CN110194261A - 飞机辅助驱动轮滑行系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助驱动轮滑行系统，用于使飞机在地面上不依赖发动机操作就能行驶。这一系统安装在除飞机的前起落装置和主起落装置之外的任何位置。安装位置有一根可伸缩的支架，用于连接一个或多个辅助驱动轮。驱动轮的驱动装置主要是一个电动、液压或气动的马达，可提供可控的扭转力来旋转飞机轮胎，使飞机以期望的速度在地面上行驶。该驱动装置也可以安装在某特定位置来驱动辅助驱动轮。这一辅助驱动轮滑行系统可手动或自动控制，并且仅在飞机在接触地面期间可用。

Description

飞机辅助驱动轮滑行系统

技术领域

本发明主要涉及一种不依赖飞机主引擎或外部拖车就能驱动飞机在地面上行驶的飞机机轮驱动系统，具体描述了一种独立于飞机主起落架、前起落架或者其它起落机轮的辅助驱动轮滑行系统。

背景技术

目前，在没有主引擎控制下使飞机在地面上滑行移动可以获得很多益处 ，并且正不断获得航空公司和相关行业的广泛认可。在地面上自主移动飞机的提议早在数十年前就提出，从那时起人们就提出了各种各样的方法，用于在不依靠主引擎或辅助拖车的帮助下自主驾驶地面上的飞机，但直到最近，这些方法或系统仍然无法成功实施。

比如，Cox等人的第7,975,960号、第8220740号美国专利以及Edelson等人的第8,240,599号美国专利中提出的一种系统：包含一个能驱动飞机起落架轮的马达，可以安装在起落架轮内部或附近，通过机轮旋转提供飞机在地面上行驶所需的扭矩，具体操控最好是由飞机驾驶员完成；其具体操作方法最好是采用一个或多个电动马达，通过飞机的辅助电源供电，还可以采用液压或气动驱动马达。

另一种系统是设计为安装在飞机的机轮上，通常是主起落架轮上，并且带有制动器。该系统在Cros等人的第8360360号美国专利和Charles等人的第8528856号美国专利中申请提出。Cros等人的系统可采用液压或电力驱动马达。Charles等人的系统依靠电动马达来驱动飞机在地面上行驶，同时依靠外部装置在地面行驶期间冷却飞机的制动器。Charles等人还指出，为了兼容该系统，可能需对飞机的起落架舱门进行一些修改。

以上描述的飞机自主驾驶系统或滑行系统都是专门设计成安装在或关联飞机的起落架轮或属于起落架轮的某一部件上，实际上已构成飞机起落架的一部分。因此，必须小心防止这两种系统干扰到起落架的操作。当这类驱动系统或滑行系统安装在飞机的主起落架上时，也不应对飞机的制动能力产生负面影响。而由于这类系统安装在起落架轮上，那就同样面临起落架轮装置所承受的应力，比如伴随飞机降落着陆时的震动，高速旋转的速度和加速度，一系列温度范围的变化等。此外，在起落架操作过程中，电动机或者其它驱动系统元件的重量可能会增加起落架组件的应变和应力。所以，在设计驱动系统以使飞机在地面上自主行驶时，必须考虑到上述影响因素。

因此有必要提供一种驱动或滑行系统，使飞机能够不依靠主引擎或外部装置就能在地面上自主行驶，同时能不干扰到起落架组件、起落架轮及其制动器的操作，而且还能不受飞机着陆时伴随的冲击力、压力或其它潜在的不良影响。此外，还要求所提供的驱动或滑行系统在起落架操作过程中，不会增加起落架给飞机带来的潜在不良影响。

发明综述

本发明的一个主要目的是提供一个能够不依靠飞机引擎或外部车辆就能驱动飞机在地面上自主滑行的驱动系统，同时能避免对起落架部件、起落架轮制动器操作的干扰，而且不受飞机起落时的冲击力、压力或其它潜在的不良影响。

