CN107399427A - 用于阻尼致动器的旋转惯容器和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于阻尼包括惯容器(300)的致动器(202)的设备。该惯容器(300)包括第一终端(302)和第二终端(304)，第一终端(302)和第二终端(304)可沿惯容器轴线(306)相对于彼此移动，并且经配置相互排他地耦连到支撑结构(116)和由致动器(202)致动的可移动装置(124)。惯容器(300)进一步包括耦连到第一终端(302)并且可与第一终端(302)移动的杆(224、308)以及耦连到第二终端(304)并且可与第二终端(304)移动的螺纹轴(322)。惯容器(300)进一步包括飞轮(314)，飞轮(314)具有耦连到杆(224、308)和螺纹轴(322)中的一个的飞轮环(318)。飞轮(314)经配置与致动器(202)对可移动装置(124)的致动对应的杆(224、308)相对于螺纹轴(322)的轴向加速度成比例地旋转。

Description

用于阻尼致动器的旋转惯容器和方法
技术领域
本公开涉及致动器，并且更具体地涉及用于阻尼致动器的旋转惯容器和方法。
背景技术
飞机通常包括响应于来自机组人员或自动驾驶仪的指令的用于飞机的方向和姿势控制的飞行控制系统。飞行控制系统可以包括多个可移动的飞行控制表面，诸如用于滚动控制的机翼上的副翼、用于桨距控制的尾翼的水平尾部上的升降机、用于偏航控制的尾翼的垂直尾部上的方向舵以及其他可移动控制表面。飞行控制表面的运动通常由机械地耦连在支撑结构(例如，翼梁)和飞行控制表面(例如，副翼)之间的一个或多个致动器来实现。在许多飞机中，用于飞行控制表面的致动器是由一个或多个液压系统驱动的线性液压致动器，该液压系统通常以固定工作压力操作。
飞机设计者面临的挑战之一是防止飞行期间飞行控制表面颤振的发生。控制表面颤振可以被描述为飞行控制表面的不稳定的空气动力学诱发的振荡，并且可能发生在飞行控制系统中，其中飞行控制系统的操作带宽与飞行控制表面的共振频率重叠。除非被阻尼，否则振荡可以迅速地增强具有不期望结果的可能性的振幅，不期望的结果包括超出飞行控制表面和致动器的安装系统的强度能力。有助于控制表面颤振可能性的是飞行控制系统中的弹性。例如，由于液压流体的压缩性，液压致动器可以在负载下呈现线性弹簧响应。液压流体的压缩性可以由致动器活塞的横截面面积、液压流体的体积以及液压流体的有效体积弹性模量来表征。
解决控制表面颤振的一种方法包括设计飞行控制系统，使得操作带宽不与飞行控制表面的共振频率重叠，并且可以包括限制致动器上的负载的惯性和/或增加活塞横截面面积作为反应惯性负载的手段。不幸的是，上述已知的方法导致致动器系统的尺寸不为致动器提供静态承载能力，而是为致动器提供反应较大惯性作为避免操作带宽中共振的手段的能力。可以理解，限制控制表面惯性对应于控制表面积的减小。飞机尾翼的较高惯性控制表面的表面积减少可以降低飞机的姿势可控性。可以理解，致动器的活塞横截面积的增加对应于液压系统部件的尺寸和重量(包括致动器、管道、储存器以及其它部件的尺寸和重量)的增加。致动器的增加的尺寸可以进一步突出到空气动力学表面的外部模具线之外，导致飞机的空气动力阻力的增加。液压系统的降低的姿势可控性、增加的重量以及增加的空气动力阻力可以降低飞机的安全性、燃料效率、范围和/或有效负载能力。
可以看出，在本领域中需要用于允许致动器的操作带宽匹配或包含可移动装置的共振频率而不具有振荡响应的系统和方法。
发明内容
由本公开具体地解决和缓和与致动器相关联的上述需求，本公开提供包括用于阻尼致动器的惯容器的装置。该惯容器包括第一终端和第二终端，第一终端和第二终端沿惯容器轴线可相对于彼此移动，并且经配置相互排他地耦连到支撑结构和由致动器致动的可移动装置。在一个示例中，惯容器进一步包括耦连到第一终端并且可与第一终端一起移动的杆。惯容器还包括耦连到第二终端并且可与第二终端一起移动的螺纹轴。惯容器附加地包括具有耦连到杆的飞轮环(annulus)的飞轮。该飞轮经配置与由致动器对可移动装置的致动对应的与杆相对于螺纹轴的轴向加速度成比例地旋转。
本发明还公开具有可枢转地耦连到飞机的支撑结构的飞行控制表面的飞机。该飞机进一步包括经配置致动飞行控制表面的液压致动器。此外，飞机包括惯容器，该惯容器具有相互排他地耦连到支撑结构和飞行控制表面的第一终端和第二终端。惯容器附加地包括可与第一终端一起移动的杆以及可与第二终端一起移动的螺纹轴。惯容器还包括耦连到杆和螺纹轴的飞轮。飞轮经配置与由致动器对飞行控制表面的致动对应的与杆相对于螺纹轴的轴向加速度成比例地旋转。
此外，本发明公开了阻尼致动器的方法。该方法包括使用致动器致动可移动装置。此外，该方法包括使用耦连到可移动装置的惯容器，相对于惯容器的第二终端与可移动装置的致动同步并且与可移动装置的致动成比例地轴向加速第一终端。另外，该方法包括相对于第二终端与第一终端的轴向加速成比例并与第一终端的轴向加速同步地旋转加速惯容器的飞轮。另外，该方法包括响应于旋转加速飞轮而减少可移动装置和致动器的致动器负载振荡振幅。
已讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种示例中独立地实现，或者可以在其他示例中被组合，其进一步的细节可以参考下面的描述和以下附图看出。
附图说明
参考附图，本公开的这些和其它特征将变得更加显而易见，在附图中，相同的参考标记始终指代相同的部分，并且其中：
图1是飞机的飞行控制系统的方框图，飞行控制系统包括用于致动飞行控制表面的液压致动器，并且进一步包括用于阻尼液压致动器的惯容器；
图2是集成到液压致动器中的惯容器的示例的方框图；
图3是飞机的透视图；
图4是机翼的一部分的俯视图，其示出可操作地耦连到副翼的致动器和惯容器；
图5是沿图4的线5截取的机翼的截面图，并且示出机械地耦连在翼梁与副翼的一端之间的线性液压致动器的示例；
图6是沿图4的线6截取的机翼的截面图，并且示出耦连到与致动器相对的一端上的副翼的惯容器的示例；
图7是具有在致动器壳体内可轴向滑动的活塞的线性液压致动器的示例的截面图；
图8是惯容器的示例的截面图，该惯容器具有耦连到第一终端的杆和耦连到第二终端的螺纹轴并且包括飞轮，该飞轮可螺纹地接合到螺纹轴并且经配置与杆和第一终端相对于螺纹轴和第二终端的轴向加速成比例地旋转；
图9是沿图8的线9截取的飞轮的放大截面图，并且示出将飞轮环可旋转地耦连到惯容器杆的轴承，并且进一步示出飞轮与螺纹轴的螺纹接合；
图10是集成在不平衡液压致动器中的惯容器的示例的截面图，并且示出可旋转地耦连到液压致动器的活塞的惯容器飞轮；
图11是具有用于在飞轮的旋转期间在液压流体内产生粘滞阻尼的飞轮突起的惯容器的示例的截面图；
图12是沿图11的线12截取的惯容器的示例的透视图，并且示出围绕飞轮周边周向间隔开的多个径向延伸的飞轮叶片；
图13是集成到部分平衡的液压致动器中的惯容器的示例的截面图，部分平衡的液压致动器具有在活塞杆内可轴向滑动的内部活塞；
图14是集成到平衡的液压致动器中的惯容器的示例的截面图，该平衡的液压致动器具有大致相等的横截面积的相对的活塞侧面；
图15是集成到液压致动器中的惯容器的示例的截面图，并且其中飞轮可旋转地容纳在液压致动器的活塞内，并且包括用于主动地控制飞轮旋转的电动飞轮马达和制动器；
图16是沿图15的线16截取的飞轮和活塞的放大截面图，并且示出具有安装到飞轮周边的永磁体和安装到活塞内壁的绕组的电动飞轮马达；
图17是集成在液压致动器中的惯容器的示例的截面图，并且其中飞轮和螺纹轴可旋转地耦连到致动器端壁和固定地耦连到杆的活塞；
