CN105000168B - 用于锁定以及锁紧可折叠翼面的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为用于锁定以及锁紧可折叠翼面的系统。飞机包括可折叠翼面。翼面包括围绕铰合线铰接在一起的舱内和舱外部分。翼面进一步包括用于将舱外部分锁定至舱内部分的在铰合线的舱内侧面上的第一锁定机构以及在铰合线的舱外侧面上的第二锁定机构。

Description

用于锁定以及锁紧可折叠翼面的系统
技术领域
本申请涉及用于锁定以及锁紧可折叠翼面的系统。
背景技术
长翼展机翼对于商用飞机而言是期望的，因为它们比较短机翼的空气动力学效率更高。更高的空气动力学效率降低燃料消耗，这降低操作成本。
现有的机场设计限制飞机翼展。机场设计基于国际民用航空组织(ICAO)代码A至F，其建立起对翼展、起落架宽度、长度等等的尺寸限制。例如，ICAO代码E机场将翼展限定为小于65米。
折叠机翼设计可用于减小这些机翼的翼展以适应在现有机场的基础设施限制(例如，跑道、滑行道以及闸门区域)内。折叠机翼可被折叠以适应在停机坪和滑行道内，并且它们在起飞之前可被展开以增加机翼翼展。
折叠机翼设计可以包括铰接至固定舱内部分用于在隐藏位置和展开位置之间移动的可折叠舱外部分。在被移动至展开位置之后，可折叠部分被固定至固定部分。机翼折叠接头可使用铰链和插销。
在商用飞机中，通过增加铰链和插销的尺寸可以克服高反应载荷。然而，这些尺寸增加是不期望的，因为它们增加飞机重量。重量的增加抵消了长翼展机翼所提供的优势。
发明内容
根据本文的实施方式，飞机包括可折叠翼面。该翼面包括围绕铰合线铰接在一起的舱内和舱外部分。该翼面进一步包括在铰合线的舱内面上的第一锁定机构以及在铰合线的舱舱外面上的第二锁定机构，用于将舱外部分锁定至舱内部分。
根据本文的另一个实施方式，可折叠机翼包括固定部分、可折叠部分以及用于将可折叠部分铰接至固定部分的铰链组件。铰链组件包括铰接至剪力墙的单一扭矩盒，以及当可折叠部分展开时用于将扭矩盒锁定至剪力墙的在铰合线的相对侧面上的第一和第二插销致动器。
根据本文的另一个实施方式，用于可折叠翼面的铰链组件包括单一扭矩盒以及在扭矩盒的相对侧面上的剪力墙。扭矩盒围绕铰合线铰接至剪力墙。铰链组件进一步包括用于将扭矩盒锁定至剪力墙的在铰合线的相对侧面上的第一和第二插销致动器。
根据本文的另一个实施方式，提高可折叠机翼的空气动力学性能的方法包括围绕铰合线转动扭矩盒以使可折叠部分旋转至展开位置，和从铰合线的舱内和舱舱外面锁定扭矩盒。
这些特征和功能可以在各种实施方式中单独地实现或者可以在其他实施方式中组合。参考以下描述和附图可见实施方式的进一步细节。
附图说明
图1是飞机的图示。
图2是用于飞机的可折叠机翼的图示。
图3是包括多个扭矩盒的可折叠机翼的图示。
图4是双头插销致动器的图示。
图5是包括单一扭矩盒以及用于扭矩盒的多个插销致动器的可折叠机翼的图示。
图6是包括单一扭矩盒以及用于扭矩盒的多个插销致动器的可折叠机翼的图示。
图7是提高商业飞机的性能的方法的图示，该商业飞机包括具有折叠翼尖的机翼组件。
具体实施方式
参考图1，图解了飞机110，其包括机身120、机翼组件130以及尾翼140。一个或多个推进单元150被连接至机身120、机翼组件130或者飞机110的其他部分。机翼组件130和尾翼140的至少一个包括可折叠翼面。可折叠翼面包括固定部分以及铰接至固定部分的可折叠部分。作为可折叠翼面的第一个实例，每个机翼组件130包括可折叠机翼。机翼组件130的可折叠机翼可被隐藏以在跑道、滑行道和闸门区域内适合飞机110。隐藏可折叠机翼可以使飞机110能够符合机场代码，例如ICAO和/或FAA代码。可折叠机翼可以在起飞之前展开以延长翼展。延长的翼展确保了较高的空气动力学效率，而不会导致由增加的重量或阻力引起的不利。
