CN113135284A - 致动器旋转产生的螺旋桨桨叶俯仰角反馈 - Google Patents

Abstract

一种用于控制桨叶俯仰角的螺旋桨控制系统包括：螺旋桨桨叶，所述螺旋桨桨叶从桨叶基部延伸，所述螺旋桨桨叶被配置为围绕纵向轴线旋转以产生针对螺旋桨桨叶的推力并且围绕俯仰改变轴线旋转以调整桨叶俯仰角，其中所述俯仰改变轴线延伸穿过桨叶基部的中心点；耳轴销，所述耳轴销在相对于中心点偏移的位置处可操作地连接到桨叶基部；轭板，所述轭板可操作地连接到耳轴销；致动器，所述致动器被配置为使轭板沿着纵向轴线线性地移动，以使耳轴销和螺旋桨桨叶围绕俯仰改变轴线旋转；以及转移管，所述转移管可操作地连接到轭板，随着致动器使轭板沿着纵向轴线线性地移动，所述转移管可围绕纵向轴线自由旋转。

Description

致动器旋转产生的螺旋桨桨叶俯仰角反馈

技术领域

本文公开的主题总体上涉及螺旋桨桨叶系统，并且更具体地涉及用于监测螺旋桨桨叶系统的操作的系统。

背景技术

螺旋桨桨叶，诸如飞机上使用的螺旋桨桨叶，可以各种角度取向以调整螺旋桨桨叶的推力。

发明内容

根据一个实施方案，提供了一种用于控制桨叶俯仰角的螺旋桨控制系统。该螺旋桨控制系统包括：螺旋桨桨叶，该螺旋桨桨叶从桨叶基部延伸，螺旋桨桨叶被配置为围绕纵向轴线旋转以产生针对螺旋桨桨叶的推力并且围绕俯仰改变轴线旋转以调整螺旋桨桨叶的桨叶俯仰角，其中俯仰改变轴线延伸穿过桨叶基部的中心点；耳轴销，该耳轴销在相对于桨叶基部的中心点偏移的位置处可操作地连接到桨叶基部；轭板，该轭板可操作地连接到耳轴销；致动器，该致动器被配置为使轭板沿着螺旋桨桨叶的纵向轴线线性地移动，以使耳轴销和螺旋桨桨叶围绕俯仰改变轴线旋转；以及转移管，该转移管可操作地连接到轭板，随着致动器使轭板沿着纵向轴线线性地移动，转移管可围绕纵向轴线自由旋转。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括：桨叶角感测系统，该桨叶角感测系统被配置为响应于转移管相对于螺旋桨桨毂的旋转方向和旋转量值来确定桨叶俯仰角。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括，桨叶角感测系统还包括：差动旋转传感器，该差动旋转传感器被配置为检测转移管相对于螺旋桨桨毂的旋转方向和旋转量值。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括：差动齿轮系，该差动齿轮系机械地连接到转移管。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括：螺旋桨桨毂，其中差动齿轮系机械地连接到螺旋桨桨毂。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括：差动齿轮系还包括：第一输入端，螺旋桨桨毂在第一输入端处机械地连接到差动齿轮系并且被配置为使第一输入端以第一旋转速度旋转；第二输入端，转移管在第二输入端处机械地连接到差动齿轮系并且被配置为使第二输入端以第二旋转速度旋转；差动齿轮系输出轴以与第一旋转速度和第二旋转速度之间的差值成比例的旋转速度沿第一方向或第二方向旋转。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括，桨叶角感测系统还包括：差动旋转传感器，该差动旋转传感器被配置为检测差动齿轮系输出轴的旋转速度。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括，致动器为液压致动器，并且其中转移管被配置为将液压流体通过转移管输送到致动器。

根据另一个实施方案，提供了一种用于控制螺旋桨桨叶的俯仰角的方法。该方法包括：激活可操作地连接到轭板的致动器；当致动器被激活时，使用致动器使轭板沿着纵向轴线平移，轭板可操作地连接到耳轴销；当轭板平移时，使用轭板使耳轴销围绕螺旋桨桨叶的俯仰改变轴线旋转，耳轴销在相对于桨叶基部的中心点偏移的位置处可操作地连接到桨叶基部；当耳轴销旋转时，使用耳轴销使桨叶基部围绕俯仰改变轴线旋转，其中俯仰改变轴线延伸穿过桨叶基部的中心点并且螺旋桨桨叶从桨叶基部延伸；当桨叶基部旋转时，使用桨叶基部使螺旋桨桨叶围绕桨距改变轴线旋转，以调整螺旋桨桨叶的桨叶俯仰角；以及当轭板平移时，使用轭板使转移管围绕螺旋桨桨叶的纵向轴线旋转，螺旋桨桨叶被配置为围绕纵向轴线旋转以产生针对螺旋桨桨叶的推力。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括：使用桨叶角感测系统响应于转移管相对于螺旋桨桨毂的旋转方向和旋转量值来确定桨叶俯仰角。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括：使用差动旋转传感器检测转移管相对于螺旋桨桨毂的旋转方向和旋转量值。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括：使用转移管旋转差动齿轮系，该差动齿轮系与转移管机械地连接。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括：使用螺旋桨桨毂旋转差动齿轮系，其中差动齿轮系机械地连接到螺旋桨桨毂。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括：使差动齿轮系的第一输入端以第一旋转速度旋转，螺旋桨桨毂在第一输入端处机械地连接到差动齿轮系；以及使差动齿轮系的第二输入端以第二旋转速度旋转，转移管在第二输入端处机械地连接到差动齿轮系，其中差动齿轮系的差动齿轮系输出轴以与第一旋转速度和第二旋转速度之间的差值成比例的旋转速度沿第一方向或第二方向旋转。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括：使用差动旋转传感器检测差动齿轮系输出轴的旋转速度。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括：当第一旋转速度大于第二旋转速度时，使差动齿轮系输出轴沿第一方向旋转。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括：当第一旋转速度小于第二旋转速度时，使差动齿轮系输出轴沿第二方向旋转，第二方向与第一方向相反。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括：当第一旋转速度等于第二旋转速度时，使差动齿轮系输出轴保持旋转静止。

