DE102005042511A1

DE102005042511A1 - Trimmaktuator-Betätigungssystem für einen hydraulisch betätigbaren Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator

Info

Publication number: DE102005042511A1
Application number: DE102005042511A
Authority: DE
Inventors: Gunnar Haase
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-04-05
Also published as: DE602006013845D1; EP1922248B1; JP2009506947A; US8359851B2; RU2008113069A; CN101263050B; WO2007028597A1; US20080203234A1; CA2618671A1; EP1922248A1; JP5097115B2; RU2417923C2; CN101263050A; BRPI0615692A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trimmaktuator-Betätigungssystem mit zwei separaten hydraulischen Energieversorgungssystemen, wodurch es erstmals möglich ist, einen hydraulischen Linearaktuator als Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator in einem Flugzeug zu verwenden. Der zumindest eine hydraulische Linearaktuator ist an das erste Energieversorgungssystem angekoppelt, das diesen während eines Normalbetriebs mit hydraulischer Energie beaufschlagt. Um in einem Störfall die Druckbeaufschlagung des hydraulischen Linearaktuators sicher zu stellen, wird in einem solchen Fall die Druckbeaufschlagung des hydraulischen Linearaktuators mit Hilfe des zweiten hydraulischen Energieversorgungssystem aufrechterhalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Versorgung hydraulischer Verbraucher in einem Flugzeug mit Energie. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Stabilizer Actuator in einem Flugzeug. Fernerhin betrifft die Erfindung die Verwendung solch eines Trimmaktuator-Betätigungssystems in einem Flugzeug, um damit zumindest einen Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator zu betätigen. Üblicherweise werden in der einschlägigen Fachterminologie Linearaktuatoren, welche zur Neigungsänderung von Flugzeugflossen gegenüber der Längsausrichtung des Flugzeugrumpfes eingesetzt werden, als "Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator" (kurz THSA) bezeichnet, welche Bezeichnung auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung für derartige Lineartrimmaktuatoren verwendet wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Üblicherweise werden in ihrer Neigung gegenüber der Längsausrichtung eines Flugzeugrumpfs veränderliche Flugzeugflossen unter Verwendung von Trapezgewindespindeln oder Kugelumlaufspindeln getrimmt, d. h. in ihrer Neigung gegenüber dem Flugzeugrumpf verändert. Da an derartige Trimmaktuatoren sehr hohe Anforderungen bezüglich ihrer Zuverlässigkeit bzw. Ausfallwahrscheinlichkeit gestellt werden, müssen in aller Regel zwei Lastpfade zur Verfügung gestellt werden, was beispielsweise durch eine Doppelspindel realisiert werden kann. Alternativ hierzu ist es auch möglich, zwei Lastpfade in nur einer Spindel in Form einer integrierten Bauweise zu realisieren.

Derartige Ausbildungen von Trimmable Horizontal Stabilizer Aktuatoren in Form von Kugelumlauf- oder Trapezgewindespindeln sind jedoch aufgrund der erforderlichen Redundanz un der erforderlichen Synchronisation der einzelnen Spindeln sehr komplex. Die Anzahl der erforderlichen Bauteile ist verhältnismäßig groß, wodurch die Realisierung verhältnismäßig schwer wird. Außerdem entsteht durch die beweglichen mechanischen Bauteile solcher Spindeln Verschleiß und dadurch wiederum bedingt ein entsprechendes Spiel. Im Extremfall kann solch ein Spiel in den Spindeln auch zu unerwünschten aeroelastischen Effekten an den Flossen führen, was im letztendlich sogar zum Flattern der Flügel führen kann.

Darüber hinaus kann die sehr komplexe Bauweise dieser redundant aufgebauten Trimmable Horizontal Stabilizer Aktuatoren unter Verwendung von Spindeln zu so genannten schlafenden Fehlern führen, welche häufig nicht rechtzeitig erkannt werden. Um derartige Fehler dennoch zu erkennen, ist ein erheblicher Überwachungsaufwand erforderlich, wodurch die Trimmaktuatoren noch komplexer und schwerer werden.

