CN102959306A - 用于流体系统的应急子系统 - Google Patents

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Abstract

一种流体系统包括与工作元件流体连通的应急子系统和主要子系统。主要子系统与应急子系统流体连通。系统在标准模式和应急模式下运行。在标准模式期间，主要和应急子系统共同为工作元件提供流体。在应急模式期间，应急子系统配置为独立地为工件元件提供流体。

Description

用于流体系统的应急子系统
技术领域
本申请大体上涉及流体系统领域，具体地，涉及具有应急子系统的流体系统。
背景技术
流体系统用在为工作元件提供流体的领域内是公知的，工作元件例如：飞行器副翼、变速箱、轴承、牵引臂和其他类似装置。目前存在多种流体系统，包括配置用于有效地降低相互啮合部件之间的发热和损耗的润滑系统。流体系统具有一个共同的特点，即，流体系统通常包括：存储流体的贮存器、用于为流体提供压力的驱动子系统以及用于将流体从贮存器引导至工作元件的多个导管。
一些流体系统受到大量磨损并暴露于不利环境之中。例如，用于牵引臂液压系统的元件容易被与之相关联的恶劣环境损坏。在一些流体系统中，系统元件的损坏可导致灾难性的后果。例如，当飞行器飞行时，与飞行器变速箱流体连通的润滑系统可能发生故障，导致变速箱卡机，飞行器变得不可操作。
尽管前述开发表示了流体系统领域的较大进步，但仍然存在许多缺点。
附图说明
作为本申请的系统的特点的新颖性特征在随附权利要求中列出。然而，结合附图参考下述详细说明，将更好地理解系统和方法本身、使用的优选方式以及其他目的和优点，附图中：
图1是倾转旋翼飞行器的斜视图；
图2是直升机的侧视图；
图3A是根据本申请的优选实施方式的流体系统的框图，其中该流体系统以标准模式运行；
图3B是图3A的流体系统以应急模式运行的框图；
图4是图3A的流体系统的示意图；
图5是图3B的流体系统的示意图；及
图6是沿图5中的VI-VI线截取的流体系统的导管的横截面示意图。
本申请的方法容易受到不同修改和替代形式的影响，其具体实施方式已经以示例的方式在附图中示出，并且在本文中被详细描述。然而，应该理解的是，本文的具体实施方式的说明不在于将本发明限制在公开的具体方法以内，正好相反，这些说明涵盖所有落入由随附权利要求限定的本申请的方法的精神和范围内的修改、等同物和替代方式。
具体实施方式
本申请的流体系统克服了与传统流体系统相关的不足之处。下文描述了示例性的实施方式。当然，应该意识到在任何这种实际实施方式的研发中，必须做出众多具体实施方式的决定以实现研发者的具体目标，例如与系统相关和商业相关的限制相兼容，这将在各种实施方式之间有所不同。此外，应该意识到，这样的研发努力可能是复杂且耗时的，但仍然在获益于本公开文本的本领域内技术人员的常规技能之内。
本申请涉及用于流体系统的应急子系统。该流体系统配置成与任意数量的工作元件一起使用，工作元件例如用于汽车、拖拉机、卡车、飞行器和其他交通工具或设备的元件。在优选使用中，流体系统配置为用于各种飞行器元件，例如旋翼变速箱，提供润滑剂的润滑系统。本申请公开了一种包括应急子系统的流体系统，其中，应急子系统与主要子系统流体连接。这两个子系统都包括连接有多个导管的贮存器，导管用于将流体导引至工作元件。流体系统形成密闭回路，其中，流体通过子系统和工作元件循环。
流体系统在标准模式和应急模式下运行。在标准模式下，主要子系统和应急子系统都向工作元件提供流体。在应急模式中，应急子系统独立地向工作元件提供流体。应急贮存器配置为储存足够量的流体以允许操作人员在工作元件变得不可操作之前有足够的时间来操作工作元件。单向阀连接到将应急贮存器互连到主要贮存器的导管上。单向阀配置为在标准模式下允许流体从主要贮存器流向应急贮存器，并在应急模式期间防止流体流回到主要贮存器。
