CN103569352B - 用于在飞行器中产生液压动力的方法、混合动力控制单元的应用以及驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种用于在飞行器中产生液压动力的方法，该飞行器具有驱动系统，该驱动系统包括连接至动力控制单元的至少一根传动轴，该动力控制单元具有均连接至差动齿轮单元的电动马达和液压排量机，以用于驱动共同的输出轴，该方法包括如下步骤：将液压排量机切换到泵模式下；使输出轴止动；使电动马达旋转，使得液压排量机由于被止动的输出轴而被驱动；以及将流体流供给到液压系统中。由此，飞行器的驱动系统或者用于移动控制面或者用于在飞行器中产生液压动力。该液压动力可用来在飞行器运行期间补偿液压负载峰值或者用来给液压装置提供动力而无需额外的液压动力产生部件。

Description

用于在飞行器中产生液压动力的方法、混合动力控制单元的应用以及驱动系统

技术领域

本发明涉及用于在飞行器中产生液压动力的方法，该飞行器具有包括连接至混合动力控制单元的至少一根传动轴的驱动系统，并且涉及混合动力控制单元的应用以及包括连接至混合动力控制单元的至少一根传动轴的驱动系统。

背景技术

在飞行器中，通常，通过发动机驱动的液压泵——该液压泵连接至两条或更多条液压管线系统——来产生液压动力。为了增加对液压动力需求中负载峰值进行补偿的冗余或能力，可以设置有由专用电动马达驱动的另外的液压泵。

飞行器中的主要液压负载为连接至诸如副翼、升降副翼和方向舵之类的控制面的液压致动器、以及起落架致动器和货门致动器。在起飞阶段和着陆阶段期间，增升系统通常用于增大飞行器的升力系数。通常，商用和军用飞行器的增升系统通过具有中央动力控制单元(PCU)的驱动系统提供动力，其中该PCU可包括至少一个液压马达。

发明内容

即使很少使用完全能够提供的液压动力，每个液压泵以及安装在飞行器中以用于驱动液压泵的每个液压马达仍增加了飞行器的总重量。因此，可以认为本发明的目的在于提供用于以足够的冗余产生液压动力并且同时减小所产生的重量的方法和系统。

关于该方法的目的是由下文描述的用于在飞行器中产生液压动力的方法来满足的。

提出了一种用于在飞行器中产生液压动力的方法，该飞行器具有驱动系统，该驱动系统包括连接至动力控制单元的至少一根传动轴，该动力控制单元具有均连接至差动齿轮单元的电动马达和液压排量机，以用于驱动共同的输出轴，该方法包括如下步骤：将液压排量机切换到泵模式下；使差动齿轮的输出轴止动；使电动马达旋转，使得液压排量机由于被止动的输出轴而被驱动并且将流体流供给到液压系统中。因此，根据本发明的方法使用已知的PCU用于在飞行器中产生液压动力。

PCU可以包括两个独立的马达以在驱动所连接的传动轴系统过程中提供一定的冗余。在过去，PCU大多配备有两个液压马达，而在现代的混合PCU中包括有电动马达和液压马达。在常规的设计中，两个马达均连接至具有由所述两个马达驱动的输出轴的速度加和差动齿轮。在每个马达与差动齿轮的相应输入轴之间设置有制动器，该制动器仅在相应的马达运行时释放。因此，差动齿轮的输出轴由两个马达中的一个马达单独驱动或者由所述两个马达同时驱动。

通常，PCU定位在飞行器的机身中并且电连接至计算机化的控制器——例如连接至两个独立的缝翼襟翼控制计算机(SFCC)——以用于控制并且监测驱动系统。PCU的输出轴还机械地连接至延伸到飞行器的机翼中的传动轴系统。由此，传动轴系统通过一根或多根传动轴将机械动力提供至分布在机翼内的襟翼板传动点处或缝翼板传动点处的齿轮传动式致动器。