Da bislang alle erdenkbaren Anstrengungen unternommen wurden, einen Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator unter Verwendung von Trapezgewinde- oder Kugelumlaufspindeln hinsichtlich seiner Ausfallwahrscheinlichkeit und seines Gewichts zu optimieren, ohne dass dies zu signifikanten Verbesserungen geführt hätte, besteht daher nach wie vor ein Bedarf nach einem Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator, welcher leichtbauend ist und die enormen Anforderungen an seine Ausfallwahrscheinlichkeit zuverlässig erfüllt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend von den zuvor beschriebenen, bekannten Trimmable Horizontal Stabilizer Aktuatoren anhaftenden Problemen, besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator anzugeben, welcher leichter bauend ist als bekannte Lösungen und welcher dennoch die enormen Anforderungen hinsichtlich der geforderten Ausfallwahrscheinlichkeit erfüllt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, erstmals einen hydraulischen Linearaktuator wie beispielsweise eine hydraulisch betätigbare Kolbenzylindereinheit als Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator zu verwenden, welcher im Folgenden abkürzend als Trimmaktuator bezeichnet wird. Da bekannte Kolbenzylindereinheiten Ausfallwahrscheinlichkeiten von etwa 1·10^–4 1/h aufweisen, kann mit einer derartigen herkömmlichen Kolbenzylindereinheit die hohe Anforderung, welche am Trimmaktuatoren gestellt wird, alleine nicht erreicht werden, welche bei 1·10^–6 1/h liegt. Da sich diese geforderte Ausfallwahrscheinlichkeit mit einer herkömmlichen Kolbenzylindereinheit nicht erzielen lässt, sah sich die Fachwelt bislang daran gehindert, derartige herkömmliche Kolbenzylindereinheiten als Trimmaktuator einzusetzen.

Es wird daher vorgeschlagen, ein Trimmaktuator-Betätigungssystem für einen hydraulisch betätigbaren Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator eines Flugzeugs zur Verfügung zu stellen, welches zumindest einen hydraulischen Linearaktuator wie beispielsweise eine Kolbenzylindereinheit, sowie ein erstes hydraulisches Energieversorgungssystem und ein davon unabhängiges, autarkes zweites hydraulisches Energieversorgungssystem umfasst. Hierbei ist der zumindest eine hydraulische Linearaktuator derart an das erste Energieversorgungssystem angekoppelt, dass der hydraulische Linearaktuator während des Normalbetriebs von dem ersten Energieversorgungssystem mit hydraulischer Energie beaufschlagt werden kann. Normalbetrieb bedeutet hier, dass das erste Energieversorgungssystem fehlerfrei arbeitet. Andererseits ist der zumindest eine hydraulische Linearaktuator so an das zweite hydraulische Energieversorgungssystem gekoppelt, dass der Linearaktuator während eines Störbetriebs (also beispielsweise beim Ausfall des ersten Energieversorgungssystems), von dem zweiten Energieversorgungssystem mit hydraulischer Energie beaufschlagt werden kann.

Da sich die angegebene bekannte Ausfallwahrscheinlichkeit eines Linearaktuators von etwa 1·10^–4 1/h auf ein Linearaktuator mit nur einem hydraulischen Energieversorgungssystem bezieht, lässt sich durch die Vorhaltung eines autarken zweiten hydraulischen Energieversorgungssystems die Ausfallwahrscheinlichkeit auf den geforderten Zielwert von 1·10^–6 1/h und weniger herabsetzen. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Trimmaktuator-Betätigungssystem weniger komplex aufgebaut als bekannte Spindelaktuatoren, wodurch das Gewicht des Trimmaktuators deutlich reduziert werden kann. Außerdem weist ein hydraulischer Linearaktuator ein wesentlich geringeres Bauvolumen auf, als die bekannten redundant vorzuhaltenden Gewindespindeln, was im Bereich der Luft- und Raumfahrttechnik selbstverständlich jederzeit wünschenswert ist. Ein weiterer mit Hilfe des erfindungsgemäßen Trimmaktuator-Betätigungssystems erreichbarer Vorteil besteht fernerhin darin, dass sich mit einem hydraulischen Linearaktuator, wie er bei dem erfindungsgemäßen Trimmaktuator-Betätigungssystem verwendbar ist, höhere Verstellgeschwindigkeiten realisieren lassen, als mit herkömmlichen Trimmaktuatoren unter Verwendung von Gewindespindeln.

