CN105201653B

CN105201653B - 辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构

Info

Publication number: CN105201653B
Application number: CN201510573477.3A
Authority: CN
Inventors: 章弘; 张乃昌; 刘林; 周宇穗; 常红; 王晗
Original assignee: Commercial Aircraft Corp of China Ltd
Current assignee: Shanghai Aircraft Design Research Institute Co ltd; Commercial Aircraft Corp of China Ltd
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2035-09-10
Also published as: CN105201653A

Abstract

一种辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构，该进气风门的作动机构用于地面和空中控制辅助动力装置进气系统的进气风门的打开和关闭。作动机构安装及拆卸便捷、可达性及可维护性好；所占据的安装空间小、重量轻；具有力矩放大功能，且能调节所输出的力矩。所述辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构安装在所述进气室外侧的靠进气流动方向的下游侧的位置处，所述作动机构由电动作动器和力矩调节机构构成，所述电动作动器是旋转式的电动作动器，所述力矩调节机构的一端与所述电动作动器的输出轴连接，另一端连接到所述进气风门，所述力矩调节机构能使所述电动作动器输出的力矩放大，并且能对所输出的力矩进行调节。

Description

辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构

技术领域

本发明涉及一种飞行器中的辅助动力装置(APU：Auxiliary Power Unit)进气系统，更具体来说，本发明涉及辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构。

背景技术

通常在飞行器中，辅助动力装置进气系统的进气风门的动作机构由电动作动器和连杆机构组成，其中，连杆机构在电动作动器的驱动下，带动辅助动力装置进气系统的进气风门运动。

电动作动器一般分为旋转式和直线式两种，连杆机构的结构亦不是固定不变的。通常来说，辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构的设计与辅助动力装置进气系统的进气风门本身的设计、辅助动力装置进气系统的进气通道的设计等同步进行，彼此间相互存在关联及影响。

目前，常见的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构具有如下几种设计：

(1)设计一

图1示出了现有的辅助动力装置进气系统的进气风门10A的作动机构20A的第一种设计。如图1所示，上述辅助动力装置进气系统的进气风门10A是非冲压进气式的进气风门，其所包括的作动机构20A采用旋转式的电动作动器21A和连杆机构22A，该电动作动器21A和连杆机构22A均安装在进气室的内部。旋转式的电动作动器21A带动连杆机构22A的两个连杆22aA、22bA运动，由此，连杆机构22A带动辅助动力装置进气系统的进气风门10A打开或关闭。

(2)设计二

图2示出了现有的辅助动力装置进气系统的进气风门10B的作动机构20B的第二种设计。如图2所示，上述辅助动力装置进气系统的进气风门10B是非冲压进气式的进气风门，其所包括的作动机构20B采用直线式的电动作动器21B直接带动风门运动，该电动致动器21B和连杆机构22B均安装在进气室的内部。

(3)设计三

图3示出了现有的辅助动力装置进气系统的进气风门10C的作动机构20C的第三种设计。如图3所示，上述辅助动力装置进气系统的进气风门10C是冲压进气式的进气风门，其所包括的动作机构20C采用直线式的电动作动器21C和连杆机构22C，该电动作动器21C和连杆机构22C安装在进气通道的外侧。上述电动作动器21C带动连杆机构22C中的连杆22aC运动，连杆22aC通过风门轴23C带动辅助动力装置进气系统的进气风门10C打开和关闭。

(4)设计四

图4示出了现有的辅助动力装置进气系统的进气风门10D的动作机构20D的第四种设计。如图4所示，上述辅助动力装置进气系统的进气风门10D是冲压进气式的进气风门，其所包括的作动机构20D采用直线式的电动作动器21D和连杆机构22D，其中，作动器安装在辅助动力装置进气系统的舱内(火区)。电动作动器21D经由连杆机构22D带动辅助动力装置进气系统的进气风门10D打开和关闭。

但是，在上述四种设计中，每种辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构各自存在不足之处。

具体来说，在设计一中，进气风门10A的作动机构20A(电动致动器21A和连杆机构22A)安装在进气室的内部，但是由于进气室的空间狭小，因此，给作动机构20A的安装和拆卸带来很大的不便，可达性和可维护性不佳。同时，由于旋转式致动器输出的运行力矩和保持力矩有限，作动机构的行程较小，因此，如图1所示，必须在辅助动力装置进气系统的进气风门10A前增设涡流发生器30A，以增大辅助动力装置进气系统的进气冲压效果。另外，作动机构20A所输出的运行力矩和保持力矩无法调节。