图18是沿图17的线18截取的飞轮和活塞的放大截面图，并且示出飞轮环可旋转地耦连到致动器端壁，并且活塞以使得杆相对于螺纹轴的线性平移导致飞轮和螺纹轴旋转的方式可螺纹地接合到螺纹轴；
图19是可旋转地耦连到致动器端壁并且具有电动飞轮马达的飞轮的示例的截面图，该电动飞轮马达包括安装到飞轮周边的永磁体和安装到致动器的壳体侧壁的绕组；
图20是飞轮的另一示例的截面图，该飞轮具有电动飞轮马达并且进一步包括经配置提供飞轮的动态制动的制动器；
图21是集成到线性机电致动器中的惯容器的示例的截面图，并且示出可旋转地耦连到致动器马达并且可螺纹地接合到螺纹轴的飞轮；
图22是集成到液压致动器中的惯容器的示例的截面图，并且示出分别表示杆端、盖端、活塞和飞轮的平移的参考点的符号x、x0、x1和x2，其中这些符号被用于表征具有集成的惯容器的致动器的响应的传递函数的推导；
图23是在3000psi、5000psi和8000psi的工作压力下操作的致动器的频率对幅度(例如，振幅)的曲线图，并且示出相对于由惯容器未阻尼的致动器的振幅，由惯容器阻尼的致动器的振幅的减少；
图24是具有可包括在使用惯容器阻尼致动器的方法中的一个或多个操作的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，其中附图的显示是为了说明本公开的各种示例的目的，图1显示的是液压致动器204的方框图，液压致动器204耦连在支撑结构116和可移动装置124之间，并且经配置移动或致动可移动装置124。方框图有利地包括用于阻尼致动器202的旋转的惯容器300。惯容器300被示出耦连在支撑结构116和可移动装置124之间，并且经配置改善在由致动器202的致动期间可移动装置124的动态响应，如下面更详细地描述的。在图1和图4-图9所示的示例中，惯容器300作为与致动器202分离的部件提供。然而，在下面描述的其他示例(例如，图2和图10-图21)中，惯容器300被集成到致动器202中。
致动器202包括耦连到活塞杆224的活塞216。活塞216可在致动器壳体228(例如，汽缸)内滑动。致动器202还包括杆端214和盖端212，杆端214和盖端212可响应于以不平衡的方式作用在致动器壳体228内的活塞216的一侧或两侧上的加压液压流体而相对于彼此轴向移动。在所示的示例中，杆端214耦连到可移动装置124并且盖端212耦连到支撑结构116。然而，致动器202可以被安装成使得杆端214耦连到支撑结构116并且盖端212耦连到可移动装置124。
仍然参考图1，惯容器300包括第一终端302和第二终端304，该第一终端302和第二终端304与由致动器202对可移动装置124的致动对应地可沿惯容器轴线306(图8)相对于彼此轴向移动或平移。在所示的示例中，第一终端302耦连到可移动装置124，并且第二终端304耦连到支撑结构116。然而，惯容器300可以被安装成使得第一终端302耦连到支撑结构116并且第二终端304耦连到可移动装置124。在未示出的示例中，惯容器300所耦连的支撑结构可以是与致动器202所耦连的支撑结构116不同的支撑结构。
惯容器300包括惯容器杆308，该惯容器杆308耦连到第一终端302并且可与第一终端302轴向移动(例如，可平移)。惯容器杆308可以与惯容器轴线306对准或平行。惯容器杆308可以是中空的以限定杆孔310。螺纹轴322耦连到第二终端304，并且可与第二终端304一起轴向移动(例如，可平移)。螺纹轴322可以与惯容器轴线306对准或平行。螺纹轴322具有可接收在杆孔310内的自由端324。螺纹轴322可以是中空的，或者可以包括在螺纹轴322的自由端324上打开的轴孔323。螺纹轴322可以包括从轴孔323径向延伸到螺纹轴322的外侧的径向通道325，以允许螺纹轴322的外侧和轴孔323之间的流体流动。轴孔323可以允许流体(例如，未示出的液压流体)从在第二终端304(用于图1中的非集成的惯容器)或盖端212(用于图2的集成的惯容器)处的流体腔流动通过轴孔323，并进入在螺纹轴322的自由端324(图8)处的流体腔中，以允许流体润滑轴承328的和/或在飞轮环318处的运动部分。轴孔323的尺寸(例如，直径)以及径向通道325的尺寸(例如，直径)和数量可以经配置将流体流分配到轴承328和飞轮环318。
如图1所示，惯容器300包括飞轮314(例如，旋转质量)。在一些示例(例如，图6和图8-图16)中，飞轮314可螺纹地耦连到螺纹轴322，螺纹轴322将螺纹轴322的线性运动转换成飞轮314的旋转运动。飞轮314经配置与由致动器202对可移动装置124的致动对应地与惯容器杆308相对于螺纹轴322的轴向移动成比例地旋转。在这方面，飞轮314经配置与惯容器杆308(例如，耦连到第一终端302)相对于螺纹轴322(例如，耦连到第二终端304)的轴向加速和减速成比例地旋转加速和减速。
有利地，飞轮314在飞轮环318处耦连到惯容器杆308，并且可螺纹地接合到螺纹轴322，如图1、图8-图9和图14所示并且如下面更详细地描述。然而，在其他示例中，如图10-图13和图15-图16所示以及如下所述，飞轮环318可以耦连到活塞216。在另外的示例中，如图17-图20所示以及如下所述，飞轮环318可以耦连到致动器壳体228。
不管飞轮314所耦连的部件如何，飞轮314可以包括在飞轮环318处的至少一个轴承328(例如，推力轴承328)，以将飞轮314可旋转地耦连到惯容器杆308(图1、图8-图9和图14)、活塞216(图10-图13和图15-图16)或致动器壳体228(图17-图20)。当飞轮314响应于惯容器杆308相对于螺纹轴322的轴向移动而在螺纹轴322的螺纹上旋转时，轴承328允许飞轮314与惯容器杆308轴向平移。有利地，通过将飞轮314耦连到在飞轮环318处的部件(即，惯容器杆308、活塞216或致动器壳体228)而不是在飞轮周边316处的部件，飞轮314在第一终端302相对于第二终端304的高频率的、振荡的、轴向加速期间，在轴向方向上表现出有限的弯曲。飞轮体(flywheel mass)的这种轴向弯曲将在高频率的、振荡的、轴向加速期间减少飞轮旋转运动。
仍然参考图1的示例，支撑结构116被示为配置成飞机100的机翼114的翼梁118。可移动装置124被示出为飞机100的飞行控制系统120的飞行控制表面122。飞行控制表面122可以铰接地耦连到刚性支撑结构116，诸如翼梁118或其他结构。飞行控制表面122可以围绕铰链轴线126枢转。飞行控制表面122可以包括各种不同配置中的任何一种，该配置包括但不限于扰流板、副翼、升降机112、升降副翼(elevon)、襟副翼、方向舵108、诸如前缘缝翼、后缘襟翼的高升力装置、或任何其他类型的可移动装置124。
致动器202响应于来自机组人员或自动驾驶仪的命令输入而提供正向力，以将飞行控制表面122移动到被命令的位置。惯容器300提供对飞行控制表面122的位移的控制和阻尼。一个或多个惯容器300可以包括在飞行控制系统120中。在一个示例中，一个或多个惯容器300可以经配置抑制或防止由于可能在飞行控制表面122的共振频率下空气动力学诱发的控制表面颤振。例如，当前公开的惯容器300可以经配置减少在高达大约20Hz(例如，±5Hz)的共振(例如，在共振频率)下的致动器负载振荡振幅，20Hz可以对应于飞机100的飞行控制表面122的颤振频率。另外或可替代地，惯容器300可以提供用于改善可移动装置124的动态响应的附加功能，诸如增加可移动装置124的致动速率和/或防止可移动装置124的被命令位置的位置过冲，如下面更加详细地描述。