作为可折叠翼面的第二实施例，尾翼140包括可折叠垂直安定面。可折叠垂直安定面可被隐藏以适合在飞机棚内。
参考图2，其图解了包括可折叠舱外部分220和固定舱内部分230的可折叠机翼210。可折叠舱外部分220围绕铰合线铰接至固定舱内部分230。折叠致动器240使得可折叠舱外部分220围绕铰合线在隐藏位置和展开位置之间折叠。
固定舱内部分230——其可以是主机翼或其舱内部分——包括可移动的飞行控制面(例如，副翼、前缘缝翼、襟翼)。可折叠舱外部分220可以包括或者可以不包括可移动的飞行控制面。在一些实施方式中，可折叠舱外部分220可以是翼尖。在其他实施方式中，可折叠舱外部分220可以包括主机翼的舱外部分。
舱内锁定机构250位于铰合线的舱内面。舱外锁定机构260位于铰合线的舱外面。当舱外部分220在展开位置时锁定机构250和260锁定可折叠舱外部分220至固定舱内部分230。每个锁定机构250和260可以包括一个或多个插销致动器。
在铰合线的相对侧面上放置锁定机构250和260可产生理想的载荷路径而无需接头以便操作。其节省了将飞行载荷传递至固定舱内部分230的结构中的重量。对于与铰合线等距的锁定机构250和260(锁定机构250和260将经历相同的载荷量)也产生更好的载荷分配。
在一些实施方式中，通过一个或多个扭矩盒可折叠舱外部分220可被铰接至固定舱内部分230。一般而言，扭矩盒是可以承载弯曲和扭转载荷二者的封闭结构。扭矩盒可以具有盒状结构，但并不限于此。例如，扭矩盒可以具有扭矩管的形状。在受让人于2012年10月30日提交的美国序列号13/664,371中更详细地描述了扭矩盒，其通过引用并入本文。
参考图3，图解了可折叠机翼310，其包括通过铰链组件340铰接至固定部分330的可折叠部分320。可折叠部分320包括在翼展方向延伸的前梁和后梁322和324，以及在翼弦方向延伸的收尾翼肋(closeout rib)326。固定部分330包括在翼展方向延伸的前梁和后梁332和334以及在翼弦方向延伸的收尾翼肋336。
铰链组件340包括铰接在一起的多个交错的扭矩盒341-345。第一、第三和第五扭矩盒341、343和345从固定部分330的收尾翼肋336在翼展方向延伸。第二和第四扭矩盒342和344从可折叠部分320的收尾翼肋326在翼展方向延伸。
通过铰链销347第二扭矩盒342被铰接在第一和第三扭矩盒341和343之间。通过铰链销347第四扭矩盒344被铰接在第三和第五扭矩盒343和345之间。铰合线HL在穿过可折叠部分320的中心位置的翼弦方向延伸穿过铰链销347。虽然图3中显示了翼弦方向铰合线HL，但是在一些实施方式中可以使用倾斜的铰链轴。
通过围绕铰链轴HL旋转第二和第四扭矩盒342和344，将可折叠部分320围绕铰链轴HL进行折叠。可折叠部分320可以向上或向下折叠进入隐藏位置。可折叠部分320可被折叠至与固定部分330在一个平面内的展开位置。
铰合线HL可以与收尾翼肋326和336对齐，并且与固定部分330的前梁332垂直或斜交。此翼弦方向设计可以保持驱动系统和致动器在相同平面中用于更简单的功率传递和更紧凑的构造。其减少或消除了需要偏置齿轮箱、万向接头和扭矩管，从而减轻重量并且增加铰链组件340的可靠性。
旋转致动器(未显示)可用于使第二和第四扭矩盒342和344围绕铰链轴HL旋转。铰链销347减少运行为仅旋转。旋转致动器可以包括，但不限于，传统行星齿轮箱、或者旋叶液压致动器、或者液压致动器，其具有推压螺旋螺杆的线性活塞。
铰链组件340进一步包括舱外锁定机构，其包括在铰合线HL的舱外面上的第一和第二双头可收回的插销致动器348a和349a。铰链组件340进一步包括舱内锁定机构，其包括在铰合线HL的舱内面上的第三和第四双头可收回的插销致动器348b和349b。