本发明的另一个目的是提供一个能够不依靠飞机引擎或外部车辆就能驱动飞机在地面上自主滑行的驱动系统，同时在起落架操作过程中，不会增加起落架给飞机带来的潜在不良影响。

本发明的另一个目的是提供一个能够不依靠飞机引擎或外部车辆就能驱动飞机在地面上自主滑行的驱动系统，同时不安装在或不关联飞机的起落架或起落架轮上。

本发明的另一个目标是提供一个能够不依靠飞机引擎或外部车辆就能驱动飞机在地面上自主滑行的驱动系统，同时独立于飞机的前起落架、主起落架及其机轮的操作。

本发明的另一个目标是提供一个能够不依靠飞机引擎或外部车辆就能驱动飞机在地面上自主滑行的驱动系统，同时只有当飞机在地面上行驶时才可操作。

本发明的进一步目标是提供一个能够不依靠飞机引擎或外部车辆就能驱动飞机在地面上自主滑行的驱动系统，同时不构成飞机关键系统的一部分。

本发明的进一步目标是提供一个能够不依靠飞机引擎或外部车辆就能驱动飞机在地面上自主滑行的驱动系统，同时其安装对飞机产生的结构变化最小。

本发明的进一步目标是提供一种能够不依靠飞机引擎或外部车辆就能驱动飞机在地面上自主滑行的驱动系统，同时该驱动系统能兼容飞机前起落架、主起落架轮上的其它滑行驱动系统，并且能增强或者代替前述其它系统的作用。

上述目的或目标的实现是通过提供一种能够不依靠飞机引擎或外部车辆就能驱动飞机在地面上自主滑行的驱动系统。所述驱动系统设计成安装在飞机上除前起落装置、主起落装置或其它起落部件之外的位置上。该驱动系统包含一个独立于前起落装置、主起落装置及其部件的辅助驱动轮。

所述辅助驱动轮被设计成安装在可延伸的支撑元件上，该支撑元件位于飞机机身内部或外部的某一舱体，用作延伸或缩回辅助驱动轮。驱动装置可采用电动、液压或气动马达，并通过适当的动力源驱动控制，以提供旋转驱动轮所需的转矩，并以期望的滑行速度使飞机在地面上行驶。所述动力源可安装在某个或多个位置 上以传输动力，有效提供驱动轮所需的扭转动力。

该辅助驱动轮滑行系统被设计成只有当飞机在地面上行驶时才可用，并且当飞机在起飞、空中飞行、着陆期间以及其它任何可能导致飞机不会安全着陆的情况下，该驱动轮都会保持在机身内部。所述辅助驱动轮滑行系统也可以安装在配有前起落装置或主起落装置驱动系统的飞机上，并且可以设计成增强该装置驱动系统的功能或作用。

本发明的其它目标和优点将从以下介绍、附图和声明中体现。

发明内容

飞机通过一个驱动系统在地面上行驶，并且该驱动系统采用除飞机主引擎或外部装置以外的动力源，这可以为飞机所属航空公司及其机场的运营带来一系列好处，包括减少燃料消耗、降低燃料成本，并且改善机场起飞跑道的堵塞状况、改良机场空气质量以及缩短飞机周转时间。所述好处在当飞机配备有前起落架轮和主起落架轮驱动系统时也可以实现。然而，所述好处也可以通过不依靠飞机主引擎，而通过安装在飞机上除前起落装置、主起落装置及其组件之外的位置上的驱动系统来实现，并且因此可以设计成能替代起落装置及其构成组件的操作所带来的作用或功能。本发明的辅助驱动轮滑行系统可以安装在飞机上除前起落装置、主起落装置及其组件之外的位置上，并且与位于起落装置处的驱动系统同样能有效地驱动飞机在地面上行驶。

参照附图1所示实施例，通过本发明辅助轮滑行系统，在跑道12上驱动飞机10进行滑行，飞机10可以被驱动到跑道12的如起飞位置、着陆之后的停机位置或飞机机库等其他位置，例如用于维护、除冰和其他操作。本发明辅助驱动轮滑行系统可以用于在必要时驱动飞机10在任何时间从地面的一个位置移动到地面的另一个位置。如图1所示的飞机10具有一对前起落架轮16的前起落架14和多个主起落架轮20的主起落架18。飞机10还配备有本发明辅助驱动轮滑行系统30。滑行系统30可位于与前起落架和主起落架14和18相同的飞机本体或机身的与地面相对的同一侧。本辅助驱动轮滑行系统30可具有类似于前起落架的结构布置。起本文所述作用的其他结构布置也被认为包含在本发明范围内。