电动马达可以实现为具有明显的可靠性和效率的数控无刷直流马达。电动马达的运行通常通过马达电子控制器来建立，该马达电子控制器与缝翼襟翼控制计算机或飞行器的任何其他控制单元、以及电汇流排接口连接。由此，马达电子控制器根据无刷直流马达运行的需要转换电力。

液压排量机可以通过允许在泵模式下和马达模式下运行的任何合适的流体机来实现。马达模式对于运行液压排量机——作为用于驱动差动齿轮单元的相应输入轴的马达——而言是必需的。液压排量机可以包括用于将运行模式从泵模式切换到马达模式或者从马达模式切换到泵模式的装置，例如，通过允许将增压的液压流体供给至液压排量机而不会流回到液压系统中或者将增压的液压流体供给至液压系统而不会流回到液压排量机中的一组单向阀。优选地，液压排量机为具有由可旋转斜盘控制的多个可移动支承的活塞的轴向活塞机，其中，斜盘可以在经过中心位置的两个不同的方向上移动。这允许改变活塞的位移以及流动方向。

在根据本发明的方法中，假定传动轴暂时不旋转，即，当增升系统处于待机状态时。由此，例如通过制动器使差动齿轮的输出轴止动。因此，差动齿轮的两个输入轴联接为使得所述输入轴中的一个输入轴的旋转引起另一输入轴通常沿相反方向的旋转。一旦输出轴被止动，则液压排量机可以由电动马达驱动以产生液压能。

然后，由液压排量机的旋转所产生的流体流供给到液压系统中以提供用于附接至液压系统的液压负载的液压动力。

由于用于驱动飞行器的缝翼和襟翼的动力控制单元通常仅在起飞阶段和着陆阶段运行，因此PCU在飞行任务的主要部分中不提供任何功能。在不包括缝翼、襟翼或其他PCU驱动的增升装置的任何运动的那些时间间隔中，通过组合由动力控制单元产生的液压动力，可以产生额外的液压动力而无需运行专用的泵-马达组合。由于已经存在的部件可用于提供额外的功能，因此，达到了明显的重量优势并且可以从飞行器的结构中除去专用的泵-马达组合。

在进一步实施方式中，使输出轴止动包括使连接至至少一根传动轴的至少一个第一制动器止动。通过使传动轴止动，输出轴由于传动轴直接联接至输出轴而被止动。至少一个第一制动器可以为传动轴系统的已经存在的制动器或另外集成的制动器。

在另一有利的实施方式中，至少一个第一制动器为至少一个翼梢制动器。在具有PCU的常规驱动系统和传动轴系统中，每个机翼中的翼梢制动器(WTB)均机械地连接至传动轴以及用于在发生故障的情况下止动并且保持相应传动轴的机翼结构。通过启动翼梢制动器，传动轴被止动并且因此差动齿轮单元的输出轴——与该传动轴机械连接——也被止动。因此，可以实现本发明的优势而无需任何额外的部件。

在本方法的另一实施方式中，使电动马达旋转包括释放电动马达处的第二制动器以及液压排量机处的第三制动器。这些制动器通常用于在通过马达中的一个马达专门驱动一根输入轴时防止差动齿轮单元的输入轴中的另一输入轴的滑移。在常规的驱动系统中，这些制动器在相应的马达未被驱动时自动启动。由此第二制动器可以实现为动力切断式制动器，一旦电动马达提供动力，该动力切断式制动器就被释放。第三制动器可以实现为压力切断式制动器，一旦液压马达增压，该压力切断式制动器就可以被释放。

在液压动力所供给到的液压系统的液压压力为零的情况下，例如通过能够施加来自其他液压系统的液压压力的制动器释放单元可主动地释放第三制动器，该制动器释放单元实现为制动器释放致动器或任何其他装置。