插销致动器348a和348b位于第二扭矩盒342内部，并且在第二扭矩盒342的侧面之间在翼弦方向延伸。类似地，插销致动器349a和349b位于第四扭矩盒344内部，并且在第二扭矩盒344的侧面之间在翼弦方向延伸。
参考图4，图解了双头插销致动器348a(其他插销致动器348b、349a和349b可以具有相同的构造)。插销致动器348a可以包括壳体410、在壳体410的相对端的插销420和430，以及用于在完全收回位置和完全延伸位置之间移动插销420和430的致动器440。将插销420和430移动至完全延伸位置以锁定展开的可折叠部分320至固定部分330。插销420和430被完全收回以保证可折叠部分320在展开和隐藏位置之间移动。用于致动器440的动力(液压、电力、气动)可通过铰链销347传送。
插销致动器348a可进一步包括用于在延伸位置锁紧插销420和430的机构(未显示)。例如，机构可以包括用于当插销420和430已被移动至延伸位置时在插销420和430后产生物理干扰的机械锁。
返回至图3，插销致动器348a和348b可从第二扭矩盒342的侧壁向侧壁延伸。类似地，插销致动器349a和349b可从第四扭矩盒344的侧壁向侧壁延伸。当插销完全延伸时，它们邻近扭矩盒啮合。例如，致动器348a和348b的插销延伸穿过在第一和第三扭矩盒341和343的翼展方向侧壁中的开口。类似地，致动器349a和349b的插销延伸穿过在第三和第五扭矩盒343和345的翼展方向侧壁中的开口。
插销致动器348a、348b、349a和349b可以定向为平行于铰合线HL。作为它们平行定向的结果，插销不全部沿着单一轴承载它们的载荷并且全部通过单一直条的结构锁紧，产生理想的载荷路径而无需接头以便操作，这节省了将载荷传递至固定部分330的结构的重量。
舱内和舱外插销致动器348a和348b可以与铰合线HL等距离。舱内和舱外插销致动器349a和349b可以与铰合线HL等距离。这种等距离布置使全部的插销致动器能够具有相同的尺寸，这有利于在销之间更容易地分配载荷，以及部件通用性(需要更少的备用件)。
本文的铰链组件不限于图3中所图解的布置。作为第一个实施例，插销致动器348a和349a可位于第二和第四扭矩盒342和344中，并且单一插销致动器348b可位于第三扭矩盒343中。作为第二个实施例，插销致动器348a和348b可仅位于第三扭矩盒343中。
本文的铰链组件不限于带有双头插销的锁定致动器。两个单独的插销致动器可以代替双头销致动器使用。
本文的铰链组件不限于与铰合线HL等距离的舱内和舱外插销致动器。不等距离的布置提供具有不同尺寸的插销致动器的自由。例如，如果舱内插销致动器与铰合线HL较近，它们将较小并且舱外插销致动器将较大。
无论如何，在铰合线的舱内和舱外侧面上放置多余的插销致动器可以导致更紧凑的铰链组件，其可用在较小的飞机上。在较小的机翼上，空间约束可限制使用额外的扭矩盒。在一些机翼上，可能仅存在用于单一扭矩盒的足够空间。
参考图5，图解了可折叠机翼510，其包括通过铰链组件530铰接至固定部分(未显示)的可折叠部分520。铰链组件530包括从可折叠部分520翼展方向延伸的单一扭矩盒532。铰链组件530进一步包括在扭矩盒532的相对侧面上的第一和第二翼展方向剪力墙结构534和536。扭矩盒532围绕铰合线HL铰接至剪力墙结构534和536。每个剪力墙结构534和536可以包括一个或多个剪力墙。
旋转致动器540引起扭矩盒532围绕铰合线HL旋转。旋转致动器540位于扭矩盒532内部。
舱内和舱外双头插销致动器538a和538b也位于扭矩盒532内部，在铰合线HL的相对侧面上。每个插销致动器538a和538b在翼弦方向延伸。当完全延伸时，致动器538a和538b的插销延伸穿过在剪力墙结构534和536中的开口。双剪力墙比单一剪力墙提供更好的结构载荷路径。另外的剪力墙引起插销穿过的悬臂和弹簧钩的冗余。