在一个示例中，惯容器300可以经配置使得飞轮314的旋转相对于使用相同的致动器202而没有惯容器300产生的致动器负载振荡振幅，将在耦连的致动器202和可移动装置124的共振下的致动器负载振荡振幅减少至少大约10％。有利地，当前公开的惯容器300允许致动器202的操作带宽包含或匹配耦连的可移动装置124和致动器202的共振频率，而不具有振荡响应的可能性，并且不具有超过飞行控制表面122和致动器202的安装系统(未示出)的强度能力的可能性，和/或不具有可以空气动力地使飞机100动摇的飞行控制表面122偏转的可能性。
当前公开的惯容器300的示例允许致动器202系统的总体尺寸和重量的减小，而不具有振荡响应的可能性。更具体地，惯容器300允许减小致动器202上的惯性负载，这进而又允许致动器202的活塞横截面积的减小，以及其它液压系统部件(包括储存器、油管直径、蓄能器、泵和其他部件)的尺寸和重量的减小。在这方面，在动态响应由活塞横截面积或负载惯性限制的任何应用中，惯容器300增加用于液压致动器系统的功率密度。当前公开的惯容器300的示例可以用液压致动器204来实施，液压致动器204经配置在至少5000psi的工作压力下操作。例如，可以用在大约3000psi的工作压力下操作的液压致动器204来实施惯容器300的示例，并且在一些示例中，液压致动器204可以在大约8000psi的工作压力下操作。液压致动器204的相对高的工作压力可以有助于减少通过液压系统(例如，飞行控制系统120)的液压流体的总流量，这可以使得液压流体储存器和蓄能器的体积需求降低。
在飞机100的情况下，致动器202的减小的尺寸可以减少此致动器202突出到飞机100的外部模具线(未示出)之外的量，由此导致空气动力学阻力的减小。更进一步地，当前公开的惯容器的示例可以允许减少来自飞机推进单元(例如，燃气涡轮发动机)的排出动力的量，这可提供使用较高旁通比燃气涡轮发动机(诸如在商用飞机的应用中)的可能性。液压系统的尺寸的减小，空气动力学阻力的减小和/或排出动力的减少可以转化为飞机性能的增加，包括但不限于提高的燃料效率、范围和/或有效负载能力。
虽然在线性液压致动器204的上下文中描述了当前公开的惯容器的示例，但是惯容器300可以实施在其它类型的致动器202中，包括但不限于旋转液压致动器、电动液压致动器(例如，旋转或线性)、机械致动器、机电致动器和其他类型的致动器。在一个示例中(参见图21)，机电致动器242可以是具有耦连到可移动装置124的螺纹轴322的线性机电致动器。如下面参考图21更详细地描述的，线性机电致动器242可以包括用于引起螺纹轴322的轴向移动的电力致动器马达244。飞轮314可以螺纹地接合到螺纹轴322，并且可以经配置在线性机电致动器242对可移动装置124的致动期间，与螺纹轴322的轴向加速和减速成比例地旋转加速和减速。
还应当注意，虽然当前公开的惯容器示例在飞机飞行控制系统120的上下文中描述，但是惯容器300中的任何一个可以实施在任何类型的开环或闭环控制系统中，以便用于任何行业中的各种不同应用中的任何一种，而不限于此。在这方面，当前公开的惯容器300可以在任何车辆应用或非车辆应用中实施。例如，惯容器300可以实施在任何海运、地面、空中和/或航天应用中，以及在任何车辆或非车辆系统、子系统、组件、子组件、结构、建筑物、机器以及使用致动器来致动可移动装置的应用中。
在一些示例中，可以实施惯容器300来阻尼经配置控制车辆行驶方向的可移动装置的运动。例如，可以实施惯容器来阻尼航空器的空气动力学控制表面、海洋船舶的流体动力学控制表面、包括飞机或运载工具(例如，火箭)的推力矢量喷嘴的推力导向器、或者影响车辆行驶方向并且可能易受到外部振荡力的影响的任何其他类型的机械装置的运动。在经配置在陆地上移动的轮式车辆的具体示例中，当前公开的惯容器示例中的任何一个可以在转向系统中实施，以控制或避免车轮振动，诸如可能发生在飞机起落架(诸如，前起落架)的可转向车轮中的振动。
图2是集成到液压致动器204的惯容器300的示例的方框图，液压致动器204耦连在飞机100的飞行控制系统120的支撑结构116和飞行控制表面122之间。在所示的示例中，致动器202是具有耦连到杆(例如，活塞杆224)并且在壳体(未示出)内可轴向滑动的活塞216的线性液压致动器204。在所示的示例中，惯容器300的飞轮314在飞轮环318处可旋转地耦连到活塞216。飞轮314螺纹地耦连到螺纹轴322并且经配置与活塞216和杆相对于螺纹轴322的轴向加速度成比例地旋转加速。然而，如上所述，飞轮314可以可旋转地耦连到活塞216(例如，图10-图16)，或者飞轮314可以可旋转地耦连到致动器壳体228的盖端212(例如，图17-图20)或杆端214。
如上所述，螺纹轴322可以包括在自由端324上打开的轴孔323并且具有径向通道325，以允许流体(例如，液压流体)在盖端212处从盖端室236流过轴孔323，并且从螺纹轴322的自由端324流出，以允许流体润滑轴承328和/或飞轮环318的运动部件。轴孔323和径向通道325可以包括在本文公开的惯容器300示例中的任何一个中。
在本公开中，对于其中惯容器300集成到致动器202中的示例，致动器202的杆端214或盖端212用作惯容器300的第一终端302，并且致动器202的剩余的杆端214或盖端212用作惯容器300的第二终端304。在这方面，术语“第一终端”和“第二终端”不能分别与术语“杆端”和“盖端”可交换地使用。此外，对于其中惯容器300集成到致动器202中的示例，术语“杆”与术语“活塞杆”和“惯容器杆”可交换地使用。类似地，对于其中惯容器300集成到致动器202中的示例，术语“壳体”与术语“致动器壳体”和“惯容器壳体”可交换地使用。
图3是具有用于控制和/或阻尼一个或多个致动器202的一个或多个惯容器300的飞机100的透视图。飞机100可以包括机身102和从机身102向外延伸的一对机翼114。飞机100可以包括一对推进单元(例如，燃气涡轮发动机)。如上所述，每个机翼114可以包括经配置为飞行控制表面122的一个或多个可移动装置124，该可移动装置124可以由致动器202致动，致动器202由惯容器300阻尼和/或辅助。机翼114上的此类飞行控制表面122可以包括但不限于，扰流板、副翼以及诸如前缘缝翼和/或后缘襟翼的一个或多个高升力装置。在机身102的后端，尾翼104可以包括一个或多个水平尾部110和垂直尾部106，水平尾部110和垂直尾部106中的任何一个或多个可以包括飞行控制表面122，诸如升降机112、方向舵108或者可以由致动器202致动的其他类型的可移动装置124，致动器202由惯容器300阻尼和/或辅助。
图4是图3的机翼114的一部分的俯视图，其示出由位于副翼的一端上的液压致动器204致动的副翼，并且具有位于副翼130相对侧上的惯容器300。副翼130可以铰接地耦连到机翼114的固定支撑结构116(诸如，翼梁118)。在图4中，液压致动器204和惯容器300被提供为分离的部件，并且可以各自耦连在支撑结构116(例如，翼梁118)和副翼130之间。
图5是图4的机翼114的截面图，其示出机械地耦连在翼梁118和副翼130的一端之间的线性液压致动器204的示例。在所示的示例中，液压致动器204的杆端214耦连到双臂曲柄128。双臂曲柄128以使得液压致动器204的线性致动导致副翼围绕铰链轴线126枢转的方式铰接地耦连到副翼。液压致动器204的盖端212耦连到翼梁118。
图6是图4的机翼114的截面图，并且示出耦连在翼梁118和副翼130之间的惯容器300的示例。如上所述，惯容器300位于副翼的与液压致动器204相对的一端上。惯容器300的第一终端302耦连到双臂曲柄128。惯容器300的第二终端304耦连到翼梁118。由于液压致动器204和惯容器300被耦连到相同的可移动装置124(即，副翼130)，因此致动器202的盖端212和杆端214的相对轴向加速引起惯容器300的第一终端302和第二终端304的成比例的轴向加速，从而导致飞轮314的旋转加速度。
