CN113291478B - 一种重力旋转活门 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种重力旋转活门，壳体为内部空腔的圆柱体，包括圆环形筒体和位于筒体上下底面的盖体，盖体内侧圆心处安装有垂直于盖体平面的固定轴，筒体上开有两个相对的通油孔，筒体上加工有两个永磁块安装孔，转子组件包括偏心转子以及导磁块，所述偏心转子为T形结构，T形两臂末端为弧面体，T形下部为配重块，偏心转子通过轴承装配到固定轴上，所述导磁块固定嵌入于弧面体上，永磁块固定于筒体的永磁块安装孔中，水平状态下导磁块与永磁块位置相对应，端盖与壳体固定连接。本发明属于航空航天技术领域，本发明具有结构简单、转动灵活、使用寿命长、实现飞机在水平飞行过程中活门开启，飞机正常供油，竖直飞行过程活门关闭，飞机截断燃料柱，实现对下游油箱保护作用。

Description

一种重力旋转活门

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，特别涉及一种重力旋转活门。

背景技术

飞机动力系统往往设置多个油箱。在飞机飞行时，需要经历姿态变化过程，姿态改变过程由于重力原因会使底部油箱承受过高压力而引起安全事故。目前，依靠重力的开启活门主要包括两类型，一类为按直线运动的重力活门，如申请号202010745170.8的《一种软油箱倒飞活门结构及安装方法》。该类型重力活门解决飞机倒飞时燃料持续供给问题。其工作在飞机翻转180°过程，不适用于水平与竖直姿态切换90°的过程。还有一类依靠重力开启的活门结构为摆片式重力活门，如申请号201911216101.1的《一种摆片式重力单向活门》，其可以实现水平与竖直姿态切换的过程，在重力作用下活门开启或关闭。但此类方案受活门两侧燃油压差影响较大，当活门关闭后，若右侧油压较高，则活门在压差作用下会打开；若左侧油压较高时，活门在压差作用下会导致依靠重力无法打开活门。因此该活门仅适用于无压差或压差确定的场合。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种重力旋转活门，解决在重力作用下，活门水平姿态开启通油，竖直姿态（旋转90°）下关闭并截断燃料供应，并在使用过程中不受燃油压差和环境扰动影响的问题。

本发明采用的技术方案是：一种重力旋转活门，包括壳体和安装在壳体内的转子组件，壳体为内部空腔的圆柱体，包括圆环形筒体和位于筒体上下底面的盖体，盖体内侧圆心处安装有垂直于盖体平面的固定轴，筒体上开有两个相对的通油孔，筒体上安装有两个永磁块，转子组件包括偏心转子以及导磁块，偏心转子为T形结构，T形两臂末端为弧面体，T形下部为配重块，偏心转子通过轴承装配到固定轴上，导磁块安装在弧面体上，水平状态下导磁块与永磁块位置相对应，弧面体和筒体内壁弧度相同并保持间隙，弧面体的弧面面积大于筒体的通油孔面积。

盖体内侧固定有限位块，以盖体圆心为原点构建盖体所在平面的平面直角坐标系，以两个通油孔圆心连线为Y轴，X轴垂直于Y轴，限位块位于第一象限或第二象限，所述限位块距离X轴和Y轴的距离为1/2H，H等于偏心转子T形两臂的厚度。

两个盖体上设有固定轴安装槽，固定轴的两端分别安装在两个盖体的固定轴安装槽中。

筒体上开设有两个永磁块安装孔，永磁块固定于筒体的永磁块安装孔中，两个永磁块安装孔对称分布在筒体上，分别落在坐标轴的X轴上。

导磁块受永磁块磁力作用。

限位块为定位杆，所述定位杆数量为两个，所述定位杆两端固定在盖体上，两个定位杆同时位于第一象限或第二象限，T型偏心转子的两臂厚度为H，其中靠近X轴的定位杆与X轴的距离为0.5H，靠近Y轴的定位杆与Y轴的距离为0.5H。