本辅助驱动轮滑行系统30的结构布置在图2中更详细地进行了展示。该系统包括显示在飞机10的主体内的舱体32，该舱体设计有通道板或门34，这一部分在图3中更清楚地进行了展示，如下所见：可通过自动或手动控制，当驱动系统部件从飞机中延伸出来时，舱体32的通道板或门就打开；当其缩回时，该通道板或门就关上。图2和3所示的舱体结构只是一种可能的结构，其他功能上等同的配置也被认为包含在本发明范围之内。

舱体32的通道板或门34上可能有一个类似于起落架的舱门的配置，使通道板或门关闭时能与飞机表面完美镶嵌结合，并且符合空气动力学原理。支柱元件38有一个端部链接装置36，或者类似的装置固定在舱体32内，以使所述辅助轮驱动系统在运行时从舱体32中延伸出去，在停止系统运用时收回到舱体32内。安装的一个或多个辅助驱动轮40主要用作旋转，就像支柱38上端点36的轴42（未标出），并且在端点36的对立面。在某些应用中，单轮40就可以有效地驱动飞机，而在其他应用中，一对轮子40可能更有效。

如图2和图3所示，舱体32的通道板或门开着，支柱38 延伸出去，以使飞机落地时伸出一个或多个驱动轮40接触地面，并且通过本发明辅助驱动轮滑行系统驱动飞机在地面上行驶。这样一个控制系统机制可以包括但不限于液压、气动气缸或其它装置，而且可调节，以控制由驱动轮40施加的下向力。该系统还包括安装在驱动轮40上的一个轮胎44，在操作驱动轮时能控制飞机与地面的抓地力，具体描述如下：

本专利提供另一套手动或自动控制机制（未展示）来控制舱体32中通道板或门34的开启和关闭。该第二套可控制机制可被设计成打开通道板或门，以便在当前辅助驱动轮滑行系统驱动飞机10时，把支柱38延伸出去。当不需要操作该滑行系统时，缩回支架38后，该第二套控制机制就关上通道板或门34。这种控制机制可以类似于起落架舱门的开启和关闭。本发明滑行系统中可以使用任何一种可用于此目的的操作机制。

每个辅助驱动轮40可由非发动机驱动装置进行驱动，表示为非发动机驱动装置46。该非发动机驱动装置46可以被设计成可控制装置，最好由飞机10的驾驶员进行控制，以将扭矩从非发动机驱动装置46传递到驱动轮40，使所述驱动轮驱动飞机以所需的速度在地面上滑行。非发动机驱动装置46可以是适用的电动、液压或气动马达中的任何一种，能够提供必要的扭矩来驱动驱动轮40，并且在不依靠操作飞机主引擎的情况下移动飞机10。所述非发动机驱动装置46位于驱动轮40的中枢内。非发动机驱动装置46也可以位于其他位置，例如，包括但不限于与车轮相邻、围绕车轴、在支柱上或者在远离飞机内驱动轮40的位置处。可提供传输元件或类似装置（未示出）以将驱动装置46与驱动轮40的操作连接。在驱动装置和驱动轮之间提供扭矩传递连接的一系列传动元件是可用的，并且能用作此目的。所选择的特定传动元件可通过于非发动机驱动装置46相对于驱动轮40的具体位置来确定。

无论是选用哪种类型的非发动机驱动装置46来驱动辅助驱动轮滑行系统40，都由飞机上现有的机载电源来提供。比如，如果非发动机驱动装置是电驱马达，那就由飞机的辅助电源装置（APU）提供。此外，供电也可来源于舱体32内的可充电的电源储存装置，由飞机上多余的机载电源充电。同样的，如果选用液压或气动马达作为驱动装置，其动力就可以来源于飞机的液压系统和排气系统。其他合适的连通电源与所选驱动装置的供电装置也被认为在本发明的范围内。

