BR102022011937A2

BR102022011937A2 - Dispositivo de freio, e, sistemas de acionamento e de atuador de aeronave

Info

Publication number: BR102022011937A2
Application number: BR102022011937-6A
Authority: BR
Inventors: Jonathan A. Darby; Colin R. Harrison
Original assignee: Goodrich Actuation Systems Limited
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2022-06-15
Publication date: 2022-12-27
Also published as: CA3161305A1; EP4105090A1; US20220402464A1

Abstract

Um dispositivo de freio (40) para a rotação de frenagem de um eixo de entrada (46) é forneeido. O dispositivo de freio eompreende:
um freio de gatilho seletivamente operável (42) compreendendo:
um elemento estático;
um eixo de freio de gatilho (56) montado para movimento rotacional e axial em relação ao elemento estático e ao eixo de entrada (46);
uma mola de torção pré-carregada (120) acoplada rotativamente ao eixo de entrada (46), mas permitindo um movimento de rotação limitado entre o eixo de freio de gatilho (56) e o eixo de entrada (46);
um mecanismo de interferência por rolo (42) operável mediante a rotação relativa entre o eixo de freio de gatilho (56) e o eixo de entrada (46) excedendo uma quantidade predeterminada para parar a rotação do eixo de entrada (46) mediante a operação do freio de gatilho (42); e
um atuador de freio (62) para mover seletivamente o eixo de freio de gatilho (56) para dentro e para fora do engate com uma superfície de contato do elemento estático;
em que o engate da superfície de contato do elemento estático e do eixo de freio de gatilho (56) supera a pré-carga da mola de torção (120) de modo a produzir uma rotação relativa entre o eixo de freio de gatilho (56) e o eixo de entrada (46) para operar o mecanismo de interferência por rolo (44).

Description

DISPOSITIVO DE FREIO, E, SISTEMAS DE ACIONAMENTO E DE ATUADOR DE AERONAVE

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente divulgação se refere a dispositivos de frenagem como podem ser usados, por exemplo, em sistemas atuadores de aeronave.

FUNDAMENTOS

[002] Os dispositivos de frenagem são usados em uma ampla variedade de aplicações. Uma dessas aplicações é em aeronaves, onde um Freio Externo (OBB) é usado em sistemas de atuador, como sistemas de aerofólio auxiliar de borda de ataque ou sistemas de flape de borda de fuga para travar o sistema de atuador no caso de vários modos de falha mecânica dentro do sistema, por exemplo, uma falha do eixo de transmissão.

[003] Quando não em um modo de frenagem, o freio ainda pode fornecer arrasto no sistema atuador, o que representa uma carga para a unidade de acionamento de potência do sistema e também um componente de torque que é aditivo ao ciclo de fadiga do sistema de transmissão entre a unidade de acionamento de potência e o freio. Freios atuais tipicamente empregam múltiplas placas de atrito estáticas e dinâmicas que são totalmente eficazes como um freio, mas que exibem arrasto indesejável, particularmente em baixas temperaturas operacionais. Seria desejável minimizar o arrasto exercido pelo freio.

[004] Também é desejável em muitas aplicações, como, por exemplo, em aeroespacial, fornecer dispositivos de frenagem para uso em um envelope espacial limitado ou muito estreito. Isso pode ser particularmente relevante para aplicações de aeronaves de asa delgada. Por conseguinte, são procurados novos arranjos de dispositivo de freio que reduzem o peso dos componentes necessários, o diâmetro total do dispositivo de frenagem fornecido ou o tamanho total do mesmo.

SUMÁRIO

[005] A presente divulgação fornece um dispositivo de freio para a rotação de frenagem de um eixo de entrada, compreendendo:
um freio de gatilho seletivamente operável compreendendo: um elemento estático;
um eixo de freio de gatilho montado para movimento rotacional e axial em relação ao elemento estático e ao eixo de entrada;
uma mola de torção pré-carregada acoplada rotativamente ao eixo de entrada, mas permitindo um movimento de rotação limitado entre o eixo de freio de gatilho e o eixo de entrada;
um mecanismo de interferência por rolo operável mediante a rotação relativa entre o eixo de freio de gatilho e o eixo de entrada excedendo uma quantidade predeterminada para parar a rotação do eixo de entrada mediante a operação do freio de gatilho; e
um atuador de freio para mover seletivamente o eixo de freio de gatilho para dentro e para fora do engate com uma superfície de contato do elemento estático;
em que o engate da superfície de contato do elemento estático e do eixo de freio de gatilho supera a pré-carga da mola de torção de modo a produzir uma rotação relativa entre o eixo de freio de gatilho e o eixo de entrada para operar o mecanismo de interferência por rolo.

[006] Em qualquer exemplo da divulgação, o freio de gatilho e o atuador de freio podem ser dispostos axialmente adjacentes um ao outro.

[007] Em qualquer exemplo da divulgação, o elemento estático pode compreender um compartimento do dispositivo de freio. O eixo de freio de gatilho e/ou o atuador de freio podem ser montados no compartimento.

[008] Em qualquer exemplo da divulgação, uma superfície radial do eixo de freio de gatilho pode ser axialmente engatável com o elemento estático para efetuar uma frenagem por atrito do eixo de freio de gatilho.

[009] Em qualquer exemplo da divulgação, o atuador de freio pode compreender um atuador eletromecânico. Em vários exemplos, o atuador de freio pode compreender um elemento de atuação que é móvel entre uma posição sem frenagem e uma posição de frenagem sob a força de um membro de pressão, o elemento de atuação sendo mantido na posição sem frenagem contra a força do membro de pressão quando o atuador de freio for energizado e liberado após a desenergização do atuador de freio.

