CN111225851A

CN111225851A - 螺旋桨控制单元

Info

Publication number: CN111225851A
Application number: CN201880067305.0A
Authority: CN
Inventors: 布赖恩·霍马克; 布雷特·A·弗兰纳里
Original assignee: Woodward Inc
Current assignee: Woodward Inc
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-06-02
Also published as: US20190092453A1; WO2019060214A1; US11312476B2; EP3687897A1

Abstract

本公开描述了一种用于控制螺旋桨的叶片俯仰的螺旋桨控制单元(100)。该单元包括电动液压伺服阀(106)(“EHSV”)并连接到调节螺旋桨的叶片俯仰的螺旋桨致动器(102)。EHSV(106)操作以允许加压流体从加压流体源流到致动器(102)以在飞行俯仰范围和地面俯仰范围内调节螺旋桨的叶片俯仰，以允许加压流体从源流到致动器(102)以在飞行俯仰范围而不是地面俯仰范围内调节螺旋桨的叶片俯仰，并且阻止加压流体从源流到致动器，并从致动器(102)排出加压流体以防止在飞行俯仰范围或地面俯仰范围内调节螺旋桨的叶片俯仰。

Description

螺旋桨控制单元

背景技术

螺旋桨控制单元或螺旋桨调速器是控制可变俯仰飞行器螺旋桨的叶片俯仰的系统，以允许驱动螺旋桨的发动机在某些情况下以恒定速度运行，并且允许在其他情况下将叶片俯仰控制到用户指定的输入端。早期的螺旋桨控制单元是机械系统，使用飞轮来感知速度，并且使用复杂的连杆来控制叶片俯仰。利用电子控制技术已经开发了不同配置的电动螺旋桨控制单元，诸如电动液压控制单元。然而，与电动液压控制单元相关联的成本和重量可能是进入用于较小飞机发动机的基于电子的螺旋桨控制单元的障碍。

发明内容

本技术的某些方面提供了一种用于控制螺旋桨的叶片俯仰的螺旋桨控制单元。螺旋桨控制单元包括被配置为接收加压流体的电动液压伺服阀(“EHSV”)。EHSV连接到液压调节螺旋桨的叶片俯仰的螺旋桨致动器。EHSV可以操作以(i)允许加压流体流到致动器，以在飞行俯仰范围(称为“α”)和地面俯仰范围(称为“β”)内液压调节螺旋桨的叶片俯仰，(ii)允许加压流体流到致动器，以在飞行俯仰范围而不是地面俯仰范围内液压调节螺旋桨的叶片俯仰，以及(iii)阻止加压流体流到致动器，并从致动器排出加压流体以防止在飞行俯仰范围或地面俯仰范围内液压调节螺旋桨的叶片俯仰，同时还将致动器驱动到故障安全位置，其中，螺旋桨叶片处于全飞行羽状位置(full flight feather position)。

在一些实施方式中，螺旋桨控制单元可以连接到位于EHSV的上游并连接到EHSV的液压源，并且还可以连接到控制该源、EHSV和致动器的电子控制单元。致动器还可以包括第一控制流输入端和第二控制流输入端，该第一控制流输入端和第二控制流输入端可以分别用于在飞行俯仰范围和地面俯仰范围内控制螺旋桨的叶片俯仰。EHSV可以连接到第一控制流输入端和排放端，并且可操作以允许或不允许来自源的加压流体流入第一控制流输入端，并且可操作以将第一控制流输入端连接到排放端或断开第一控制流输入端到排放端的连接，以从第一控制流输入端排出加压流体。EHSV可以连接到第二控制流输入端，并且可操作以允许或不允许来自源的加压流体流入第二控制流输入端，并且可操作以将第二控制流输入端连接到排放端或断开第二控制流输入端到排放端的连接。

本技术的某些方面提供了一种用于控制螺旋桨的叶片俯仰的螺旋桨控制单元，并且该螺旋桨控制单元在地面β使能模式、飞行模式和超速保护模式下操作。螺旋桨控制单元包括被配置为接收加压流体的EHSV。控制单元连接到螺旋桨致动器，该致动器可以在叶片俯仰的飞行范围和叶片俯仰的地面范围内液压调节螺旋桨的叶片俯仰。EHSV被配置为允许加压流体流到致动器。当控制单元处于地面β模式时，EHSV操作以允许来自加压流体源的加压流体流到致动器，使得可以在包括反向俯仰的地面俯仰范围内液压调节叶片俯仰。当控制单元处于飞行模式时，EHSV操作以允许来自源的加压流体流到致动器，使得可以在飞行范围而不是地面俯仰范围内液压调节叶片俯仰。当控制单元处于超速保护模式时，EHSV操作以从致动器排出加压流体并防止来自源的加压流体流入致动器，使得不能液压调节叶片俯仰。叶片能够在超速保护模式下移动到羽状俯仰位置。

在一些实施方式中，液压源可以位于EHSV的上游并且连接到EHSV。电子控制单元可以用于控制EHSV、源和致动器。致动器可以包括第一控制流输入端和第二控制流输入端，该第一控制流输入端和第二控制流输入端各自连接到EHSV，并且可以分别用于在飞行俯仰范围和地面俯仰范围内控制螺旋桨的叶片俯仰。