Im Falle, dass tatsächlich das erste hydraulische Energieversorgungssystem ausfallen sollte, schaltet eine Steuereinheit die hydraulische Druckbeaufschlagung des zumindest einen Linearaktuators auf das autarke zweite hydraulische Energieversorgungssystem um. Hierzu ist sowohl das erste Energieversorgungssystem als auch das zweite Energieversorgungssystem an die Steuereinheit angekoppelt, welche ausgebildet ist, um den Ausfall des ersten Energieversorgungssystems zu erkennen, um anschließend sofort das zweite hydraulische Energieversorgungssystem zu aktivieren. Während des Normalbetriebs wird somit der zumindest eine hydraulische Linearaktuator über die Steuereinheit mit hydraulischer Energie aus dem ersten Energieversorgungssystem versorgt; dahingegen wird während des Störbetriebs der zumindest eine hydraulische Linearaktuator über die Steuereinheit mit hydraulischer Energie aus dem zweiten Energieversorgungssystem versorgt.

Zwar wäre es denkbar, das erste hydraulische Energieversorgungssystem als selbständige Einheit auszubilden, jedoch bietet es sich an, das erste hydraulische Energieversorgungssystem an die ohnehin vorhandene hydraulische Hauptenergieversorgung des Flugzeugs anzukoppeln. Auf diese Weise lässt sich mit der sehr leistungsstarken Hauptenergieversorgung des Flugzeugs eine Vielzahl unterschiedlicher Trimmaktuatoren gesteuert durch die Steuereinheit mit hydraulischer Energie beaufschlagen.

Bei dem zweiten hydraulischen Energieversorgungssystem handelt es sich dahingegen um eine von der Hauptenergieversorgung des Flugzeugs vollends unabhängige hydraulische Einheit, welche über einen separaten Hydraulikflüssigkeitsbehälter und eine separate, beispielsweise elektrisch betätigbare Hydraulikpumpe verfügt. Durch diese vollständig autarke Ausbildung des zweiten hydraulischen Energieversorgungssystems kann die Ausfallwahrscheinlichkeit erheblich herabgesetzt werden, da diese nicht länger an die Ausfallwahrscheinlichkeit der Hauptenergieversorgung des Flugzeugs gekoppelt ist.

Um für die Energiezufuhr zu dem zumindest einen Linearaktuator mittels des zweiten Energieversorgungssystems keine vollständig separate Leitungsverlegung vorsehen zu müssen, kann das zweite Energieversorgungssystem an das erste Energieversorgungssystem angekoppelt sein, um auf diese Weise während eines Störbetriebs das erste Energieversorgungssystem mit hydraulischer Energie zu beaufschlagen. Auf diese Weise lässt sich zusätzliches Gewicht einsparen, was im Bereich der Luft- und Raumfahrttechnik eine stets einzuhaltende Maxime ist.

Mit dem zuvor beschriebenen Trimmaktuator-Betätigungssystem lässt sich eine erste Sicherheitsstufe dadurch erreichen, dass die Energieversorgung des zumindest einen Linearaktuators im Falle eines Ausfalls der ersten Energieversorgung über das zweite Energieversorgungssystem aufrecht erhalten wird. Um für den Fall der Fälle vorzusorgen, dass auch das zweite Energieversorgungssystem ausfallen sollte, kann eine zweite Sicherheitsstufe dadurch realisiert werden, dass der zumindest eine Linearaktuator in Form einer Kolbenzylindereinheit eine mechanische Verriegelung umfasst, welche so ausgebildet ist, dass sie bei einem Ausfall des ersten und des zweiten Energieversorgungssystems die Kolbenstange gegenüber dem Zylinder in der zuletzt vor dem Ausfall eingestellten Position festlegt.

Konstruktiv kann diese mechanische Verriegelung gemäß einer ersten Ausbildung so ausgestaltet werden, dass sie eine Vielzahl erster Formschlussmittel umfasst, welche am Außenumfang und in Längsrichtung des Zylinders in bestimmten Abständen zueinander angeordnet sind. Fernerhin umfasst die Verriegelung zumindest ein zweites Formschlussmittel, welches sich bei einer Betätigung des Linearaktuators gleichsam mit der Kolbenstange bewegt und dabei einen Abschnitt des Zylinders passiert. Die gleichsame Bewegung des zweiten Formschlussmittels mit der Kolbenstange kann dadurch erzielt werden, indem das zweite Formschlussmittel zumindest mittelbar mit der Kolbenstange in Verbindung steht. Um die Kolbenstange gegenüber dem Zylinder festzulegen, ist das zumindest eine zweite Formschlussmittel ausgebildet, um mit einem der Vielzahl erster Formschlussmittel an einer diskreten Stelle in Längsrichtung des Zylinders formschlüssig in Eingriff zu gelangen. Da das zweite Formschlussmittel wie bereits erwähnt zumindest mittelbar mit der Kolbenstange in Verbindung steht, wird durch den so erzielten Formschluss eine weitere Betätigung verhindert, sodass im Falle eines Ausfalls der Energiezufuhren zu dem Linearaktuator unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verriegelung die zuletzt eingestellte Position des Linearaktuators gehalten werden kann.