本发明辅助驱动轮滑行系统可以在新飞机建造期间很容易地结合在飞机机身上，而且只需对机身进行很小的结构改动就可以实现。本发明辅助驱动轮滑行系统的舱体32及其他部件可以设计成一个整体的单元，不用对机身做太多的修改就能安装到机身上的某一指定位置。对于所选安装系统的机身位置，可能需要一些结构调整和/或加固改造，以便吸收该系统运行产生的附加力。另外，尽管需要做一些结构调整以加固机身，来支持机身舱体32及其封闭的滑行系统组件，该辅助驱动轮滑行系统也可以安装在机身外部。一旦选定了该系统的安装位置，其舱体32就可以被设计为具有气动结构的装置。

本专利中滑行辅助驱动轮40和支柱38运行时将延伸至舱体32的外面，以便驱动轮40在飞机着陆时接触地面，驱动飞机在地面上行驶。因此，对于目前飞机在着陆或其它时候由着陆装置吸收的附加力，不需要再次设计辅助驱动轮滑行系统来吸收前述附加力。此外，与前述的前起落架和主起落架传动系统相比不同的是，本发明辅助驱动轮滑行系统不会给前起落架和主起落架增加任何重量。而关于安装支柱、车轴、驱动轮和其他系统所需带来的附加重量，可以尽可能地将其最小化，因为这些结构不受着陆和起飞时的力的影响。因此，本发明系统组件可以比飞机起落架组件更小、更轻。例如，如图3所示，辅助轮40与前起落架轮16的大小尺寸相对不同，但辅助轮40的直径可能比前起落架轮16的直径小得多。

此外，支柱38和辅助驱动轮40可以由坚固而轻的材料制成，但不需要承受前起落架或主起落架通常要承受的力，而且这一力通常是设计为前起落架或主起落架必须承受的。能满足这一要求的典型材料为纤维增强的碳材料。其它类型的复合材料，如果具有足够的强度来承受本发明系统与地面接触产生的力，也可以用作该系统组件，并且包含在本发明范围内。

在飞机10起飞、飞行和着陆期间，支架38和辅助驱动轮40没有伸长在机身之外，而且都缩回保持在舱体32及其通道板或门34之内，通道板或门34也处于关闭状态，就像飞机的起落架和起落架门在飞行期间一样，处于闭合状态。飞机着陆以后，通道板或门34才会打卡，然后带有辅助驱动轮40的支架38才会延伸出去。驱动轮40可以根据需要设计为在伸长出去之前就开始旋转，这主要取决于飞机着陆后辅助驱动轮40与地面接触所需的时间以及飞机在地面上的飞行速度。辅助驱动轮40和支柱38可以在即将起飞前缩回到舱体32中，使系统部件封闭在舱体32中，并在起飞时停止工作。该系统的组成部分不构成飞机自身的关键组件，也不是飞机关键组件的组成部分。因此即使配备在飞机上的辅助滑行驱动系统不能正常工作，飞机也可以正常运行。

如图2所示，本专利辅助驱动轮滑行系统在飞机主体上的安装位置会影响驱动轮40与地面接触时的摩擦力或抓地力。这一抓地力可以通过使驱动轮40靠近主起落架18而远离前起落架16的方式来增加。具体来说就是通过定位驱动轮40，使其到主起落架20的距离“a”小于主起落架到前起落架的距离“w”,从而有效地增加抓地力。驱动轮40越靠近主起落架轮20，可以施加的向下力越大。另外也可以通过在驱动轮40的轮胎胎面44上设置螺纹来增加抓地力。因为本系统的驱动轮胎44不涉及着陆操作，所以其制成材料可以比传统的飞机起落架轮的材料更偏软。当飞机需要在冰面或光滑的地面上行驶时，除了在轮胎表面增加螺纹来优化飞机的抓地力以外，还可以通过在轮胎上增加螺柱的方式来进一步优化。