本技术的某些方面包括用于控制螺旋桨的叶片俯仰的螺旋桨控制单元。螺旋桨控制单元连接到电子控制单元和液压源，并且包括连接到压力排放端的EHSV。控制单元还包括连接到EHSV的致动器的第一控制流输入端，当该第一控制流输入端被加压时操作以在叶片俯仰的飞行范围内控制螺旋桨的俯仰。控制单元还包括连接到EHSV的致动器的第二控制流输入端，当该第二控制流输入端被加压时操作以在叶片俯仰的β范围内控制螺旋桨的俯仰。电子控制单元控制加压流体从压力源到EHSV的流动。EHSV可以被操作以将加压流体提供给第一控制流输入端和第二控制流输入端两者，并且从压力排放端密封第一控制流输入端和第二控制流输入端，使得可以在叶片俯仰的β范围内经由第二控制流输入端液压调节螺旋桨。EHSV还可以被操作以将来自源的加压流体提供给第一控制流输入端，从来自源的加压流体密封第二控制流输入端，打开到压力排放端的第二控制流输入端，并且从压力排放端密封第一控制流输入端，使得可以在叶片俯仰的飞行范围内经由第一控制流输入端液压调节螺旋桨。EHSV还可以被操作以从来自源的加压流体密封第二控制流输入端和第一控制流输入端，并且打开到压力排放端的第二控制流输入端和第一控制流输入端，使得螺旋桨可以移动到羽状俯仰。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施方式的电动液压螺旋桨控制系统的示意图。

图2示出了根据本发明的实施方式的用于电动液压螺旋桨控制单元中的阀的截面图。

图3示出了表示基于图2所示的阀的位置，螺旋桨致动器的第一螺旋桨控制流输入端和第二螺旋桨控制流输入端对加压流体供应端和压力排放端的打开程度的曲线图。

具体实施方式

图1示出了电动液压螺旋桨控制单元或调速器100的示例。螺旋桨控制单元100经由第一螺旋桨控制流输入端104和第二螺旋桨控制流输入端108耦接到叶片俯仰调节致动器102，该叶片俯仰调节致动器102操作以控制飞行器螺旋桨(未示出)的叶片俯仰。控制单元100还连接到螺旋桨俯仰油流控制器或主螺旋桨俯仰控制单元116。螺旋桨控制单元100是将用于控制飞行器(例如涡轮螺旋桨飞行器)的螺旋桨上的叶片俯仰的类型。然而，本文的概念可以应用于控制其他车辆和机构的螺旋桨和风扇。

螺旋桨叶片俯仰是螺旋桨的叶片的迎角。俯仰越陡(也称为粗或羽状)，迎角越高，并且螺旋桨的叶片与气流方向对准的距离越近。俯仰越浅(也称为细)，迎角越低，螺旋桨的叶片与气流方向垂直的距离越近。在美国专利第9,169,783号中进一步描述了对于螺旋桨控制单元如何可以用于控制螺旋桨的俯仰的这种理解，其全部内容通过引用并入本文。

示例控制单元100以三种模式中的一种模式控制叶片俯仰：旨在飞行期间使用的飞行模式，旨在地面滑行期间和推力反向以降低着陆后的速度期间使用的地面β模式，以及旨在飞行期间或地面上使用的全羽状超速保护模式。在飞行模式下，叶片的俯仰自动地维持在叶片俯仰的第一范围内，并且由控制单元100响应于螺旋桨的旋转速度调节，以维持用户指定的旋转速度。叶片俯仰的第一范围从浅(细)到粗，并且仅包括在飞行期间使用的正向俯仰角(forward pitch angles)。仅作为示例，第一范围中的最小俯仰为15度。

相对照地，在地面β模式下，叶片的俯仰维持在叶片俯仰的第二范围内，并且由控制单元100响应于用户指定的叶片俯仰调节，即，维持用户指定的叶片俯仰。叶片俯仰的第二范围从浅(细)到全反向，即，它包括正向俯仰角和反向俯仰角两者。例如，第二范围包括在飞行器在地面上滑行期间使用的俯仰角。正向俯仰角是驱动飞行器向前的俯仰角，而反向俯仰角是驱动飞行器反向的俯仰角。在某些情况下，叶片俯仰的第一范围(即，在飞行模式下使用的范围)与叶片俯仰的第二范围(即，在地面β模式下使用的范围)不重叠，并且螺旋桨叶片在飞行期间移动到第二范围内将是不安全的。

在发动机超速的情况下，即发动机以超过其设计极限的速度旋转时，单元100在全羽状超速保护模式下操作，其中，螺旋桨的俯仰最大化，使得螺旋桨叶片平行于或接近平行于气流。如果其中一个发动机因为平行于气流的螺旋桨叶片不太可能旋转(windmill)或产生阻力(这在双发动机应用中可能产生不对称控制力)而发生故障，则需要这样的俯仰。

螺旋桨控制单元100是电动液压螺旋桨调速器，因为其使用电子控制单元(“ECU”)(未示出)来控制提供俯仰控制冗余、超速保护和地面β使能的电动液压伺服阀106。电动液压系统使用加压的液压流体，诸如仅作为示例的油。与全机械螺旋桨调速器不同，电动液压螺旋桨控制单元100不需要飞轮或复杂的连杆来控制叶片俯仰。

伺服阀106调节螺旋桨控制单元100中的压力，以控制控制单元100是在飞行模式、地面β模式还是在羽化模式下操作，并且在这些模式中的每一个模式中调节叶片俯仰。伺服阀106从控制器116接收加压油。控制器116连接到供油箱(未示出)并且具有通向伺服阀106的出口路径132。油从控制器116通过出口路径132流入伺服阀106，并且控制器116控制通过出口路径132进入伺服阀106的油的流动，即压力。可选地，加压油可以从其他类型的装置或间接地从控制器116馈送到伺服阀106中。出口路径132连接到通向伺服阀106的第一压力路径156。在一些实施方式中，控制器116可以用作主螺旋桨控制单元，使得其响应于来自ECU的命令将高压、排放压力或介于高压与低压之间的一些压力引导到出口路径132，以便实现螺旋桨俯仰控制致动器102的受控运动，诸如在无限制的全飞行和地面β模式下，这在下文中更详细地讨论。在这种情况下，阀106促进控制器116对致动器102的直接控制，如下面更详细地讨论的。