Alternativ zu dieser ersten Ausbildung der Verregelung wäre es ebenso möglich, die Verhältnisse umzukehren. In diesem Falle umfasst die Verriegelung gemäß einer alternativen zweiten Ausbildung zumindest ein erstes Formschlussmittel, welches am Außenumfang des Zylinders im Bereich des Austritts der Kolbenstange angeordnet ist. Fernerhin umfasst die Verriegelung eine Vielzahl zweiter Formschlussmittel, welche sich bei einer Betätigung des Linearaktuators gleichsam mit der Kolbenstange bewegen und dabei das erste Formschlussmittel passieren. Die gleichsame Bewegung der zweiten Formschlussmittel mit der Kolbenstange kann dadurch erzielt werden, indem die zweiten Formschlussmittel zumindest mittelbar mit der Kolbenstange in Verbindung stehen. Um die Kolbenstange gegenüber dem Zylinder festzulegen, ist das zumindest eine erste Formschlussmittel ausgebildet, um mit einem der Vielzahl zweiter Formschlussmittel formschlüssig in Eingriff zu gelangen. Da die zweiten Formschlussmittel wie bereits erwähnt zumindest mittelbar mit der Kolbenstange in Verbindung stehen, wird durch den so erzielten Formschluss eine weitere Betätigung des Linearaktuators verhindert, sodass im Falle eines Ausfalls der Energiezufuhr zu dem Linearaktuator unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verriegelung die zuletzt eingestellte Position des Linearaktuators gehalten werden kann.

Die beschriebene mechanische Verriegelung ist für alle Arten von Linearaktuatoren wie beispielsweise Hydraulik-, Pneumatik-Zylinder oder elektrisch beaufschlagte Kolbenzylindereinheiten einsetzbar, die eine zylindrische Bauform aufweisen und in verschiedenen diskreten Stellungen mechanisch sicher verriegelt werden sollen. Zwar war Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung, eine Realisierung für einen Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator anzugeben, welche es ermöglicht, Kolbenzylindereinheiten als Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator einzusetzen, jedoch lassen sich mit dieser mechanischen Verriegelung selbstverständlich auch andere Flugzeugaktuatoren wie beispielsweise Aktuatoren für Flaps, Slats oder Spoiler betätigen.

Durch die Entwicklung der hier vorgeschlagenen mechanischen Verriegelung sowie durch das redundante Energieversorgungssystem wird für Linearaktuatoren (elektrische, hydraulische oder pneumatische) ein vollständig neues Anwendungsgebiet eröffnet, wodurch der Einsatz von Kolbenzylindereinheiten als Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator ermöglicht wird. Durch die mechanische Verriegelung ist der Linearaktuator in der Lage, seine zuletzt eingestellte Position bei Ausfall der Energiezufuhr sicher zu halten, wozu er keine weitere Energie benötigt, wie dies im weiteren Verlauf noch genauer erläutert wird. Im Unterschied bekannten reibschlüssigen Verriegelungen von Kolbenzylindereinheiten ist ein mit einer erfindungsgemäßen Verriegelung ausgestatteter Linearaktuator bei entsprechender Dimensionierung der Verriegelung in der Lage, Kräfte in der Größenordnung der von dem Linearaktuator selbst aufgebrachten Stellkräfte sicher zu halten.

Da die Verriegelung im Wesentlichen im Bereich des Außenumfangs des Linearaktuators bzw. dessen Zylinders angeordnet ist, lässt sich die Verriegelung jederzeit inspizieren, warten, testen und bei Bedarf auch leicht reparieren. Da die Verriegelung bei Ausfall der beiden Energieversorgungssysteme zu dem Linearaktuator ihrerseits die Kräfte vom Zylinder auf die Kolbenstange überträgt, stellt sie einen zweiten Lastpfad dar, über welchen bei Energieausfall die Lasten des Linearaktuators sicher abgetragen werden können.