替代性地，一旦PCU以液压压力产生模式运行，则第三制动器可以实现为连接至电动马达的动力切断式制动器。

在又一实施方式中，控制单元控制电动马达的速度和液压排量机的排量中的至少一者以调节所产生的液压压力或流率。在第一控制方法中，液压系统中的压力通过调节液压排量机的排量——例如通过调节斜盘——来控制。在第二控制方法中，液压排量机的排量是固定的，例如固定为最大值，其中流率通过连续地调节电动马达的速度来控制。

本发明还涉及混合动力控制单元的应用，该混合动力控制单元包括均与具有共同输出轴的差动齿轮单元连接的电动马达和液压排量机，以用于在使共同的输出轴止动的情况下产生液压动力。

在其他有利的实施方式中，连接至传动轴系统的至少一个翼梢制动器使传动轴系统止动以使共同输出轴止动，其中传动轴系统机械地连接至差动齿轮单元的输出轴。

附图说明

在图中的示例性实施方式的以下描述中公开了本发明的另外的特征、优点以及应用选择。所有描述的和/或示出的特征自身以及以任何组合形成本发明的主题，而不管它们在各个权利要求中的组成或它们之间的相互关系如何。此外，附图中相同或相似的部件具有相同的附图标记。

图1示出具有用于驱动控制面的驱动系统的飞行器的总体概观。

图2以示意图示出驱动系统的一部分。

图3示出图2中示出的驱动系统的一部分在第一操作模式下的简化面向块的示意图。

图4以示意图示出在第一操作模式下与驱动系统的一部分联接的液压系统。

图5示出图2中示出的驱动系统的一部分在第二操作模式下的简化面向块的示意图。

图6以示意图示出在第二操作模式下与驱动系统的一部分联接的液压系统。

具体实施方式

图1示出具有用于驱动控制面6(前缘缝翼)和8(后缘襟翼)的驱动系统4的飞行器2的总体概观。驱动系统4包括位于机翼前缘12处的第一传动轴10以及位于机翼后缘16处的第二传动轴14。沿着前缘12和后缘16分别分布有若干传动点(drivestation)18和20。传动点18和20设计成用于将旋转动力转换成控制面6和8的平移运动。

传动轴10和14由驱动单元22和24驱动，该驱动单元22和24示例性地位于飞行器2的机身26的内部。这些驱动单元22和24通常被称为PCU并且示例性地包括用于提供混合操作的两个马达：一个液压马达和一个电动马达。两个独立的缝翼襟翼控制计算机(SFCC)25可以控制该系统并且监测该系统。

在图2中，在示意图中示出了设置在后缘16处的传动轴14。PCU24在此包括具有两个输出轴部段30和32的差动齿轮28，两个马达34和36各自经由一个动力切断式制动器38和40分别联接至这两个输出轴部段30和32。用于液压马达的动力切断式制动器可以为压力损失时自动启动的压力切断式制动器。差动齿轮28可以为使分动齿轮部段42旋转的速度加和差动齿轮28，两个传动轴部段44和46联接至分动齿轮部段42。

传动点20沿着传动轴部段44分布并且联接至控制面8。示例性地，两个传动点20联接至单个控制面8的两个边缘以驱动控制面8。另外，为了防止驱动系统在轴断裂或类似事件的情况下发生故障，翼梢制动器48设置在传动轴部段44的端部部段处。通过启动这些翼梢制动器48，可以使整个轴部段44止动。

根据图2，PCU24示例性地包括电动马达36和液压排量机34。如图3所示，由马达电子控制器50控制的电动马达36可以将旋转动力经过动力切断式制动器40提供到差动齿轮28的相应的输入轴32中。同时，液压排量机34将旋转动力经过动力切断式制动器38提供到差动齿轮28的相应的输入轴30中。这引起差动齿轮28的传动输出轴52的旋转。在电动马达36和液压排量机34中的仅一者将旋转动力供给至传动输出轴52的情况下，处于待机状态的另一马达的动力切断式制动器被止动。由此，相应的输入轴30或32被止动，使得从另一输入轴30或32输入的旋转动力引起传动输出轴52的旋转。