图7是双作用液压致动器204的示例的局部剖面图，双作用液压致动器204具有在可移动装置124的致动期间可相对于彼此轴向移动的盖端212和杆端214。如上所述，杆端214和盖端212可以相互排他地耦连到支撑结构116和可移动装置124。例如，杆端214可以耦连到支撑结构116，并且盖端212可以耦连到可移动装置124，或者杆端214可以耦连到可移动装置124，并且盖端212可以耦连到支撑结构116。
在图7中，活塞216耦连到活塞杆224的自由端324，并且可在致动器壳体228内轴向滑动。活塞216将致动器壳体228分成盖端室236和杆端室238。双作用液压致动器204的致动器壳体228包括一对流体端口234，加压的液压流体通过该流体端口234进入并离开盖端室236和杆端室238，以在致动器壳体228内移动活塞216。在当前公开的示例中的任何一个中，液压致动器204还可以经配置为单个作用致动器(未示出)，其中致动器壳体228包括用于在致动器壳体228中接收加压的液压流体的单个流体端口234作为将活塞216沿致动器壳体228内的一个方向移动的装置，并且可选地包括偏置构件(例如，未示出的弹簧)，用于将活塞216以相反的方向移动。
图8是具有惯容器壳体330的惯容器300的示例的局部剖面图，惯容器壳体330包括飞轮314并且具有惯容器侧壁334和相对的惯容器端壁332。一个惯容器端壁332可以包括壳体孔，通过壳体孔，惯容器杆308延伸并终止在第一终端302处。惯容器300包括耦连到位于第二终端304处的惯容器端壁332的螺纹轴322。在图8的示例中，飞轮314耦连到惯容器杆308的一端，并且可螺纹地接合到螺纹轴322。飞轮314与惯容器杆308和第一终端302相对于螺纹轴322和第二终端304的轴向加速度成比例地旋转。
图9是图8的放大截面图，示出了在飞轮环318处耦连到惯容器杆308的飞轮314。飞轮环318也可螺纹地接合到螺纹轴322。在所示的示例中，螺纹轴322经配置为具有用于接收滚珠轴承的螺旋槽的滚珠螺杆326，该滚珠轴承利用最小的摩擦将飞轮环318中类似配置的螺旋槽与滚珠螺杆326耦连。虽然未示出，但是飞轮环318可以包括滚珠螺母，用于将耦连飞轮314的滚珠轴承循环到滚珠螺杆326。在未示出的另一示例中，螺纹轴322可以包括具有螺纹的导螺杆，飞轮环318直接接合到导螺杆。可以理解的是，飞轮314可以被配置成与多个不同类型的螺纹轴配置中的任何一个接合，并且不限于图9所示的滚珠螺杆326的示例。
图9中还示出用于将飞轮环318耦连到惯容器杆308的轴承328的示例，使得当飞轮314由于与螺纹轴322螺纹接合而旋转时，惯容器杆308和飞轮314可以一致地平移。虽然轴承328被示出为滚珠轴承，但是轴承328可以设置在能够利用最小量的轴向空转(freeplay)将飞轮314轴向耦连到惯容器杆308的各种不同配置中的任何一个中。例如，轴承328可以经配置为滚动轴承(未示出)。在另外的示例中，飞轮314可以在没有轴承的情况下耦连到惯容器杆308，同时允许飞轮314在惯容器杆308和飞轮314相对于螺纹轴322的平移期间旋转。
图10是集成到液压致动器204中的惯容器300的示例的截面图，液压致动器204具有包含活塞216的壳体。致动器202是双作用致动器，其包括一对流体端口234，用于接收盖端室236和位于活塞216的相对侧上的杆端室238中的加压的液压流体。致动器202是不平衡致动器206，其中活塞侧218中的一个具有比相对的活塞侧218更大的横截面面积。活塞216可以包括围绕活塞周边220延伸的活塞216密封件(例如，未示出的O形环密封件)，用于将活塞周边220密封到致动器侧壁232。
如上所述，对于其中惯容器300集成到致动器202中的示例，致动器202的杆端214或盖端212用作惯容器300的第一终端302，并且致动器202的剩余的杆端214或盖端212用作惯容器300的第二终端304。在所示的示例中，飞轮314安装在盖端室236中，并且在飞轮环318处可旋转地耦连到活塞216。飞轮314可螺纹地接合到穿过活塞216并延伸到杆孔310中的螺纹轴322。飞轮314经配置与活塞216和活塞杆224相对于螺纹轴322的轴向加速度成比例地旋转加速。
图11示出具有飞轮突起320的惯容器300的示例，飞轮突起320用于在飞轮314浸入液压流体时在飞轮314的旋转期间产生粘滞阻尼。飞轮突起320在飞轮314的旋转期间产生或增加惯容器300的粘滞阻尼能力，并且从而增加惯容器300的阻尼能力。
图12是具有围绕飞轮周边311周向隔开的多个径向延伸的飞轮叶片的惯容器300的示例的透视图。在飞轮314的旋转期间，飞轮叶片可以产生粘滞阻尼能力，并且增加惯容器300的惰化能力。虽然图12示出作为径向延伸的飞轮叶片的飞轮突起320，但是飞轮314可以设置有从飞轮314的任何部分延伸的飞轮突起320，飞轮突起320包括飞轮314的相对侧中的一个或两个。此外，飞轮突起320可以以任何几何尺寸、形状或配置设置，而不限于此，并且不限于飞轮叶片。
图13是集成到经配置为部分平衡的致动器208的液压致动器204中的惯容器300的示例的截面图。部分平衡的致动器208包括耦连到螺纹轴322的自由端324的内部活塞226。内部活塞226可以在杆孔310内轴向滑动，并且可以可旋转地耦连到螺纹轴322的端部，使得内部活塞226在活塞杆224相对于螺纹轴322的轴向移动期间，不能相对于杆孔310旋转。虽然未示出，但是内部活塞226的周边可以被密封(例如，经由O形环)到杆孔310的杆壁312。相对于缺少内部活塞226的示例(例如，图8)的填充盖端室236所需的增加的液压流体体积，包括内部活塞226可以减少在活塞杆224延伸期间填充盖端室236所需的液压流体的总体积。
图14是集成到液压致动器204中的惯容器300的示例的局部剖面图，该液压致动器204配置成具有基本相等的横截面面积的相对活塞侧面218的平衡致动器210。壳体可以包括分离器壁240，分离器壁240将容纳飞轮314的壳体的部分与容纳活塞216的壳体的部分分离。盖端室236位于活塞侧218中的一个上，而杆端室238位于相对的活塞侧218上。活塞216可以安装在活塞杆224上。在图14中，活塞杆224的一端延伸通过致动器端壁230并且终止于杆端214(例如，第一终端302)。活塞杆224的相对端延伸通过分离器壁240。飞轮314以上述方式可旋转地耦连到活塞杆224。
图15是具有集成到液压致动器204中的电动飞轮马达350的惯容器300的示例的局部剖面图。飞轮马达350可以使用来自集成的飞轮马达350的电动势来促进飞轮314旋转的主动控制。主动控制可以包括使用飞轮马达350向飞轮314施加扭矩，以抵抗或辅助由于第一终端302相对于第二终端304的轴向加速度而由飞轮314产生的扭矩。飞轮马达350可以经配置提供致动器202的主动阻尼和/或主动制动以及负载惯性。
图16是图15的放大截面图，其示出飞轮314可旋转地耦连到并容纳在通常中空的活塞216中，活塞216实际上可在致动器壳体230内滑动。还示出飞轮马达350结合到飞轮314和活塞216中，并且经配置与杆和螺纹轴322的相对轴向移动对应地主动地控制飞轮314的旋转。可以通过与飞轮314的旋转方向对应(例如，与其方向相同)或与飞轮314的旋转方向相反地向飞轮314施加扭矩来加速和/或减速飞轮314的方式而操作飞轮马达350。以这种方式，飞轮马达350可以向飞轮314施加扭矩，以抵抗或辅助由于第一终端302相对于第二终端304的轴向加速而产生的飞轮扭矩。
