CN101680395A - 多动作线性致动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用来驱动能够相对于固定元件运动的至少两个元件的多动作线性致动器(100)，其包括形成为杆并经由外螺纹和/或内螺纹(105、106、107、108)相继嵌套接合的多个同心的管状主体(103、102、104)，其特征在于，主体之中的一个与转动驱动装置(109)相连接，而其它主体则一起形成内部和/或外部驱动系，所述主体与选择性锁定装置(213)相关联，而内部和/或外部驱动系的最末端主体被永久地阻止转动。

Description

多动作线性致动器
本发明涉及一种伸缩式线性致动器，其用于相对于彼此移动以及相对于固定元件移动的第一元件和第二元件，这三个元件特别属于涡轮喷气发动机的推力换向器，例如以No.06.09265提交的未公开的法国专利申请以及类似的以No.06.05512提交的未公开法国专利申请中所述，所述两个申请是以本公司作为申请人提交的，并在此引用。
飞机通过多个涡轮喷气发动机推动，每个涡轮喷气发动机被安置在机舱内，该机舱还安置与其操作相关并用于在涡轮喷气发动机操作或不操作时形成多种动作的辅助致动装置的总成。这些辅助致动装置包括例如用于致动推力换向器的机械系统。
机舱通常具有管状结构，其包括涡轮喷气发动机的空气吸入口上游；中间区段，其用来围绕涡轮喷气发动机的风扇；下游区域，其容纳推力换向装置并用来围绕涡轮喷气发动机的燃烧室；且机舱通常终止于喷气管，其出口位于涡轮喷气发动机的下游。
现代的机舱用来容纳旁通涡轮喷气发动机，该涡轮喷气发动机能够使用转动风扇的叶片产生来自于涡轮喷气发动机燃烧室的热空气流(还公知为一次流)以及冷空气流(旁通流或二次流)，该冷空气流围绕涡轮喷气发动机的外侧流过同样公知为流动路径的环形通道，该环形通道形成在涡轮喷气发动机的机罩和机舱内壁之间。两个空气流经由机舱后部从涡轮喷气发动机喷射。
推力换向器的作用在于，在飞机着陆时，通过使涡轮喷气发动机产生的至少某些推进力的方向转向前方，从而改善飞机的制动能力。在此阶段，换向器阻挡冷空气流的流动路径，并将冷空气流朝着机舱前部引导，由此产生换向推力从而增加飞机机轮的制动力。
用来进行冷空气流改变方向的装置根据换向器的类型而不同。但是，在所有情况下，换向器的结构包括可以在展开位置以及缩回位置之间运动的运动机罩，在展开位置上，它们在机舱内打开用于偏转气流的通道，并且在缩回位置上，它们关闭这些通道。这些机罩可执行偏转动作，或者可简单地致动其它的偏转装置。
在格栅式推力换向器的情况下，空气流通过偏转叶片的格栅来被转向，机罩具有目的在于露出或覆盖这些叶栅的简单的滑动功能，运动机罩沿着纵向轴线的平移运动大致平行于机舱轴线。通过机罩滑动来致动的互补闭合门(还公知为挡板)通常使得流动路径在叶栅的下游被关闭，以优化冷空气流的转向。
这些挡板通常经由上游端枢转安装在滑动机罩上，使其在缩回位置和展开位置之间枢转，在缩回位置，它们和运动机罩一起确保机舱内壁的空气动力连续性，在展开位置，在推力换向的情况下，它们至少部分关闭环形导管，以便朝着通过运动机罩滑动而露出的偏转叶片的格栅偏转气流。挡板的枢转通过连杆操纵，连杆一方面附接到挡板上，另一方面附接到限定环形导管的内部结构的固定点。
法国申请No.06.09265旨在通过使这些连杆经过流动路径来克服所述缺陷。
本专利申请旨在提供一种适当的双向致动器，其具有简单的构造并满足操纵挡板结构的需要，而没有法国申请No.06.09265所述的连杆。
更特别是，运动机罩的致动和挡板的枢转需要同时进行，但是采用不同速度。
明显的解决方法因此在于为每个运动部件提供一个专用的致动器。但是这种解决方法很麻烦，并且必然伴有致动装置的复杂电子或机械同步问题。
本发明因此提供了一种双向致动器，也就是说该致动器能够以其本身的动力来致动两个运动部件的每个运动部件，并同时只需要一个致动器驱动构件。
为此，本发明包括用来相对于固定元件驱动至少两个运动元件的多动作线性致动器，其包括形成为杆并经由外螺纹和/或内螺纹相继嵌套接合的多个同心的管状主体，其特征在于，所述主体之一连接到转动驱动装置，而其它主体则一起形成内部和/或外部驱动系，所述主体与选择性锁定装置相关联，并且内部和/或外部驱动系的最末端的主体被永久地阻止转动。
