CN1620385A - 具有手动缩回能力的电子控制的可缩回的飞行器着陆灯 - Google Patents

Abstract

一种用于飞行器的电子控制的可缩回的着陆灯(100)。控制器(106)通过非接触绝对位置传感器(212)比较灯头(108)的控制位置。制动器(111)、马达(110)和灯(112)的操纵由控制单元(210)控制。制动器(111)、马达(110)和灯(112)的电源缓慢应用和停止，以减少电磁辐射和延长功放级(208)和制动器(111)的使用寿命。

Description

具有手动缩回能力的电子控制的可缩回的飞行器着陆灯

相关参考

本申请涉及发明名称为“用于可缩回飞行器着陆灯的高效固态开关和控制系统”的共同未决的申请，发明人是D.Melvin和S.Mubaslat(代理人档案号码H0002974)。

本申请要求美国临时申请No.60/339635，2000年12月12日申报的发明名称为“电子控制的可缩回的着陆灯”的权益。

技术领域

本发明涉及一种飞行器可缩回的着陆灯。尤其的，本发明特指一种具有电子位置控制和开关的飞行器可缩回的着陆灯，其具有手动灯头缩回能力。

背景技术

着陆灯安装在飞行器上，以当在滑行道和跑道上进行夜间操作时，照亮飞行器前方的区域。“可缩回的着陆灯”是遥控的，当不用时，铰链接合的灯可以收藏起来与飞行器外表面齐平，减少飞行器的空气阻力。可缩回的着陆灯的灯容纳在灯头内。灯头又铰接地装配在一个安装在机身上的支架部件上。灯头在使用的时候伸出，并由电动机驱动的非密闭的增强扭矩的传动机构来驱动缩回到一个收藏位置。电动机械的制动器将灯头固定就位。当飞行人员操纵遥控装置到“伸出”位置时，通过对制动线圈施加电力，来释放制动器。同时将电力施加到马达，导致马达的输出轴旋转，驱动传动机构。于是灯头伸出到预定位置，目的是使灯照亮飞行器前方的区域。然后停止对马达和制动器的供电，使灯头停止移动。制动器重新结合，阻止马达的输出轴旋转。传送机构放大制动器的保持力，有效保持灯头的位置，抵抗飞行器飞行时遭遇的迎面气流的力。当将遥控装置放置在“收藏”位置时，马达和制动器也是同时启动的。可是，对马达供电导致马达的输出轴向用于伸出灯头的相反的方向转动。当灯头与飞行器的外表面齐平时，再次同时停止对马达和制动器的供电，将灯头保持在收藏位置。当灯头伸出之后，灯可以依靠一个限位开关自动打开，当灯头缩回时灯自动关闭。作为可替换的方案，灯也可以通过驾驶员坐舱的开关手动控制。

现有的可缩回的着陆灯存在许多缺点。特别是，现有的可缩回的着陆灯利用机电限位开关检测灯头的位置，并且使用机电式继电器控制马达、制动器和灯。机电开关和机电继电器由于机械磨损有使用寿命限制。另外，这些开关和继电器由于在它们的电触点产生电弧而产生电磁干扰。机电开关还阻碍改变可缩回的着陆灯的工作特性的能力。为了适应不同型号飞行器的特别需求，改变工作特性是合乎需要的，比如灯头的角度，灯、制动器和马达的开关顺序。

机电开关的另外一个缺点是由于传动装置的有限分辨率限制，它们不能进行精确的位置控制。精确的位置控制是理想的，以将灯对准正确的角度。如果灯头伸出比理想角度小的一个角度，灯会聚焦得太靠近飞行器。相反的，如果灯头伸出的角度太大，灯会聚焦在飞行器前面太远的地方。这两种情况都导致飞行人员可视范围的减少。在现有的可缩回的着陆灯中，企图达到更精确的机械位置控制，需要更复杂的传动装置，并且减少了可缩回着陆灯的可靠性。随着时间的流逝，传动装置的机械磨损，结合有由于振动而产生的与底座连接的变化，都有助于变换灯伸出的角度，需要定期维护，重新将灯头调整到正确的角度。