在图16的示例中，飞轮马达350是具有安装到飞轮314的一个或多个永磁体354的永磁直流(DC)马达。例如，多个永磁体354可围绕飞轮周边316周向间隔开。此外，飞轮马达350可以包括安装到活塞216的多个绕组352。在一个示例中，多个绕组352可以围绕活塞内壁222周向间隔开(例如，图15-图16)。在另一示例中，如下所述，多个绕组352可围绕壳体的侧壁232周向间隔开(例如，图19-图20)。在其他示例中，飞轮马达350可以是无刷直流马达或一些其它的马达配置，并且不限于如图15-图16和图19-图20中所示的永磁直流马达配置。在未示出的示例中，线性位置传感器可以包括在致动器202中，以感测活塞216的线性位置，并且产生表示线性活塞位置的信号，以使飞轮马达350与活塞位置对应地整流。
如上所述，图15-图16中的飞轮马达350可以经配置针对可移动装置124的被命令的运动方向辅助或帮助飞轮314旋转。例如，飞轮马达350可以提供扭矩，以在可移动装置124朝向被命令的位置开始运动时使飞轮314加速。由飞轮马达350施加到飞轮314的扭矩的大小可以与由于螺纹轴322相对于杆的轴向加速而旋转加速飞轮314所需的扭矩的大小近似相等。通过使用飞轮马达350去除旋转加速飞轮314所需的扭矩，活塞216可以比飞轮马达350不加速飞轮314更快地移动到被命令的位置。以这种方式，飞轮马达350可以允许可移动装置124比常规致动器202更快的响应性。由于控制系统不稳定性的风险，由具有飞轮314的主动控制的惯容器300提供的阻尼的水平可以大于没有主动控制的闭环控制系统中可行的阻尼。虽然图15-图16示出并入到与致动器202集成的惯容器300中的飞轮马达350，但飞轮马达350也可以并入到作为与致动器202分离的部件的惯容器300中(例如，图4-图8)。
在主动控制的另一示例中，飞轮马达350可以以当可移动装置124接近被命令位置时提供扭矩使飞轮314减速的方式来操作。在这方面，飞轮马达350可以作为制动器来操作，以对抗由螺纹轴322相对于活塞杆224的轴向减速产生的飞轮扭矩。以这种方式主动地控制飞轮314旋转可以防止或限制可移动装置124的位置过冲，并且从而增加可移动装置124的稳定性。在这种布置中，致动器202和惯容器300可以配置有故障模式，故障模式确保在没有主动的马达控制的情况下，致动器202能够以防止可移动装置124的欠阻尼的方式展现期望的阻尼响应。具有用于主动控制的飞轮马达350的惯容器300可以连接到可移动装置124，而不是作为致动器202的一部分，使得在致动器202与可移动装置124断开的情况下，或者在致动器202未能保持可移动装置124的负载的情况下，飞轮马达350可以以防止针对给定故障模式的可移动装置124的欠阻尼运动的方式操作。
仍然参考图16，在主动控制的另一示例中，飞轮马达350可以包括经配置提供飞轮314的动态制动的制动器360。在这方面，制动器360可以以使飞轮314减速或增加飞轮314的现有减速度的方式操作。对于包括飞轮马达350的示例，制动器360可以以增加由飞轮马达350的旋转阻力产生的飞轮314的现有减速度的方式来操作。另外，飞轮马达350可以以与致动器202的干扰(例如，不期望的运动)对抗的方式操作。
在图16的示例中，制动器360可以经配置为具有制动衬垫364的盘式制动器。飞轮314可以用作制动盘，在制动过程中制动衬垫364可以与其摩擦接合。在未示出的其他示例中，可以提供分离的制动盘，其可以直接或间接地耦连到飞轮314。在所示的示例中，可以包括液压制动汽缸(未示出)以将制动衬垫364致动成与飞轮314的相对的轴向表面362(例如，平面)中的一个或两个摩擦接合，以便使飞轮314减速。优选地，制动器360可以包括位于制动盘的直径相对侧上的至少两对相对的制动衬垫364。每一对制动衬垫364可通过支架366保持在适当位置。虽然制动器360被描述和示出为盘式制动器，但是惯容器300可以并入任何一种或多种不同类型的制动器，诸如鼓式制动器或者能够使飞轮314减速的任何其它类型的制动器。
参考图17，其示出集成在液压致动器204中的惯容器300的另一示例的局部剖面图。飞轮314可旋转地耦连或附接到致动器端壁230，致动器端壁230可以耦连到第二终端304。活塞216固定地耦连或附接到活塞杆224，活塞杆224从活塞216通过致动器端壁230延伸并且耦连到第一终端302。在未示出的替代示例中，飞轮314可旋转地耦连到致动器端壁230，致动器端壁230附接到第一终端302，并且活塞杆224可以耦连到第二终端304。
图18是图17的放大截面图，其示出由轴承328可旋转地耦连到致动器端壁230的飞轮环318。螺纹轴322固定地耦连到飞轮314并且可与飞轮314一致地旋转。如上所述，活塞216固定地耦连到活塞杆224，并且以使得活塞杆224相对于螺纹轴322的线性平移引起飞轮314和螺纹轴322的一致旋转的方式可螺纹地接合到螺纹轴322。如上所述，螺纹轴322相对于活塞杆224的轴向移动可以与致动器202对可移动装置124的致动对应。
图19示出飞轮314的示例，该飞轮314可旋转地耦连到致动器端壁230并且以上述方式并入用于主动控制飞轮314旋转的飞轮马达350。飞轮马达350可以包括安装到飞轮周边316的永磁体354。例如，如上面关于图16所述，多个永磁体354可以围绕飞轮周边316周向间隔开。图19还示出围绕致动器壳体228的致动器侧壁232周向间隔开的多个绕组352。
图20示出飞轮314的示例，飞轮314包括经配置提供飞轮314的动态制动的制动器360。在所示的示例中，制动器360经配置为具有一对或多对制动衬垫364的盘式制动器，用于摩擦接合飞轮314的相对轴向面362。在图20中制动器360可以类似于图16所示和上面所述的布置被配置和操作。
图21示出集成到线性机电致动器242中的惯容器300的示例。机电致动器242可以在支撑结构116(图2)和可移动装置124(图2)之间延伸。机电致动器242可以包括由致动器壳体228支撑的电力致动器马达244。第一终端302可以耦连到可移动装置124。机电致动器242可以包括第二终端304，第二终端304可以耦连到支撑结构116。可替代地，第一终端302可以耦连到支撑结构116，并且第二终端304可以耦连到可移动装置124。
机电致动器242可以包括延伸通过致动器马达244并终止于第一终端302的螺纹轴322(例如，爱克母(Acme)螺纹轴，滚珠螺杆等)。致动器马达244可以通过马达轴联轴器246可操作地耦连到螺纹轴322，马达轴联轴器246可以螺纹地接合到螺纹轴322。致动器马达244的操作可以引起螺纹轴322的轴向移动以致动可移动装置124。在这方面，螺纹轴322可以与致动器马达244的角位移成比例地(例如，在大小和方向上)轴向移动。飞轮314可以螺纹地接合到螺纹轴322。另外，飞轮环318可以经由轴承328可旋转地耦连到致动器马达244，使得螺纹轴322的轴向加速度引起飞轮314的旋转加速。飞轮314可以经配置在可移动装置124的致动期间，与螺纹轴322(例如，相对于致动器马达244)的轴向加速和减速成比例地旋转加速和减速。
在这方面，在图21的机电致动器242的致动期间的飞轮314的旋转可以提供本文所述的优点中的任何一个或多个，用于在机电致动器242的致动期间改善可移动装置124的动态响应。例如，飞轮314可以减小耦连的机电致动器242/可移动装置124的共振中的致动器负载振荡振幅。另外，虽然未在图21中示出，但是飞轮马达350(例如，图16)和/或动态制动器360(图16)可以可选地包括在飞轮314中，以允许使用本文所述的飞轮控制技术中的任何一种或多种来主动地控制飞轮314的旋转。