除了上述一个或多个特征之外，或者作为替代，其他实施方案可包括：使用转移管将液压流体通过转移管输送到致动器，其中致动器为液压致动器。

除非另有明确指示，否则上述特征和要素可以不排他地在各种组合中进行组合。这些特征和要素以及其操作根据以下描述和附图将变得更显而易见。然而应当理解，以下的描述和附图在本质上意图用于说明和解释，而非用于限制。

附图说明

以下描述无论如何都不应视作限制性的。参考附图，相同的元件编号相同：

图1是根据本公开的实施方案的螺旋桨控制系统的局部剖视图。

图2是根据本公开的实施方案的图1的螺旋桨控制系统的螺旋桨桨叶的不同桨叶俯仰角的示意图；并且

图3示出了根据本公开的实施方案的用于控制图1的螺旋桨控制系统的螺旋桨桨叶的桨叶俯仰角的方法的流程图。

具体实施方式

在此通过例示而非限制的方式参考附图给出了所公开的装置和方法的一个或多个实施方案的详细描述。

某些螺旋桨俯仰改变致动器概念会导致形成对于致动器壳体旋转的致动器轭，该致动器轭不会相对于螺旋桨桨毂和螺旋桨轴旋转。这导致随着螺旋桨桨叶俯仰角的改变，致动器轭和螺旋桨轴之间的相对旋转。本文公开的实施方案在安装在螺旋桨变速箱上的螺旋桨轴后方的螺旋桨控制模块中实现差动齿轮组，并为螺旋桨控制模块提供与螺旋桨轴和致动器轭两者的机械连接（例如，经由输油管）。可使用旋转可变差动变压器(RVDT)、电位差计、旋转变压器或其他类似装置来计算螺旋桨俯仰角。

图1示意性地示出根据本公开的实施方案的螺旋桨控制系统10。螺旋桨控制系统10可为电子/液压螺旋桨控制系统。螺旋桨控制系统10用于监测桨叶12的桨叶俯仰角并将其改变为期望的飞行中桨叶俯仰角。系统10通常包括电子控件16和液压机械部分18。液压机械部分18通常包括控制阀20（由电子控件16使用）、保护阀24（也由电子控件16部分地使用）、机械备份系统25（如虚线所指示），该机械备份系统包括保护阀24、顺桨螺线管26、二级小距限动块系统28和超速调节器32。应当理解，本文所公开的实施方案不受本文所示和所述的液压机械部分18的限制，并且本文所述的实施方案可结合在不同的液压机械部分中。除了本文详细讨论的元件之外，电子和液压机械系统部分中还可包括附加的元件。

用于致动本文所公开的各种机构的液压压力在图1中用黑线大体指示，并且在图1中以及贯穿全文用P_下标更具体地指定，其中P_S为供给压力，P_C为大俯仰改变压力，P_F为小俯仰改变压力，P_L为润滑油压力，P_R为回油压力，P_B为桶润滑油压力，并且P_M为机械备份系统压力。

电子控件16优选地包括将其与其他飞机系统集成的接口。因此，经由电子发动机控制系统以已知的方式提供电子控件16与其他飞机系统之间的通信链路，使得电子控件16可收集用于控制螺旋桨的飞行数据并与这些其他飞机系统通信。因此，根据本文所述的系统，当经由该链接收集信息时，可调整桨叶俯仰角以使其符合特定的飞行条件。

电子控制系统诸如电子控件16已被实现为用于实现对桨叶俯仰角监测、控制和改变的更精确控制的控制系统。因此，电子控件16通过保护阀24与控制阀20一起工作，以用于控制针对螺旋桨桨叶12的俯仰角的小（即，低）俯仰和大（即，高）俯仰控制和调整两者，对进入和来自致动器34的液压流体P_F和P_C的计量。优选地，电子控件16为基于双通道微处理器的单元，其具有主通道和备份通道，提供对螺旋桨桨叶12的俯仰的闭环控制。电子控件16的功能是控制速度调节、同步、β控制、顺桨和解除顺桨。除这些功能外，该单元还将检测、隔离并调节控制系统故障。可在电子控件16中用于实现前述功能的控制器的示例为EPC 100-1，其由本申请的受让人美国联合技术公司(United Technologies Corporation)的部门美国航空企业汉胜公司(Hamilton Sundstrand Corporation)制造。电子控件16优选地以已知的方式编程为执行如上所述的功能。电子控件16与控制阀20连接并连通。因此，电子控件16可操作以将电子信号发送到控制阀20，以用于启动和维持用于操作致动器34的液压流体计量，这将在下面详细描述。

电子控件16还控制螺旋桨RPM，其中从存储在提供于电子控制器中的软件中的优选四个值之一中选择调速RPM。电子控件16将感测到的螺旋桨RPM与所选择的调速RPM进行比较，并校正与调速RPM的任何偏移，电子控件16将通过控制阀20计算并调用桨叶12的俯仰改变。因此，当多螺旋桨飞机的多个螺旋桨已稳定在所选择的调速RPM时，将启动同步相位器控制。可为多螺旋桨系统中的每个螺旋桨提供电子控件16，并且根据已知手段，提供主从布置以控制螺旋桨之间的RPM差。也就是说，无论选择哪个，从螺旋桨的参考速度都将进行微小的改变，以实现与主螺旋桨的恒定相位关系。

电子控件16被设计来自动补偿由此可能经历的任何单个故障或任何故障组合。因此，将经由通过电子控件16控制的信号将该电子控件中发生的故障告知飞行员。机械备份系统25，尤其是超速调节器32和二级小距限动块系统28，可调节将使电子控件16的两个通道都失效的任何故障组合。因此，无论故障如何，都可安全地完成飞行。如果在此通过任何机电装置控制接口中的主通道或位于任何机电装置控制接口中的主通道检测到某些故障，则由电子控件16进行的故障调节包括将控制自动转移到其备份通道。调节还包括当检测到对抗性故障时自动重新初始化主通道，以及在恢复健康时通过主通道恢复控制。最后，当正常控制模式下的操作所需的信号均不适用于任一通道时，调节包括自动转换为替代控制模式。