本申请包括配置为向各种类型的工作元件提供流体的流体系统。例如，本申请可与用于副翼、牵引臂或其他接收流体的设备的液压活塞相结合。应该理解，流体可以是任意类型的液体或气体，即，润滑剂。
在一种实施方式中，优选的流体系统配置成与飞行器旋翼变速箱一起使用。在该实施方式中，流体系统为在其中布置的相互啮合的齿轮提供润滑剂。润滑剂降低了相互啮合的齿轮产生的摩擦热和损耗。图1和图2示出了具有与润滑系统流体连通的变速箱的两个飞行器。图1示出了倾转旋翼飞行器101，而图2示出了直升机201。倾转旋翼飞行器101包括用于携带各自的旋翼毂105a和105b的两个短舱103a和103b。短舱103a的剖视图示出了连接到变速箱109的飞行器发动机107。在图2中，直升机201示出为具有主旋翼203和尾部旋翼205。直升机201的剖视图示出了连接到变速箱209的发动机207。变速箱109和209都包括多个连接到输入轴和输出轴上的齿轮。变速箱109和209配置为用于明显降低发动机输入轴的旋转速度。因此，在相互啮合的齿轮之间产生大量的摩擦热和损耗。润滑系统提供克服相互啮合的齿轮之间产生的摩擦热和损耗的手段。在没有润滑剂的情况下，齿轮将最终卡住，并且变速箱将变得不可操作。
本申请的流体系统包括应急子系统，其配置为在主要子系统故障时提供流体贮存器。例如，前述润滑系统可包括在主要子系统故障时为变速箱提供润滑剂的应急贮存器。应急贮存器可配置成将润滑剂喷射到变速箱109和209内的选定区域，从而使变速箱保持可操作性，由此允许飞行员在变速箱卡机之前将飞行器安全地着陆。
现在参考附图中的图3A和3B，示出了根据本申请的优选实施方式的与工作元件303流体连通的流体系统301的框图。图3A示出了运行在标准模式下的流体系统301，而图3B示出了运行在应急模式下的流体系统301。流体系统301可包括主要子系统305、应急子系统307和驱动子系统309中的一个或多个。流体系统301包括多个导管311，用于将流体导向系统各处。在优选实施方式中，导管311为软管；然而，应该意识到的是，在替代实施方式中可包括用于将流体导向系统的不同装置。例如，替代实施方式可包括管线或其他合适的疏导设备。
在标准模式期间,主要子系统305和应急子系统307一起向工作元件303提供流体。主要子系统305为工作元件303和应急子系统307提供流体。应该理解，在标准模式期间，流体通过应急子系统307被导出。驱动子系统309示出为可操作地与应急子系统307关联。在应急模式期间，驱动子系统309被激活并被配置为将流体从应急子系统307导向工作元件303。如图3B所示，在应急模式期间，应急子系统307独立地向工作元件303提供流体。应该理解，虚线的导管元件313表示其中没有流体的导管元件311。
在优选实施方式中，流体系统301包括与工作元件303流体连通的一个主要子系统305和一个应急子系统307。但是，应该意识到，替代实施方式可包括富余的流体系统以为工作元件提供流体。此外，替代实施方式可包括两个或多个应急或主要子系统，以为工作元件提供流体。
现在参考附图中的图4，示出了运行在标准模式下的流体系统301的示意图。图4示出了与工作元件303流体连通的流体系统301。在该实施方式中，工作元件303是变速箱；然而，应该理解，在替代实施方式中，工作元件303可以包括从流体系统301接收流体的不同装置。例如，工作元件303可以是用于副翼、牵引臂或其他接收流体的设备的流体活塞。
主要子系统305包括配置为向流体403提供压力的泵401。如所示，流体403从主要子系统305导向应急子系统307和工作元件303。此后，流体403返回到主要子系统305，以通过流体系统301再次循环。在优选实施方式中，主要子系统305包括一个用于为流体403提供压力的泵401。然而，应该意识到，替代实施方式可包括多个选择性地放置在流体系统301各处的泵，以为流体403提供额外的压力。