在某些情况下，伺服阀106是包括阀体200的类型，该阀体200限定内部活塞腔204和密封地容纳在腔204内的路由活塞208。可以使用其他类型的伺服阀。阀位置控制装置198耦接到路由活塞208，以响应于来自ECU的信号在上部、中间和下部位置之间移动活塞208。仅作为示例，阀位置控制装置198是双喷嘴挡板，但是可以是另一种类型的阀控制装置。活塞208的上部、中间、下部位置与从ECU发送到阀位置控制装置198的电信号相关或成比例。内部活塞腔204连接到第一端口212、第二端口216、第三端口220、第四端口224和第五端口228。第四端口224与输出路径232连通，该输出路径232通向第二螺旋桨控制流输入端108。第二螺旋桨控制流输入端108连接到螺旋桨的叶片俯仰调节致动器102。当加压流体被馈送到第二螺旋桨控制流输入端108中时，飞行员可以在地面β使能模式下操作致动器102，以在低于飞行最小俯仰角的范围内调节螺旋桨的俯仰，或者甚至在地面β模式期间将螺旋桨的俯仰调节到全反向俯仰。

第一端口212与第一压力路径156连通，该第一压力路径156连接到从控制器116引出的出口路径132。第五端口228与第二压力路径158连通，该第二压力路径158也与出口路径132连通。因此，第一端口212和第五端口228从控制器116接收加压流体。第二端口216与输出路径240连通，该输出路径240通向第一螺旋桨控制流输入端104。第一螺旋桨控制流输入端104连接到螺旋桨的叶片俯仰调节致动器102，或者是螺旋桨的叶片俯仰调节致动器102的一部分。当加压流体被馈送到第一螺旋桨控制流输入端104中时，可以在飞行模式下在高于最小俯仰角的细俯仰角与粗俯仰角之间调节螺旋桨的俯仰。第三端口220与压力排放端248连通，该压力排放端248例如导回到供油箱，螺旋桨俯仰控制器116从供油箱接收油。可选地，排放端248可以将流体再循环回到控制器116或除供油箱之外的一些其他低压区域。压力排放端248具有比油流控制器出口路径132低的压力。

伺服阀106的路由活塞208具有操作以连接端口的第一控制通道252、第二控制通道256和第三控制通道258。例如，当活塞208处于上部位置，即一直向上压到腔204的端部160时，第一控制通道252使第一端口212与第二端口216流体连通，并且第三控制通道258使第四端口224与第五端口228流体连通。以这种方式，第一控制通道252向第一螺旋桨控制流输入端104馈送已经通过第一压力路径156的加压流体，并且第三控制通道258向第二螺旋桨控制流输入端108馈送已经通过第二压力路径158的加压流体。另外，当活塞208处于上部位置时，活塞208的第一凸台290防止第二端口216与第三端口220(并且因此排放端248)流体连通，并且活塞的第二凸台294防止第四端口224与第三端口220(并且因此排放端248)流体连通。当活塞208处于上部位置时，单元100处于地面β模式，并且控制器116可以通过控制到第一螺旋桨控制流输入端104和第二螺旋桨控制流输入端108的流体的压力和流动来直接控制致动器102。

当活塞208处于向下位置，即一直向下压到腔204的端部162时，活塞208的第三部分296阻挡第一端口212，使得加压流体不能从第一端口212流到第二端口216。此外，当活塞208处于向下位置时，第四端口224经由第二控制通道256将加压流体从输出路径232连通到压力排放端248，并且第二端口216经由第一控制通道252将加压流体从输出路径240连通到压力排放端248。当活塞208处于向下位置时，单元100处于全羽状(或超速保护)模式，并且阀106防止流体从控制器116流到致动器102。

当活塞208处于如图1所示的向上位置与向下位置之间的中间位置范围时，活塞208的第三部分296阻挡第一端口212，以防止加压流体从控制器116(经由第二端口216)流到第一螺旋桨控制流输入端104。另外，当活塞208处于图1所示的中间位置范围时，第二控制通道256将来自第二螺旋桨控制流输入端108的加压流体经由第三端口220和第四端口224连通到压力排放端248，但是活塞208的第一凸台290阻挡第三端口220和第二端口216，以防止加压流体从第一螺旋桨控制流输入端104流到压力排放端248。第二凸台294阻止流体从第五端口228流到第四端口224，并且因此防止流体流到第二螺旋桨控制流输入端108。当活塞208处于图1所示的中间位置范围时，单元100处于备用羽状(或限制)飞行模式，其中，阀106在飞行模式期间控制致动器102并防止控制器116对致动器102的控制，即，阀106提供致动器102的冗余控制。

活塞208还可以移动到中间位置范围内的子范围，在该中间位置范围内，活塞208的第三部分296比图1所示的位置更靠近顶端160，但是还没有接合顶端160。在该位置，加压流体可以从压力路径156并通过端口212和216流到第一螺旋桨控制流输入端104。第一凸台290防止流体(经由端口216)从第一螺旋桨控制流输入端104流到排放端248。第二凸台294仍然防止流体从端口228并通过端口224流到第二螺旋桨控制流输入端108，但是端口224与排放端248流体连通，因此加压流体从第二螺旋桨控制流输入端108排出。当活塞208处于中间位置范围内的该上部子范围时，单元100处于正常或无限制飞行操作(或α)模式。在该模式下，阀106允许控制器116经由通过由路径132和156、端口212、通道252、端口216、路径240和输入端104限定的路径的流体的流动直接控制致动器102。控制器116可以根据需要增大或减小致动器102的流体压力，以在细俯仰范围和粗俯仰范围内控制和调节螺旋桨。通过允许流体从输入端104排回到控制器116中来降低压力。