因此，通过提供能够经由相互作用的螺纹将所述转动运动传递到一个或多个同心主体的单个转动驱动主体，多种运动主体经由螺纹自动同步。这些螺纹的相对尺寸可使得主体相互之间的相对平移运动的速度从相同的转动驱动速度的起始点开始就相互适应。
有利的是，致动器包括底座，其用来附接到固定元件并用作支承同心主体的壳体。
作为一个优选方案，该致动器包括外部主体、中央主体和内部主体，所有三个主体形成为杆，该致动器的特征在于，中央主体具有能够与外部主体的相应螺纹协作的外部第一螺纹，以及设计成与内部主体的相应螺纹协作的内部第二螺纹，主体之中的一个被阻止平移运动，并且能够与适当的转动驱动装置连接，而各自用来与运动元件之一连接的其它两个主体则可自由地实现平移运动，但是被阻止转动，除了这些主体之一是与可松脱的转动锁定装置相关联的中央主体的情况之外。
根据实施例的第一可替换形式，中央主体的外部螺纹的螺距比内部螺纹的螺距长(更粗)。外部主体的平移运动的速度因此将高于内部主体的平移运动的速度。
根据实施例的第二可替换形式，中央主体的外部螺纹的螺距比内部螺纹的螺距短(更细)。外部主体的平移运动的速度因此将低于内部主体的平移运动的速度。
根据第三实施例，外部和内部螺纹具有相同的螺距。此时平移运动的速度将是相同的。
根据本发明的第一实施例，连接到转动驱动装置的主体是中央主体。
在这种情况下，根据本发明的致动器最好如上所述地适用于与推力换向器面板同时地致动闭合挡板(blocking shutter)。
作为优选方案，中央主体用来与运动推力换向器机罩相连接，同时外部主体用来与驱动挡板枢转的装置相连接。
很显然，在这两个运动部件具有不同行程和不同的打开及关闭速度的情况下，这种结构也能用于相对于彼此以及相对于固定部件同时致动两个运动部件。
按照第二实施例，连接到转动驱动装置的主体是外部主体。
此实施例使其可以如上所述地调整致动器的结构，并且调整它以克服与致动可变喷嘴相关的问题，如法国申请No.06.05512描述那样。
致动可变喷嘴的问题源自的事实为，在推力换向器位于关闭位置时的飞行的各个阶段，此喷嘴必须是可操纵的。
由于可变喷嘴安装在运动的推力换向器机罩上，它需要能够与后者同时驱动，虽然“可变喷嘴”的使机舱的出口截面得以调整的功能可能失效，并且在推力换向器启动时不被使用。
因此，通过按照本发明的由外部主体来驱动致动器，可通过便利的方式实现这种同步。
更特别是，在运动机罩需要被操纵时，中央主体被阻止转动。因此它不把转动运动传递给内部主体，内部主体因此将被与中央主体相同的运动所驱动。
在运动机罩位于关闭位置时，通过使用有选择的锁定装置来使得中央主体的转动锁定失效，从而使得连接到可变喷嘴的内部主体被独立致动。
由此，中央主体使得驱动外部主体的转动运动被传递到被阻止转动的内部主体，使之产生相应的平移运动。
作为优选，中央主体用来连接运动的推力换向器机罩，而内部主体则用来连接所述推力换向系统所装备的运动喷嘴相连。
显然，同样的致动器可被用于克服相同技术问题的其它应用。
作为优选，可松脱的转动锁定装置采用卡爪系统的形式，所述卡爪系统被固定到中央主体上，并能够与内部主体所具有的相应的齿协作。
有利的是，卡爪系统具有弹性返回装置，其可迫使所述卡爪达到与内部主体的齿相接合的位置。因此，在默认情况下以及在没有任何特定指令的情况下，只有喷嘴部件可以被致动。
作为优选，仅当可变喷嘴相对于运动机罩处于设定的位置时，内部主体才可通过于中央主体所装备的可松脱锁定装置的接合而被平移驱动。
通过以下详细描述并参考附图，将会对本发明有更好的理解。
图1是按照法国申请No.06.09265的推力换向器的纵向截面的局部示意图，该换向器装备有运动机罩和偏转挡板；
图2是根据本发明的致动器的第一实施例的第一可替换形式在缩回位置的纵向截面视图；
图3是图3所示致动器在展开位置的纵向截面视图；
图4是根据本发明的致动器的第一实施例的第二可替换形式在缩回位置的纵向截面视图；
图5是图4所示致动器在展开位置的纵向截面视图；
图6是位于关闭位置的运动的推力换向器机罩的示意截面图，其装备有位于航行位置并且使用根据本发明的致动器的第二实施例致动的可变喷嘴；