主要子系统305还包括主要贮存器405，其具有用于容纳流体403的主室407。两个导管元件409和411连接到主室407上。如所示，流体403经由导管409通过主室407并经由导管411排出。此后，流体403被导向泵401的吸入侧。在优选实施方式中，主要贮存器405与工作元件303分离；然而，应该意识到，替代实施方式可包括位于工作元件303内的主要贮存器。例如，替代实施方式可使用水池部447作为贮存器，由此消除对主要贮存器405的需求。
应急子系统307可包括单向阀413和应急贮存器415中的一个或多个。应急贮存器415包括用于容纳流体403的应急室417。如所示，流体403从主要子系统305通过导管元件419和421循环到应急子系统307。此后，流体403通过应急子系统307并被导向工作元件303。
单向阀413配置成允许流体403从主要贮存器405通向应急贮存器415，并防止流体403在标准和应急模式期间返回主要贮存器405。在优选实施方式中，单向阀413是配置成被动地限定流体403的回流的被动阀。然而，应该意识到，代替优选实施方式，替代实施方式可包括不同设备，例如主动阀。例如，替代实施方式可包括由控制子系统控制的主动阀，该控制子系统配置成分别在标准和应急模式下自动地打开和关闭阀门。
可选的加热器423配置成用于为流体403提供热量Q。应该理解，在一些应用中，流体403在高海拔或寒冷气候时有冻结的倾向。例如，当暴露于寒冷条件下，如在高海拔或在寒冷天气飞行时，用于飞行器变速箱的润滑剂可能冻结。加热器423通过加热流体克服了冻结问题。如所示，加热器423为置于应急贮存器415内的流体403提供热量；然而，应该意识到，加热器423可配置成加热流体系统301的替代元件。例如，加热器423可连接到主要贮存器405或多个导管元件中的任意一个上。在替代实施方式中，电子线圈可围绕导管元件设置，以此为通过其中的流体提供热量。
驱动子系统309可操作地与应急子系统307相关联，并且可能包括致动器425、活塞427和控制站429中的一个或多个。活塞427被示出为位于应急室417内并与致动器425相连。在应急模式期间，致动器425以方向A移动活塞427，从而将流体403通过导管元件431导向工作元件303。
在优选实施方式中，致动器425配置为从独立的液压系统接收流体。然而，应该意识到，驱动子系统309的替代实施方式可包括其他类似的合适设备，以代替优选配置。例如，替代实施方式可包括齿轮设备、预充的气胎，或泵，其配置为用于将流体403从应急贮存器415导向工作元件303。
控制站429可操作地与致动器425相关联，以控制活塞427的往返移动速度。例如，在一种实施方式中，控制站429可被配置为用于为飞行器变速箱提供足够量的润滑剂以克服卡机，而且还保留有足够量的润滑剂，以在变速箱卡机之前实现最大飞行。应该意识到，控制站429可由操作人员手动的操作，或者利用计算机系统自动控制。
流体系统301配置为用于克服与存储的停滞流体相关的问题。例如，随着时间的推移，停滞的润滑剂逐渐出现热降解。因此，停滞的润滑剂不能执行其有效地降低相互啮合的部件之间产生的摩擦热和损耗的既定功能。如所示，应急子系统307与主要子系统305流体连通。这种配置使得流体403能够在标准模式期间通过应急贮存器415循环。此外，应该意识到，应急子系统307可容易地适用于现有流体系统。例如，应急子系统307可容易地连接到已有的流体系统的导管421和431上。