如本领域中已知的，控制阀20优选地为电动液压、四通喷射管、伺服阀的形式，其通过计量流向致动器34的液压流量来控制桨叶俯仰率。在电子控件16与其他飞机系统通信以确定螺旋桨桨叶12的适当的桨叶俯仰角后，经由控制阀20提供的液压压力P_F、P_C的流量与通过电子控件16的两个独立电气通道中的至少一个从该电子控件接收到的毫安电信号成比例。控制阀20具有两个独立的电气通道，以用于与电子控件16的两个电气通道连通。控制阀20的设计在本领域中是已知的。

电子控件16从其他飞机系统接收到的反馈的示例为由传感器29提供的螺旋桨速度反馈，传感器位于桨叶12附近，用于提供桨叶速度数据。传感器29优选地为磁速度拾波器的形式，但也可使用其他感测装置。拾波器适于放置在螺旋桨桨叶12的后面，以用于感测螺旋桨速度并将螺旋桨速度提供给电子控件16的每个通道。同样，单个线圈拾波器向电子控件16的主通道提供远程螺旋桨速度信号，以促进同步定相。

如所指示的，保护阀24与液压机械部分18相关联。在一个实施方案中，该保护阀可操作为将液压流体液压压力P_F、P_C从控制阀20引导到转移管36，以便与致动器34一起用于调整桨叶俯仰角。如本领域中已知的，保护阀24优选地为滑阀的形式，但也可使用其他类型的阀，其具有多个通道23，液压压力通过该多个通道进入。液压流体从电子控件16的控制阀20流过保护阀24。保护阀24允许机械备份系统25备份电子控件16，方法是在发生电子故障或其他情况（诸如测试例程或手动超控）之后，使电子控件承担来自电子控件16和控制阀20的俯仰改变控制权限。如图所指示，大俯仰液压压力P_C从管线L₂中的控制阀20开始，并在管线L₂中继续到达转移管36，以用于将桨叶12的俯仰角朝向高俯仰进行控制。另外，如图1所示，小俯仰液压压力P_F通过保护阀24通过管线L₁流到转移管36，以用于将螺旋桨桨叶12的俯仰角朝向低俯仰进行控制。因此，在电子模式下，保护阀24与控制阀20对准，以允许液压流体流过管线L₁和L₂，以分别根据电子控件16的命令来进行小桨叶俯仰角和大桨叶俯仰角调整。

如果电子控件16发生故障、被手动超控或实施了测试例程，则保护阀24可操作以重新定位到保护位置，并截止从控制阀20并通过管线L₁和L₂提供的流动压力P_F、P_C。也就是说，液压压力P_M通过机械备份系统25的管线L₃、L₃,₁、L₃,₂、L₃,₃的组合从保护阀24排出，以用于调用阀换挡。一般来讲，随着保护阀24被致动以将备份装置中的一个置于命令中时，供给液压压力P_S与管线L₂连接，以用于向致动器活塞33（如下所述）的大（高）俯仰侧和致动器活塞33的小（低）俯仰侧提供压力P_C。由此实现了将螺旋桨桨叶12致动到大俯仰。

作为机械备份系统25的补充，螺旋桨桨叶12可包括配重19，以防止由于主泵和/或辅助泵故障而导致超速或最小飞行中桨叶俯仰角，这与电子控件16发生故障的情况相反。也就是说，配重19可设置在每个螺旋桨桨叶12上，以提供围绕桨叶轴线朝向增加的俯仰的离心扭转力矩。因此，如果主液压泵和/或辅助泵出现故障，则螺旋桨桨叶12仍然受阻，从而减小俯仰，足以引起螺旋桨超速或违反最小飞行角。

电子控件16（与控制阀20结合）和机械备份系统25（通过保护阀24）两者都能够经由流过转移管36的液压流体来控制致动器34。在一个实施方案中，致动器34为液压致动器。致动器34优选地为线性双作用液压致动器，但也可采用其他设计，其提供了对作用在桨叶上的飞行载荷作出反应并影响桨叶俯仰角的变化所需的力。致动器34的主要部件为圆顶31、致动器活塞33、轭轴35和轭板41。圆顶31为压力容器，其包含大俯仰液压压力P_C和小俯仰液压压力P_F。大俯仰压力和小俯仰压力之间的压差作用在致动器活塞33上，以产生改变螺旋桨桨叶12的桨叶俯仰所需的力。致动器活塞33附接到轭轴35，并且随着通过螺旋桨控制系统10将液压压力计量到致动器活塞33的大俯仰侧和小俯仰侧，该致动器活塞随轭轴35一起前后平移。轭板41附接到轭轴35。在替代实施方案中，可存在多于一个轭板41。轭板41允许致动器34接合螺旋桨桨叶12的耳轴销43。每个螺旋桨桨叶12均具有耳轴销43，该耳轴销将螺旋桨桨叶12连接到轭板41。耳轴销43在桨叶基部12A处可操作地连接到螺旋桨桨叶12。耳轴销43可与桨叶基部12A成整体、可被机加工为桨叶基部12A的一部分，或者可在制造期间将耳轴销压入桨叶基部12A中。耳轴销43在桨叶基部12A上是偏移的（即，不以中心点88为中心，见图2），如图2所示。由于耳轴销43相对于螺旋桨桨叶12的桨距改变轴线A偏移，因此致动器34的线性运动被转换成螺旋桨桨叶12围绕其桨距改变轴线A的旋转。桨距改变轴线A延伸穿过桨叶基部12A的中心点88。耳轴销43相对于俯仰改变轴线A偏移地可操作地连接到桨叶基部12A，如图2所示。螺旋桨桨叶12被配置为围绕桨距改变轴线A旋转以调整螺旋桨桨叶12的俯仰（即，攻角）。