[0010] Em qualquer exemplo da divulgação, o dispositivo de freio pode compreender ainda um elemento transportador que se estende paralelamente ao eixo de entrada, em que o membro transportador é adaptado para movimento axial em relação ao elemento estático e em que o elemento de atuação é montado no membro transportador. Em exemplos da divulgação, o membro de pressão pode ser adaptado para pressionar o membro transportador e o elemento de atuação axialmente em direção à superfície de contato do elemento estático.

[0011] Em exemplos da divulgação, o atuador de freio pode ser montado em relação ao membro transportador de modo que o elemento de atuação seja posicionado axialmente entre o atuador de freio e o eixo de freio de gatilho.

[0012] Em qualquer exemplo da divulgação, o atuador de freio pode compreender um ou mais solenoides e/ou o elemento de atuação pode compreender uma armação anular que se estende em torno do eixo de entrada.

[0013] Em qualquer exemplo da divulgação, o mecanismo de interferência por rolo pode compreender:
uma pluralidade de superfícies de rampa providas no eixo de entrada;
uma estrutura estática do dispositivo;
uma pluralidade de elementos de rolo dispostos entre o eixo de entrada e a estrutura estática e recebidos entre superfícies de rampa adjacentes; e
um atuador acoplado ao eixo de freio de gatilho para mover os elementos de rolo ao longo das superfícies de rampa mediante rotação relativa do eixo de freio de gatilho e do eixo de entrada.

[0014] Em qualquer exemplo da divulgação, o atuador pode compreender uma pluralidade de dentes que se estendem entre elementos de rolo adjacentes. Em vários exemplos, os dentes podem se projetar de uma extremidade do eixo de freio de gatilho.

[0015] A divulgação também se estende a um sistema de acionamento que compreende um eixo de transmissão de potência acoplado ou formado integralmente com o eixo de entrada de um dispositivo de freio, conforme descrito em qualquer um dos exemplos acima.

[0016] A divulgação também se estende a um sistema de atuador de aeronave compreendendo um sistema de acionamento como acima, o eixo de transmissão de potência acionando uma pluralidade de atuadores para implantar ou retrair uma pluralidade de aerofólios auxiliares ou flapes em uma asa da aeronave, em que a interrupção da rotação do eixo de entrada do dispositivo de freio interrompe a rotação do eixo de transmissão de potência e, assim, a implantação ou retração dos aerofólios auxiliares ou flapes.

[0017] Em vários exemplos da divulgação, o sistema de atuador de aeronave pode compreender primeiro e segundo eixos de transmissão de potência para acionar respectivas pluralidades de atuadores nas respectivas asas da aeronave, um dispositivo de frenagem sendo fornecido para cada eixo de transmissão de potência. Em vários exemplos da divulgação, os eixos de transmissão de potência podem ser acoplados de modo que a operação de um dispositivo de frenagem pare a rotação de ambos os eixos de transmissão de potência.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0018] Um exemplo da presente divulgação será descrita agora, somente para fins de exemplo, com referência às figuras anexas, nas quais:
A Figura 1 mostra um sistema de aeronave compreendendo uma pluralidade de atuadores e um freio;
A Figura 2 mostra uma vista esquemática em corte transversal vertical através de um freio de acordo com esta divulgação, em uma primeira condição de operação de frenagem;
A Figura 3 mostra uma vista esquemática em corte transversal vertical através do freio da Figura 2, em uma segunda condição de operação sem frenagem;
A Figura 4A mostra uma vista em corte ao longo da linha V-V da Figura 2 na primeira condição de operação do freio;
A Figura 4B mostra uma vista em corte ao longo da linha V-V da Figura 2 na segunda condição de operação do freio;
A Figura 5A mostra uma vista em corte ao longo da linha C-C da Figura 2 na segunda condição de operação do freio;
A Figura 5B mostra uma vista em corte ao longo da linha C-C da Figura 2 na primeira condição de operação do freio;
A Figura 6A mostra uma vista em corte ao longo da linha A-A da Figura 4A na primeira condição de operação do freio; e
A Figura 6B mostra uma vista em corte ao longo da linha B-B da Figura 4A na primeira condição de operação do freio.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0019] A Figura 1 ilustra um sistema operacional de aerofólio auxiliar de aeronave 2. O sistema compreende uma pluralidade de aerofólios auxiliares de borda de ataque 4 em cada asa que são seletivamente implantadas e retraídas por atuadores rotativos 6. Cada atuador 6 é alimentado por um acionamento rotativo de uma unidade de acionamento de potência comum 8. O acionamento é transmitido da unidade de acionamento de potência 8 através de um eixo de transmissão de potência 10, tipicamente compreendendo uma ou mais seções acopladas rotativamente 12, que conecta os atuadores 6 em série.

[0020] Os freios externos (OBBs) 14 e sensores de assimetria 16 também estão incluídos em um sistema típico. Os OBBs 14 e os sensores de assimetria 14 são tipicamente dispostos nas extremidades dos respectivos eixos de transmissão de potência 10. Em um sistema de aerofólios auxiliares de aeronave 2, é importante que os aerofólios auxiliares 4 operem de maneira simétrica. Caso contrário, as asas da aeronave seriam submetidas a forças aerodinâmicas desequilibradas indesejáveis. Os sensores de assimetria 16 detectam quaisquer diferenças na velocidade ou direção de rotação entre os eixos de transmissão 10 e se uma assimetria for detectada, os OBBs 12 em ambas as asas são ativados para parar a rotação de ambos os eixos de transmissão de potência 10. Isso garante que os aerofólios auxiliares 4 permaneçam simetricamente implantados em ambas as asas.

