a rotação da árvore de sensor 22, o alojamento 23 permanece fixo no braço 16a da biela, e assim a árvore de sensor 22 gira em relação ao alojamento 23. À medida que a árvore de sensor 22 gira com a alavanca de saída 18 um sinal indicativo da quantidade de rotação é gerado pelo sensor de posição 20, como é conhecido a técnica. Este sinal é usado para indicar a posição da biela 16 e, por sua vez, da superfície de controle de voo (não mostrada). Nesta modalidade, o sensor de posição 20 é um sensor de efeito Hall sem contato. Porém, qualquer sensor de posição apropriado pode ser usado, por exemplo, um transformador diferencial variável rotativo (RVDT) ou um potenciômetro.
[0051] Montar o sensor de carga 30 e o sensor de posição 20 na biela 16 pode remover a necessidade para um sensor ser alojado dentro do ou sobre o atuador rotativo 12. Isto pode reduzir o tamanho do atuador 12 e tornar os sensores 20, 30 mais fácil de ser acessados e de ser substituídos. Além disso, como a biela 16 é carregada diretamente em tração/compressão durante o uso, integrar um sensor de carga 30 sobre a mesma permite medições mais fáceis e mais precisas dela, sem ter de contribuir para qualquer fricção interna do atuador.
[0052] Embora as figuras e a descrição acompanhante descrevam uma modalidade particular, deve ficar entendido que o escopo desta invenção não é para ser limitada a uma tal modalidade especifica, e é, ao contrário, para ser determinado pelas seguintes reivindicações.
Claims (11)
1. Sistema de atuação de superfície de controle de voo (10), compreendendo: um atuador rotativo (12) tendo uma árvore de saída (14) configurada para girar em torno de um eixo geométrico (R); e uma alavanca de saída (18) conectada à árvore de saída (14); e uma biela (16) para conectar uma superfície de controle de voo ao atuador rotativo (12), em que a biela (16) compreende uma primeira extremidade (15) e uma segunda extremidade (17), a segunda extremidade (17) sendo configurada para ser operativamente conectada a uma superfície de controle de voo, caracterizado pelo fato de que: a biela (16) é rotativamente conectada à alavanca de saída (18) na primeira extremidade (15) de modo que a biela (16) pivota em torno da primeira extremidade (15) em relação à alavanca de saída (18); e um sensor de posição (20) é montado na biela (16) para detectar a posição da biela (16) em relação a um atuador rotativo (12), em que a alavanca de saída (18) e a biela (16) são conectadas via o sensor de posição (20) e o sensor de posição (20) é disposto para medir deslocamento angular da primeira extremidade (15) da biela (16) em torno do eixo geométrico (R).
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de posição (20) é disposto para medir uma rotação da biela (16) em relação a um atuador rotativo (12).
3. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que uma primeira parte (23) do sensor de posição (20) é presa à biela (16) em uma posição fixa, uma segunda parte (22) do sensor de posição (20) é rotativamente montada na primeira parte (23) e o sensor de posição (20) é configurado para medir a rotação relativa entre a primeira (23) e a segunda (22) partes.
4. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o sensor de posição é um sensor de efeito Hall, um transformador diferencial variável rotativo (RVDT) ou um potenciômetro.
5. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sensor de carga (30) montado na biela (16) para medir uma força exercida ao longo da biela (16), e opcionalmente em que o sensor de carga (30) é uma célula de carga, um medidor de deformação, um sensor piezelétrico, um sensor de carga semicondutor ou um sensor de carga magnetoestritivo.
6. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um módulo eletrônico (40) montado na biela (16) e configurado para receber um primeiro sinal do sensor de posição e/ou de carga (20, 30) e transmitir um segundo sinal, opcionalmente de maneira sem fio, para um local remoto da biela (16).
7. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que uma ou a segunda parte (22) do sensor de posição (20) é configurada para girar com a árvore de saída (14) em relação a uma ou à primeira extremidade (15) da biela (16).
8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a segunda parte (22) do sensor de posição (20) compreende uma árvore de sensor que é operativamente conectada à árvore de saída (14) do atuador e que é rotativamente montada na biela (16).
9. Aeronave, caracterizada pelo fato de compreende: pelo menos uma superfície de controle de voo; e o sistema (10) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, em que a biela (16) é conectada à superfície de controle de voo.
10. Aeronave de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a superfície de controle de voo é um spoiler.
11. Método para controlar uma superfície de controle de voo, caracterizado pelo fato de que compreende usar o sistema (10) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8 para variar a posição de uma superfície de controle de voo.
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