机电开关和继电器更不利的一点在于，通过马达、制动器和灯的电流仅仅由飞行器的电力系统和导线的容量所限制。这给继电器触点、马达、制动器和灯造成了巨大的压力，导致这些部件使用寿命的降低。马达、制动器和灯的“软”启动是合乎需要的，这样可以限制电磁发射并且使这些部件的寿命达到最大程度。

可缩回的着陆灯可以安装在不只一种型号的飞行器内。可是，不同型号的飞行器的设计差别通常需要灯头设定的伸出角度的改变，以使灯适当地对特定的飞行器聚焦。这需要对位置控制限位开关进行耗费时间的手动调节，和对可缩回的着陆灯的重复循环。期望有为不同型号的飞行器预设可选择的伸出角度的装置，以此来减少安装在两种或两种以上型号的飞行器上的可缩回的着陆灯所需要的维护工作量。

现有的可缩回的着陆灯利用一个开放的齿轮箱。随着时间的过去，当灯头伸出时，暴露的元件导致齿轮箱润滑油的损失。通常使用低粘度的油脂来抵消这种损失，但是消耗齿轮箱的效率，特别是在极端的低温的条件下。

可缩回的着陆灯固有地具有一种故障模式，由此灯头不能收回。这种条件下不能调度飞行器，需要维护人员拆掉可缩回着陆灯并对其进行更换。特别是如果故障出现在维修能力有限的偏远地区，这可能导致飞行器调度的重大延迟。尽管现有的可缩回的着陆灯具有手动缩回的能力，但是释放机构是缓慢并且笨重的。

已经对遥控地结合飞行器灯有一些改进，例如由Hamilton等人提出的美国专利号6315435B1的申请。但是，Hamilton等人教导了与电阻元件接触的带有擦拭元件的电位计的使用。电位计常遭受磨损，限制了飞行器灯的使用寿命。此外，Hamilton没有教导怎样为不同型号的飞行器预先配置飞行器灯的作业范围。由于Hamilton公开的预定位置只定义了对于灯头的作业范围的限制。为了适应不同型号的飞行器而作出的作业范围的改变必须经过将灯安装到飞行器中的反复试验来实现。同样，Hamilton并没有说明如何减少电磁辐射和延长马达制动器和马达的使用寿命。在Metz等人提出的美国专利号5355131的申请中，提到了一种使用非接触位置传感器的飞行器着陆灯。然而，Metz公开的位置传感器不能适应不同型号的飞行器而重新配置作业范围，被迫反复试验调整。

需要限制浪涌电流，排除可靠性低的继电器和与可缩回的着陆灯相关联的开关。还需要提供一种更可靠的、精确、容易重新配置控制可缩回的着陆灯的灯头位置的装置。进一步还需要保护齿轮箱免受自然环境的影响。最后，需要为带有损坏的可缩回的着陆灯的飞行器提供这样一种能力，使其可以延期修理和将损坏的灯固定就位地进行调度。

发明内容

本发明涉及一种电子控制的可缩回的着陆灯。可缩回的着陆灯利用非接触的绝对位置传感器来检测灯头的位置。可缩回的着陆灯还结合了制动器、马达和灯的电子控制。一个改良的可手动缩回灯头的装置使飞行器在可缩回的着陆灯出现故障时仍然可以被调度。

特别的，本发明包括在可缩回的着陆灯和飞行器之间的隔离电噪声的滤波器。一个电源用来将飞行器所供应的电力转换为和可缩回着陆灯相容的水平。一个功放级利用带有“软切换”特性的固态开关限制当打开或者关闭制动器、马达和灯时的固态开关上的电的压力。这个软切换特性减少制动器、马达和灯的电磁辐射，并且延长这些部件的使用寿命。一个控制单元监控模式控制信号、位置控制信号和灯头的位置预置。控制单元操纵制动器、马达和灯以将灯头移动到命令的位置，保持灯头在该位置，并且根据所选择的模式打开或关闭灯。控制单元还供应制动器、马达和灯的驱动的适当的同步时间，来消除这些部件的重选的动作，由此减少电磁辐射和将飞行器电器总线所受的开关瞬态现象降至最小。