图22是集成到如上所述和图10所示的液压致动器204中的惯容器300的示例的截面图。图22包括分别表示杆端214、盖端212、活塞216以及飞轮314的平移的参考点的符号X、X0、X1和X2。符号X、X0、X1和X2是在下面所述的在数学上表征图22的设备响应的传递函数(公式220)的推导中使用的参数。表1包括在传递函数的推导中使用的参数的列表。每个列出的参数包括参数的物理类型的指示和参数的简要说明。
方程式100至210包括在内的是在方程式220的传递函数的推导之后的假设。参考图22的示例性设备，总反应力F(例如，在杆端214处)可以如方程式100所示，被计算为活塞216反应力F1与飞轮314反应力F2的和，其中F1和F2的符号与干扰抑制感测相同：
F＝F1+F2 (方程式100)
由飞轮314产生的扭矩T2可以使用方程式110确定为飞轮旋转惯量J与飞轮旋转加速度的乘积和飞轮阻尼系数B与飞轮旋转速度的乘积之和：
飞轮反应力F2可以使用方程式120计算为飞轮扭矩T2和螺纹轴322的螺纹速率r(例如，螺距)的乘积。螺纹速率可以描述为飞轮314每转的行进直线距离：
飞轮314的旋转可以通过分别由方程式130、140和150表示的飞轮的角位移或旋转角度θ、旋转速度以及旋转加速度来表征。飞轮的旋转角度θ是如方程式130表示的螺纹速率r和飞轮平移的线性距离x2的乘积。参数c是表示相对于公共参考的线性偏移的常数。飞轮的旋转速度是如方程式140所表示的螺纹速率r与飞轮314的线性速度的乘积。飞轮旋转加速度是如方程式150所表示的螺纹速率r和飞轮314的线性加速度的乘积。
θ+c＝rx2 (方程式130)
飞轮314到活塞216的顺应力F3可以使用方程式160计算为飞轮平移X2和活塞平移X1之间的差与飞轮旋转刚度Z的乘积。对于其中惯容器(例如，飞轮314)集成到致动器202中的图22的示例性设备，飞轮314与活塞216一起移动，使得飞轮平移X2和活塞平移X1相等，如下面方程式190所示。在这方面，如下面方程式190所示，由于假设X2＝X1，因此活塞顺应力F3为零(0)。
F3＝Z(x2-x1) (方程式160)
将用于飞轮速度和飞轮加速度的方程式140和150代入方程式120中，飞轮反应力F2可以表示如下：
活塞反应力F1可以计算为杆端214处的致动器(例如，活塞)反应惯性M和活塞加速度的乘积、致动器(例如，活塞)抵抗力C和活塞速度的乘积、以及致动器刚度K和活塞位移X1的乘积的总和，如方程式180所示：
如上所述，对于图22中所示的示例，其中惯容器(例如，飞轮314和螺纹轴322)集成到致动器202中，使得飞轮314和活塞216一致地移动，飞轮平移X2和活塞平移X1相等，如方程式190所示。另外，杆端214和活塞216一致地移动，如方程式200所示。盖端212在X0处被假设为固定的(例如，非平移的)，如方程式210所示。
x2＝x1 (方程式190)
在表示图22所示的示例性设备的自然频率的微分方程(未示出)上执行拉普拉斯变换，产生的传递函数如方程式220所示，其中X(s)表示图22的设备的响应，并且F(s)表示对设备的输入：
图22的示例性设备的振荡的自然频率ωn可以表示为方程式230所示，其中K是致动器刚度，r是螺纹速率，并且J是飞轮旋转惯量，如上所述。
方程式240表示图22的示例性设备的阻尼因数ζ，阻尼因数ζ表征对输入(例如，飞行控制表面的颤振)的振荡响应的衰减。
图23是对在三个(3)不同的工作压力(3000psi、5000psi和8000psi)下操作的致动器202的动态负载的振荡响应的频率380对幅度382(振幅)的曲线图。垂直中心线表示对应于动态负载的20Hz的颤振频率。图23的曲线示出相对于在没有惯容器的情况下操作的相同的致动器的响应振幅，由具有图22的集成惯容器300的致动器202提供的响应振幅384减小。基于在致动器202利用惯容器300在8000psi下操作的颤振频率中设定的响应振幅等于在没有惯容器300的情况下致动器202在3000psi下操作的颤振频率中的响应振幅，响应振幅的减少表示最优化，并且最优化螺纹轴322的螺距r、飞轮旋转惯量J以及阻尼因数ζ(方程式240)。对于在8000psi下操作的致动器202，惯容器300促进在20Hz的颤振频率中的大约5dB的响应振幅384的减小。
图24是具有可被包括在使用惯容器300阻尼致动器202的方法400中的一个或多个操作的流程图。如上所述，该致动器202的阻尼可以包括使用惯容器300减少致动器负载振荡的振幅。如上所示，在一些示例中，惯容器300可以是与致动器202分离的部件，并且耦连到与致动器202相同的可移动装置124(例如，图1和图4-图9)。在其它示例中，惯容器300可以集成到致动器202中(例如，图2和图10-图22)。
方法400的步骤402包括使用致动器202致动可移动装置124。在飞机100的飞行控制系统120的示例中，该方法可以包括使用线性致动器，诸如线性液压致动器204或线性机电致动器242。例如，图4-图6示出经配置致动副翼130的线性液压致动器204，副翼130枢转地安装到飞机100的机翼114。然而，如上所述，可移动装置124可以是可由致动器202致动的任何类型的可移动装置。
方法400的步骤404包括使用耦连到可移动装置124的惯容器300使惯容器300的第一终端302相对于惯容器300的第二终端304轴向加速。如上所述，惯容器300可以耦连在支撑结构116和可移动装置124之间(例如，图4和图6)。例如，第一终端302可以耦连到可移动装置124并且第二终端304可以耦连到支撑结构116，或者第一终端302可以耦连到支撑结构116并且第二终端304可以耦连到可移动装置124。可替代地，惯容器300可以集成到致动器202中(例如，图10-图21)，致动器202可以耦连在支撑结构116和可移动装置124之间。在此类示例中，如上所述，致动器202的杆端214或盖端212用作(例如，是一个并且相同的)惯容器300的第一终端302，并且致动器202的剩余的杆端214或盖端212用作(例如，是一个并且相同的)惯容器300的第二终端304。
方法400的步骤406包括与第一终端302相对于第二终端304的轴向加速同步地旋转加速飞轮314。由于惯容器300和致动器202耦连到相同的可移动装置124(例如，图1和图4-图9)，或者由于惯容器300被集成到致动器202(例如，图2和图10-图21)中，所以第一终端302相对于第二终端304的轴向加速是与致动器202对可移动装置124的致动同步且成比例的。在这方面，飞轮314与由致动器202对可移动装置124的致动对应的第一终端302相对于第二终端304的轴向加速和减速成比例地旋转加速和减速。
方法400的步骤408包括响应于旋转飞轮314阻尼致动器202的运动。在一个示例中，该方法可以包括响应于旋转加速飞轮314，减少可移动装置124的致动器负载振荡振幅。无论惯容器300是与致动器202分离的部件还是惯容器300被集成到致动器202中，该方法均可以包括以减少耦连到致动器202的可移动装置124的共振中的致动器负载振荡振幅的方式，旋转加速飞轮314。在一个示例中，如上所述，该方法可以包括相对于由相同的致动器在没有惯容器的情况下致动的可移动装置124的振荡振幅，将致动器负载振荡振幅减少至少50％。惯容器300可以经配置减少在高达大约20Hz(例如，±5Hz)的共振频率中的致动器负载振荡振幅。可移动装置124可以是飞机100的飞行控制表面122(例如，液压致动的副翼130)，并且共振(例如，共振频率)可以对应于由作用于飞行控制表面122上的空气动力所诱发的飞行控制表面122的颤振。