在设计二中，进气风门10B的作动机构20B也安装在进气室的内部，因此，与设计一同样地，给作动机构20B的安装和拆卸带来很大的不便，可达性和可维护性不佳。此外，由于作动机构20B的行程较小，因此，进气风门10B的开度不大，需要在辅助动力装置进气系统的进气风门10B前增加导流叶片(分流器40B)，以增加辅助动力装置进气系统的进气冲压效果。另外，与设计一同样地，作动机构20B所输出的运行力矩和保持力矩也无法调节。

在设计三中，将直线式的电动致动器21C安装在进气通道的外侧，但是相应地直线式的电动致动器21C所占据的安装空间大且重量大。另外，与设计一、设计二同样地，作动机构20C所输出的运行力矩和保持力矩也无法调节。

在设计四中，与设计三同样地，直线式的电动致动器21C所占据的安装空间大且重量大。另外，由于电动致动器21C安装在火区内，因此，需要进行防火设计，同时，由于连杆机构22D设置在进气通道的路径上，因此，会影响进气气流的稳定性。此外，与设计一、设计二、设计三同样地，作动机构20D所输出的运行力矩和保持力矩也无法调节。

结合以上对现有结构的分析，如何能够提供一种(1)安装及拆卸便捷、可达性及可维护性好；(2)所占据的安装空间小、重量轻；(3)具有力矩放大功能，且能调节所输出的力矩的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构，便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种安装及拆卸便捷、可达性及可维护性好的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构。

本发明的另一目的在于提供一种所占据的安装空间小、重量轻的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构。

本发明的又一目的在于提供一种具有力矩放大功能，且能调节所输出的力矩的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构。

为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构，上述辅助动力装置进气系统包括进气风门、进气室和进气通道，上述进气风门位于上述进气室的进气流动方向的上游，上述进气通道位于上述进气室的进气流动方向的下游，上述进气风门能够根据与上述进气风门机械连接的作动机构的作动而打开或是关闭，其特征是，上述辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构安装在上述进气室外侧的靠进气流动方向的下游侧的位置处，上述作动机构由电动作动器和力矩调节机构构成，上述电动致动器是旋转式的电动致动器，上述力矩调节机构的一端与上述电动致动器的输出轴连接，另一端连接到上述进气风门，上述力矩调节机构能使上述电动致动器输出的力矩放大，并且能对所输出的力矩进行调节。

根据如上所述构成，由于上述辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构安装在上述进气室外侧，因此，安装及拆卸便捷、可达性及可维护性好。

另外，由于上述电动致动器是旋转式的电动致动器，因此，能使作动机构所需要的安装空间小、重量轻。

再有，由于上述力矩调节机构能使上述电动致动器输出的力矩放大，并且能对所输出的力矩进行调节，因此，能输出不同大小的力矩。

本发明的第二方面的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构是在第一方面的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构的基础上，其特征是，上述作动机构的上述电动作动器安装在上述进气室外侧的靠进气流动方向的下游侧端部，上述作动机构的上述力矩调节机构安装在上述进气室的外侧。

本发明的第三方面的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构是在第一方面的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构的基础上，其特征是，上述力矩调节机构是四连杆机构，其包括第一连杆、第二连杆和第三连杆，上述第一连杆的一端与上述电动致动器的输出轴连接，上述第二连杆与上述第一连杆间通过关节旋转连接的方式彼此连接，上述第三连杆与上述第二连杆间通过关节旋转连接的方式彼此连接，上述第三连杆和上述进气风门的转动轴连接。

本发明的第四方面的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构是在第三方面的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构的基础上，其特征是，能通过调节上述四连杆机构的上述第一连杆来输出不同大小的力矩。

本发明的第五方面的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构是在第一方面的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构的基础上，其特征是，所述力矩调节机构被设置成能将力矩放大2.5倍～4倍。

附图说明

图1是表示现有的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构的第一种设计的图。

图2是表示现有的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构的第二种设计的图。

图3是表示现有的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构的第三种设计的图。

图4是表示现有的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构的第四种设计的图。

图5是本发明一实施方式的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构的一个视角的示意图。

图6是本发明一实施方式的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构的另一个视角的示意图，其示出了进气风门处于全开位置时的图。