因此，螺旋桨控制单元100可以在至少四种模式(即，地面β使能模式、正常无限制飞行模式、备用羽状(或限制)飞行模式和全羽状超速保护模式)下操作。下面讨论进入每种模式的活塞的运动。

在操作中，ECU向螺旋桨控制单元100的电子响应伺服阀106提供信号，以在地面β使能模式下操作。就这一点而言，加压流体从油流控制器出口路径132流到馈送到伺服阀106中的压力路径156和158。可以将最大电流(例如，80mA)施加到伺服阀106的致动器，以将活塞208向上移动到顶端160，使得加压流体可以从压力路径132通过第一端口212、第一控制通道252和第二端口216流到第一螺旋桨控制流输入端104，并通过第五端口228、第二控制通道258和第四端口224流到第二螺旋桨控制流输入端108。活塞208还阻挡出口排放端248，使得加压流体不会从第一螺旋桨控制流输入端104或第二螺旋桨控制流输入端108流到压力排放端248。以这种方式，第一螺旋桨控制流输入端104和第二螺旋桨控制流输入端108两者都被加压，并且可以用于调节螺旋桨的俯仰。此外，进入伺服阀106并且因此进入第一螺旋桨控制流输入端104和第二螺旋桨控制流输入端108的油的压力和流动可以由控制器116控制，以调节叶片俯仰和全反向俯仰与飞行最大俯仰之间的任何指令角度。因此，在地面β使能模式下，飞行员可以经由控制器116操作加压的第一螺旋桨控制流输入端104和第二螺旋桨控制流输入端108，以在飞行最小角与全反向俯仰角之间调节螺旋桨的俯仰，以便在跑道上滑行期间使飞行器向后和向前移动，并且在着陆后使飞行器减速。

螺旋桨控制单元100操作的下一个模式是正常最大无限制飞行模式。ECU向控制单元100提供信号以从地面β使能模式进入无限制飞行模式。作为响应，较小的电流(例如，40mA)被施加到伺服阀106的致动器，使得活塞208从顶端160朝向底端162向下移动进入第一中间位置范围。在该位置，活塞208的第二凸台294阻挡第四端口224与第五端口228，使得加压流体不会从压力路径158经由第四端口224和第五端口228流到第二螺旋桨控制流输入端108。然而，活塞208的第一控制通道252允许加压流体继续从压力路径156经由第一端口212和第二端口216流到第一螺旋桨控制流输入端104。同时，活塞208的凸台290仍然阻挡加压流体从第一螺旋桨控制流输入端104流到压力排放端248，但是活塞208的第二控制通道256通过在第四端口224与第三端口220之间提供流体连通而允许加压液体从第二螺旋桨控制流输入端108流到压力排放端248。

以这种方式，伺服阀106不限制加压流体经由压力路径156从控制器116流到第一螺旋桨控制流输入端104，并且因此，ECU可以控制来自控制器116的油的压力和流动，以在高于飞行最小俯仰角的范围内调节螺旋桨的俯仰。此外，因为伺服阀106阻止加压流体从控制器116流到第二螺旋桨控制流输入端108并将第二螺旋桨控制流输入端108连接到排放端出口248，所以在第二螺旋桨控制流输入端104中没有加压流体可以导致致动器将螺旋桨的俯仰调节到低于飞行最小俯仰角的位置或调节到全反向俯仰。因此，伺服阀106将螺旋桨控制单元100锁定为不进入地面β使能模式，并且因此提供安全措施，该安全措施防止俯仰在飞行期间低于飞行最小俯仰角或反向俯仰角。

螺旋桨控制单元100可以在较低的电流范围(例如-40mA至+40mA)下以备用或限制飞行模式操作。当处于备用飞行模式时，伺服阀106提供冗余俯仰控制并防止控制器116控制致动器102。在操作中，ECU向单元100提供信号以从无限制飞行模式进入备用飞行模式。作为响应，电子响应伺服阀106将活塞208朝着端部162进一步向下移动到第二中间位置范围(如图1所示)。在该位置，活塞208的第三部分296阻挡第一端口212，以防止加压流体从压力路径156流到第二端口216。以这种方式，活塞208防止来自压力路径156的加压流体到达第一螺旋桨控制流输入端104。同时，活塞208的凸台290仍然阻挡加压流体从第一螺旋桨控制流输入端104经由第二端口216流到排放端出口248，但是活塞208的第二控制通道256确实保持第二螺旋桨控制流输入端108与压力排放端248流体连通。第二凸台294防止流体从压力路径158流到第四端口224并且因此流到第二螺旋桨控制流输入端108。

因此，在备用飞行模式下，伺服阀106仍然将螺旋桨控制单元100锁定在地面使能β模式之外，因为阀106防止加压流体到达第二螺旋桨控制流输入端108并且保持第二螺旋桨控制流输入端108连接到出口排放端248。此外，因为第一螺旋桨控制流输入端104没有连接到排放端出口248，因此仍然有加压流体作用在第一螺旋桨控制流输入端104上。伺服阀106可以由ECU控制，以独立于控制器116在飞行俯仰范围内在细角与粗角之间调节螺旋桨的俯仰。特别地，伺服阀106可以用于调节活塞208的位置，以允许流体从压力路径156流入第一螺旋桨控制流输入端104，或者允许流体从第一螺旋桨控制流输入端104流入排放端出口248。因此，伺服阀106可以用于调制俯仰角的控制。以这种方式，如果对从控制器116和出口路径132流入伺服阀106的流体的控制发生故障或被破坏，则伺服阀106可以用作冗余俯仰控制阀，该冗余俯仰控制阀可以控制飞行中的螺旋桨的俯仰。