如上所述，在惯容器300集成到致动器202中的示例中，飞轮314可以包括从飞轮314向外延伸的多个飞轮突起320(例如，参见图11-图12的飞轮叶片)。飞轮314和飞轮突起320可以浸没在容纳在盖端室236内的液压流体中。在此类示例中，该方法可以包括旋转液压流体内的飞轮314，并且响应于与可移动装置124的致动对应地旋转飞轮314而产生或增加致动器202运动的粘滞阻尼。粘滞阻尼可以有助于由飞轮314的旋转惯量所提供的阻尼。
在其他示例中，该方法可以包括与活塞杆224和螺纹轴322的相对轴向移动对应地主动控制飞轮314的旋转。例如，惯容器300可以包括或并入如上面在图15-图16和图19-图20所示的示例中所述的电动飞轮马达350。在一些示例中，如上所述，致动器202可以包括线性位置传感器(未示出)，线性位置传感器经配置感测致动器202内的活塞216的线性位置，并且产生表示活塞位置的信号。该方法可以包括与由位置传感器产生的信号所表示的活塞216的线性位置对应地整流飞轮马达350。
飞轮314旋转的主动控制可以包括使用飞轮马达350加速和/或减速飞轮314。例如，飞轮马达350可以以与飞轮314的旋转对应或者在飞轮314的旋转方向上向飞轮314施加扭矩的方式操作。在这方面，飞轮马达350可以辅助致动器202的被命令方向的运动。在一些示例中，飞轮旋转的主动控制可以包括在由致动器202使可移动装置124朝向被命令位置的致动启动期间，使飞轮314加速。在这方面，飞轮马达350可以在第一终端302相对于第二终端304的轴向加速开始时旋转地加速飞轮314，加速的量至少部分地或完全地消除由于由致动器202对可移动装置124的致动而在第一终端302和第二终端304处产生的力。通过使用飞轮马达350在轴向加速开始时旋转地加速飞轮314，可以减少或消除第一终端302相对于第二终端304的轴向移动所需的力，这可以增大致动器202朝向被命令位置移动可移动装置124的速度。
可替代地，飞轮马达350可以以在飞轮314的旋转的相对方向上向飞轮314施加扭矩的方式操作。在这方面，在飞轮314的旋转的相对方向上的马达产生的扭矩的应用可以抵抗由第一终端302和第二终端304的相对轴向加速产生的扭矩。在这方面，通过飞轮马达350的主动控制可以在到达被命令位置时，对抗致动器202运动的一端处的终端产生的扭矩。以这种方式，主动控制飞轮314旋转的步骤可以包括当致动器202接近被命令位置时使用飞轮马达350动态地制动或减速飞轮314，以防止位置过冲。
在进一步的示例中，飞轮314旋转的主动控制可以包括当致动器202接近可移动装置124的被命令位置时，使用制动器360(例如，图16和图20)减速飞轮314，以防止被命令位置的位置过冲。该方法可以另外包括动态地制动飞轮314的旋转，例如以对抗致动器202的干扰(例如，不期望的运动)。飞轮314的动态制动(例如，减少或降低旋转速度)的步骤可以使用可操作地接合到飞轮314(例如，图16和图20)的或者可操作地接合到制动盘(未示出)的制动器360来执行，制动盘可以固定地耦连到飞轮314。可替代地或另外地，动态制动飞轮314的步骤可以使用由如上所述的飞轮马达350产生的旋转阻力来执行。
进一步地，本公开包括根据如下条款所述的实施例：
条款1.一种用于阻尼致动器的设备，所述设备包括：
惯容器，其包括：
第一终端和第二终端，其沿惯容器轴线可相对于彼此移动并且经配置相互排他地耦连到支撑结构和由致动器致动的可移动装置；
杆，其耦连到所述第一终端并且可与所述第一终端一起移动；
螺纹轴，其耦连到所述第二终端并且可与所述第二终端一起移动；
飞轮，其具有耦连到所述杆和螺纹轴中的至少一个的飞轮环；以及
所述飞轮经配置与由致动器对所述可移动装置的致动对应地与所述杆相对于所述螺纹轴的轴向加速度成比例地旋转。
条款2.根据条款1所述的设备，其中：
所述螺纹轴不可旋转地耦连到第二终端；以及
所述飞轮可旋转地耦连到所述杆，并且以使杆相对于螺纹轴的轴向加速度引起飞轮的成比例的旋转加速度的方式可螺纹地接合到所述螺纹轴。
条款3.根据条款1所述的设备，其中：
惯容器集成到线性机电致动器中。
条款4.根据条款1所述的设备，其中：
致动器是具有在可移动装置的致动期间可相对于彼此轴向移动的杆端和盖端的线性致动器，所述杆端和盖端相互排他地耦连到支撑结构和可移动装置中的一个。
条款5.根据条款3所述的设备，其中：
惯容器被集成到致动器中，所述致动器是具有活塞的液压致动器，该活塞耦连到杆的一端并且可在壳体内轴向滑动；
致动器的杆端和盖端中的一个用作惯容器的所述第一终端，杆端和盖端中剩余的一个用作所述第二终端；以及
所述飞轮可旋转地耦连到在飞轮环处的活塞和杆中的一个，所述飞轮可螺纹耦连到所述螺纹轴并且经配置与活塞相对于螺纹轴的轴向加速度成比例地旋转加速。
条款6.根据条款3所述的设备，其中：
惯容器被集成到致动器中，所述致动器是具有耦连到杆的一端并且可在壳体内轴向滑动的活塞的液压致动器，所述活塞将致动器壳体划分为盖端室和杆端室；
致动器的杆端和盖端中的一个用作惯容器的所述第一终端，杆端和盖端中剩余的一个用作所述第二终端；
飞轮可旋转地耦连到所述第二终端；
螺纹轴固定地耦连到飞轮并且与飞轮一致地旋转；以及
活塞固定地耦连到杆并且以如下方式可螺纹地接合到螺纹轴，即通过使得杆相对于螺纹轴的线性平移引起与由致动器对可移动装置的致动对应的飞轮和螺纹轴的旋转。
条款7.根据条款1所述的设备，其中：
飞轮包括从飞轮向外延伸并在飞轮旋转期间产生粘滞阻尼的多个飞轮突起。
条款8.根据条款1所述的设备，其中：
致动器是经配置在至少5000psi的工作压力下操作的液压致动器。
条款9.根据条款1所述的设备，其进一步包括：
马达，其经配置与杆和螺纹轴的相对轴向移动对应地主动控制飞轮的旋转。
条款10.根据条款6所述的设备，其中：
马达是永磁直流马达，永磁直流马达包括安装到飞轮周边的一个或多个永磁体和安装到活塞内壁和壳体侧壁中的一个的一个或多个绕组。
条款11.根据条款6所述的设备，其中：
所述致动器包括经配置感测致动器内的活塞的线性位置的线性位置传感器；以及
所述马达与活塞的线性位置对应地整流。
条款12.根据条款1所述的设备，其进一步包括：
制动器，其可操作地耦连到飞轮并且经配置使飞轮减速。
条款13.根据条款1所述的设备，其中：
可移动装置经配置控制车辆的行进方向。
条款14.根据条款1所述的设备，其中：
可移动装置是飞机的飞行控制表面。
条款15.一种飞机，其包括：
飞行控制表面，其可枢转地耦连到支撑结构；
液压致动器，其经配置致动飞行控制表面；
惯容器，其包括：
第一终端和第二终端，其相互排他地耦连到支撑结构和飞行控制表面；
杆，其可与第一终端一起移动；
螺纹轴，其可与第二终端一起移动；
飞轮，其耦连到杆和螺纹轴中的至少一个；并且飞轮经配置与由致动器对飞行控制表面的致动对应的杆相对于螺纹轴的轴向加速度成比例地旋转。
条款16.一种阻尼致动器的方法，其包括：
使用致动器致动可移动装置；
使用耦连到可移动装置的惯容器，与可移动装置的致动同步并成比例地相对于惯容器的第二终端轴向加速惯容器的第一终端；
与第一终端相对于第二终端的轴向加速度成比例并与其同步地旋转加速惯容器的飞轮；以及
响应于旋转加速飞轮，减少可移动装置和致动器的致动器负载振荡振幅。
条款17.根据条款10所述的方法，其中减少致动器负载振荡振幅的步骤包括：
减少可移动装置的共振中的致动器负载振荡振幅。
条款18.根据条款10所述的方法，其中减少致动器负载振荡振幅的步骤包括：
减少高达大约20Hz的共振频率中的致动器负载振荡振幅。
条款19.根据条款10所述的方法，其中：
可移动装置是飞机的飞行控制表面。
条款20.根据条款10所述的方法，其中：
惯容器被集成到致动器中，所述致动器是液压致动器，该液压致动器具有耦连到杆的一端并且可在壳体内轴向滑动的活塞；以及