[0021] Também é ilustrado um sistema operacional de flape de aeronave 20. Esse sistema 20 compreende uma pluralidade de flapes de borda de fuga 22 que são seletivamente implantadas e retraídas por atuadores rotativos 24. Cada atuador 24 é alimentado por um acionamento rotativo de uma unidade de acionamento de energia comum 26. O acionamento é transmitido da unidade de acionamento de potência 26 através de um eixo de transmissão de potência 28, tipicamente compreendendo uma ou mais seções rotativamente acopladas 30, que conecta os atuadores 6 em série.

[0022] Os freios externos (OBBs) 32 e sensores de assimetria 34 também estão incluídos em um sistema operacional de flape típico. Os OBBs 32 e os sensores de assimetria 34 são tipicamente dispostos nas extremidades dos respectivos eixos de transmissão de potência 28. Quanto ao sistema de aerofólios auxiliares 2, os sensores de assimetria 34 detectam quaisquer diferenças na velocidade ou direção de rotação entre os eixos de transmissão 28 nas duas asas e se uma assimetria for detectada, os OBBs 32 em ambas as asas são ativados para parar a rotação de ambos os eixos de transmissão de potência 28. Isso garante que os flapes 22 permaneçam simetricamente implantados em ambas as asas.

[0023] Os sistemas operacionais de aerofólio auxiliar e flape 2, 20 também podem ter outros sensores, tais como sensores de aerofólio auxiliar ou inclinação (não mostrados) que também podem causar a operação dos respectivos OBBs 14.

[0024] Essa divulgação diz respeito à construção de um dispositivo de freio que pode ser vantajosamente empregado como um OBB em sistemas de aeronaves, tais como os discutidos acima. O dispositivo de freio pode ser particularmente vantajosamente empregado em aplicações de aeronaves de asa fina nas quais o dispositivo de freio deve caber dentro de um envelope de espaço muito limitado. Obviamente, o dispositivo não está limitado a tais aplicações e pode ser mais amplamente utilizado. Em um OBB tradicional, o freio compreende uma pilha de placas estáticas e dinâmicas intercaladas que são colocadas em contato para efetuar a frenagem por atrito. No entanto, durante a operação normal, pode haver algum arrasto por atrito ou viscoso criado entre as placas que produz uma carga indesejada em uma unidade de potência associada. O fornecimento de uma pilha de placas estáticas e dinâmicas intercaladas também pode fazer com que o dispositivo de freio seja relativamente grande em tamanho. Os exemplos da divulgação descritos a seguir podem mitigar tais problemas usando uma forma alternativa de frenagem.

[0025] As Figuras 2 a 6B ilustram um dispositivo de freio 40 de acordo com esta divulgação.

[0026] Com referência às Figuras 2 e 3, o dispositivo de freio 40 compreende amplamente um freio de gatilho 42 e um mecanismo de interferência por rolo 44. Como será descrito mais abaixo, o acionamento do freio de gatilho 42 causará a operação do mecanismo de interferência por rolo 44 que interromperá a rotação de um eixo de entrada 46 do dispositivo de freio 40.

[0027] Ο eixo de entrada 46 do dispositivo de freio 40 é adaptado para girar em torno do eixo longitudinal central A-A do mesmo, de modo a fornecer um torque para acionar um dispositivo (não mostrado). Em um exemplo não limitativo, o dispositivo pode compreender um atuador rotativo 24 para um flape de borda de fuga 22 de uma aeronave como descrito acima.

[0028] Em mais detalhes, o dispositivo de freio 40 compreende um compartimento 48 que monta os vários componentes do dispositivo 40. No exemplo mostrado, o compartimento 48 é anular em seção transversal e se estende ao longo de um comprimento do eixo de entrada 46 de modo que uma parede 50 do compartimento 48 se estenda coaxialmente com e radialmente para fora do eixo de entrada 46. No exemplo mostrado, o compartimento 48 compreende uma primeira parte de compartimento 48a e uma segunda parte de compartimento 48b, a primeira e a segunda partes de compartimento 48a e b sendo configuradas para acoplar telescopicamente e para serem montadas em tomo dos vários componentes do dispositivo 40 depois de terem sido montadas. Será entendido que em qualquer exemplo da divulgação, o compartimento 48 poderia, em vez disso, ser formado como uma única parte.

[0029] O compartimento 48 é fixo (por exemplo, sendo fixado a parte de uma aeronave) de modo que não gire em torno do eixo longitudinal central A-A. Assim, o eixo de entrada 46 pode girar em relação ao compartimento 48. Em um exemplo alternativo, o compartimento 48 pode ser adaptado para girar em torno do eixo longitudinal central A-A a uma velocidade e/ou direção diferente da velocidade de rotação do eixo de entrada 46, de modo que o eixo de entrada 46 possa girar em relação ao compartimento 48,

[0030] O freio de gatilho 42 compreende um eixo de freio de gatilho 56 montado dentro do compartimento 48. No exemplo mostrado, o eixo de freio de gatilho 56 é anular na seção transversal e o eixo de entrada 46 se estende através do eixo de freio de gatilho 56.

[0031] Ο eixo de freio de gatilho 56 é montado no compartimento 48 de modo que ele possa girar em tomo do eixo longitudinal central A-A com o eixo de entrada 46. O eixo de freio de gatilho 56 também é montado de modo a permitir uma quantidade limitada de movimento ao longo do eixo A-A em relação ao compartimento 48, como será descrito mais abaixo.

[0032] Em um exemplo, uma superfície radialmente interna 58 do eixo de freio de gatilho 56 pode ser montada de forma deslizante e rotativa na superfície radialmente externa 60 do eixo de entrada 46.