盖体上设有定位杆安装槽，定位杆两端安装在定位杆安装槽中。

壳体的筒体和一个盖体为一体式结构，形成一个圆筒，另一个盖体为圆筒的端盖，端盖焊接与圆筒的开口部。

筒体的永磁块安装孔为通孔，从筒体外侧的方向安装有防尘盖，防尘盖通过螺钉固定在筒体上。

本发明的有益效果是：

1. 本发明实现了在重力作用下，飞行器水平姿态时，活门也为水平姿态，此时开启通油，竖直姿态（旋转90°）下关闭并截断燃料供应；

2. 本发明使用轴承减小转动摩擦力，使本发明在使用过程中不受燃油压差影响；

3. 本发明利用永磁块和转子组件的导磁块来提供一组力矩，避免本发明的偏心转子在使用过程中扰动影响，如加速过程中的加速度影响（不大于重力加速度）；

4. 本发明设有定位杆，避免了转子组件作周期性的往复运动；

5.本发明中的转子组件与壳体配合为间隙配合，避免转子组件与壳体有摩擦力阻碍转子组件灵活转动。

附图说明

图1为一种重力旋转活门剖面结构示意图；

图2为转子组件结构示意图；

图3为壳体结构示意图；

图4为端盖结构示意图；

图5为水平状态时重力旋转活门剖面结构示意图；

图6为竖直状态时重力旋转活门剖面结构示意图。

附图标记：1-筒体，2-定位杆，3-转子组件，4-固定轴，5-轴承，6-永磁块，7-防尘盖，8-盖体，9-固定轴安装槽，10-定位杆安装槽，11-永磁块安装孔，31-导磁块，32-偏心转子，321-配重块，322-弧面体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种重力旋转活门。本发明中水平姿态不限于说明书附图中所表示的方向即活门水平时，燃油方向竖直流动。也可以是活门竖直时，燃油方向水平流动。水平姿态和竖直姿态是夹角为90°的两种相对的姿态，并不是图面意义上的水平和竖直。

如图1所示，本发明为一种重力旋转活门，包括筒体1、定位杆2、转子组件3、固定轴4、轴承5、永磁块6、防尘盖7、盖体8等。其中壳体内部安装转子组件3，壳体为内部空腔的圆柱体，包括圆环形筒体1和位于筒体1上下底面的盖体8，盖体8内侧圆心处安装有垂直于盖体8平面的固定轴4，转子组件3通过轴承5安装到固定轴4上，并可以在壳体内部旋转，筒体1上开有两个相对的通油孔，转子组件3不同的转动角度，影响通油孔的开启和封闭，决定油路的通断。

如图2所示，转子组件3由偏心转子32和导磁块31装配在一起形成，偏心转子32为T形结构，T形两臂的两端部为弧面体322，T形下部为配重块321，偏心转子32的T形两臂与配重块321上端相连接处为轴承安装孔。导磁块31安装在偏心转子32的弧面体322中心处，焊接或者嵌入弧面体322。

如图3所示，筒体1两侧设有永磁块安装孔11，永磁块6安装至永磁块安装孔11内，并使用螺钉将防尘盖7固定在筒体1外侧。永磁块6安装在筒体1两侧，可以在水平姿态时，使转子组件3的导磁块31受到磁力作用，将导磁块31吸引到与永磁块6位置最近处。在受到一定扰动影响（扰动作用小于重力加速度）时，两侧永磁块6提供的一对磁力矩，将转子组件3的转动限制较小的幅度内，不会发生大幅度转动，不会遮挡通油孔，使供油不受影响。本发明中的永磁块6还可以安装到筒体1外壁，或者嵌入筒体内壁，只要对转子组件3提供磁力即可。