Im folgenden werden spezielle Ausgestaltungen der zuvor als erstes beschriebenen ersten Ausbildung der erfindungsgemäßem Verriegelung erläutert. Diese speziellen Ausgestaltungen lassen sich jedoch selbstverständlich in analoger Weise unter geringfügigen Anpassungen auf die zuvor als zweites beschriebene zweite Ausbildung der erfindungsgemäßem Verriegelung übertragen.

Damit das zumindest eine zweite Formschlussmittel mit einer der Vielzahl erster Formschlussmittel in Formschluss gelangen kann, ist das zumindest eine zweite Formschlussmittel ausgebildet, um entweder eine verriegelte Stellung oder alternativ dazu eine entriegelte Stellung einnehmen zu können. In der verriegelten Stellung steht das zumindest eine zweite Formschlussmittel mit einem der Vielzahl erster Formschlussmittel in Eingriff, wohingegen in der entriegelten Stellung der genannte Formschluss aufgehoben ist.

Um keine zusätzliche Energie aufbringen zu müssen, um das zumindest eine zweite Formschlussmittel in seine verriegelte Stellung zu überführen, ist das zumindest eine zweite Formschlussmittel ausgebildet, um eine Rückstellkraft zu erzeugen, welche es stets anhält, sich aus der entriegelten Stellung in die verriegelte Stellung zu bewegen. Um dieser Rückstellkraft entgegen zu wirken, damit das zumindest eine zweite Verriegelungsmittel nicht zu beliebigen Zeitpunkten seine verriegelte Stellung einnimmt, umfasst die erfindungsgemäße Verriegelung fernerhin einen Entriegelungsaktuator, welcher so ausgebildet und angeordnet ist, dass durch dessen Aktivierung das zumindest eine zweite Formschlussmittel entgegen der Rückstellkraft in seiner entriegelten Stellung gehalten wird.

Wie bereits zuvor angedeutet, wird keine zusätzliche Energie benötigt, um die Verriegelung bei einem Ausfall der beiden Energieversorgungssysteme zu dem Linearaktuator zu betätigen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Aktivierung des Entriegelungsaktuators über ein Energieversorgungssystem erfolgt, welches mit jenem gekoppelt ist, das den Linearaktuator betätigt, was zur Folge hat, dass sich bei einem Ausfall der beiden Energieversorgungssysteme des Linearaktuators das zumindest eine zweite Formschlussmittel bedingt durch die Rückstellkraft in seine verriegelte Stellung bewegt. So kann beispielsweise im Falle eines hydraulisch betätigten Linearaktuators ein ebenfalls hydraulisch betätigter Entriegelungsaktuator vorgesehen werden, wobei die Beaufschlagung der beiden Aktuatoren derart miteinander gekoppelt ist, dass bei einem Ausfall des ersten und des zweiten Energieversorgungssystems des Linearaktuators die Energiezufuhr zu dem Entriegelungsaktuator ausfällt, was zur Folge hat, dass das zumindest eine zweite Verriegelungsmittel automatisch zum Zeitpunkt des Energieausfalls seine verriegelte Stellung einnimmt, wodurch die zuletzt eingestellte Position des Linearaktuators arretiert wird.

Eine konkrete Ausgestaltung der Vielzahl erster Formschlussmittel kann beispielsweise in Form einer Vielzahl an Rillen realisiert werden, welche den Zylinder außenumfangseitig umgeben. Hierbei kann die Vielzahl an Rillen beispielsweise einstückig in den Außenumfang des Zylinders eingearbeitet sein oder in einer separaten Rohrhülse angeordnet werden, deren Innendurchmesser auf den Außendurchmesser des Zylinders so abgestimmt ist, dass sie darauf befestigt werden kann.