工作元件303可包括内室433、多个齿轮435和多个注射喷射器437、439和441中的一种或多种。输入轴443和输出轴445连接到齿轮435上，并分别沿着方向C和B旋转。如所示，流体403通过注射喷射器437、439和441喷射到工作元件303内的选定区域上。此后，流体403在位于工作元件303内的水池部447聚积。流体403通过导管元件409离开水池部447，并返回到主要贮存器405，以通过流体系统301再次循环。
提供可选的阀门449，以将流体403从主要子系统305导向导管元件421和451。来自主要子系统305的流体403通过导管元件451被引导，并导向至注射喷射器439和441。图4示出了与注射喷射器439、441和437流体连通的主要和应急子系统305和307；然而，应该意识到，可以使用任意数量的注射喷射器。例如，替代实施方式可包括一个单独的注射喷射器，其配置为与主要和应急子系统305和307都流体连通。
在优选实施方式中，注射喷射器437配置为将润滑剂喷射在变速箱具有最大卡机倾向的选定区域。例如，在行星齿轮之间产生较高的摩擦热和损耗。因此，注射喷射器437可配置为仅将润滑剂喷射到行星齿轮上。
现在参考附图中的图5，其示出了运行在应急模式下的流体系统301的示意图。在该模式下，一些事件，例如，孔501刺穿导管元件409，会导致流体403泄漏，由此耗尽主要贮存器405中的流体403。因此，主要子系统305变得不可操作并不能为工作元件303提供流体403。在应急模式期间，致动器425以方向A移动活塞427，由些将流体403从应急贮存器415导向工作元件303。
在一种实施方式中，工作元件303是飞行器旋翼变速箱，并且流体403是润滑剂。在该实施方式中，飞行器发动机（未示出）连接到输入轴443并旋转连接到输出轴445上的旋翼（未示出）。输入轴443以大约每分钟15000转的速度旋转，而转出轴445以大约每分钟300转的速度旋转。旋转速度的巨大落差导致在相互啮合的齿轮435之间产生大量的摩擦热和损耗。出于该原因，需要连续的润滑剂以克服卡机。
应急贮存器415配置为储存足够量的流体403，以允许在变得不可操作之前有足够的时间来操作工作元件303。例如，足够的润滑剂被提供给飞行器旋翼变速箱，从而飞行员在变速箱卡机之前有足够的时间来使飞行器着陆。应该理解，应急贮存器415可被配置为容纳不同量的流体403。决定应急贮存器415的尺寸的一些因素包括：在应急模式下运行工作元件所需的期望时间、与应急贮存器415的尺寸增加相关的重量增加以及额外成本。例如，在一种实施方式中，应急贮存器415提供足量的润滑剂，以便在应急模式下维持大约30分钟的飞行。
现在参考附图中的图6，其示出了沿图5的VI-VI线截取的导管419的横截面示图。图6示出了具有用于引导流体403的通道601的导管419。可选的加热设备603环绕通道601，并由隔热材料制成以保留热量。然而，应该意识到，替代实施方式可包括替代加热设备603的不同设备，以保留或增加热量。例如，替代实施方式可包括电子线圈，其围绕通道601，且配置成为通道601中引导的流体403增加热量。应该理解，图6示出了位于流体系统301内的某一位置上的通道601和加热设备603的剖视图。然而，应该理解，流体系统301内的所有导管可包括在形式和功能上大体类似于通道601和加热设备603的通道和加热设备。
本文示出的流体系统的实施方式提供了许多优点，包括：（1）配置成在主要子系统故障时为工作元件提供流体的应急子系统；（2）配置成适用于现有流体系统的应急子系统；（3）配置成克服与寒冷条件下流体冻结相关联的问题的流体系统；及（4）配置成克服与存储的停滞流体相关联的问题的流体系统。