图7是图6中用于驱动可变喷嘴的系统的视图；
图8是图6中系统的视图，表示可变喷嘴位于略微缩回(短喷嘴)的位置；
图9是图6中系统的视图，表示喷嘴返回到航行位置并为运动机罩的操纵做准备；
图10表示图6中系统的视图，其中运动机罩打开，可变喷嘴的位置相对于所述机罩保持固定。
图1-5表示按照本发明的致动器的第一实施例，该致动器用于致动装备有闭合挡板的换向器的运动机罩。
图1是在经过格栅式推力换向器的偏转叶片的格栅的平面上的纵向截面的示意局部视图，推力换向器装备有法国申请No.06.09265所描述的处于推力换向状态的闭合挡板。
以公知的方式，图1所示的推力换向器1与旁通涡轮喷气发动机(未示出)相关，并包括与同心内部结构11一起确定用于二次流路径的环形流动导管10的外部机舱。
纵向滑动机罩2由两个半圆柱形部件组成，它们以能够沿着滑道(未示出)滑动的方式安装在机舱上。
安装有固定偏转叶片4的格栅的开口形成在推力换向器1的外部机舱内。在气体提供直接推力时，此开口被滑动机罩2关闭，并且在推力换向状态下，通过在滑动机罩2的下游方向(参考气体流动方向)上的纵向平移运动而露出。
围绕机罩2的周边分布的多个换向挡板20各自通过上游端围绕滑动机罩2上的铰接轴线(未示出)被枢转安装，使其在缩回位置和展开位置之间枢转，在展开位置上，在推力换向状态下，它们关闭环形导管10，以便朝着安装有叶栅4的开口偏转气流。在每个挡板20的周边具有密封件(未示出)，以便将流过环形导管10的流体与机舱外部的流体隔离。
当涡轮喷气发动机在直接推力模式下操作时，滑动机罩2形成机舱2下游部件的全部或部分，挡板20接着在滑动机罩2内缩回，关闭安装有叶栅4的开口，挡板20因此确保环形导管10的外部空气动力连续性。
为了使来自涡轮喷气发动机的推力换向，滑动机罩2被移到下游位置，并且挡板20被枢转到关闭位置，以便朝着叶栅4偏转二次流或旁通流，并且形成由叶栅4引导的换向流。
如图1所示，用于驱动挡板20的滑动件24(或者驱动定位在滑动件24的任一侧的两个挡板20)被安装成使其可运动到侧向滑道33中，该侧向滑道引导平移运动并形成在滑动机罩2的结构内。
通过围绕轴31铰接到挡板并围绕横向轴线26铰接到滑动件24的驱动连杆30，驱动滑动件24与挡板20的下游端相连接，使得滑动件24在其导引滑道33内的平移运动伴随有连杆30以及挡板20的枢转。
这里，驱动滑动件形成沿着换向器的纵向轴线定位的“伸缩式”致动缸22的中间运动部分24。
这种气动、电动或液压致动缸22包括联接、固定或球头连接到换向器1上游的外部机舱的管状底座23。底座23容纳驱动滑动件24以及端部杆25，两者相互独立安装，并可以在致动缸22的底座23内轴向滑动。
端部杆25的下游端通过横向驱动轴线27连接到滑动机罩2。
致动缸22以如下方式操作，即滑动机罩2在下游方向上处于其平移行程的结束阶段时，在其导引滑道33内驱动滑动件24平移运动。
因此将理解到按照较早的实施例，运动机罩2和挡板20都能够以相同状态运动，因此尽管具有不同的速度，但是可以在运行中同时设定。因此这就需要用于同步伸缩式致动缸22的两个杆24、25的另外的机构。
按照本发明，因此提供一种自同步致动器。这种致动器在图2-5中描述。
按照本发明的致动器100包括圆柱形套筒101，该圆柱形套筒101容纳三个形成杆的同心主体，即外部主体102、中央主体103和内部主体104。
三个主体102、103、104的每个主体经由螺纹与相邻主体机械接合。
更特别是，外部主体102具有与中央主体103带有的相应外部螺纹106接合的内部螺纹105，后者也具有与内部主体104带有的相应外部螺纹108接合的内部螺纹107。
此外，中央主体103被阻止平移运动，并被安装成使其可在容纳于致动器的底座110内的驱动装置109上转动。
对于外部主体102和内部主体104来说，它们被阻止转动，但是能够自由平移运动。转动锁定可以通过将外部主体102和内部主体103附接到它们各自用来驱动的运动部件(即运动机罩2和挡板20)来简单地实现。为此，内部主体104终止于固定眼孔111，而外部主体102具有侧向驱动销112。