致动器34不包含抗旋转臂，该抗旋转臂用于防止致动器活塞33、转移管36和轭板41相对于螺旋桨桨毂14旋转，因此致动器活塞33、转移管36和轭板41可自由旋转，并且被配置为随耳轴销42一起旋转。抗旋转臂可在美国专利5,897,293中看到，该专利据此以引用方式并入。在无抗旋转臂的情况下，随着致动器34使轭板41沿着纵向轴线C移动，转移管36可相对于螺旋桨桨毂14围绕纵向轴线C自由旋转。

转移管36被配置为通过转移管36将液压流体输送到致动器34。转移管36优选地由内管38和外管40组成。内管38优选地接收液压压力P_C以用于控制螺旋桨桨叶12的大俯仰角改变。转移管36包括纵向轴线B，该纵向轴线从转移管36的第一端42穿过转移管36的中心延伸到转移管36的第二端39。外管40与内管38同心。外管40和内管38各自以纵向轴线B为中心。外管40适于接收来自液压机械部分18的液压压力P_F以用于控制小俯仰角改变。在转移管36的第一端42处，设置有转移轴承68，以用于分别从管线L₁、L₂和L_3,3通过窗口44、46、48传输P_C和P_F。孔口48用于在压力P_M下从管线L_3,3排出流体，以使保护阀24换挡到保护位置，作为小距限动块系统28的一部分。转移管36可随螺旋桨组件一起旋转，并且在桨叶俯仰角调整期间也可随轭轴35一起前后平移。桨叶角感测系统30使用转移管36相对于螺旋桨桨毂14的旋转运动。桨叶角感测系统30被配置为响应于转移管36相对于螺旋桨桨毂14的旋转方向和旋转量值来确定供电子控件16使用的桨叶俯仰角。

桨叶角感测系统30与电子控件16电连通，以用于提供各种螺旋桨桨叶12的桨叶俯仰角的恒定更新。电子控件16使用此来自系统30的数据来确定何时激活控制阀20，以便经由对通过转移管36到达致动器34的液压流体的计量来将桨叶俯仰角朝向较高俯仰粗略地调整，或将桨叶俯仰角朝向较低俯仰精细地调整。桨叶角感测系统30包括差动旋转传感器50，该差动旋转传感器被配置为检测转移管36相对于螺旋桨桨毂14的旋转方向和旋转量值。差动旋转传感器50可包括RVDT、电位差计、旋转变压器或本领域技术人员已知的任何类似装置。差动旋转传感器50使用感测到的转移管36相对于螺旋桨桨毂14的相对旋转运动来确定桨叶俯仰角，然后将桨叶俯仰角作为致动器位置的电信号转发给电子控件16。

超速调节器32还用作机械备份系统25中的备份装置，并且与保护阀24流体连通。超速调节器优选为飞重致动的计量阀，其在被调用时调节来自保护阀24的基准压力侧的压力为P_M的液压流体的流量。如通过超速调节器32的飞重82所感测的，流率与调节器的基准速度和螺旋桨速度之间的差成比例，该飞重用于确定并发起调节器的致动。超速调节器32可包括电磁阀57，该电磁阀由来自飞机界面的电能供电，以增加用于降落瞬变的调节器基准速度。调节器的具体设计在本领域中是已知的，因此这里不再赘述。然而，超速调节器32连接到保护阀24，使得在电子控件16发生故障而导致螺旋桨桨叶12达到超速状态的情况下（诸如俯仰角太小），超速调节器32在通过飞重82感测到超速时承担控制，以用于通过沿大俯仰方向调整俯仰角来限制这种超速。也就是说，如果电子控件16中的故障导致对桨叶俯仰角的无意命令，从而达到超速，则随着保护阀24阻止来自控制阀20的流动，机械备份系统25，特别是超速调节器32，用于超控电子控件16并粗略地调整桨叶俯仰角，这通过承担通过管线L_3,1进行的压力控制来进行。因此，调节器32计量液压压力P_M，从而使保护阀24换挡，并且随着小俯仰流体压力P_F的排出，通过管线L₂将供给压力P_S作为液压压力P_C提供到致动器活塞33的大俯仰侧。来自保护阀24的压力P_M由超速调节器32通过管线L_3,1进行计量，以进行大俯仰调整，直到避免超速状态为止。因此，桨叶俯仰角通过转移管36通过致动器34进行调整。

超速调节器32的测试可在飞行之前在地面上执行。优选地在驾驶舱中设置有示意性示出的飞行员可激活开关11，用于将离散信号直接发送至电子控件16，从而使电子控件16调整桨叶俯仰角并使螺旋桨进入超速状态。因此，超速调节器32将被监测以确定其是否适当地采用了来自电子控件16的RPM控制。飞行员可激活开关11将仅在地面上可操作，并且在飞行状态期间将通过电子控件16自动停用。

二级小距限动块系统28包括计量孔口48和回缩螺线管69，当回缩螺线管69处于常开位置且最小飞行角被破坏时，它们将从控制阀20进行流量控制。与超速和超速调节器32相似，当电子控件16无法强制执行最小飞行中桨叶俯仰角时，将强制执行最小桨叶俯仰角的控制切换为二级小距限动块，即二级小距限动块系统28。以这种方式，转移管36平移到指示最小飞行角偏离的位置，从而露出转移轴承68中的二级小距限动块孔口48，以初始化二级小距限动块系统28的致动。液压压力P_M通过孔口48排出，从而在保护阀24中引起压差并随后换挡到保护位置。保护阀24的阀芯向左移向保护位置，在该位置，阻止来自控制阀20的流动。排空管线L，并将供给压力P_S计量到管线L₂，作为到致动器34的压力P_C。由此使用致动器34粗略地调整桨叶俯仰角，使其远离最小飞行角，直到桨叶到达稳态位置为止。