本发明包含一个电子控制的可缩回的灯，包括：固定可缩回的灯的设备；一个连接到所述固定设备上的电子马达，所述马达包括一个制动器；耦合到所述马达上的用于减速和增大扭矩的装置，所述减速和增大扭矩装置是环境密封的；一个灯头，其可移动地连接到所述固定装置上，且和所述减速设备和增大扭矩设备相连接，所述灯头包括至少一个灯；非接触装置，其用来监测所述灯头的绝对位置；至少一个固态开关，其中该固态开关缓慢地启动和关闭；一个和位置监测设备相连的控制单元，其用于监测所述灯头的位置，提供所述制动器、马达和灯的定时的启动来防止所述制动器、马达和灯的同时启动，和收藏所述灯头或者将所述灯头定位在预定角度上。

在参考下列描写、所附的权利要求书和附图的基础上，能够更好理解这些和其它的特点。

附图的简要说明

图1显示了可缩回的着陆灯；

图2是可缩回的着陆灯的电子框图；和

图3是手动缩回装置的细节。

具体实施方式

图1所示为一个可缩回的着陆灯100。一个基板或者固定装置102是机架，并且也容易将可缩回的着陆灯100固定到飞行器上。变压器104将来自飞行器的电力转换到和灯112相容的水平。控制器106监测灯头108的位置。控制器106还提供马达110、制动器111和灯112的“软启动”固态电源开关，用以延长马达110、制动器111和灯112的使用寿命，并且减少电磁辐射。另外，控制器106可以在故障状态下提供保护，例如电流过大或者温度过高的情况，马达110的停转和灯头108受阻碍。更进一步，控制器106易于简化改变灯头108的给定值，还可以添加新功能。控制器106可以任选地包括这种装置，该装置用于使灯112有规律地闪光地打开和关闭，或者使灯112从高电压到低电压，用以吸引在附近操作的其他飞行器的注意力，减少跑道侵入的风险。

一个环境密封的齿轮箱或者其他减速和增大扭矩的装置114将马达110的高速低扭矩的输出转换为低速高扭矩的旋转的机械驱动。齿轮箱114的输出和用于驱动和连接的装置相连接，该驱动和连接的装置例如是一对驱动臂116和连杆118，其提供杠杆作用以抵抗飞行器飞行时所遭遇的气流阻力移动灯头108。

在灯112和灯的护圈122之间安置有振动衰减密封垫120。振动衰减密封垫120相等地分配灯护圈122施加到灯112上的保持力，减少由于灯112的玻璃封装破裂引起的灯112损坏的风险。更进一步，振动衰减密封垫120减少由于振动对灯112的灯丝产生的机械压力，辅助延长灯112的使用寿命。

图2所示是可缩回着陆灯100的电子部分的框图。一组滤波器202和204隔断飞行器和电源206、功放级208和控制单元210之间的电子噪声，例如电磁干扰。电源206将飞行器的电能转换到和控制单元210和功放级208相容的水平。一个绝对位置传感器212感测灯头108的位置。用于控制例如控制单元210的装置提供控制功能，例如打开和关闭灯112，启动制动器111和马达110的电源，设置马达110的旋转方向，和分析灯头108的位置。功放级208为制动器111、马达110和灯112提供“软启动”电驱动，来减少在制动器111、马达110和灯112上的电的压力，并且减少来自制动器111、马达110和灯112的电磁辐射。控制单元106还监控故障情况，例如电流过大或者温度过高、马达110停转或者灯头108受阻。如果检测到故障，控制单元106会关闭功放级208直到故障清除。

当将可缩回着陆灯100安装到飞行器上时，伸出角度设定开关214为特定的飞行器设置所期望的位置。伸出角度设定开关214向控制单元210提供可选择的预定位置命令，用以定位灯头108到一个或多个预定的伸出角度，消除了耗费时间的手动为特定飞行器校准灯头108的伸出角度的步骤。伸出角度设置开关214可以利用一比特或多比特的数字逻辑，或者也可以是模拟电平例如来自于分压网络的模拟电平。如此配置用于监测伸出角度设置开关214的状态的装置，例如控制单元210，以致伸出角度设置开关214的状态代表适于灯头108的预定伸出角度。在终端接受到“伸出”命令的时候，控制单元210会将灯头108定位到通过伸出角度设定开关214的状态表示的伸出角度。