这种致动器的工作方式如下描述。在致动装置109转动中央主体103时，它经由各螺纹105、106和107、108将此运动传递给外部主体102和内部主体104。由于外部主体102和内部主体104被阻止转动，中央主体103的驱动运动被转换成平移运动。外部主体102和内部主体104因此被赋予平移运动，其方向取决于驱动装置转动方向以及螺纹105、106和107、108的旋向。另外，虽然转动速度是相同的，但是外部主体102和内部主体104的线性平移速度取决于每个螺纹105、106和107、108的螺距。
从中央主体103的单次转动驱动，因此可能变成驱动连接到相应运动部件的每个主体102、104的平移运动，这种驱动在可通过螺纹105、106和107、108的螺距来容易地被调整的相对速度下同步进行。
按照图2和3所示的实施例的第一种可替换形式，外部螺纹105、106的螺距比内部螺纹107、108的螺距短(更细)，因此外部主体将在低于内部主体的速度下进行其平移运动。
相反，按照图4和5所示的实施例的第二种可替换形式，外部螺纹105、106的螺距比内部螺纹107、108的螺距长(更粗)，因此外部主体将在高于内部主体的速度下进行其平移运动。
显然地，这些参数通过本领域的普通技术人员调整，以适用于每个运动部件的起始和结束点。
如上所述，所述的致动器的基本结构可被调整，使得可变喷嘴得以驱动。这种实施例在图6-10中描述。
这些附图示意表示了装备有喷嘴端部区段201的推力换向器机罩200，该喷嘴端部区段被安装成使其可相对于运动机罩运动，其方式是形成公知的可变喷嘴。
这种推力换向系统的每个运动部件能按照本发明的第二实施例使用单个致动器203平移驱动。
类似于致动器100，致动器203包括外部主体204、中央主体205以及内部主体206，所有这些主体是同心的。
外部主体204与中央主体205机械接合，并且为此具有与中央主体205的相应外部螺纹208接合的内部螺纹207。
另外，中央主体205具有与内部主体206的相应外部螺纹210接合的内部螺纹209。
外部主体204被安装成就转动运动而言是固定的，但是就平移运动而言是能够运动的，并与容纳在形成致动器底座的壳体212内的转动驱动装置211连接。
对内部主体206来说，它能够进行平移运动，但转动却被阻止。
这样，被转动驱动的外部主体204经由螺纹208和209将其运动传递给中央主体205。
由此，如果中央主体205被阻止转动，外部主体204的运动将被转换成中央主体205的平移运动。内部主体206因此不会接收到运动，并相对于中央主体205保持静止，因此它同时以相同速度进行平移运动。
如果中央主体205自由转动，外部主体204的运动随后不再转换成平移运动，而是转动运动被传递给内部主体206，该内部主体206被阻止转动并被给予独立的平移运动。
为了针对是否驱动单独的内部主体206还是和中央主体205一起驱动来提供选择，后者被装备有卡爪连接器213形式的选择性平移锁定装置，该卡爪连接器213被安装在中央主体205内，并具有能够与内部主体206的一端所带有的相应齿214协作的缺口。
这些锁定装置与控制装置215相关，控制装置215被选择性地设计，以便将足够的压力施加到卡爪连接器213的卡爪上，使其可被推回而离开齿214。
在内部主体206被阻止转动时，卡爪213与主体的齿214的接合使得中央主体205被阻止转动。
因此，在希望致动推力换向器时，也就是说经由中央主体205致动运动机罩时，电磁式的控制装置215向左缩回，使得卡爪213接合齿214。然后同时可能变成驱动运动机罩200以及与内部主体206相连接的可变喷嘴区段201。
相反，在希望仅仅致动可变喷嘴201时，控制装置213被致动以便将连接器的卡爪213从齿214处移开，从而使得中央主体205自由转动。
喷嘴201的致动在图7-9中描述。
在锁定运动机罩200的互补装置218解锁之后，运动机罩的致动器在图10中描述。
应该注意到的是，在这种特殊情况下，只有中央主体205被阻止转动，也就是说在连接器的卡爪213与齿214接合的情况下(它对应于喷嘴201相对于运动机罩200处于设定的位置的情况)，运动机罩200才能被驱动。如果喷嘴201位于缩回位置或展开位置，将首先需要使其回到正常位置，以使得齿214接合卡爪213，并就转动运动而言锁定中央主体205。