最后，螺旋桨控制单元100可以被调节为在全羽状超速保护模式下操作。为了在该模式下操作，ECU向伺服阀106发送信号，以向阀位置控制装置198的线圈施加最小电流(例如，-80mA)，使得活塞208一直向下移动到底端162。在该位置，活塞208的第三部分296阻挡第一端口212，以防止加压流体从压力路径156经由第二端口216流到第一螺旋桨控制流输入端104。同时，第二控制通道256允许第四端口224与第三端口220之间的流体连通，该第二控制通道256将第二螺旋桨控制流输入端108连接到压力排放端248。第一控制通道252允许第二端口216与第三端口220之间的流体连通，该第一控制通道252将第一螺旋桨控制流输入端104连接到压力排放端248。此外，第二凸台294防止流体从压力路径158经由第五端口228和第四端口224流到第二螺旋桨控制流输入端108。

因此，在全羽状超速保护模式下，防止第一螺旋桨控制流输入端104和第二螺旋桨控制流输入端108两者分别经由加压路径156和158从控制器116接收加压流体，并且两个流输入端排出任何剩余的加压流体。因此，流输入端104和108中的任何一个都不能引导致动器的运动以调节螺旋桨俯仰。以这种方式，控制器116和伺服阀106被锁定而不影响螺旋桨的俯仰。因此，不再由液压控制的螺旋桨叶片经由弹簧复位或其他装置自行移动到羽状位置，即大致平行于飞行路径。因此，全羽状超速保护模式用作安全模式以防发动机在飞行期间失去动力。无动力发动机的羽状螺旋桨不会旋转或造成阻力。

图2a至图2d示出了可以用于图1的螺旋桨控制单元100中的伺服阀304的可选实施方式的一部分的截面图。图2a示出了阀304处于允许控制单元100处于地面β使能模式的位置。图2b示出了阀304处于允许控制单元100处于正常最大无限制飞行模式的位置。图2c示出了阀304处于允许控制单元100处于备用(或限制)飞行模式的位置。图2d示出了阀304处于允许控制单元100处于全羽状超速保护模式的位置。

参考图2a，阀304包括活塞308和容纳活塞308的气缸312。活塞308包括第一控制通道316、第二控制通道320和第三控制通道324。活塞308包括第一凸台328、第二凸台332和第三凸台336。气缸312包括下止动件340，该下止动件340接合活塞308的底部以限制活塞308在气缸312内的向下运动。阀304还包括上止动件344，该上止动件344接合活塞308的顶部以限制活塞308的向上运动。图2a至图2d示出了活塞308的整个运动冲程范围，从其可以到达的最高点(图2a)到其可以到达的最低点(图2d)。

汽缸312包括O形环346，该O形环346在汽缸312与汽缸312保持在其中的阀块之间形成密封。气缸312包括第一端口348，该第一端口348被配置为与压力路径156(图1)连通，该压力路径156从控制器116(图1)输送加压流体。汽缸312包括第二端口352，该第二端口352被配置为与第一螺旋桨控制流输入端104(图1)连通。气缸312包括第三端口356和第四端口360，该第三端口356和第四端口360被配置为与压力排放端248(图1)连通。汽缸312包括第五端口364和第六端口368，该第五端口364和第六端口368被配置为与第二螺旋桨控制流输入端108(图1)连通。气缸312包括第七端口372，该第七端口372被配置为与压力路径158(图1)连通，该压力路径158从控制器116(图1)输送加压流体。

在图2a中，阀304根据需要被定位，以使螺旋桨控制单元100(图1)在地面β使能模式下操作。就这一点而言，活塞308处于最上面的位置，而活塞308的顶部接合止动件344。第一控制通道316与第一端口348和第二端口352两者连通，并且第三控制通道324与第六端口368和第七端口372连通。以这种方式，第一控制通道316和第三控制通道324允许加压流体分别从控制器116(图1)流到第一螺旋桨控制流输入端104(图1)和第二螺旋桨控制流输入端108(图1)。此外，第二凸台332阻挡第三端口356以防止流体从第一螺旋桨控制流输入端104流到压力排放端248(图1)，并且第三凸台336阻挡第五端口364以防止流体从第二螺旋桨控制流输入端108(图1)流到压力排放端248。

因此，当阀304如图2a所示被定位时，第一螺旋桨控制流输入端104和第二螺旋桨控制流输入端108(图1)两者都被加压，并且可以经由控制器116用于调节螺旋桨的俯仰。特别地，飞行员可以使用ECU来控制加压的第二螺旋桨控制流输入端108，以在飞行最小角与全反向俯仰角之间调节螺旋桨的俯仰，以便在跑道上滑行期间使飞行器向后和向前移动。

在图2b中，阀304根据需要被定位，以使螺旋桨控制单元100(图1)在正常最大无限制飞行模式下操作。就这一点而言，响应于来自ECU的信号，活塞308已经在气缸312中略微向下移动，使得第二控制通道320使第四端口360和第五端口364流体连通，使得第二螺旋桨控制流输入端108(图1)中的加压流体流到排放端出口248(图1)。另外，第三凸台336阻挡第六端口368，使得加压流体不能再从控制器116(图1)经由压力路径158(图1)流到第二螺旋桨控制流输入端108。然而，第一控制通道316仍然与第一端口348和第二端口352重叠，使得加压流体从控制器116经由压力路径156流到第一螺旋桨控制流输入端104(图1)。

因此，当阀304如图2b所示被定位时，控制器116(或将加压流体馈送到阀304中的其他装置)可以经由ECU用于在飞行期间经由第一螺旋桨控制流输入端104(图1)调节螺旋桨的俯仰，但是阀304防止任何加压流体进入第二螺旋桨控制流输入端108(图1)。因此，螺旋桨控制单元100(图1)被锁定在地面使能β模式之外，以防止第二螺旋桨控制流输入端108(图1)被加压并调节致动器以使螺旋桨叶片俯仰低于最小飞行俯仰。