本发明辅助驱动轮滑行系统除了安装在上述提到的位置之外，还可以位于机身上更适合的安装位置上。例如对于某些飞机来说，把该系统安装在飞机10机尾部48处主起落架18的后面，可以更加有效地驱动飞机，或者把两个辅助驱动轮滑行系统安装在相对于飞机机身或机翼内部的相对位置上，以更有效的驱动另一架飞机在地面上行驶。

本发明辅助驱动滑行系统的控制方式可以是手动的、自动的、半手动半自动的、或者其它任何有望控制的组合方式，并且控制元件可以由飞机驾驶舱提供。该系统可以设计为由飞行员手动激活控制，使通道板或门34打开，启动支柱38使驱动轮40延伸出去，轮胎44接触地面，然后开启非发动机驱动机制，传递扭矩给轮胎，直到该系统停止。当完全停止该系统后，支柱38收缩到舱体32，然后通道板或门34关闭。可以设想的是，引起支柱38的延伸或收缩和通道板或门34的打开或关闭的控制机构可以连接到飞行员可操作的任何控制装置。只要飞机在地面上正常安全驾驶，任何自动的、手动的组合操作都可以使该系统控制飞机在地面上行驶。如果需要全自动控制该辅助滑行系统，控制系统应可以设置检测飞机运行的参数和反馈机制，当运行参数检测到该滑行系统不安全或者其它任何情况下不宜再继续使用该滑行系统，该控制系统能够停止所述滑行系统。

此外，飞机在安装本发明辅助驱动轮滑行系统的同时，也可以配备其他能够驱动飞机在地面上自主滑行而且不依赖飞机发动机和外部车辆的驱动装置，例如作用于前起落架轮或主起落架轮的驱动系统。这类驱动系统的运用实例已在本发明的背景部分做了介绍，尽管这些并不是唯一能从额外的飞机地面驱动滑行可能提供的备份功能和冗余中获益的驱动系统。对于由该系统所需的机载驱动系统所增加的重量，在某些飞机的应用中需要多加考虑。

虽然本发明已讨论的是所述滑行系统的最佳实施方案和单个辅助驱动轮，但实际装置或结构并不仅限于此，其它部分包括一个或多个辅助驱动轮，并且能够执行所要求的功能的装置或结构，都被视作包含在本发明范围内。

行业运用

本发明的主要应用，在于不依靠使用飞机的主引擎或其它外部车辆的情况下有效且安全地让飞机在地面上行驶，以期通过提供一种驱动系统使飞机在地面上能够自主驱动行驶，并且该驱动系统位于飞机上除主起落装置及其它起落装置组件之外的位置上。

附图说明

图1所展示的是配备有本发明辅助驱动轮滑行系统的飞机在跑道上滑行时的透视图。

图2表示配备有本发明所述的辅助驱动轮滑行系统的飞机，展示了该滑行系统辅助驱动轮一个可能安装的位置，并且在地面上的驱动方式独立于飞机的前起落装置和主起落装置。

图3表示配备有本发明所述的辅助驱动轮滑行系统的飞机，并且展示了能容纳所述驱动轮的可能舱体之一，及其在飞机上所处的可能位置之一。

Claims (16)

1.这一独立的辅助驱动轮滑行系统，其特征在于，在不依靠飞机发动机或外部拖车的情况下自主独立地驱动飞机在地面上行驶；所述飞机配备具有一个或多个前起落轮的前起落装置以及具有一个或多个主起落轮的一个或多个主起落装置；该系统包括一个或多个通过可伸缩的支架连接的辅助驱动轮；该辅助驱动轮安装在所述飞机的外部或内部的面向地面的除前起落装置和主起落装置之外的位置，并包含一个位于其上或与其连通的驱动马达；所述驱动马达可控制辅助驱动轮，使飞机在地面上行驶。

2.根据权利要求1所述的辅助驱动轮滑行系统，其特征在于，还包括用于启动或停止该系统的手动或自动控制装置。

3.根据权利要求1所述的辅助驱动轮滑行系统，其特征在于，所述面向地面的位置位于除前起落装置和主起落装置之外还包括：该位置到主起落装置的距离a小于前起落装置到主起落装置的距离W,并且选在能最大优化所述辅助驱动轮的轮胎与行驶地面之间的抓地力。