显然，已经描述和示出了一种具有显著优势的流体系统。上文中公开的具体实施方式仅仅是示例性的，本申请可被修改并以不一样但等同的方式实施，这对受益于本文教导的本领域内技术人员来说是显而易见的。显然上文中公开的具体方法可被改变或修改，并且所有的这些变化被认为落入本发明的范围和精神内。因此，本文所寻求的保护范围如权利要求书所列出的那样。尽管本申请的系统以有限数量的形式示出，但并不限于这些形式，在不脱离其精神的情况下，容易做出各种改变和修改。

Claims (20)

1.一种用于为工作元件提供流体的系统，该系统包括：
与工件元件流体连通的主要贮存器；及
与工件元件流体连通的应急贮存器；
其中，该系统在标准模式和应急模式下运行；
其中，主要贮存器配置为在标准模式期间为应急贮存器提供流体；
其中，主要和应急贮存器配置为在标准模式期间共同为工件元件提供流体；及
其中，应急贮存器配置为在应急模式期间独立地为工件元件提供流体。
2.如权利要求1的系统，其中，流体是润滑剂。
3.如权利要求1的系统，其中，工作元件是飞行器元件。
4.如权利要求1的系统，其中，工件元件是变速箱。
5.如权利要求1的系统，还包括：
与应急贮存器流体连通的阀门；
其中，该阀门配置为在标准模式期间允许流体从主要贮存器移动到应急贮存器，而在应急模式期间防止流体从应急贮存器移动到主要贮存器。
6.如权利要求5的系统，其中，该阀门是被动阀。
7.如权利要求1的系统，还包括：
与应急贮存器可操作地关联的驱动子系统；
其中该驱动子系统配置为将流体从应急贮存器导向工作元件。
8.如权利要求7的系统，其中驱动子系统包括：
致动器；及
连接到致动器的活塞；
其中，活塞位于应急贮存器内；并且
其中，致动器往返地移动活塞。
9.如权利要求8的系统，还包括：
与驱动子系统可操作地关联的控制站；
其中，控制站配置为调节活塞的往返移动速度。
10.如权利要求9的系统，其中，当工作元件需要更多的流体时，往返移动速度增加，当工作元件需要较少的流体时，往返移动速度降低。
11.如权利要求1的系统，还包括：
与应急贮存器流体连通的注射喷射器；
其中，注射喷射器配置为将流体喷射到工件元件内的选定区域上。
12.一种配置为向工作元件提供流体的应急子系统，该应急子系统包括：
与工件元件流体连通的应急贮存器；及
驱动子系统；
其中，应急子系统从主要贮存器接收流体；
其中，应急子系统在标准模式和应急模式下运行；
其中，应急子系统配置为在标准模式期间将从主要贮存器接收的流体导向工件元件；及
其中，驱动子系统配置为在应急模式期间将流体从应急贮存器导向工作元件。
13.如权利要求12的应急子系统，其中，流体是润滑剂。
14.如权利要求12的应急子系统，其中，驱动子系统包括：
致动器；及
连接到致动器的活塞；
其中，活塞位于应急贮存器内；并且
其中，致动器往返地移动活塞。
15.如权利要求14的应急子系统，还包括：
配置为调节活塞的往返移动速度的控制站。
16.如权利要求12的应急子系统，还包括：
与应急贮存器流体连通的阀门；
其中，该阀门配置为在标准模式期间允许流体从主要贮存器移动到应急贮存器，而在应急模式期间防止流体从应急贮存器移动到主要贮存器。
17.如权利要求12的应急子系统，还包括：
与应急贮存器流体连通的注射喷射器；
其中，注射喷射器配置为将流体喷射到工件元件内的选定区域上。
18.一种方法，包括：
从应急子系统向工作元件供应流体；
其中，应急子系统从主要子系统接收流体；
其中，应急子系统在标准模式和应急模式下运行；
其中，应急子系统配置为在标准模式期间将从主要子系统接收的流体导向工件元件；及
其中，应急子系统配置为在应急模式期间独立地为工件元件提供流体。
19.如权利要求18的方法，其中，将流体从应急子系统导向工件元件包括：
利用驱动子系统为流体提供压力。
20.如权利要求18的方法，还包括：
在应急模式期间利用阀门防止流体从应急子系统移动到主要子系统。
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