将用于监测绝对位置的非接触的装置212，例如霍尔效应旋转位置传感器，装在灯头108上，向控制单元210提供灯头108的角度伸出位置的持续信息，因此控制单元210可以通过功放级208的开关控制进行的适当同步，控制制动器111的启动、马达110的启动、马达110的旋转方向和灯112的照明。增加类型的位置编码可以有选择地使用，但是首选绝对类型的位置编码，因为绝对类型的位置编码不需要对索引位置进行周期性的校准。

可缩回的着陆灯100依靠提供给控制单元210的控制信号被控制伸出或缩回、打开和关闭灯112。当不使用可缩回的灯100时，控制灯头108到收藏位置，将电子控制信号应用到“缩回”输入终端206，这导致灯头108移动到预定的收藏位置，更适宜的是移动到气流之外以将飞行器的气动阻力最小化。为了控制灯头108伸出，将电子控制信号应用到一个“伸出”输入终端218上。为了打开灯112，将电子控制信号应用到一个“开灯”终端220上。控制单元210可以任选地将用于指示的装置提供给飞行员以指示灯头108处于伸出位置，例如输出的状态信号通过“伸出指示器”终端224。出现在终端224的输出信号有线连接到驾驶员座舱中的适当的指示装置上，例如指示灯或警告和报警电脑。通过将适当的电压源连接到“指示电源”输入终端222，将在“伸出指示器”终端224存在的电平固定到和相关联的驾驶员座舱相容的水平。

如果灯头108在故障状态不能收藏，由于操作受限不能允许调度飞行器。如图3所示，可缩回的着陆灯100可以任选地包括解脱灯头108的装置，以手动收藏灯头108克服该限制。手动缩回装置会允许飞行器在必须收藏灯头108但是不需要操作可缩回的着陆灯的条件下调度，例如白天操作。为了手动收藏灯头108，要移除一个或多个释放螺栓302。这从齿轮箱114脱离了驱动臂116，允许灯头108通过推灯头108直到灯头108和基板102齐平来转动到收藏位置。然后重新安装释放螺栓，而将灯头108保持在适当的位置，将灯头108固定到收藏位置。然后可以调度飞行器。

在操作中，着陆灯100可以被手动和自动装置中的一个启动。为了手动操作，飞行员通过驾驶舱里安装的远程控制开关控制可缩回的着陆灯100的所期望的位置。可以选择地，控制信号可以自动产生，例如从“空-地”开关感测飞行器是否在飞行。当控制器106收到控制信号，控制器106使用绝对位置编码器212比较控制位置和灯头108的实际位置。控制器106首先驱动制动器111，然后是马达110，马达110依次驱动减速和增大扭矩传输装置114，例如齿轮箱。齿轮箱114是密封的，避免暴露在自然环境下，齿轮箱114将马达110的高速低扭矩的输出转换为低速高扭矩的机械驱动力，该机械驱动力可以抵抗飞行器飞行时遭遇的迎面气流力使灯头108伸出。齿轮箱114移动通过一组连接杆108附在灯头108上的驱动臂116，致使灯头108按需要伸出或收回，直到灯头108到达正确的位置。控制器106控制灯112的电源，当灯头108处于伸出位置时打开灯112，当灯头108处于收藏位置时关闭灯112。控制器106通过限制浪涌电流来提供“软启动”打开灯112，这样能延长灯的寿命。灯头108通过使用振动衰减密封垫120来减少灯112上的机械压力，以进一步有助于增加灯112的寿命。

Claims (17)

1.一种电子控制的可缩回的灯(100)，包括：

用于固定可缩回的灯的装置(102)；

一个电动马达(110)，其连接到所述固定装置(102)，所述马达包括一个制动器(111)；

用于减速和增大扭矩的装置(114)，其连接到所述马达(110)，所述减速和增大扭矩装置(114)是环境密封的；

一个灯头(108)，其可移动地连接到所述固定装置(102)，并且与所述减速和增大扭矩装置(114)相连接，所述灯头(108)包括至少一个灯(112)；

非接触装置(212)，其用来监测所述灯头(108)的绝对位置；

至少一个固态开关(210)，其中所述的固态开关缓慢地启动和关闭；和

一个控制单元(106)，其和所述位置监测装置连接以：监测所述灯头(108)的位置；提供所述制动器(111)、马达(110)和灯(112)的定时的启动，防止所述制动器(111)、马达(110)和灯(112)同时启动；并且将所述灯头(108)定位到预定角度。