在图2c中，阀304根据需要被定位，以使螺旋桨控制单元100在备用飞行模式下操作。就这一点而言，活塞308已经在汽缸312中进一步向下移动，使得第一凸台328阻挡第一端口348，并且因此防止加压流体从控制器116(图1)经由加压路径156(图1)流入第一螺旋桨控制流输入端104(图1)。然而，第二凸台332仍然阻挡第三端口356，以防止加压流体从第一螺旋桨控制流输入端104流出并流入压力排放端248(图1)。因此，仍然有加压流体被施加到第一螺旋桨控制流输入端104。此外，第二控制通道320仍然将第二螺旋桨控制流输入端108(图1)连接到压力排放端248，并且第三凸台336仍然阻挡第六端口368以防止加压流体从控制器116(图1)流入第二螺旋桨控制流输入端108。如图2c所示的阀304处于零条件。第一控制通道316、第一凸台328和第二凸台332以及第一端口348和第三端口356一起用作三通控制阀。如图2c所示，活塞308处于其向上冲程的约33％。作为备用飞行模式的一部分，活塞308可以根据需要从该位置略微向上或向下调节，以分别对第一螺旋桨控制流输入端104加压或减压，并且因此在飞行俯仰范围内控制螺旋桨的俯仰。

因此，当阀304如图2c所示被定位时，阀304成为冗余俯仰控制阀，即如果向伺服阀304供应加压流体的装置(诸如控制器116(图1))发生故障，则阀304可以用于在飞行期间调节螺旋桨的俯仰。同时，螺旋桨控制单元100(图1)仍然被锁定在地面使能β模式之外，以防止第二螺旋桨控制流输入端108变得加压并调节致动器以使螺旋桨叶片俯仰低于最小飞行俯仰。

在图2d中，阀304根据需要被定位，以使旋桨控制单元100在全羽状超速保护模式下操作。就这一点而言，活塞308一直向下移动，直到汽缸308的底部接合下止动件340。在该位置，第一凸台328阻挡第一端口348，使得加压流体不能从控制器116(图1)流到第一螺旋桨控制流输入端104(图1)。此外，第一控制通道316使第二端口352和第三端口356流体连通，使得加压流体从第一螺旋桨控制流输入端104流到压力排放端248，并且第二控制通道320使第四端口360和第五端口364流体连通，使得加压流体从第二螺旋桨控制流输入端108(图1)流到压力排放端248(图1)。最后，第三凸台336仍然阻挡第六端口368，以防止加压流体从控制器116流入第二螺旋桨控制流输入端108(图1)。

因此，当阀304如图2d所示被定位时，阀304将第一螺旋桨控制流输入端104(图1)和第二螺旋桨控制流输入端108(图1)两者连接到压力排放端248，并且防止任何加压流体从控制器116(图1)进入第一螺旋桨控制流输入端104和第二螺旋桨控制流输入端108。因此，第一螺旋桨控制流输入端104和第二螺旋桨控制流输入端108都没有被加压并且能够引导致动器的运动以调节螺旋桨俯仰。以这种方式，伺服阀304和控制器116被锁定而不影响螺旋桨的俯仰。因此，全羽状超速保护模式是默认的安全位置以防发动机发生故障。当螺旋桨控制单元100(图1)处于该模式时，螺旋桨叶片移动到它们不旋转的羽状位置。防止叶片旋转减少多个发动机应用中的阻力和非对称控制力。

图3提供了与图2a至图2d中所示的活塞308的位置相关的四种模式的图形表示。x轴表示活塞308的冲程百分比，其中，0％表示活塞308处于其冲程范围的最低位置(如图2d所示)，而100％表示活塞308处于其冲程范围的最高位置(如图2a所示)。y轴表示在第一螺旋桨控制流输入端和第二螺旋桨控制流输入端和来自螺旋桨俯仰油流控制器的流体供应端和流体排放端之间打开的端口面积的百分比。更具体地，-100％至0％表示在每个输入端和压力排放端之间的端口的打开程度，而0％至100％表示在每个输入端和加压流体(即，来自螺旋桨俯仰油流控制器的加压流体)的供应端之间的端口的打开程度。如可以看到的，从活塞308的向上冲程的约0％至8％，如沿着x轴所示，第二螺旋桨控制流输入端对排放端完全打开，而第一螺旋桨控制流输入端从对排放端100％打开移动到对排放端约75％打开。该沿着x轴的0％至8％冲程范围表示活塞308在全羽状超速保护模式下的运动，这也在图2d中示出。

参考x轴，从活塞308的向上冲程的约8％至62％，第二螺旋桨控制流输入端仍然对排放端100％打开，而第一螺旋桨控制流输入端从对排放端约75％打开移动到对流体供应端约89％打开。在活塞308的向上冲程的约33％处，第一螺旋桨控制流输入端从对排放端打开转换为对流体供应端打开。该沿着x轴的8％至62％冲程范围表示活塞308在备用(或限制)飞行模式下的运动，这可以在图2c中看到。

如沿着x轴所示，从活塞308的向上冲程的约62％至70％，第二螺旋桨控制流输入端仍然对排放端100％打开，而第一螺旋桨控制流输入端从对流体供应端约89％打开移动到对流体供应端100％打开。在活塞308的向上冲程的约65％处，第一螺旋桨控制流输入端变为对流体供应端100％打开。该沿着x轴的62％至70％冲程范围表示活塞308在不受限制的正常最大飞行模式下的运动，这也在图2b中示出。

如沿着x轴所示，从活塞308的向上冲程的约70％至92％，第二螺旋桨控制流输入端从对排放端100％打开移动到对流体供应端100％打开。在活塞308的向上冲程的约84％处，第二螺旋桨控制流输入端从对排放端打开转换为对流体供应端打开。第一螺旋桨控制流输入端从活塞308的向上冲程的70％至92％保持对流体供应端100％打开。该沿着x轴的70％至92％冲程范围表示活塞308在无限制正常最大飞行模式与地面β使能模式之间的转换范围中的运动。