[0033] Uma superfície do eixo de freio de gatilho 56 é engatável com o compartimento 48 (isto é, com uma superfície de contato de um elemento estático que pode ser fornecido pelo compartimento 48) para efetuar uma frenagem por atrito do eixo de freio de gatilho 56. No exemplo mostrado, a superfície é uma superfície radial 61 fornecida no eixo de freio de gatilho 56 e configurada para engatar com uma superfície radial do compartimento 48. O compartimento 48 e o eixo de freio de gatilho 56 podem ser formados de qualquer material adequado para permitir que a frenagem de atrito seja efetuada. Em um exemplo da divulgação, tanto o compartimento 48 quanto o eixo de freio de gatilho 56 podem ser formados a partir de um aço carbono ou um material semelhante. A superfície radial 61 e a superfície radial do compartimento 48 podem ser usinadas para melhorar as propriedades de atrito das mesmas, se necessário.

[0034] Para efetuar o engate, é fornecido um atuador de freio de gatilho 62. No exemplo ilustrado, o atuador de freio de gatilho 62 é um atuador eletromecânico, embora outras formes de atuador, por exemplo, atuador hidráulico ou pneumático, possam ser usadas.

[0035] O atuador eletromecânico 62 divulgado compreende um ou mais solenoides 64 tendo uma bobina ou bobinas 66 montadas dentro de um compartimento de solenoide 67 e uma armação 68 montada para movimento alternativo dentro de um furo interno 70 do compartimento 48. A armação 68 pode, por exemplo, ser montada de forma deslizante no furo interno 70 e compreende uma placa anular que se estende em tomo do eixo de entrada 46 e radialmente para fora em direção ao compartimento 48.

[0036] No exemplo mostrado, a armação 68 pode ser montada em um membro transportador 72. O membro transportador 72 se estende em torno do eixo de entrada 46 de modo a formar um corpo substancialmente cilíndrico que se estende paralelo ao eixo de entrada 46 e que forma um furo dentro do qual o eixo de entrada se estende. O membro transportador 72 tem uma superfície radialmente externa 74. No exemplo mostrado, o membro transportador 72 é fornecido adjacente ao eixo de freio de gatilho 56 de modo que o eixo de freio de gatilho 56 se estenda ao longo de uma primeira extensão axial do eixo de entrada 46 e o membro transportador 72 se estenda ao longo de uma segunda extensão axial distinta do eixo de entrada 46.

[0037] O membro transportador 72 compreende uma primeira porção 76 que se estende axialmente a partir de uma primeira extremidade axial 78 do membro transportador 72 para longe do eixo de freio de gatilho 56 e uma segunda porção axial 80 que se estende axialmente a partir da primeira porção 76 para uma segunda extremidade axial 82 do membro transportador 72.

[0038] Um ressalto 84 se estende radialmente para fora a partir da primeira porção 76 do membro transportador 72 em um local espaçado da primeira extremidade axial 78 do membro transportador 72. A armadura 68 é montada no membro transportador 72 de modo que uma superfície radialmente interna 86 da armadura 68 repousa na superfície radialmente externa 74 do membro transportador 72. Uma primeira superfície radial 88 da armação 68 encosta contra uma primeira extremidade axial 90 do eixo de freio de gatilho 56 e uma segunda superfície radial oposta 92 da armação 68 encosta contra o ressalto 84.

[0039] A primeira porção 76 do elemento transportador 72 se estende axialmente a partir do ressalto 84 em direção à segunda extremidade axial 82 do elemento transportador 72. Dois ou mais (por exemplo, quatro) solenoides 64 são montados de forma deslizante na superfície radialmente externa 74 da primeira porção axial 76 do membro transportador 72 de modo a serem espaçados circunferencialmente em torno do eixo de entrada 46 de modo que a armação 68 seja posicionada axialmente entre os solenoides 64 e o eixo de freio de gatilho 56.

[0040] A segunda porção axial 80 do membro transportador 72 adjacente à segunda extremidade axial 88 do mesmo tem um furo de diâmetro maior do que o furo da primeira porção axial 76 do membro transportador 72. Uma parede radial 94 se estende entre e une a primeira porção axial 76 à segunda porção axial 80.

[0041] Um membro de pressão, por exemplo, uma mola helicoidal 96, é recebido entre uma parede de extremidade 98 do furo interno 70 do compartimento 48 e a parede radial 94. É claro que outras formas de membro de pressão podem ser usadas. O membro de pressão é configurado para empurrar contra a parede radial 94 e assim age para pressionar o membro transportador 72 e a armação 68 montada no mesmo axialmente em direção ao eixo de freio de gatilho 56.

[0042] Será apreciado que, no exemplo mostrado, o atuador de freio 62 e o freio de gatilho 42 são posicionados de modo a serem axialmente adjacentes um ao outro, permitindo assim que o diâmetro do dispositivo de frenagem e, portanto, o diâmetro ou a extensão radial do envelope necessário para receber o dispositivo de frenagem 40 sejam reduzidos em relação a outros projetos. O diâmetro necessário pode ser ainda reduzido fornecendo o membro de pressão axialmente adjacente ao atuador de freio de gatilho 62, como no exemplo das Figuras 2 e 3.

[0043] No exemplo mostrado, a armação 68 é móvel axialmente com o membro transportador 72 entre a posição ilustrada na Figura 2 na qual ele entra em contato com o eixo de freio de gatilho 56, empurrando o eixo de freio de gatilho 56 axialmente em engate com o compartimento 48, desse modo, acionando o freio de gatilho 42 e a posição ilustrada na Figura 3 na qual ele é mantido contra os solenoides 64 de modo que o eixo de freio de gatilho 56 não esteja engatado com o compartimento 48 ou não seja empurrado contra o compartimento 48 para acionar o freio de gatilho 42. Nesta posição, uma folga G pode ser fornecida entre a armação 68 e o eixo de freio de gatilho 56. No contexto de um sistema de atuador de aeronave como discutido acima, a posição ilustrada na Figura 3 é uma condição normal de voo e a posição ilustrada na Figura 2 é uma condição de falha ou frenagem.