2.如权利要求1所述的电子控制的可缩回的灯(100)，还包括一个伸出角度设定开关(214)来为所述灯头(108)设定至少一个伸出定位点。

3.如权利要求2所述的电子控制的可缩回的灯(100)，还包括监测所述伸出角度设定开关的状态的装置(210)。

4.如权利要求1所述的电子控制的可缩回的灯(100)，还包括用于减速和增大扭矩的装置(114)，其包括用于驱动和连接的装置(116，118)，所述可缩回的灯(100)还包括从所述用于减速和增大扭矩的装置中脱离所述用于驱动和连接的装置(116，118)的装置(302)，用以手动收藏所述灯头(108)。

5.如权利要求1所述的电子控制的可缩回的灯(100)，其中所述灯头(108)包括一个灯护圈(122)和安置于所述灯(112)和所述灯护圈(122)之间的振动衰减密封圈(120)。

6.如权利要求1所述的电子控制的可缩回的灯(100)，其中所述控制单元(210)提供当所述灯头(108)不在收藏位置时给驾驶员提供指示的指示装置(224)。

7.如权利要求1所述的电子控制的可缩回的灯(100)，其中所述可缩回的灯(112)通过手动和自动装置(106)中的一个启动。

8.如权利要求1所述的电子控制的可缩回的灯(100)，还包括有规律地闪烁所述灯(112)来吸引注意力的装置。

9.如权利要求1所述的电子控制的可缩回的灯(100)，其中控制单元(210)还监测电流过大故障、温度过高故障、所述马达(112)停转故障和所述灯头(108)受阻，并且所述控制单元(210)关闭所述固态开关(210)直到所述故障、马达停转和阻碍不再存在。

10.一种用于提供电子控制的可缩回的灯的方法，包括：

提供用于固定可缩回的灯(100)的装置(102)；

将一个电动马达(110)安置在所述固定装置(102)上，所述马达(110)包括一个制动器(111)；

提供用以减速和增大所述马达(110)的扭矩的环境密封的装置(114)；

将一个灯头(108)可移动地连接到所述固定装置(102)上，并且连接所述灯头(108)与所述减速和增大扭矩装置(114)，所述灯头(108)包括至少一个灯(112)；

将电源提供给所述制动器(111)、马达(110)和灯(112)，以致于所述制动器(111)、马达(110)和灯(112)可以被缓慢地启动和关闭；

通过所述减速和增大扭矩的装置(114)对所述灯头(108)施加扭矩；

提供非接触装置，其用来监测所述灯头(108)的绝对位置(212)；

提供控制所述灯头的装置(106)，其作用是：监测所述灯头(108)的位置；提供所述制动器(111)、马达(110)和灯(112)的定时的启动，防止所述制动器(111)、马达(110)和灯(112)同时启动；以及

收藏所述灯头(108)或者将所述灯头(108)定位在伸出的预定角度。

11.如权利要求10所述的方法，还包括为所述灯头(108)提供至少一个伸出定位点的步骤。

12.如权利要求11所述的方法，还包括监测所述伸出定位点的步骤。

13.如权利要求10所述的方法，还包括如下的步骤：提供所述减速和增大扭矩装置(114)以及驱动和连接装置(116，118)，还提供用于脱离所述驱动和连接装置(116，118)以及所述减速和增大扭矩装置(114)的装置(302)，用以手动收藏所述灯头(108)。

14.如权利要求10所述的方法，还包括如下步骤，给所述灯头(108)增加一个灯护圈(122)，并且在所述灯(112)和所述灯护圈(122)之间放置振动衰减密封垫(120)。

15.如权利要求10所述的方法，还包括如下步骤：提供当灯头(108)不在收藏位置时向驾驶员提供指示的装置(224)。

16.如权利要求10所述的方法，还包括如下步骤：有规律地闪烁所述灯(112)以吸引注意力。

17.如权利要求10所述的方法，还包括如下步骤：监测电流过大故障、温度过高故障、所述马达(110)的停转和所述灯头(108)的受阻，并且关闭所述马达(110)、制动器(111)和灯(112)直到所述故障、马达停转和阻碍不再存在。

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