4.根据权利要求1所述的辅助驱动轮滑行系统， 其特征在于，所述系统还包括具有可开启门的舱体：当所述连接辅助驱动轮的支架缩回到所述舱体时，所述舱体门关闭；在所述连接辅助驱动轮的支架延伸出去时，所述舱体门打开。

5.根据权利要求1所述的辅助驱动轮滑行系统，其特征在于，构成所述辅助驱动轮及其连接支架的材料重量比所述前起落装置和主起落装置轻。

6.根据权利要求1所述的辅助驱动轮滑行系统，其特征在于，所述辅助驱动轮的直径和宽度小于所述前起落轮和主起落轮的直径和宽度。

7.根据权利要求1所述的辅助驱动轮滑行系统，所述辅助驱动轮滑行装置的轮胎包括用于增强轮胎与地面之间的抓地力的螺纹或其他装置。

8.根据权利要求1所述的辅助驱动轮滑行系统，其特征在于，所述非发动机驱动装置包括电动驱动马达，液压驱动马达和气动驱动马达，并且其中运行所述非发动机驱动装置的动力供应位于所述飞机上。

9.根据权利要求8所述的辅助驱动轮滑行系统，其特征在于，所述电动驱动马达的电源由机载电池提供，以避免使用飞机的辅助电源或通过发动机供电。

10.根据权利要求1所述的辅助驱动轮滑行系统，其特征在于，整套装置还包括可打开的舱体门、所述支柱元件和所述非发动机驱动装置配套的可操作链接的手动激活控制系统或自动控制系统，以便手动或自动地控制辅助驱动轮滑行系统的操作。

11.介绍所述辅助轮驱动滑行系统使飞机在地面上自主行驶的操作方法，包括：

a. 飞机配备的辅助驱动轮滑行系统包括至少一个可开关的舱体门，所述舱体门安装在飞机机身除前起落架或主起落架之外的位置，舱体门内有一个可伸缩的支柱连接辅助驱动轮，可由飞机上的机载电池对它进行驱动，当所述辅助驱动轮伸长时，连接在辅助驱动轮上的轮胎应与地面接触；

b. 提供一个控制系统，该系统保证辅助驱动轮滑行系统可以通过飞机的飞行员手动或者系统自动进行激活，而且仅当飞机在地面时可以进行操作；

c. 当辅助驱动轮伸长时，所述辅助驱动轮滑行系统会自动操作或由飞行员手动操作飞机，使其向前或向后运动，以远离或靠近飞机的起飞位置；

d. 而当飞机滑行到选定的起飞位置或在起飞前的某一选定时间时，再操作b处所述控制系统，停止驱动马达，缩回辅助驱动轮后关闭所述舱体门，使得所述辅助驱动轮滑行系统停止对飞机进行驱动；

e. 当飞机降落到地面之后，自动或手动启动b处所述控制系统，打开所述舱体门并伸长支柱，使得安装在辅助驱动轮上的轮胎接触地面，再启动驱动马达以使飞机在地面上行驶， 并以理想的滑行速度在地面上行驶。

12.根据权利要求11所述的操作方法，其特征在于，所述舱体门安装在飞机机身除前起落架或主起落架之外的位置，并且所述位置应与主起落架保持一定的距离，以便优化辅助驱动轮的轮胎和所述地面之间的抓地力。

13.根据权利要求11所述的操作方法，其特征在于，所述位置到主起落架的距离比到前起落架的距离近，以增加所述辅助驱动轮轮胎与所述地面之间的抓地力。

14.根据权利要求11所述的操作方法，其特征在于，所述位置到主起落架的距离“a”小于前起落架轮到主起落架轮的距离“w”。

15.根据权利要求11所述的操作方法，其特征在于，所述辅助驱动轮滑行系统还包括一套可伸缩的辅助驱动轮及其作支撑用的支柱。

16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述用于驱动电驱马达的电池电源来于辅助驱动轮，即在飞机着陆后在减速行驶中产生再生电力。