[0044] As bobinas solenoides 66 são conectadas a uma fonte de energia elétrica 100 que é seletivamente energizável por meio de um controle 102. O controle 102 pode, no contexto das aplicações discutidas acima, ser os sensores de assimetria 16, 34.

[0045] No exemplo ilustrado, o solenoide 64 é normalmente energizado a fim de manter o dispositivo de freio 40 na condição de não frenagem ilustrada na Figura 2. Na condição de não frenagem, o solenoide energizado 64 mantém a armação 68. Isso significa que, se ocorrer uma falha na fonte de alimentação 100, a armação 68 se moverá para a posição de frenagem mostrada na Figura 3 sob a força da mola helicoidal 96, acionando, assim, o freio de gatilho 42. Da mesma forma, quando a fonte de alimentação 100 é desligada pelo controle 102, a armação 68 se moverá para acionar o freio de gatilho 42.

[0046] O freio de gatilho 42 simplesmente atua como um gatilho para a frenagem efetuada pelo dispositivo de freio 40. A frenagem é alcançada através do mecanismo de interferência por rolo 44, como será descrito mais abaixo.

[0047] A força de frenagem alcançada através do mecanismo de interferência por rolo 44 é aplicada ao eixo de entrada 46. O eixo de entrada 46 pode ser uma parte de ou acoplado a um eixo de transmissão de potência (não mostrado) como divulgado acima.

[0048] Como pode ser melhor visto nas Figuras 5A e 5B, o eixo de entrada 46 compreende uma superfície de recepção de rolo 110 que recebe uma pluralidade de elementos de rolo 112. A superfície de recebimento de rolo 110 é provida com uma pluralidade de rampas simétricas 114 entre as quais os elementos de rolo 112 se localizam. Os elementos de rolo 112 são recebidos dentro de um furo anular 116 do compartimento 48 que forma uma estrutura estática.

[0049] O eixo de freio de gatilho 56 compreende uma pluralidade de dentes de projeção axial 118 que, como pode ser visto nas Figuras 5A e B, se estendem entre os elementos de rolo 112. Como será explicado mais abaixo, os elementos de rolo 112, rampas 114, dentes 118 e furo anular 116 juntos formam um mecanismo de interferência por rolo 44.

[0050] Arranjada em torno do eixo de freio de gatilho 56 é montada uma mola de torção usinada 120. Neste exemplo, a mola de torção 120 é feita de titânio ou liga de titânio, embora outros materiais possam ser usados. O material da mola 120 é escolhido para fornecer a resistência necessária e a conformidade de torção.

[0051] A mola de torção 120 tem primeira e segunda extremidades axiais 122, 124. A mola de torção 120 e o eixo de freio de gatilho 56 e/ou o eixo de acionamento 46 são configurados de modo que a mola de torção 120 seja pré-carregada por torção. No exemplo mostrado nas Figuras 6A e 6B, cada extremidade 122, 124 da mola de torção 120 pode ser formada com uma respectiva primeira 126, 128 e segunda 130, 132 projeção ou olhai diametralmente oposto que se estende radialmente para dentro a partir da superfície radialmente interna 134 da mola de torção 120.

[0052] Conforme ilustrado na Figura 6A, o primeiro e o segundo olhais 126, 130 na primeira extremidade 122 da mola de torção 120 se estendem através das respectivas aberturas diametralmente opostas 136, 138 fornecidas no eixo de freio de gatilho 56 e engatam com as respectivas primeira e segunda projeções diametralmente opostas 140, 142 que se estendem para fora a partir do eixo de entrada 46.

[0053] O primeiro e o segundo olhais 128, 132 na segunda extremidade 124 da mola de torção 120 se estendem através das respectivas aberturas diametralmente opostas 144, 146 providas no eixo de freio de gatilho 56 e engatam com as respectivas terceira e quarta projeções 148, 150 opostas que se estendem para fora a partir do eixo de acionamento 46.

[0054] O eixo de entrada 46 varia em seção transversal ao longo de seu comprimento. Como visto nas Figuras 6A e 6B, as porções do eixo de entrada 46 adjacentes às respectivas primeira e segunda extremidades axiais 122, 124 da mola de torção 120 podem ter uma seção transversal octogonal. Será entendido, no entanto, que o eixo de entrada 46 poderia assumir outras formas. Por exemplo, a seção transversal do eixo de entrada 46 pode ser hexagonal.

[0055] Na primeira extremidade 122 da mola de torção 120 e como mostrado na Figura 6A, uma primeira projeção 140 é fornecida no eixo de entrada 46 se estendendo para fora a partir da mesma, de modo que uma primeira superfície lateral 152 da primeira projeção 140 forme uma continuação de uma primeira 154 das oito faces do eixo de entrada 46. Uma segunda superfície lateral oposta 156 da primeira projeção 140 se estende paralela à primeira superfície lateral 152 da mesma. A superfície radialmente externa 158 da primeira projeção 140 é curvada de modo a formar uma seção de uma superfície cilíndrica configurada para seguir a superfície interna do eixo de freio de gatilho 56.

[0056] Uma segunda projeção 142 também é fornecida no eixo de entrada 46 na primeira extremidade 122 da mola de torção 120 que se estende para fora a partir do eixo de entrada 46 em uma direção oposta àquela da primeira projeção 140. Uma primeira superfície lateral 160 da segunda projeção 142 forma uma continuação da face 162 da haste de entrada 46 localizada oposta à primeira face 154 da mesma. Uma segunda superfície lateral oposta 164 da segunda projeção 142 se estende paralela à primeira superfície lateral 160 da mesma. A superfície radialmente externa 166 da projeção 140 é curvada de modo a formar uma seção de uma superfície cilíndrica configurada para seguir a superfície interna do eixo de freio de gatilho 56.