如图1、图3所示，筒体1上的两个通油孔对称分布在筒体上，飞行器水平姿态时，两个通油孔无遮挡，为通畅状态。弧面体322的弧面面积大于筒体1的通油孔面积，弧面体322和筒体1内壁弧度相同并保持间隙，当飞行器姿态改变后，由于偏心转子32的下端的配重块321为重量较大的金属块，受配重块321重力影响，转子组件挣脱磁力作用，发生转动。当两个弧面体322转动到通油孔处时，能完全挡住两个通油孔阻止燃油流动，弧面体322完全覆盖通油孔。本发明中的转子组件3中的偏心转子32形状不受发明中形状限制，只要实现重心偏移回转中心即可，例如配重块321可呈椭球型。因为当偏心转子32的重心与其回转中心不一致时，由水平姿态转变到竖直姿态过程中提供的转动力矩，使转子组件3偏转90°，实现截断燃料供应的作用。

如图3和图4所示，壳体为内部空腔的圆柱体，包括圆环形筒体1和位于筒体上下底面的盖体8，盖体8内侧圆心处安装有垂直于盖体8平面的固定轴4，筒体1上开有两个相对的通油孔，筒体1上加工有两个永磁块安装孔11，盖体8设有固定轴安装槽9，固定轴安装槽9为圆环体，焊接固定于盖体8底面圆心处，固定轴安装槽9的内径等于固定轴4直径。

为加工方便考虑，筒体1和其中一个盖体8为一体式结构，一体铸造成型并加工为圆筒状，另一个盖体8单独加工为一个端盖，最后将端盖焊接在圆筒上。壳体也可以由三部分焊接而成，两个盖体8为两层圆柱阶梯面，直径较大的圆柱面为盖体外侧，直径较小的圆柱面为盖体内侧。直径较大的圆柱面直径与筒体1外壁直径相同，直径较小的圆柱面直径与筒体1内壁直径相同，使得盖体8能够扣在套筒1上下底上。当内部零件装配完毕后，筒体1与盖体8焊接形成活门壳体，与外界形成可靠密封。

盖体8上还安装有圆环体的定位杆安装槽10，具体为焊接固定在盖体8内侧平面，定位杆安装槽10的内径等于定位杆2直径。以盖体8圆心为原点构建盖体8所在平面的平面直角坐标系，以两个通油孔圆心连线为Y轴，X轴垂直于Y轴，如图1所示，图中竖直方向为Y轴，正方向朝上，图中水平方向为X轴，正方向朝右。定位杆2数量为两个，且两个定位杆2同时位于第一象限或第二象限，设定T型偏心转子32的两臂厚度为H，那么其中一个定位杆2与该象限的X轴的距离为0.5H，另一个定位杆2与该象限的Y轴的距离为0.5H 。定位杆安装槽10的位置与定位杆2位置相同，用于将定位杆2插入到定位杆安装槽10中固定，定位杆2垂直于盖体8平面。

两个定位杆2的作用是为了防止发生转动的转子组件3发生往复摆动，将其限制在弧面体322完全堵塞通油孔的位置。如图5所示为本发明的水平姿态的安装方式。在由水平姿态转变到竖直状态的过程中，转子组件3受到重力作用，使转子组件3偏转90°，并在定位杆2的作用下固定在转子组件3偏转90°的位置，实现截断燃料供应的作用。

两个定位杆2起到的限位作用也可以采用其它方式实现，例如一个定位块，定位块整体位于第一象限或第二象限，定位块的两端分别延伸到上述两个定位杆2的位置。另一实施方式，每个定位杆为一个安装在盖体上的凸起块，而并非贯穿壳体的杆。这些方式都可以实现对转子组件3的限位，从保持油路通畅和结构稳定方面考虑，采用两个定位杆2的实施方式为最佳实施方式。

假设偏心转子32的弧面体322可以作到面积更大，即使转子组件在竖直姿态时，往复摆动一定微小的角度，依然能够完全堵塞通油孔，那么定位杆2的安装位置所允许的误差就可以更大一些，只要限制T型偏心转子32的双臂进入定位杆2所在象限即可，偏心转子32不发生超过90°的转动，就可以正常、灵敏的感知水平、竖直姿态的变化，并转动控制油路变化。