此外，由于中央主体205用来转动驱动，它将通过例如安装在球轴承上的环件的球装置220连接到运动机罩200。
虽然参考特定的实施例描述了本发明，显然本发明并不局限于此，并且本发明包括落入本发明范围内的所述装置的所有技术等同特征及其组合。

Claims (13)

1.一种用来相对于固定元件驱动至少两个运动元件(2、20、200、201)的多动作线性致动器(100、203)，包括多个同心的管状主体(103、205、102、204、104、206)，所述管状主体形成为杆并且经由外螺纹和/或内螺纹(105、207、106、208、107、209、108、210)相继嵌套接合，其特征在于，所述主体之一连接到转动驱动装置(109、211)，其它所述主体则一起形成内部和/或外部驱动系，所述主体与选择性锁定装置(213)相关联，并且所述内部和/或外部驱动系的最末端的主体被永久地阻止转动。
2.如权利要求1所述的线性致动器(100、203)，其特征在于，它包括底座(110、212)，所述底座用来附接到所述固定元件并用作支承所述同心的主体的壳体。
3.如权利要求1或2中任一项所述的致动器(100、203)，其特征在于，所述致动器包括三个同心的主体，即中央主体(103、205)、外部主体(102、204)和内部主体(104、206)，所有三个所述主体形成为杆，所述致动器的特征在于，所述中央主体具有能够与所述外部主体的相应螺纹(105、207)协作的外部第一螺纹(106、208)以及设计成与所述内部主体的相应螺纹(108、210)协作的内部第二螺纹(107、209)，所述主体之中的一个被阻止平移运动，并且能够与适当的转动驱动装置(109、211)连接，而各自用来与将被驱动的所述运动元件(2、20、200、201)之一连接的其它两个主体则能自由地实现平移运动，但是被阻止转动，除了这些主体之一是与可松脱的所述转动锁定装置(213)相关联的所述中央主体的情况之外。
4.如权利要求3所述的致动器(100)，其特征在于，所述中央主体(103)的所述外部螺纹(106)的螺距比所述内部螺纹(107)的螺距长(更粗)。
5.如权利要求3所述的致动器(100)，其特征在于，所述中央主体(103)的所述外部螺纹(106)的螺距比所述内部螺纹(107)的螺距短(更细)。
6.如权利要求3所述的致动器(203)，其特征在于，所述外部螺纹(208)和所述内部螺纹(209)具有相同的螺距。
7.如权利要求3-6中的任一项所述的致动器(100)，其特征在于，连接到所述转动驱动装置(109)的所述主体是所述中央主体(103)。
8.如权利要求7所述的致动器(100)，其特征在于，所述内部主体(104)用来与运动推力换向器的机罩(2)相连接，而所述外部主体(102)则用来与驱动挡板(20)以使其枢转的装置(30、31)相连接。
9.如权利要求3-6中任一项所述的致动器(203)，其特征在于，连接到所述转动驱动装置(211)的所述主体是所述外部主体(204)。
10.如权利要求9所述的致动器(203)，其特征在于，所述中央主体(205)用来与运动推力换向器的机罩(200)相连接，而所述内部主体(206)则用来与所述推力换向系统所装备的运动喷嘴(201)相连接。
11.如权利要求9或10中任一项所述的致动器(203)，其特征在于，所述可松脱的转动锁定装置采用卡爪系统(213)的形式，所述卡爪系统被固定到所述中央主体(205)上，并能够与所述内部主体(206)所具有的相应的齿(214)协作。
12.如权利要求11所述的致动器(203)，其特征在于，所述卡爪系统(213)具有弹性返回装置，所述弹性返回装置能够迫使所述卡爪达到与所述内部主体(206)的齿(214)相接合的位置。
13.如权利要求10-12中任一项所述的致动器(203)，其特征在于，仅当所述可变喷嘴(201)相对于所述运动机罩(200)处于设定的位置时，所述内部主体(206)才能通过与所述中央主体(205)所装备的所述可松脱的锁定装置(213)的接合而被平移驱动。
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