[0057] Na segunda extremidade 124 da mola de torção 120 e como mostrado na Figura 6B, uma terceira projeção 148 é fornecida no eixo de entrada 46 que se estende para fora a partir da mesma na mesma direção que a primeira projeção 140. Uma primeira superfície lateral 168 da terceira projeção 148 forma uma continuação da face 162 da haste de entrada 46 localizada oposta à primeira face 154 da mesma. Uma segunda superfície lateral oposta 170 da terceira projeção 148 se estende paralela à primeira superfície lateral 168 da mesma. A superfície radialmente externa 172 da terceira projeção 148 é curvada de modo a formar uma seção de uma superfície cilíndrica configurada para seguir a superfície interna do eixo de freio de gatilho 56.

[0058] Uma quarta projeção 150 também é fornecida no eixo de entrada 46 na segunda extremidade 124 da mola de torção 120 que se estende para fora a partir do eixo de entrada 46 em uma direção oposta àquela da terceira projeção 148. Uma primeira superfície lateral 174 da quarta projeção 150 forma uma continuação da primeira face 154 do eixo de entrada 46. Uma segunda superfície lateral oposta 176 da quarta projeção 150 se estende paralela à primeira superfície lateral 174 da mesma. A superfície radialmente externa 178 da quarta projeção 150 é novamente curvada de modo a formar uma seção de uma superfície cilíndrica configurada para seguir a superfície interna do eixo de freio de gatilho 56.

[0059] Cada abertura 136, 138, 144, 146 no eixo de freio de gatilho 56 é circunferencialmente maior do que a saliência 126, 130, 128, 132 que recebe, tendo uma extensão angular α. Isso permitirá movimento rotacional relativo entre o eixo de entrada 46 e o eixo de freio de gatilho 56, como será descrito mais abaixo. Nessa modalidade, o ângulo α pode estar entre 10 e 15°, por exemplo.

[0060] A mola de torção 120 é pré-carregada por torção quando o freio estiver na segunda condição de operação sem frenagem. Ou seja, a primeira e a segunda extremidades 122, 124 da mola de torção 120 são giradas em direções opostas uma da outra a partir da posição de repouso da mola.

[0061] Em operação, o eixo de acionamento 46 pode girar no sentido horário ou anti-horário, dependendo, por exemplo, da direção de rotação necessária de um atuador. O torque é transmitido entre os eixos de freio de entrada e de gatilho 46, 56 do dispositivo de freio 40 quando o eixo de entrada 46 está girando no sentido anti-horário no sentido das Figuras 6A e 6B.

[0062] Nesse modo de operação, as superfícies laterais viradas no sentido anti-horário 170, 176 da terceira e quarta projeções 148, 150 no eixo de entrada 46 transmitem torque para o primeiro e segundo olhais 128, 132 na segunda extremidade 124 da mola de torção 120. Esse torque é, então, transmitido para a segunda extremidade 124 da mola de torção 120, através da mola de torção 120 para a primeira extremidade 122 da mola de torção 120 e a partir daí para o primeiro e segundo olhais 126, 130 na primeira extremidade 122 da mola de torção 120. O primeiro e o segundo olhais 126, 130 na primeira extremidade 122 da mola de torção 120, então, transmitem o torque para as superfícies laterais voltadas no sentido horário 156, 164 da primeira e da segunda projeções 126, 130 no eixo de freio de gatilho 56, fazendo com que o eixo de freio de gatilho 56 gire. O eixo de freio de gatilho 56 girará na mesma velocidade que o eixo de entrada 46, de modo que não haja rotação relativa entre os dois eixos.

[0063] Ο torque também é transmitido entre os eixos de freio de entrada e de gatilho 46, 56 do dispositivo de freio quando o eixo de entrada 46 está girando no sentido horário no sentido das Figuras 6A e 6B.

[0064] Nesse modo de operação, as superfícies laterais voltadas no sentido horário 156, 164 da primeira e segunda projeções 126, 130 no eixo de entrada 46 transmitem torque para o primeiro e segundo olhais 126, 130 na primeira extremidade 122 da mola de torção 120. Esse torque é então transmitido para a primeira extremidade 122 da mola de torção 120, através da mola de torção 120 para a segunda extremidade 124 da mola de torção 120 e a partir daí para o primeiro e segundo olhais 128, 132 na segunda extremidade 124 da mola de torção 120. O primeiro e o segundo olhais 128, 132 na segunda extremidade 124 da mola de torção 120, então, transmitem o torque para as superfícies laterais viradas no sentido anti-horário 170, 176 da terceira e da quarta projeções 148, 150 no eixo de freio de gatilho 56, fazendo com que o eixo de freio de gatilho 56 gire com o eixo de entrada 46. Novamente, o eixo de freio de gatilho 56 girará na mesma velocidade que o eixo de entrada 46, de modo que não haja rotação relativa entre os dois eixos.

[0065] Obviamente, a rotação do eixo de freio de gatilho 56 com o eixo de entrada 46 só é possível quando o solenoide de freio de gatilho 62 é energizado. No caso de o solenoide ficar desenergizado, o eixo de freio de gatilho 56 se moverá axialmente para engate de atrito com o compartimento 48 e freará a rotação do eixo de freio de gatilho 56. Será apreciado que o arranjo mostrado no qual os ressaltos nas projeções de contato de mola de torção no eixo de freio de gatilho permite o contato retido entre as respectivas peças quando o eixo de freio de gatilho 56 se move axialmente em relação ao eixo de entrada 46. A frenagem da rotação do eixo de freio de gatilho 56 resultará na pré-carga da mola de torção 120 sendo excedida.