如沿着x轴所示，从活塞308的向上冲程的约92％至100％，第二螺旋桨控制流输入端和第一螺旋桨控制流输入端两者都对流体供应端100％打开。该沿着x轴的92％至100％冲程范围表示活塞308在地面β使能模式下的运动，这也在图2a中示出。

图3的曲线图中的所有百分比都是近似值，并且可以根据阀304的结构的变化以及阀304如何连接到螺旋桨控制单元100中的各种流体路径、端口和输入端而变化。另外，转换的特性可以如图所示是线性的，但是也可以是落在相同近似区域内的曲线。

本文公开的各种实施方式和技术提供了与用于螺旋桨控制单元的先前系统相比的显著优点。特别地，本文公开的各种实施方式和技术允许使用单个EHSV阀来提供俯仰控制阀冗余、超速保护、地面β使能和无限制飞行使能的功能。通过将这些功能组合到一个EHSV中，可以减小螺旋桨控制单元的尺寸、重量和成本，这对于各种螺旋桨飞行器都是有利的。

尽管在前述说明书中努力引起对被认为是特别重要的本发明的那些特征的注意，但是应当理解，申请人要求保护前面提到和/或在附图中示出的任何可专利特征或特征的组合，无论是否对其进行了特别强调。另外，尽管已经示出和描述了本发明的特定元件、实施方式和应用，但是应当理解，本发明不限于此，因为本领域技术人员可以在不脱离本公开的范围的情况下，尤其是根据前述教导进行修改。

Claims

1.一种用于控制螺旋桨的叶片俯仰的螺旋桨控制系统，所述螺旋桨控制系统包括：

液压源；

电动液压伺服阀(“EHSV”)，被配置为从所述源接收加压流体，并且经由致动器液压调节螺旋桨的叶片俯仰；

其中，所述EHSV被配置为操作以：

允许加压流体从所述源流到所述致动器以在飞行俯仰范围和地面俯仰范围内液压调节所述螺旋桨的叶片俯仰；

允许加压流体从所述源流到所述致动器以在飞行俯仰范围而不是地面俯仰范围内液压调节所述螺旋桨的叶片俯仰；并且

阻止所述加压流体从所述源流到所述致动器，并从所述致动器排出所述加压流体以防止在所述飞行俯仰范围或所述地面俯仰范围内液压调节所述螺旋桨的叶片俯仰。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨控制系统，还包括电子控制单元，所述电子控制单元控制所述源、所述EHSV和所述致动器。

3.根据权利要求1所述的螺旋桨控制系统，其中，所述致动器包括第一控制流输入端和第二控制流输入端，所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端能够分别用于在所述飞行俯仰范围和所述地面俯仰范围内控制所述螺旋桨的叶片俯仰。

4.根据权利要求3所述的螺旋桨控制系统，其中，所述EHSV连接到所述第一控制流输入端和排放端，并且能够操作以允许或不允许来自所述源的加压流体流入所述第一控制流输入端，并且能够操作以将相对于所述排放端连接或断开所述第一控制流输入端。

5.根据权利要求4所述的螺旋桨控制系统，其中，所述EHSV连接到所述第二控制流输入端，并且能够操作以允许或不允许来自所述源的加压流体流入所述第二控制流输入端，并且能够操作以将所述第二控制流输入端连接到所述排放端或断开所述第二控制流输入端到所述排放端的连接。

6.根据权利要求5所述的螺旋桨控制系统，其中，所述EHSV能够操作以允许来自所述源的加压流体流入所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端两者，并且从所述排放端断开所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端，使得所述控制单元在地面β模式下操作，其中，加压的第二控制流输入端能够用于在β地面范围内调节所述螺旋桨的叶片俯仰。

7.根据权利要求5所述的螺旋桨控制系统，其中，所述EHSV能够操作以允许来自所述源的加压流体流入所述第一控制流输入端而不是所述第二控制流输入端，并且将所述第二控制流输入端而不是所述第一控制流输入端连接到所述排放端，使得所述控制单元在飞行模式下操作，其中，加压的第一控制流输入端由所述源控制以在所述飞行俯仰范围内调节所述螺旋桨的叶片俯仰，而未加压的第二控制流输入端不能在所述地面俯仰范围内调节所述螺旋桨的叶片俯仰。

8.根据权利要求5所述的螺旋桨控制系统，其中，所述EHSV能够操作以阻止来自所述源的加压流体流入所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端，并且将所述第二控制流输入端和所述第一控制流输入端连接到所述排放端，使得所述控制单元在超速保护模式下操作，其中，所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端未加压并且不能用于调节所述螺旋桨的叶片俯仰。

9.根据权利要求5所述的螺旋桨控制系统，其中，所述EHSV能够操作以阻止来自所述源的加压流体流入所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端，并且将所述第二控制流输入端而不是所述第一控制流输入端连接到所述排放端，使得所述控制单元在备用飞行模式下操作，其中，加压的第一控制流输入端由所述EHSV控制以在所述飞行俯仰范围内调节所述螺旋桨的叶片俯仰，而未加压的第二控制流输入端不能在所述地面俯仰范围内调节所述螺旋桨的叶片俯仰。