图7是用于对本发明一实施方式的辅助动力装置进气系统的进气风门的作动机构的作动原理及力矩放大原理进行说明的说明图。

具体实施方式

以下，参照图5至图7，对本发明一实施方式的辅助动力装置进气系统1的进气风门10的作动机构20进行说明，其中，图5是本发明一实施方式的辅助动力装置进气系统1的进气风门10的作动机构20的一个视角的示意图，图5是本发明一实施方式的辅助动力装置进气系统1的进气风门10的作动机构20的另一视角的示意图，其示出了进气风门10处于全开位置时的图，图7是用于对本发明一实施方式的辅助动力装置进气系统1的进气风门10的作动机构20的作动原理及力矩放大原理进行说明的说明图。

如图5和图6所示，在本实施方式中，辅助动力装置进气系统1包括进气风门10、进气室11和进气通道12，其中，进气风门10位于进气室11的进气流动方向(图中箭头所示方向)的上游侧，进气通道12、更具体是进气通道12的进气端位于进气室11的进气流动方向的下游侧。

上述进气风门10是冲压式的进气风门，该进气风门10设置成能够根据与进气风门10机械连接的作动机构20的作动而打开或是关闭。在发动机(未图示)吸气时，空气从辅助动力装置进气系统1的进气风门10进入进气室11，接着经由进气室11进入进气通道12，再经过进气消音器，最终进入发动机本体内。

上述作动机构20由电动作动器21和力矩调节机构22构成，其中，上述电动作动器21是旋转式的电动作动器，在作动时输出旋转方向的力，上述力矩调节机构22的一端与上述电动作动器21的输出轴21S连接，另一端直接或通过其它机构连接到进气风门10上。

在本实施方式中，上述作动机构20安装在进气室11外侧的靠进气流动方向的下游侧的位置处。更具体来说，将作动机构20的电动作动器21安装在进气室11外侧的靠进气流动方向的下游侧端部，而将作动机构20的力矩调节机构22安装在进气室11的外侧。

如图7所示，上述作动机构20的力矩调节机构22是多连杆机构(在本实施方式中为四连杆机构)。

第一连杆22a的一端与电动作动器21的输出轴21S花键连接，在驱动电动作动器21时，电动作动器21的输出轴21S旋转，进而带动第一连杆22a运动。

第二连杆22b和第一连杆22a间采用关节旋转连接的方式，因而，第二连杆22b会随着第一连杆22a的运动而运动。

第三连杆22c和第二连杆22b间采用关节旋转连接的方式，因而，第三连杆22c会随着第二连杆22b的运动而运动。另外，第三连杆22c和进气风门10的转动轴10S通过方头螺栓连接，第三连杆22c会带动进气风门10的转动轴10S运动，进而实现进气风门10的打开和关闭。

由于上述进气风门10是冲压式的进气风门，因此，与进气风门10机械连接的作动机构20所要输出的运行力矩(用于打开或关闭进气风门10的力矩)和保持力矩(用于将进气风门10保持在某一开度时的力矩)必须设置得比较大。此时，根据作用在辅助动力装置进气系统的进气风门10上的气动载荷，预先计算出所需要的运行力矩和保持力矩，接着根据旋转式的电动作动器21的输出力矩，通过对上述四连杆机构中的各参数(第一连杆22a的长度r、第二连杆22b的长度L、第三连杆22c的长度R、输出轴22S与进气风门10的转动轴10S间的距离S、第一连杆22a相对于输出轴22S与进气风门10的转动轴10S的连线间的旋转角度α、第三连杆22c相对于输出轴22S与进气风门10的转动轴10S的连线间的旋转角度β、第二连杆22b相对于第一连杆22a的旋转角度γ)进行设计，来使该四连杆机构具有力矩放大的功能，并且通过调节四连杆机构中的连杆尺寸，来使其输出不同大小的力矩。

更具体来说，假设旋转式电作动动器输出的运行力矩为825in-lbs，保持力矩为400in-lbs，而为了能够更好地克服气动载荷作用在辅助动力装置进气系统的进气风门10上的力矩，希望使作用在辅助动力装置进气系统的进气风门10上的运行力矩最小为2063in-lbs，保持力矩最小为1000in-lbs。此时，对于图7所示的力矩调节机构22的各连杆22a～22c间的尺寸比例进行设计，以使该力矩调节机构22的力矩放大比例为2.5倍以上。藉此，能够使辅助动力装置进气系统的进气风门10的开度较大，产生较好的冲压效果。