[0066] Quando a pré-carga for excedida, a mola de torção 120 girará o primeiro e o segundo olhais 126, 130 na primeira extremidade 122 da mola de torção 120 em relação ao primeiro e ao segundo olhais 128, 132 na segunda extremidade 124 da mola de torção 120, permitindo a rotação relativa dos eixos de gatilho de entrada e freio 46, 56 um em relação ao outro. Uma vez que haja movimento relativo entre esses eixos 46, 56, os elementos de rolo 112 no mecanismo de interferência serão forçados para cima das rampas 114 na superfície de recebimento de rolo 110 do eixo de entrada 46 pelos dentes 118 do eixo de freio de gatilho 56, forçando assim os elementos de rolo 112 em contato encravado com a superfície anular 116 do compartimento 48, interrompendo, assim, a rotação do eixo de entrada 46.

[0067] Devido à configuração simétrica das rampas 114, o dispositivo operará no mesmo grau de deslocamento angular relativo, independentemente da direção de rotação do eixo de entrada 46.

[0068] O objetivo do dispositivo de freio 40 é operar o mais rápido possível após ocorrer uma falha para parar o eixo de entrada 46 o mais rápido possível. O valor de torque com o qual o dispositivo de freio 40 operará é determinado pela taxa de mola de torção da mola de torção 120 e o grau de pré-carga. Na modalidade descrita acima, o mecanismo de interferência 44 é ativado com cerca de 5° a 7°, por exemplo 6°, de movimento rotacional relativo dos eixos de freio de entrada e gatilho 46, 56.

[0069] Será apreciado que, se o dispositivo de freio 40 for incorporado em um sistema como ilustrado na Figura 1, assim que o dispositivo de freio 40 operar, o mesmo interromperá a rotação de todo o eixo de transmissão de potência associado 10, 28. Isso interromperá a operação de todos os atuadores 6, 24 acionados pelo eixo de transmissão de potência 10, 28.

[0070] Como discutido acima, em tal sistema, o dispositivo de freio 40 pode ser operado em resposta a um sinal dos sensores de assimetria 16, 34 que pode indicar uma falha, tal como uma falha em um dos eixos de transmissão de potência 10, 28. Nesse caso, ambos os OBBs 14, 32 podem ser operados para parar ambos os eixos de transmissão de potência 10, 28 conectados a uma unidade de acionamento de potência associada 8, 26. Isso impedirá a implantação assimétrica dos aerofólios auxiliares 4 ou flapes 22. Altemativamente, apenas um dos OBBs 14, 32 pode ser ativado quando os eixos de transmissão 10, 28 puderem ser acoplados juntos de modo que quando um parar de girar, o mesmo acontecerá com o outro.

[0071] Será apreciado que a modalidade descrita neste documento tem uma série de vantagens sobre os sistemas de frenagem da técnica anterior. Especificamente, o freio de gatilho 42 não precisa de quaisquer elementos de frenagem, uma vez que a força de frenagem da unidade de freio 40 não é gerada por esses elementos, mas pelo mecanismo de interferência por rolo 44. A força de frenagem fornecida pelo contato entre o compartimento 48 e o eixo de freio de gatilho 56 só precisa ser suficientemente grande para superar a pré-carga da mola de torção 120 de modo a frear o eixo de freio de gatilho 56. Embora possa haver um certo arrasto associado ao contato entre o compartimento 48 e o eixo de freio de gatilho 56, este será muito menor do que aquele dos elementos de frenagem que seriam necessários para frear todo o sistema. Isso representa menos energia absorvida na unidade de freio 40, o que potencialmente permitirá uma unidade de acionamento de potência menos potente e, portanto, mais leve.

[0072] Além disso, as superfícies de atrito podem ser usinadas no compartimento 48 e no eixo de freio de gatilho 56 em exemplos da divulgação, de modo que as superfícies de atrito possam ser controladas para serem planas e quadradas. Além disso, a separação entre as superfícies de atrito no compartimento 48 e o eixo de freio de gatilho 56 é controlada pela folga G entre a armação 68 e o eixo de freio de gatilho. Assim, o arrasto associado às superfícies de atrito da presente divulgação pode ser menor do que o decorrente do uso de múltiplas placas de atrito finas ou elementos de frenagem para frear a rotação do eixo de freio de gatilho.

[0073] Em vista da disposição da mola de torção 120 em torno dos eixos de freio de gatilho e entrada 46, 56, a unidade de freio 40 fornece uma construção relativamente compacta, que é vantajosa em espaços operacionais restritos, tais como asas de aeronave. Como discutido acima, o arranjo axial dos meios de pressão, o atuador de freio e o freio de gatilho também podem permitir que o diâmetro necessário de uma unidade de freio de acordo com a divulgação seja ainda mais reduzido. Isso pode ser vantajoso em um espaço operacional restrito e, especialmente em aplicações de aeronaves de asa fina. Além disso, o grau desejado de pré-carga da mola de torção 120 pode ser facilmente ajustado.

[0074] A descrição acima é apenas de uma modalidade exemplar e será claro que modificações podem ser feitas na modalidade sem se afastar do escopo da divulgação. Por exemplo, embora o eixo de freio de gatilho 56 do dispositivo de freio 40 tenha sido ilustrado como um único componente, ele pode ser formado como vários componentes adequadamente unidos ou acoplados juntos.

[0075] Além disso, embora uma mola de torção usinada 120 tenha sido divulgada, outras molas de torção podem ser usadas, por exemplo, molas helicoidais. As molas de torção usinadas podem, no entanto, ser vantajosas na medida em que facilitam o fornecimento de extremidades de mola integradas para receber os pinos de acoplamento.

[0076] Além disso, embora o dispositivo de freio 40 tenha sido divulgado como sendo usado em um sistema de atuador de aeronave, o mesmo pode, naturalmente, ser usado em qualquer aplicação onde a frenagem de um eixo rotativo é necessária. Exemplos de tais aplicações podem incluir freios de estacionamento automotivos e elevador, escada rolante e freios de passarela móveis.