二级小距限动块系统28可在电子控件16的螺旋桨桨叶12在地面上解除顺桨的情况下进行测试。也就是说，为了进行测试，电子控件16将二级小距限动块系统28的螺线管69自动断电至断开位置，从而实现限动，并且命令桨叶俯仰角低于最小飞行中设定。此时，二级小距限动块系统28将超控来自电子控件16的命令，从而强制执行最小飞行中桨叶俯仰角。然后，电子控件16将利用桨叶角感测系统30来确定由二级小距限动块系统28保持的桨叶俯仰角是否是期望的最小飞行中桨叶俯仰角，从而检查二级小距限动块系统28的精度。

由于螺线管69在小距限动块系统的致动期间处于断开位置，因此电子控件16可通过使螺线管69上电闭合，从而闭合管线L_3,3和管线L₃以及保护阀24并停用二级小距限动块系统28来使螺旋桨桨叶12反转。然后，螺旋桨桨叶12可通过最小飞行桨叶俯仰角移动到反转和地面范围操作位置，而无需切断电子控件16和控制阀20并将其备份。优选地，设置有示意性示出的位于机舱中的开关49，以用于停用螺线管69。位于机舱中的开关49在飞行中会自动停用。

顺桨螺线管26是系统10的最后一个备份装置。顺桨螺线管可通过来自离散源，优选为手动超控开关的电信号激励，以用于从保护阀24的计量压力侧排出液压压力P_M，以将桨叶俯仰角迅速控制到顺桨位置。通常，顺桨通过电子控件16经由离散输入来完成。然而，如果电子控件16发生故障，飞行员可超控它，并且可通过顺桨螺线管26独立完成顺桨。以这种方式，来自管线L_3,2的计量压力P_M作为液压压力P_C从保护阀24迅速排出，从而导致保护阀24移至完全保护位置。然后，将完整的供给压力P_S作为压力P_C从保护阀24通过管线L₂施加到致动器活塞33的大俯仰侧，并且对小俯仰侧开口以通过管线L₁排出，从而产生朝向顺桨的桨叶俯仰角回转率。

该系统的附加元件包括主泵70，该主泵优选地为本领域中容易获得的正排量齿轮式泵的形式，其功能是向致动器34提供正常俯仰改变操作所需的液压动力，如本领域中已知的。还设置有辅助泵72，以用于在主泵70发生故障时备份主泵。辅助泵72优选地包括止回阀86以及泄压装置84，该止回阀用于防止来自液压机械部分18或主泵70的回流，该泄压装置用于防止产生超过泵容量的液压压力。

系统10的其他元件包括呈RVDT形式的动力杆角度测量系统74，其也减小了系统体积，该动力杆角度测量系统74的功能是向电子控件16提供指示驾驶舱中的动力杆角度的电信号。最后，一对状态杆76被设置为用于机舱中的连杆的空转点，连杆将飞机驾驶舱中的状态杆与发动机机械燃油控件（未示出）上的燃油关停杆连接。

在操作中，电子控件16为主要系统，用于通过命令控制阀20将液压压力P_C、P_F通过管线L₂和L₁引导至转移管36和致动器34来控制螺旋桨桨叶12的俯仰角。因此，在正常操作下，优选地将保护阀24对准，以使来自控制阀20的液压压力通过管线L₁和L₂从中流过。以这种方式，转移轴承68从控制阀20传输大俯仰和小俯仰液压压力P_C、P_F。在正常使用期间，桨叶角反馈感测系统30向电子控件16提供连续信息，从而不断更新螺旋桨桨叶12的桨叶俯仰角。

如果电子控件16的故障导致超速状态或其他状况（诸如测试实施和手动超控），备份系统将超控电子控件16并承担桨叶俯仰控制。在这种情况下，超速调节器32可操作为经由管线L_3,1和压力P_M的排出来将保护阀24换挡，以使致动器34接收压力P_C并调整螺旋桨桨叶12的桨叶俯仰角，以便结束超速状况。除了超速之外，如果电子控件16发生故障，导致无意中命令俯仰角低于最小飞行中俯仰角，或者出现了其他情况（诸如测试或手动超控），则导致二级小距限动块系统如上文所述超控电子控件16，并最终将桨叶俯仰角保持在最小值以上，从而通过对从保护阀24通过管线L₃, L_3,3的压力P_M进行计量来稳定螺旋桨桨叶12，以便进行大桨叶俯仰角调整。因此，通过保护阀24和管线L_3,1、L_3,3、L₃的组合，当涉及到超速调节器32或二级小距限动块系统28时，保护阀24会换挡到保护位置，从而阻止从控制阀20到转移管36和致动器34的流动。以这种方式，流过管线L_3,1、L₃、L_3,3的流动用于将压力P_C提供到致动器活塞33的大俯仰侧，而小俯仰侧压力P_F被排出。因此，通过由备份装置、调节器32和小距限动块系统28驱动的致动器34，桨叶俯仰角朝向高俯仰稳定。

如所指示，电子控件16可被机械备份系统25，特别是小距限动块系统28超控，以在飞行之前测试备份装置。电子控件16还具有在飞行之前通过微调桨叶俯仰角来在小距限动块系统28上执行其自己的测试的能力，直到激活小距限动块为止，方法是在激活小距限动块系统28时接收到来自桨叶俯仰角感测系统30的有关桨叶俯仰角的反馈，电子控件16可确定小距限动块系统是否正在以适当的桨叶俯仰角激活。

除了超速调节器32和小距限动块系统备份装置之外，可手动调用顺桨螺线管26以进行紧急顺桨，从而超控电子控件16和控制阀20。因此，在电子控件16发生故障和可能要求螺旋桨桨叶12进入顺桨的其他状况下，飞行员经由顺桨螺线管26手动超控电子控件16，以将螺旋桨桨叶12的俯仰角沿整个大俯仰方向更改为顺桨。在这种情况下，保护阀24再次移动到保护位置，由此来自控制阀20的流动被切断，从而切断电子控件16。液压压力P_M通过管线L_3,2从保护阀24排出，并且供给压力P_s通过管线L₂提供到执行器活塞33的大俯仰侧，以便进行快速高俯仰调整。当顺桨螺线管26被解除控制时，电子控件16将开始解除顺桨序列，在此期间，系统将限制桨叶俯仰角减小，直到桨叶的RPM接近所选择的调速RPM。