10.一种用于控制螺旋桨的叶片俯仰的螺旋桨控制系统，并且所述螺旋桨控制系统在地面β使能模式、飞行模式和超速保护模式下操作，所述螺旋桨控制系统包括：

液压源；

电动液压伺服阀(“EHSV”)，被配置为从所述源接收加压流体，并且经由致动器在叶片俯仰的飞行范围和叶片俯仰的地面范围内液压调节螺旋桨的叶片俯仰；

其中，所述源被配置为允许所述加压流体流到所述EHSV，并且

当所述控制单元处于地面β模式时，所述EHSV操作以允许来自所述源的加压流体流到所述致动器，使得能够在所述地面范围内液压调节所述叶片俯仰；

当所述控制单元处于所述飞行模式时，所述EHSV操作以允许来自所述源的加压流体流到所述致动器，使得能够在所述飞行范围而不是所述地面范围内液压调节所述叶片俯仰；以及

当所述控制单元处于所述超速保护模式时，所述EHSV操作以从所述致动器排出所述加压流体并防止来自所述源的加压流体流入所述致动器，使得不能液压调节所述叶片俯仰，其中，

所述叶片在所述超速保护模式下移动到羽状俯仰范围。

11.根据权利要求10所述的螺旋桨控制系统，还包括电子控制单元，所述电子控制单元控制所述源、所述EHSV和所述致动器。

12.根据权利要求10所述的螺旋桨控制系统，其中，所述致动器包括第一控制流输入端和第二控制流输入端，所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端各自连接到所述EHSV，并且所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端分别用于在所述飞行俯仰范围和所述地面俯仰范围内控制所述螺旋桨的叶片俯仰。

13.根据权利要求12所述的螺旋桨控制系统，其中，所述EHSV连接到排放端，并且(i)在所述地面β模式下，允许所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端从所述源接收加压流体，并且防止所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端连接到所述排放端，(ii)在所述飞行模式下，允许所述第一控制流输入端从所述源接收所述加压流体，但是防止所述第二控制流输入端从所述源接收所述加压流体，并且防止所述第一控制流输入端连接到所述排放端，但是将所述第二控制流输入端连接到所述排放端，以及(iii)在所述超速保护模式下，防止所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端从所述源接收所述加压流体，并且将所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端连接到所述排放端。

14.根据权利要求13所述的螺旋桨控制系统，其中，所述EHSV能够操作以阻止来自所述源的加压流体流入所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端，并且将所述第二控制流输入端而不是所述第一控制流输入端连接到所述排放端，使得所述控制单元在备用飞行模式下操作，其中，加压的第一控制流输入端能够由所述EHSV控制以在所述飞行俯仰范围内调节所述螺旋桨的叶片俯仰，而未加压的第二控制流输入端不能在所述地面俯仰范围内调节所述螺旋桨的叶片俯仰。

15.一种用于控制螺旋桨的叶片俯仰的螺旋桨控制系统，所述螺旋桨控制系统包括：

电子控制单元；

液压源；

电动液压伺服阀(“EHSV”)，连接到所述液压源和压力排放端；

连接到所述EHSV的第一控制流输入端，当所述第一控制流输入端被加压时操作以在叶片俯仰的飞行范围内控制所述螺旋桨的俯仰；

连接到所述EHSV的第二控制流输入端，当所述第二控制流输入端被加压时操作以在叶片俯仰的地面范围内控制所述螺旋桨的俯仰；

其中，所述电子控制单元控制所述加压流体从压力源到所述EHSV的流动，并且所述EHSV能够操作以：

将所述加压流体提供给所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端两者，并且从所述压力排放端密封所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端，使得能够在叶片俯仰的地面范围内经由所述第二控制流输入端液压调节所述螺旋桨；

将所述加压流体提供给所述第一控制流输入端，从来自所述源的加压流体密封所述第二控制流输入端，打开到所述压力排放端的所述第二控制流输入端，并且从所述压力排放端密封所述第一控制流输入端，使得可以在叶片俯仰的飞行范围内经由所述第一控制流输入端液压调节所述螺旋桨；以及

从所述加压流体密封所述第二控制流输入端和所述第一控制流输入端，并打开到所述压力排放端的所述第二控制流输入端和所述第一控制流输入端，使得所述螺旋桨能够移动到羽状俯仰。

16.根据权利要求15所述的螺旋桨控制系统，其中，所述EHSV能够操作以阻止来自所述源的加压流体流入所述第一控制流输入端和所述第二控制流输入端，并且将所述第二控制流输入端而不是所述第一控制流输入端连接到所述压力排放端，使得所述控制单元在备用飞行模式下操作，其中，加压的第一控制流输入端能够由所述EHSV控制以在所述飞行俯仰范围内调节所述螺旋桨的叶片俯仰，而未加压的第二控制流输入端不能在所述地面范围内调节所述螺旋桨的叶片俯仰。

17.根据权利要求15所述的螺旋桨控制系统，其中，所述EHSV包括连接到所述源的第一端口、连接到所述第一控制流输入端的第二端口、连接到所述排放端的第三端口、连接到所述第二控制流输入端的第四端口以及连接到所述源的第五端口，并且其中，所述EHSV阀包括活塞，所述活塞能够移动以打开和关闭所述第一端口、所述第二端口、所述第三端口、所述第四端口和所述第五端口。

18.根据权利要求17所述的螺旋桨控制系统，其中，所述活塞能够移动到一个位置，所述位置打开所述第一端口以与所述第二端口流体连通，并且打开所述第四端口以与所述第五端口流体连通，并且所述位置阻止所述第二端口和所述第四端口与连接到所述排放端的所述第三端口流体连通。

19.根据权利要求17所述的螺旋桨控制系统，其中，所述活塞能够移动到一个位置，所述位置打开所述第一端口以与所述第二端口流体连通，所述位置阻止所述第四端口与所述第五端口流体连通，所述位置阻止所述第二端口与所述第三端口流体连通，并且所述位置打开所述第四端口以与所述第三端口流体连通。

20.根据权利要求17所述的螺旋桨控制系统，其中，所述活塞能够动到一个位置，所述位置阻止所述第一端口与所述第二端口流体连通并且阻止所述第五端口与所述第四端口流体连通，并且所述位置打开所述第二端口和所述第四端口以与所述第三端口流体连通。