当图1中示出的示例性控制面6和8为增升控制面时，传动部段44和46几乎不被供以动力。大多数时候，例如在收回控制面或控制面发生故障的情况下通过增升模式下的PCU自身或通过翼梢制动器48使传动部段44和46止动，并且传动部段44和46处于等待下一增升飞行状态的待机状态。在默认增升操作模式下，翼梢制动器48被释放并且PCU24将提供动力从而以指令速度将增升系统操作到任何门控位置(gatedposition)。

对于液压排量机34而言，可使用数控偏心可变排量马达。电动马达36可以为数控无刷直流马达。通过闭环布设可以建立对马达34和36的控制以保持速度指令输入和扭矩命令输入。在设置有所有需求数据以控制马达的控制器中实现控制算法。例如，该控制器可集成在飞行器的现有控制器中，例如SFCC25。

液压排量机34由飞行器液压供给系统54供给，而电动马达36由飞行器电汇流排51供给电力。作为液压排量机34的一部分的歧管可以与SFCC25和液压供给系统54接口连接并且包括对液压排量机34进行增压以及对相应的压力切断式制动器38进行控制的所有部件。

对于电动马达36而言，马达电子控制器50可与SFCC25和飞行器电汇流排51接口连接。马达电子控制器50将电力转换为无刷直流马达或任何其他类型的电动马达36所需的电力。

根据图4，电动马达36和液压马达34与差动齿轮28和动力传动输出轴52联接。因此，通过将马达斜盘指令到所需的位置来控制液压排量机34——例如实现为偏心可变排量机——的扭矩并因此控制其速度。液压动力由相关联的液压系统54来提供。作为闭环控制算法的一部分的马达流量需求被限制，目的在于使液压供给系统54不超载。这需要与由作为液压驱动通道的一部分的压力传感器提供的液压压力以及由液压系统54向马达控制器提供的压力数据有关的信息。因此，建立了电动马达闭环速度控制。

相关联的液压系统54优选通过由泵58驱动的发动机进行增压。另外，液压系统54通常配备有电动马达泵56以在发动机驱动的泵不工作的情况下——例如在地面或故障的情况下——提供液压动力，或在高流量需求的情况下增加液压系统的动力。除此之外，存在有过滤器60、止回阀62和64以及用于集成其他液压负载68的连接部段66，以用于过滤液压流体和分配流向。

如以上所指出和图5中示出的，通过简单地使传动输出轴52止动并且使电动马达36旋转可以将电力转换成液压动力，使得液压排量机34通过差动齿轮28而沿相反的方向旋转。目的在于将增升系统的混合PCU还用作飞行器液压供给系统54内的电动马达泵。混合PCU——配备有数控偏心可变排量液压排量机34以及经由差动齿轮28联接的电动马达36——包括为使飞行器液压系统54增压的电动马达泵所需的所有特征。为了在电动马达泵模式下操作混合PCU，通过作为第一制动器的翼梢制动器48的接合来锁定差动齿轮28的传动输出轴52。通过相应的指令输入——例如通过SFCC25——释放作为与每个马达34和36相关联的第二制动器和第三制动器的动力切断式制动器38和40。这将来自电动马达36的动力流经由差动齿轮28提供至液压排量机34。在这种构造中，增升系统由翼梢制动器48安全地固定。在对作为电动马达泵的PCU24进行操作之后，通过已执行的相应续发事件消除了传动中的反作用扭矩，以用于增升应用。

这在图6中进行了进一步地描述，其中传动输出轴52被止动并且液压排量机34被驱动且旋转。由于该旋转，产生液压压力并且将液压压力给送到液压系统54中。通过控制液压马达34——例如通过连接至SFCC25的控制器接口70或任何其他控制逻辑——使得能够控制所产生的压力以及所产生的体积流量。