装配活门时，首先将转子组件3、轴承5、固定轴4装配在一起后将固定轴4安装在固定轴安装槽9内，将定位杆2安装在定位杆安装槽10内，然后将筒体1与盖体8焊接，然后将永磁块6安装至永磁块安装孔11内，并使用螺钉将防尘盖7固定在筒体1的永磁块安装孔11外侧。

综上所述，当飞机在水平飞行过程中，此时呈水平姿态，活门开启，飞机正常供油，当姿态改变为竖直飞行过程时，例如飞机失控，垂直下坠，偏心转子32的配重块321处于不平衡位置，此时转子组件3在重力力矩的作用下会发生转动，即向如图6左图所示下方位置绕固定轴4顺时针转动90°并在定位杆2的作用下固定在该位置，即如图6右图所示的平衡位置。此时，偏心转子32的弧面体322挡住了筒体1两侧的通油孔，活门关闭，飞机截断燃料柱，实现对下游油箱保护作用。并且本发明在使用过程中不受燃油压差和环境扰动（小于重力加速度）的影响。在重力作用下，活门水平姿态开启通油，竖直姿态（旋转90°）下关闭并截断燃料供应。当恢复水平姿态时，初始状态时偏心转子32的配重块321处于不平衡位置，在不平衡位置时转子组件3在重力力矩的作用下会恢复至平衡位置重新开启活门。

Claims (8)

1.一种重力旋转活门，其特征在于：包括壳体和安装在壳体内的转子组件，壳体为内部空腔的圆柱体，包括圆环形筒体和位于筒体上下底面的两个盖体，盖体内侧圆心处安装有垂直于盖体平面的固定轴，固定轴与筒体同轴，筒体的筒壁上开有两个通油孔，相对的，筒体的筒壁上安装有两个永磁块；转子组件包括偏心转子以及导磁块，偏心转子为T形结构，T形两臂末端为弧面体，T形下部为配重块，T形两臂的中心为偏心转子的回转中心，偏心转子的回转中心套装在固定轴上，导磁块安装在弧面体上；水平状态下导磁块与永磁块位置相对应，弧面体和筒体内壁弧度相同并保持间隙，弧面体的弧面面积大于筒体的通油孔面积，所述盖体内侧固定有限位块，以盖体圆心为原点构建盖体所在平面的平面直角坐标系，以两个通油孔圆心连线为Y轴，X轴垂直于Y轴，限位块位于第一象限或第二象限，所述限位块距离X轴和Y轴的距离为1/2H，H等于偏心转子T形两臂的厚度，所述筒体上开设有两个永磁块安装孔，永磁块固定于筒体的永磁块安装孔中，两个永磁块安装孔对称分布在筒体上，分别落在坐标轴的X轴上。

2.根据权利要求1所述的一种重力旋转活门，其特征在于：所述两个盖体上设有固定轴安装槽，固定轴的两端分别安装在两个盖体的固定轴安装槽中。

3.根据权利要求1所述的一种重力旋转活门，其特征在于：偏心转子的回转中心处加工有通孔，通孔和固定轴之间安装有轴承。

4.根据权利要求1所述的一种重力旋转活门，其特征在于：所述导磁块受永磁块磁力作用。

5.根据权利要求1所述的一种重力旋转活门，其特征在于：所述限位块为定位杆，所述定位杆数量为两个，所述定位杆两端固定在盖体上，两个定位杆同时位于第一象限或第二象限，其中靠近X轴的定位杆与X轴的距离为0.5H，靠近Y轴的定位杆与Y轴的距离为0.5H。

6.根据权利要求5所述的一种重力旋转活门，其特征在于：所述盖体上设有定位杆安装槽，定位杆两端安装在定位杆安装槽中。

7.根据权利要求1所述的一种重力旋转活门，其特征在于：所述壳体的筒体和一个盖体为一体式结构，形成一个圆筒，另一个盖体为圆筒的端盖，端盖焊接于圆筒开口的一端，形成封闭的圆柱。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的一种重力旋转活门，其特征在于：所述筒体的永磁块安装孔为通孔，永磁块安装孔处从筒体外侧的方向安装有防尘盖，防尘盖通过螺钉固定在筒体上。