另外，螺旋桨控制系统10包括差动齿轮系60，该差动齿轮系可操作地连接到螺旋桨桨毂14和转移管36。在一个实施方案中，差动齿轮系60机械地连接到螺旋桨桨毂14和转移管36。应当理解，虽然差动齿轮系60在图1中示出为在窗44、46、48的前面（换句话讲，在图1中“在左边”）机械地连接到螺旋桨桨毂14和转移管36，但本文公开的实施方案可适于任何其他配置，诸如差动齿轮系60在窗44、46、48的后面（换句话讲，在图1中“在右边”）机械地连接到螺旋桨桨毂14和转移管36。螺旋桨桨毂14随螺旋桨桨叶12一起旋转。螺旋桨桨毂14可操作地连接到发动机64。发动机64被配置为使螺旋桨桨毂14和螺旋桨桨叶围绕纵向轴线C旋转。发动机64被配置为使螺旋桨桨毂14旋转，并且螺旋桨桨毂14被配置为使螺旋桨桨叶12围绕螺旋桨桨叶12的纵向轴线C旋转。螺旋桨桨叶12的纵向轴线C可相当于转移管36的纵向轴线B。发动机可为活塞发动机、燃气涡轮发动机、电动机、混合动力电动机或本领域技术人员已知的任何类似发动机。

螺旋桨桨毂14和转移管36机械地连接到差动齿轮系60。差动齿轮系60是包括第一输入端60a、第二输入端60b和差动齿轮系输出轴60c的机械装置。螺旋桨桨毂14在第一输入端60a处机械地连接到差动齿轮系60，而转移管36在第二输入端60b处机械地连接到差动齿轮系60。螺旋桨桨毂14以第一旋转速度旋转到第一输入端60a，而转移管36使第二输入端60b以第二旋转速度旋转。差动齿轮系60具有差动齿轮系输出轴60c，该差动齿轮系输出轴相对于差动齿轮系60的机械地面60d旋转。差动齿轮系输出轴以与第一旋转速度和第二旋转速度之间的差值成比例的旋转速度沿第一方向或第二方向旋转60c。如果第一输入端60a和第二输入端60b以完全相同的旋转速度（即，第一旋转速度等于第二旋转速度）旋转，则差动齿轮系输出轴60c不旋转。如果第一输入端60a的旋转速度比第二输入端60b的旋转速度快（即，第一旋转速度大于第二旋转速度），则输出轴60c可沿第一方向（例如，顺时针方向）转动。在这种情况下，如果第二输入端60b开始旋转得比第一输入端60a快（即，第一旋转速度小于第二旋转速度），则差动齿轮系输出轴60c将沿与第一方向相反的第二方向（例如，逆时针）旋转。差动齿轮系旋转传感器50可操作地连接到差动齿轮系输出轴60c，并且被配置为检测差动齿轮系输出轴60c的旋转速度。

现在参考图2，示出了螺旋桨桨叶12在巡航位置210、顺桨位置220和平桨位置230期间的不同视图，包括在280处的侧视图、在282处的俯仰改变轴线A视图以及在284处的螺旋桨桨叶12的纵向轴线C视图。

如图2所示，耳轴销43在相对于桨叶基部12A的中心点88偏移的位置43A处可操作地连接到桨叶基部12A。由于耳轴销43相对于桨距改变轴线A偏移地可操作地连接到桨叶基部12A，因此随着活塞33沿着纵向轴线A线性地移动，轭板41将围绕纵向轴线C旋转并且沿着纵向轴线A线性地移动。轭板41的旋转使转移管36旋转，并且通过连接到差动齿轮系输出轴60c的差动旋转传感器50检测到转移管36的相对旋转，然后该差动旋转传感器响应于转移管36的检测到的旋转方向和旋转量值来计算螺旋桨桨叶的桨叶俯仰角。

为了将螺旋桨桨叶12移动到巡航位置210，使活塞33沿着纵向轴线C沿向前方向240（即，前向方向）移动。随着活塞33沿向前方向240移动，由于轭板41可操作地连接到活塞33，因此轭板41也随活塞33一起沿向前方向240行进。随着轭板41沿向前方向240行进，耳轴销43被沿逆时针方向250围绕俯仰改变轴线A推动（从转移管36的基准点看螺旋桨桨叶12），因为耳轴销43可操作地连接到轭板41，但在相对于桨叶基部12A的中心点88偏移的位置43A处也可操作地连接到桨叶基部12A，该位置在距俯仰改变轴线A（即，桨叶基部12A的中心点）的所选择的距离D1。为了本文的讨论目的，巡航位置210可被认为是螺旋桨桨叶12的中性位置，因此，当螺旋桨桨叶12处于巡航位置210时，耳轴销43与俯仰改变轴线A对准（即，耳轴销既不在俯仰改变轴线A的前方也不在其后方），如图2所示。

耳轴销43围绕俯仰改变轴线A的旋转会产生转移管36围绕纵向轴线C的旋转260。可相对于螺旋桨桨叶12的俯仰改变轴线A来测量转移管36的旋转260。巡航位置210可被认为是螺旋桨桨叶12的中性位置，因此，转移管36的旋转260可相对于俯仰改变轴线A为约零（即，与俯仰改变轴线A对准）。

为了将螺旋桨桨叶12移动到顺桨位置220，使活塞33沿着纵向轴线C沿向后方向242移动。随着活塞33沿向后方向242移动，由于轭板41可操作地连接到活塞33，因此轭板41也随活塞33一起沿向后方向242行进。随着轭板41沿向后方向242行进，耳轴销43被沿逆时针方向250围绕俯仰改变轴线A推动（从转移管36的基准点看螺旋桨桨叶12），因为耳轴销43可操作地连接到轭板41，但在相对于桨叶基部12A的中心点88偏移的位置43A处也可操作地连接到桨叶基部12A，该位置距俯仰改变轴线A（即，桨叶基部12A的中心点）所选择的距离D1。当螺旋桨桨叶12处于顺桨位置220时，耳轴销43位于俯仰改变轴线A的后方，如图2所示。