所述飞轮可旋转地耦连到活塞和杆中的一个，所述飞轮可螺纹地耦连到螺纹轴。
条款21.根据条款10所述的方法，其进一步包括以下步骤：
与由致动器对可移动装置的致动对应地主动控制飞轮的旋转。
条款22.根据条款13所述的方法，其中主动控制飞轮旋转的步骤包括以下中的至少一个：
使用马达加速和减速飞轮。
条款23.根据条款13所述的方法，其中主动控制飞轮旋转的步骤包括：
在致动器使可移动装置朝向被命令位置致动的启动期间，使用马达加速飞轮。
条款24.根据条款10所述的方法，其中主动控制飞轮旋转的步骤包括：
在致动器接近可移动装置的被命令位置时，使用马达和制动器中的至少一个来动态地制动飞轮。
本公开的附加的修改和改进对于本领域的普通技术人员而言可以是显而易见的。因此，本文所述和所示的部件的特定组合旨在仅表示本公开的某些示例，并且不旨在用作限制本公开的精神和范围内的可替代示例或装置。

Claims (15)

1.一种用于阻尼致动器(202)的设备，其包括：
惯容器(300)，其包括：
第一终端(302)和第二终端(304)，其沿惯容器轴线(306)相对于彼此可移动并且经配置相互排他地耦连到支撑结构(116)和由所述致动器(202)致动的可移动装置(124)；
杆(308)，其耦连到所述第一终端(302)并且可与所述第一终端(302)一起移动；
螺纹轴(322)，其耦连到所述第二终端(304)并且可与所述第二终端(304)一起移动；
飞轮(314)，其具有耦连到所述杆(308)和所述螺纹轴(322)中的至少一个的飞轮环(318)；以及
所述飞轮(314)经配置与由所述致动器(202)对所述可移动装置(124)的致动对应的所述杆(308)相对于所述螺纹轴(322)的轴向加速度成比例地旋转。
2.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述螺纹轴(322)不可旋转地耦连到所述第二终端(304)；以及
所述飞轮(314)可旋转地耦连到所述杆(308)，并且以使所述杆(308)相对于所述螺纹轴(322)的轴向加速度引起所述飞轮(314)的成比例的旋转加速度的方式可螺纹地接合到所述螺纹轴(322)。
3.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述致动器(202)是具有在所述可移动装置(124)的致动期间相对于彼此可轴向移动的杆端(214)和盖端(212)的线性致动器，所述杆端(214)和盖端(212)相互排他地耦连到所述支撑结构(116)和所述可移动装置(124)中的一个。
4.根据权利要求3所述的设备，其中：
所述惯容器(300)集成到所述致动器(202)中，所述致动器(202)是具有活塞(216)的液压致动器，所述活塞(216)耦连到所述杆(308)的一端并且可在壳体(228)内轴向滑动；
所述致动器(202)的所述杆端(214)和所述盖端(212)中的一个用作所述惯容器(300)的所述第一终端(302)，所述杆端(214)和所述盖端(212)中的剩余一个用作所述第二终端(304)；以及
所述飞轮(314)可旋转地耦连到在所述飞轮环(318)处的所述活塞(216)和所述杆(308)中的一个，所述飞轮(314)可螺纹耦连到所述螺纹轴(322)，并且经配置与所述活塞(216)相对于所述螺纹轴(322)的轴向加速度成比例地旋转加速。
5.根据权利要求3所述的设备，其中：
所述惯容器(300)集成到所述致动器(202)中，所述致动器(202)是具有耦连到所述杆(308)的一端并且在壳体(228)内可轴向滑动的活塞(216)的液压致动器(204)，所述活塞(216)将致动器壳体(228)划分为盖端室(236)和杆端室(238)；
所述致动器(202)的所述杆端(214)和所述盖端(212)中的一个用作所述惯容器(300)的所述第一终端(302)，所述杆端(214)和所述盖端(212)中的剩余一个用作所述第二终端(304)；
所述飞轮(314)可旋转地耦连到所述第二终端(304)；
所述螺纹轴(322)固定地耦连到所述飞轮(314)并且与所述飞轮(314)一致地旋转；以及
所述活塞(216)固定地耦连到所述杆(308)，并且以如下方式可螺纹地接合到所述螺纹轴(322)，即通过使得所述杆(308)相对于所述螺纹轴(322)的线性平移引起与由所述致动器(202)对所述可移动装置(124)的致动对应的所述飞轮(314)和所述螺纹轴(322)的旋转的方式。
6.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
马达(350)，其经配置与所述杆(308)和螺纹轴(322)的相对轴向移动对应地主动控制所述飞轮(314)的旋转。
7.根据权利要求6所述的设备，其中：
所述马达(350)是永磁直流马达，所述永磁直流马达包括安装到飞轮周边(316)的一个或多个永磁体(354)和安装到活塞内壁(222)和壳体侧壁(232)中的一个的一个或多个绕组(352)。
8.根据权利要求6所述的设备，其中：
所述致动器(202)包括经配置感测所述致动器(202)内的活塞(216)的线性位置的线性位置传感器；以及
所述马达(350)与所述活塞(216)的所述线性位置对应地整流。
9.根据权利要求1、2或6中的任一项所述的设备，其中：
所述可移动装置(124)是飞机(100)的飞行控制表面(122)。
10.一种阻尼致动器(202)的方法，其包括：
使用致动器(202)致动可移动装置(124)；
使用耦连到所述可移动装置(124)的惯容器(300)，与所述可移动装置(124)的致动同步并且与其成比例地相对于所述惯容器(300)的第二终端(304)轴向加速所述惯容器(300)的第一终端(302)；
与相对于所述第二终端(304)的所述第一终端(302)的所述轴向加速度成比例地并与其同步地旋转加速所述惯容器(300)的飞轮(314)；以及
响应于旋转加速所述飞轮(314)，减少所述可移动装置(124)和致动器(202)的致动器负载振荡振幅。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述减少致动器负载振荡振幅的步骤包括：
减少所述可移动装置(124)共振时的致动器负载振荡振幅。
12.根据权利要求10所述的方法，其中：
所述惯容器(300)集成到所述致动器(202)中，所述致动器(202)是具有活塞(216)的液压致动器(204)，所述活塞(216)耦连到所述杆(224)的一端并且在壳体(228)内可轴向地滑动；以及
所述飞轮(314)可旋转地耦连到所述活塞(216)和所述杆(224)中的一个，所述飞轮(314)可螺纹地耦连到螺纹轴(322)。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，其进一步包括以下步骤：
与由所述致动器(202)对所述可移动装置(124)的致动对应地主动控制所述飞轮(314)的旋转。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述主动控制所述飞轮(314)的旋转的步骤包括以下步骤中的至少一个：
使用马达(350)加速和减速所述飞轮(314)。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述主动控制所述飞轮(314)的旋转的步骤包括：
在由所述致动器(202)使所述可移动装置(124)朝向被命令位置致动的启动期间，使用马达(350)加速所述飞轮(314)。
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