替代性地，能够通过根据为保持液压系统的压力所需的流量而调节电动马达36的速度，从而控制泵性能。在这种情况下，通过弹簧加载的斜盘致动机构以及来自控制器的相应的指令输入来控制泵排量并且将泵排量保持在固定的位置。

优选地，液压马达34的斜盘致动机构——例如为偏心液压驱动形式的——为弹簧加载的，以在液压系统54未被增压时提供用于启动的初始泵排量。优选地，电动马达36优选由SFCC或任何其他控制器指令到期望速度。此时电动马达36经由差动齿轮28给液压马达34提供动力。由于初始的冲流排量(swashdisplacement)，因此液压马达34在泵模式下运行并且对液压系统54增压。到动力控制单元的液压接口适于液压泵的需求。

另外，应当指出的是，“包括”并不排除其他元件或步骤，并且“一个”不排除复数。此外，应当指出的是，参照上述示例性实施方式中的一个实施方式已描述的特征或步骤也能够与上述其他示例性实施方式的其他特征或步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应被解释为限制。

Claims (9)

1.一种用于在飞行器(2)中产生液压动力的方法，所述飞行器(2)具有驱动系统(4)，所述驱动系统(4)包括连接至混合动力控制单元(22、24)的至少一根传动轴(10、14、44、46)，所述混合动力控制单元(22、24)具有均连接至差动齿轮单元(28)的电动马达(36)和液压排量机(34)，以用于驱动共同的输出轴(52)，所述方法包括如下步骤：

-使所述输出轴(52)止动；

-使所述电动马达(36)旋转，使得所述液压排量机(34)由于被止动的所述输出轴(52)而被驱动；

-将流体流供给到液压系统(54)中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述输出轴(52)止动包括使连接至所述至少一根传动轴(10、14、44、46)的至少一个第一制动器(48)止动。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个第一制动器(48)为至少一个翼梢制动器。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使所述电动马达(36)旋转包括释放所述液压排量机(34)处的第二制动器(38)以及所述电动马达(36)处的第三制动器(40)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二制动器(38)为压力切断式制动器，并且其中，释放所述第二制动器(38)包括驱动与所述压力切断式制动器联接的制动器释放单元，以在相应的所述液压系统(54)未被增压的情况下释放所述压力切断式制动器。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，控制单元(25)控制所述电动马达(36)的速度以及所述液压排量机(34)的排量中的至少一者以用于调节所产生的液压压力或流率。

7.混合动力控制单元(22、24)的应用，所述混合动力控制单元(22、24)包括均与具有共同的输出轴(52)的差动齿轮单元(28)联接的电动马达(36)和液压排量机(34)，以用于在使所述共同的输出轴(52)止动并且使所述电动马达(36)旋转的情况下产生液压动力。

8.根据权利要求7所述的应用，其中，至少一个翼梢制动器(48)用于使所述共同的输出轴(52)止动，所述至少一个翼梢制动器(48)连接至与所述差动齿轮单元(28)的所述输出轴(52)机械连接的传动轴(10、14、44、46)，以用于使所述传动轴(10、14、44、46)止动。

9.一种驱动系统(4)，所述驱动系统(4)用于移动飞行器(2)的至少一个控制面(6、8)并且用于在飞行器中产生液压动力，所述驱动系统(4)包括：

连接至混合动力控制单元(22、24)的至少一根传动轴(10、14、44、46)，所述混合动力控制单元(22、24)具有均与差动齿轮单元(28)联接的电动马达(36)和液压排量机(34)，以用于驱动共同的输出轴(52),

其特征在于，所述驱动系统还包括控制单元(25)，所述控制单元(25)用于控制所述电动马达(36)的速度和所述液压排量机(34)的排量中的至少一者以调节所产生的液压压力或流率，其中，所述驱动系统(4)适于执行根据权利要求1至6中的任一项所述的方法。