耳轴销43围绕俯仰改变轴线A的旋转会产生转移管36围绕纵向轴线C的旋转260。可相对于螺旋桨桨叶12的俯仰改变轴线A来测量转移管36的旋转260。当处于顺桨位置220时，转移管36的旋转260可相对于俯仰改变轴线A成顺桨角α1。

为了将螺旋桨桨叶12移动到平桨位置230，使活塞33沿着纵向轴线C沿向前方向240移动。随着活塞33沿向前方向240移动，由于轭板41可操作地连接到活塞33，因此轭板41也随活塞33一起沿向前方向240行进。随着轭板41沿向前方向240行进，耳轴销43被沿顺时针方向252围绕俯仰改变轴线A推动（从转移管36的基准点看螺旋桨桨叶12），因为耳轴销43可操作地连接到轭板41，但在相对于桨叶基部12A的中心点88偏移的位置43A处也可操作地连接到桨叶基部12A，该位置距俯仰改变轴线A（即，桨叶基部12A的中心点）所选择的距离D1。当螺旋桨桨叶12处于平桨位置230时，耳轴销43位于俯仰改变轴线A的前方，如图2所示。

耳轴销43围绕俯仰改变轴线A的旋转会产生转移管36围绕纵向轴线C的旋转260。可相对于螺旋桨桨叶12的俯仰改变轴线A来测量转移管36的旋转260。当处于平桨位置230时，转移管36的旋转260可相对于俯仰改变轴线A成平桨角α2。

有利地，图1和图2中所示的桨叶角感测系统30允许在确定桨叶角的同时对螺旋桨桨毂14相对于发动机64的轴向运动不敏感。

现在参考图3，同时继续参考图1至图2。图3示出了根据本公开的实施方案的用于控制螺旋桨桨叶12的桨叶俯仰角的方法的方法300的流程图。在一个实施方案中，由螺旋桨控制系统10执行方法300。

在框304处，激活致动器34。致动器34可操作地连接到轭板41。在框306处，当致动器34被激活时，使用致动器34使轭板41沿着纵向轴线C平移。轭板41可操作地连接到耳轴销43。在框308处，当轭板41平移时，使用轭板41使耳轴销43围绕螺旋桨桨叶12的俯仰改变轴线A旋转。耳轴销43在相对于桨叶基部12A的中心点88偏移的位置处可操作地连接到螺旋桨桨叶12的桨叶基部12A。

在框310处，当耳轴销43旋转时，使用耳轴销43使桨叶基部12A围绕俯仰改变轴线A旋转。俯仰改变轴线A延伸穿过桨叶基部12A的中心点88并且螺旋桨桨叶12从桨叶基部12A延伸。在框312处，当桨叶基部12A旋转时，使用桨叶基部12A使螺旋桨桨叶12围绕桨距改变轴线A旋转，以调整螺旋桨桨叶12的桨叶俯仰角。在框314处，当轭板41平移时，使用轭板41使转移管36围绕螺旋桨桨叶12的纵向轴线C旋转。螺旋桨桨叶12被配置为围绕纵向轴线C旋转以产生针对螺旋桨桨叶12的推力。

方法300还可包括：桨叶角感测系统30响应于转移管36相对于螺旋桨桨毂14的旋转方向和旋转量值来确定桨叶俯仰角。方法300还可包括：差动旋转传感器50检测转移管36相对于螺旋桨桨毂14的旋转方向和旋转量值。方法300还可包括使用转移管36使差动齿轮系60旋转。差动齿轮系60机械地连接到转移管36。差动齿轮系60也机械地连接到螺旋桨桨毂14。方法300还可包括，螺旋桨桨毂14使差动齿轮系60旋转。差动齿轮系60感测螺旋桨桨毂14相对发动机64的差动旋转。方法300还可包括：转移管36将液压流体通过转移管36输送到致动器34。

方法300还可包括使差动齿轮系60的第一输入端60a以第一旋转速度旋转以及使差动齿轮系60的第二输入端60b以第二旋转速度旋转。螺旋桨桨毂14在第一输入端60a处机械地连接到差动齿轮系60，而转移管36在第二输入端60b处机械地连接到差动齿轮系60。差动齿轮系60的差动齿轮系输出轴60c以与第一旋转速度和第二旋转速度之间的差值成比例的旋转速度沿第一方向或第二方向旋转。方法300还可包括使用差动旋转传感器检测差动齿轮系输出轴60c的旋转速度。

方法300还可包括：当第一旋转速度大于第二旋转速度时，使差动齿轮系输出轴60c沿第一方向旋转。方法300还可包括：当第一旋转速度小于第二旋转速度时，使差动齿轮系输出轴60c沿第二方向旋转，第二方向与第一方向相反。方法300可还可包括当第一旋转速度等于第二旋转速度时，使差动齿轮系输出轴60c保持旋转静止。

虽然上文的描述已经按照特定顺序描述了图3的流程，但是应当理解，除非在所附权利要求中另有具体要求，否则可以改变这些步骤的顺序。

术语“约”旨在包括与基于提交申请时可用设备的特定量的测量值相关联的误差程度。

本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并且不旨在限制本公开。如本文所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式的“一个”、“一种”和“该/所述”也旨在包括复数形式。还应理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件部件和/或其群组。

虽然已经参考示例性实施方案描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可做出各种改变并可用等效物来替代其要素。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于作为预期用于实施本公开的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本公开将包括落入权利要求范围内的所有实施方案。

Claims (15)