Claims

Dispositivo de freio (40) para a rotação de frenagem de um eixo de entrada (46), caracterizado pelo fato de que compreende:
um freio de gatilho seletivamente operável (42) compreendendo:
um elemento estático;
um eixo de freio de gatilho (56) montado para movimento rotacional e axial em relação ao elemento estático e ao eixo de entrada (46);
uma mola de torção pré-carregada (120) acoplada rotativamente ao eixo de entrada (46), mas permitindo um movimento de rotação limitado entre o eixo de freio de gatilho (56) e o eixo de entrada (46);
um mecanismo de interferência por rolo (42) operável mediante a rotação relativa entre o eixo de freio de gatilho (56) e o eixo de entrada (46) excedendo uma quantidade predeterminada para parar a rotação do eixo de entrada (46) mediante a operação do freio de gatilho (42); e
um atuador de freio (62) para mover seletivamente o eixo de freio de gatilho (56) para dentro e para fora do engate com uma superfície de contato do elemento estático;
em que o engate da superfície de contato do elemento estático e do eixo de freio de gatilho (56) supera a pré-carga da mola de torção (120) de modo a produzir uma rotação relativa entre o eixo de freio de gatilho (56) e 0 eixo de entrada (46) para operar o mecanismo de interferência por rolo (44).
Dispositivo de freio (40) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o freio de gatilho (42) e o atuador de freio (62) estão dispostos axialmente adjacentes um ao outro.
Dispositivo de freio (40) de acordo com a reivindicação 1 ou 2,
caracterizado pelo fato de que o elemento estático compreende um compartimento (48) do dispositivo de freio (40).
Dispositivo de freio (40) de acordo com a reivindicação 3,
caracterizado pelo fato de que o eixo de freio de gatilho (56) e/ou o atuador de freio (62) são montados no compartimento (48).
Dispositivo de freio (40) de acordo com qualquer uma das reivindicações, caracterizado pelo fato de que uma superfície radial (61) do eixo de freio de gatilho (56) é axialmente engatável com o elemento estático para efetuar uma frenagem por atrito do eixo de freio de gatilho (56).
Dispositivo de freio (40) de acordo com qualquer uma das reivindicações, caracterizado pelo fato de que o atuador de freio (62) compreende um atuador eletromecânico.
Dispositivo de freio (40) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o referido atuador de freio (62) compreende um elemento de atuação (68) que é móvel entre uma posição sem frenagem e uma posição de frenagem sob a força de um membro de pressão, o elemento de atuação (68) sendo mantido na posição sem frenagem contra a força do membro de pressão quando o atuador de freio (62) for energizado e liberado após a desenergização do atuador de freio (62).
Dispositivo de freio (40) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um elemento transportador (72) que se estende paralelamente ao eixo de entrada (46), em que o elemento transportador é adaptado para movimento axial em relação ao elemento estático e em que o elemento de atuação (68) é montado no elemento transportador (72), em que, opcionalmente, o membro de pressão é adaptado para pressionar o membro transportador (72) e o elemento de atuação (68) axialmente em direção à superfície de contato do elemento estático.
Dispositivo de freio (40) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o atuador de freio (62) é montado em relação ao elemento transportador (72) de modo que o elemento de atuação (68) seja posicionado axialmente entre o atuador de freio (62) e o eixo de freio de gatilho (56).
Dispositivo de freio (40) de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que o atuador de freio compreende um ou mais solenoides (64) e/ou em que o elemento de atuação (68) compreende uma armação anular que se estende em torno do eixo de entrada (46).
Dispositivo de freio (40) de acordo com qualquer uma das reivindicações, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de interferência por rolo (44) compreende:
uma pluralidade de superfícies de rampa (114) providas no eixo de entrada (46);
uma estrutura estática (48) do dispositivo;
uma pluralidade de elementos de rolo (112) dispostos entre o eixo de entrada (46) e a estrutura estática (48) e recebidos entre superfícies de rampa adjacentes; e
um atuador acoplado ao eixo de freio de gatilho (56) para mover os elementos de rolo (92) ao longo das superfícies de rampa (94) mediante rotação relativa do eixo de freio de gatilho (56) e do eixo de entrada (46).
Dispositivo de freio (40) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o atuador compreende uma pluralidade de dentes (118) que se estendem entre elementos de rolo adjacentes (112), os dentes opcionalmente se projetando de uma extremidade do eixo de freio de gatilho (56).
Sistema de acionamento, caracterizado pelo fato de que compreende um eixo de transmissão de potência (10, 28) acoplado ou formado integralmente com o eixo de entrada (46) de um dispositivo de freio (40) como definido em qualquer uma das reivindicações.
Sistema de atuador de aeronave (2, 20), caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de acionamento como definido na reivindicação 13, em que o eixo de transmissão de potência (10, 28) aciona uma pluralidade de atuadores para implantar ou retrair uma pluralidade de aerofólios auxiliares (4) ou flapes (22) em uma asa da aeronave, em que parar a rotação do eixo de entrada (46) do dispositivo de freio (40) interrompe a rotação do eixo de transmissão de potência (10, 28) e, assim, a implantação ou retração dos aerofólios auxiliares (4) ou flapes (22).
Sistema de atuador de aeronave de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende primeiro e segundo eixos de transmissão de potência (10, 28) para acionar respectivas pluralidades de atuadores nas respectivas asas da aeronave, um dispositivo de frenagem (40) sendo fornecido para cada eixo de transmissão de potência (10, 28); em que, opcionalmente, os eixos de transmissão de potência (10, 28) são acoplados de modo que a operação de um dispositivo de frenagem (40) pare a rotação de ambos os eixos de transmissão de potência (10, 28).