参考图6，图解了可折叠机翼610，其包括通过铰链组件630铰接至固定部分(未显示)的可折叠部分620。铰链组件630包括从可折叠部分620翼展方向延伸的单一扭矩盒632。铰链组件630进一步包括在扭矩盒632的相对侧面上的第一和第二翼展方向剪力墙结构634和636。扭矩盒632围绕铰合线HL铰接至剪力墙结构634和636。
旋转致动器640引起扭矩盒632围绕铰合线HL旋转。旋转致动器640位于扭矩盒632外部。
铰链组件630进一步包括四个单头插销致动器638。在扭矩盒632外部，插销致动器638连接至剪力墙结构634和636。每个插销致动器638可位于扭矩盒632的拐角处。致动器638的插销延伸进入扭矩盒632以锁定可折叠部分620至固定部分。
图5和6的铰链组件530和630使四个插销能够用于单一扭矩盒532和632中。如果一个插销故障，则其他三个插销，以及铰链销，能够分担并支撑因而增加的载荷。另外，作为围绕铰链的销，它们以扭矩盒的所有四个极限承担飞行载荷。
在图5和6的机翼510和610中，剪力墙结构不限于剪力墙。插销可锁定在其他结构例如货舱门和燃料舱上。
现在参考图7，图解了提高商业飞机的性能的方法，该商业飞机包括带有折叠翼尖的机翼。折叠翼尖铰接至主机翼的舱内部分。
在方框710，停放飞机，其翼尖在隐藏位置。在方框720，飞机被移动至闸门、装载并且滑行至跑道。翼尖保持在隐藏位置，使得飞机能够适合在滑行途中的跑道。
在方框730，起飞之前，通过旋转从翼尖延伸的扭矩盒翼尖的舱外部分被展开。然后插销延伸以锁定翼尖至主机翼。通过展开折叠翼尖，翼展被延伸。在起飞期间延伸的翼展增加了升力。
在方框740，在飞行期间翼尖保持锁定。在铰合线的相对侧面上的插销致动器分担飞行载荷。使用四个插销提供了冗余。在飞行期间，延伸的翼展增加了空气动力学效率，这减少了燃料消耗。
在方框750，飞机着陆。翼尖被解除锁定，并旋转回到其隐藏位置。
在以下列举的段落中描述了根据本公开的本发明主题的说明性的、非排他性的实施例：
A1.包括可折叠翼面的飞机，该翼面包括：
围绕铰合线铰接在一起的舱内和舱外部分；
以及
在铰合线的舱内侧面上的第一锁定机构和在铰合线的舱外侧面上的第二锁定机构，用于当舱外部分在展开位置时将舱外部分锁定至舱内部分。
A2.根据段落A1的飞机，其中翼面是机翼组件的可折叠机翼。
A3.根据段落A1的飞机，其中舱内和舱外部分通过铰链组件铰接在一起，该铰链组件包括扭矩盒以及第一和第二锁定机构；并且其中第一和第二锁定机构包括可收回的插销致动器。
A4.根据段落A3的飞机，其中扭矩盒从舱内和舱外部分之一的收尾翼肋在翼展方向延伸。
A5.根据段落A4的飞机，其中铰合线与收尾翼肋对齐，并且与舱内部分的前梁垂直。
A6.根据段落A3的飞机，其中扭矩盒包括第一和第二翼展方向壁，并且其中铰链组件进一步包括与翼展方向壁相对的固定结构，并且其中插销致动器的插销延伸穿过固定结构中的开口以将舱外部分锁定至舱内部分。
A7.根据段落A3的飞机，其中插销致动器定向为平行于铰合线。
A8.根据段落A3的飞机，其中插销致动器与铰合线等距离。
A9.根据段落A3的飞机，其中每个插销致动器包括在扭矩盒的翼展方向壁之间延伸的壳体，以及在壳体的相对端上的第一和第二插销，每个插销在延伸位置和收回位置之间可移动。
A10.根据段落A3的飞机，其中扭矩盒是第二扭矩盒；其中铰链组件进一步包括与第二扭矩盒交错并且铰接至第二扭矩盒的第一和第三扭矩盒；并且其中第一和第二插销致动器位于第二扭矩盒内部，在铰合线的相对侧面上。
A11.根据段落A3的飞机，其中扭矩盒是铰链组件中的唯一扭矩盒；并且其中铰链组件进一步包括在扭矩盒的相对侧面上的翼展方向剪力墙结构，扭矩盒围绕铰合线铰接至剪力墙。
A12.根据段落A11的飞机，其中插销致动器位于扭矩盒内部，在铰合线的相对侧面上。