1.一种用于控制桨叶俯仰角的螺旋桨控制系统，所述螺旋桨控制系统包括：

螺旋桨桨叶，所述螺旋桨桨叶从桨叶基部延伸，所述螺旋桨桨叶被配置为围绕纵向轴线旋转以产生针对所述螺旋桨桨叶的推力并且围绕俯仰改变轴线旋转以调整所述螺旋桨桨叶的所述桨叶俯仰角，其中所述俯仰改变轴线延伸穿过所述桨叶基部的中心点；

耳轴销，所述耳轴销在相对于所述桨叶基部的所述中心点偏移的位置处可操作地连接到所述桨叶基部；

轭板，所述轭板可操作地连接到所述耳轴销；

致动器，所述致动器被配置为使所述轭板沿着所述螺旋桨桨叶的所述纵向轴线线性地移动，以使所述耳轴销和所述螺旋桨桨叶围绕所述俯仰改变轴线旋转；以及

转移管，所述转移管可操作地连接到所述轭板，随着所述致动器使所述轭板沿着所述纵向轴线线性地移动，所述转移管可围绕所述纵向轴线自由旋转。

2.如权利要求1所述的螺旋桨控制系统，其还包括：

桨叶角感测系统，所述桨叶角感测系统被配置为响应于所述转移管相对于螺旋桨桨毂的旋转方向和旋转量值来确定所述桨叶俯仰角。

3. 如权利要求2所述的螺旋桨控制系统，其中所述桨叶角感测系统还包括：

差动旋转传感器，所述差动旋转传感器被配置为检测所述转移管相对于所述螺旋桨桨毂的所述旋转方向和所述旋转量值；或者

差动旋转传感器，所述差动旋转传感器被配置为检测所述差动齿轮系输出轴的所述旋转速度。

4.如权利要求1所述的螺旋桨控制系统，其还包括：

差动齿轮系，所述差动齿轮系机械地连接到所述转移管。

5.如权利要求4所述的螺旋桨控制系统，其还包括：

螺旋桨桨毂，其中所述差动齿轮系机械地连接到所述螺旋桨桨毂；

优选地，所述差动齿轮系还包括：

第一输入端，所述螺旋桨桨毂在所述第一输入端处机械地连接到所述差动齿轮系并且被配置为使所述第一输入端以第一旋转速度旋转；

第二输入端，所述转移管在所述第二输入端处机械地连接到所述差动齿轮系并且被配置为使所述第二输入端以第二旋转速度旋转；并且

差动齿轮系输出轴以与所述第一旋转速度和所述第二旋转速度之间的差值成比例的旋转速度沿第一方向或第二方向旋转。

6.如权利要求1所述的螺旋桨控制系统，其中所述致动器为液压致动器，并且其中所述转移管被配置为将液压流体通过所述转移管输送到所述致动器。

7.一种用于控制螺旋桨桨叶的桨叶俯仰角的方法，所述方法包括：

激活可操作地连接到轭板的致动器；

当所述致动器被激活时，使用所述致动器使所述轭板沿着纵向轴线平移，所述轭板可操作地连接到耳轴销；

当所述轭板平移时，使用所述轭板使所述耳轴销围绕所述螺旋桨桨叶的俯仰改变轴线旋转，所述耳轴销在相对于所述桨叶基部的所述中心点偏移的位置处可操作地连接到所述螺旋桨桨叶的桨叶基部；

当所述耳轴销旋转时，使用所述耳轴销使所述桨叶基部围绕所述俯仰改变轴线旋转，其中所述俯仰改变轴线延伸穿过所述桨叶基部的所述中心点并且所述螺旋桨桨叶从所述桨叶基部延伸；

当所述桨叶基部旋转时，使用所述桨叶基部使所述螺旋桨桨叶围绕所述桨距改变轴线旋转，以调整所述螺旋桨桨叶的所述桨叶俯仰角；以及

当所述轭板平移时，使用所述轭板使转移管围绕所述螺旋桨桨叶的纵向轴线旋转，所述螺旋桨桨叶被配置为围绕所述纵向轴线旋转以产生针对所述螺旋桨桨叶的推力。

8.如权利要求7所述的方法，其还包括：

使用桨叶角感测系统响应于所述转移管相对于所述螺旋桨桨毂的旋转方向和旋转量值来确定所述桨叶俯仰角；

优选地，使用差动旋转传感器检测所述转移管相对于所述螺旋桨桨毂的所述旋转方向和所述旋转量值。

9.如权利要求7所述的方法，其还包括：

使用所述转移管旋转差动齿轮系，所述差动齿轮系与所述转移管机械地连接。

10.如权利要求9所述的方法，其还包括：

使用螺旋桨桨毂旋转所述差动齿轮系，其中所述差动齿轮系机械地连接到所述螺旋桨桨毂。

11. 如权利要求10所述的方法，其还包括：

使所述差动齿轮系的第一输入端以第一旋转速度旋转，所述螺旋桨桨毂在所述第一输入端处机械地连接到所述差动齿轮系；以及

使所述差动齿轮系的第二输入端以第二旋转速度旋转，所述转移管在所述第二输入端处机械地连接到所述差动齿轮系，

其中所述差动齿轮系的差动齿轮系输出轴以与所述第一旋转速度和所述第二旋转速度之间的差值成比例的旋转速度沿第一方向或第二方向旋转。

12.如权利要求11所述的方法，其还包括：

使用差动旋转传感器检测所述差动齿轮系输出轴的所述旋转速度。

13.如权利要求11所述的方法，其还包括：

当所述第一旋转速度大于所述第二旋转速度时，使所述差动齿轮系输出轴沿第一方向旋转。

14.如权利要求13所述的方法，其还包括：

当所述第一旋转速度小于所述第二旋转速度时，使所述差动齿轮系输出轴沿第二方向旋转，所述第二方向与所述第一方向相反；

优选地，当所述第一旋转速度等于所述第二旋转速度时，使所述差动齿轮系输出轴保持旋转静止。

15.如权利要求7所述的方法，其还包括：

使用所述转移管将液压流体通过所述转移管输送到所述致动器，其中所述致动器为液压致动器。

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