另外，优选将力矩调节机构22的力矩比例设置为4倍以下，这样能够避免应力过大地集中在转动轴10S上，而导致运转不良及力矩损伤。

另外，例如，通过调节第一连杆22a的尺寸，就能输出不同大小的力矩。如图7所示，缩短第一连杆22a的长度r，能够使该连杆机构22的输出力矩放大，相反通过增长第一连杆22a的长度r，能够使该连杆机构22的输出力矩减小。

在航空器的试飞试验中，通过准备不同长度r的第一连杆22a，从而能够适应不同的输出力矩需求，避免重新设计力矩调节机构22(四连杆机构)，由此能够降低成本，并能提高效率。

熟悉本领域的技术人员易于想到其它的优点和修改。因此，在其更宽泛的上来说，本发明并不局限于这里所示和所描述的具体细节和代表性实施例。因此，可以在不脱离如所附权利要求书及其等价物所限定的总体发明概念的精神或范围的前提下做出修改。

例如，在本实施方式中，示出了力矩调节机构为四连杆机构的例子，只要是能够实现力矩放大功能，且能通过改变其中某一组成部分的结构或尺寸或特性等便能调节所输出的力矩，则可以是任意的力矩调节机构，而不局限于仅由连杆构成。

例如，在本实施方式中，示出了准备不同尺寸的第一连杆22a，来适应不同的输出力矩需求，但本发明不局限于此，也可以通过调节第二连杆22b或第三连杆22c的尺寸，来输出不同大小的力矩。

例如，在本实施方式中，作为一例，示出了第一连杆22a的一端与电动作动器21的输出轴21S通过花键连接，第三连杆22c和进气风门10的转动轴10S通过方头螺栓连接，但本发明不局限于此，上述第一连杆22a与电动作动器21的输出轴21S以及第三连杆22c与进气风门10的转动轴10S能够采用本领域常用的连接方式。

Claims

1.一种辅助动力装置进气系统(1)的进气风门(10)的作动机构(20)，所述辅助动力装置进气系统(1)包括进气风门(10)、进气室(11)和进气通道(12)，所述进气风门(10)位于所述进气室(11)的进气流动方向的上游，所述进气通道(12)位于所述进气室(11)的进气流动方向的下游，所述进气风门(10)能够根据与所述进气风门(10)机械连接的作动机构(20)的动作而打开或是关闭，

其特征在于，

所述辅助动力装置进气系统(1)的进气风门(10)的作动机构(20)安装在所述进气室(11)外侧的靠进气流动方向的下游侧的位置处，

所述作动机构(20)由电动作动器(21)和力矩调节机构(22)构成，

所述电动作动器(21)是旋转式的电动作动器，

所述力矩调节机构(22)的一端与所述电动作动器(21)的输出轴(21S)连接，另一端连接到所述进气风门(10)，

所述力矩调节机构(22)能使所述电动作动器(21)输出的力矩放大，并且能对所输出的力矩进行调节。

2.如权利要求1所述的辅助动力装置进气系统(1)的进气风门(10)的作动机构(20)，其特征在于，

所述作动机构(20)的所述电动作动器(21)安装在所述进气室(11)外侧的靠进气流动方向的下游侧端部，

所述作动机构(20)的力矩调节机构(22)安装在所述进气室(11)的外侧。

3.如权利要求1所述的辅助动力装置进气系统(1)的进气风门(10)的作动机构(20)，其特征在于，

所述力矩调节机构是四连杆机构，其包括第一连杆(22a)、第二连杆(22b)和第三连杆(22c)，

所述第一连杆(22a)的一端与所述电动作动器(21)的输出轴(21S)连接，

所述第二连杆(22b)的一端与所述第一连杆(22a)的另一端通过关节旋转连接的方式彼此连接，

所述第三连杆(22c)的一端与所述第二连杆(22b)的另一端通过关节旋转连接的方式彼此连接，

所述第三连杆(22c)的另一端和所述进气风门(10)的转动轴(10S)连接。

4.如权利要求3所述的辅助动力装置进气系统(1)的进气风门(10)的作动机构(20)，其特征在于，

能通过调节所述四连杆机构的所述第一连杆(22a)来输出不同大小的力矩。

5.如权利要求1所述的辅助动力装置进气系统(1)的进气风门(10)的作动机构(20)，其特征在于，

所述力矩调节机构(22)被设置成能将力矩放大2.5倍～4倍。