A13.根据段落A11的飞机，其中插销致动器连接至扭矩盒外部的剪力墙结构；并且其中致动器的插销可延伸进入扭矩盒。
A14.可折叠机翼，其包括固定部分、可折叠部分以及用于铰接可折叠部分至固定部分的铰链组件，铰链组件包括铰接至剪力墙的单一扭矩盒，以及在铰合线的相对侧面上的第一和第二插销致动器，用于当可折叠部分展开时将扭矩盒锁定至剪力墙。
A15.根据段落A14的可折叠机翼，其中插销致动器是双头的，并且位于扭矩盒内。
A16.根据段落A14的可折叠机翼，其中插销致动器连接至扭矩盒外部的剪力墙；并且其中致动器的插销可延伸进入扭矩盒。
A17.用于可折叠翼面的铰链组件，该铰链组件包括：
单一扭矩盒：
在扭矩盒的相对侧面上的剪力墙，扭矩盒围绕铰合线铰接至剪力墙；以及
在铰合线的相对侧面上的第一和第二插销致动器，用于将扭矩盒锁定至剪力墙。
A18.根据段落A17的铰链组件，其中插销致动器是双头的，并且位于扭矩盒内。
A19.根据段落A17的铰链组件，其中插销致动器连接至扭矩盒外部的剪力墙；并且其中致动器的插销可延伸进入扭矩盒。
A20.提高包括可折叠部分和固定部分的可折叠机翼的空气动力性能的方法，该方法包括围绕铰合线转动扭矩盒以旋转可折叠部分至展开位置，和从铰合线的舱内和舱外侧面锁定扭矩盒。

Claims (12)

1.一种包括可折叠翼面的飞机，所述翼面包括：
围绕铰合线铰接在一起的舱内部分和舱外部分；
以及
在所述铰合线的舱内侧面上的第一锁定机构和在所述铰合线的舱外侧面上的第二锁定机构，用于当所述舱外部分在展开位置时将所述舱外部分锁定至所述舱内部分；并且其中所述舱内部分和所述舱外部分通过铰链组件铰接在一起，该铰链组件包括扭矩盒以及所述第一锁定机构和第二锁定机构；并且其中所述第一锁定机构和第二锁定机构包括可收回的插销致动器；并且其中所述扭矩盒是所述铰链组件内唯一的扭矩盒；并且其中所述铰链组件进一步包括在所述扭矩盒的相对侧面上的翼展方向剪力墙结构，所述扭矩盒围绕铰合线铰接至所述剪力墙结构；并且其中所述插销致动器连接至所述扭矩盒外部的所述剪力墙结构；并且其中所述插销致动器的插销可延伸进入所述扭矩盒内。
2.根据权利要求1所述的飞机，其中所述翼面是机翼组件的可折叠机翼。
3.根据权利要求1所述的飞机，其中所述扭矩盒从所述舱内部分和舱外部分之一的收尾翼肋在翼展方向延伸。
4.根据权利要求3所述的飞机，其中所述铰合线与所述收尾翼肋对齐，并且垂直于所述舱内部分的前梁。
5.根据权利要求1所述的飞机，其中所述铰链组件进一步包括固定结构，并且其中所述插销致动器的插销延伸穿过所述固定结构中的开口以将所述舱外部分锁定至所述舱内部分。
6.根据权利要求1所述的飞机，其中所述插销致动器定向为平行于所述铰合线。
7.根据权利要求1所述的飞机，其中所述插销致动器与所述铰合线等距离。
8.根据权利要求1所述的飞机，其中每个插销致动器包括壳体、以及在所述壳体的相对端的第一插销和第二插销，每个插销在延伸位置和收回位置之间可移动。
9.根据权利要求1所述的飞机，其中所述插销致动器位于所述扭矩盒内部，在所述铰合线的相对侧面上。
10.用于可折叠翼面的铰链组件，所述铰链组件包括：
单一扭矩盒；
在所述扭矩盒的相对侧面上的剪力墙，所述扭矩盒围绕铰合线铰接至所述剪力墙；以及
在所述铰合线的相对侧面上的第一插销致动器和第二插销致动器，用于将所述扭矩盒锁定至所述剪力墙，并且
其中所述插销致动器连接至所述扭矩盒外部的所述剪力墙；并且其中所述插销致动器的插销可延伸进入所述扭矩盒内。
11.根据权利要求10所述的铰链组件，其中所述插销致动器是双头的，并且位于所述扭矩盒内。
12.一种可折叠机翼，包括固定部分、可折叠部分以及根据权利要求10-11任一项所述的铰链组件。
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