Wie bereits zuvor erläutert, ist das zumindest eine zweite Formschlussmittel mittelbar mit der Kolbenstange verbunden, um sich gleichsam mit diesem bewegen zu können. Diese mittelbare Verbindung kann beispielsweise über ein so genanntes Tauchrohr bewerkstelligt werden, welches an einem außerhalb des Zylinders gelegenen Ende der Kolbenstange mit dieser verbunden ist und diese durch einen Abstand beabstandet konzentrisch umgibt. Dieser Abstand ist dabei so dimensioniert, dass bei einer Betätigung des Linearaktuators der Zylinder in den Abstand eintauchen kann. Um das Tauchrohr, und somit die Kolbenstange gegenüber dem Zylinder festlegen zu können, nimmt das Tauchrohr in dem Bereich, in dem es sich mit dem Zylinder überschneidet, in seiner Innenwandung das zumindest eine zweite Formschlussmittel auf. Die Verbindung des Tauchrohrs mit dem freien Ende der Kolbenstange kann dadurch hergestellt werden, dass das Tauchrohr an einem Ende eine geschlossene Stirnwand aufweist, an der das genannte freie Ende der Kolbenstange im Innern des Tauchrohrs befestigt werden kann, wodurch in Kombination eine Art Glocke gebildet wird.

Eine einfache Ausgestaltung des zumindest einen zweiten Formschlussmittels kann derart realisiert werden, indem dieses Formschlussmittel als Federringklemme ausgebildet wird, welche so dimensioniert ist, dass sie in ihrer verriegelten Stellung formschlüssig in einer der Vielzahl an Rillen eingreift. Alternativ wäre es beispielsweise ebenfalls möglich, als zweites Formschlussmittel mehrere kleine Kolbenzylindereinheiten vorzusehen, welche außenseitig um den Zylinder angeordnet sind, und deren Kolbenstangen bei einem Energieausfall federbeaufschlagt in die Rillen des Zylinders eingreifen.

Zur Aufnahme eines als Federringklemme ausgebildeten zweiten Formschlussmittels in dem Tauchrohr kann in dem Bereich desselben, in dem es sich mit dem Zylinder überschneidet, ein Ringspalt ausgebildet sein, welcher die Federringklemme in ihrer entriegelten Stellung aufnimmt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird erstmals ein Trimmaktuator-Betätigungssystem mit zumindest einem hydraulische Linearaktuator ausgestattet, wodurch es möglich ist, dass erfindungsgemäße Trimmaktuator-Betätigungssystem wie es zuvor beschrieben wurde, in einem Flugzeug zu verwenden, um damit einen als hydraulische Kolbenzylindereinheit ausgebildeten Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator zu betätigen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, welche lediglich eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung repräsentieren. Es zeigen:
1 zeigt einen Hydraulikschaltplan, der das erfindungsgemäße Trimmaktuator-Betätigungssystem erläutert;
2 ist eine Explosionszeichnung der Verriegelung des Linearaktuators;
3a zeigt einen Längsschnitt durch eine mit der Verriegelung ausgestattete Kolbenzylindereinheit;
3b zeigt das Detail A der 3a in einer vergrößerten Darstellung; und
4 zeigt eine Querschnittsdarstellung der erfindungsgemäßen Verriegelung entlang der Linie B-B in der 3a.
In allen Figuren hinweg sind gleiche oder einander entsprechende Bauteile mit gleichen oder einander entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Figuren sind nicht maßstäblich, können jedoch qualitative Größenverhältnisse wiedergeben.
BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN
AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird zunächst unter Bezugnahme auf den Hydraulikschaltplan der 1 das erfindungsgemäße Trimmaktuator-Betätigungssystem erläutert. Das in der 1 dargestellte Trimmaktuator-Betätigungssystem umfasst einen hydraulischen Linearaktuator 6, ein erstes Energieversorgungssystem 18 und ein zweites Energieversorgungssystem 16, wobei das zweite Energieversorgungssystem 16 über eine separate elektrische Hydraulikmittelpumpe betrieben wird. Der Linearaktuator 6 besitzt eine außen liegende Verriegelung 13, welche im weiteren Verlauf dieser Figurenbeschreibung noch genauer erläutert wird, und welche als zweite Sicherheitsstufe im Falle eines Ausfalls der beiden Energieversorgungssysteme 16, 18 dient. An dieser Stelle sei nur soviel gesagt, dass mit der Verriegelung 13 ein außen liegender zweiter Lastpfad eröffnet wird, über welche die Lasten des Hydraulikzylinders bei einem Energieausfall abgetragen werden können.
Der Linearaktuator 6 wird während des Normalbetriebs über das erste Energieversorgungssystem 18 mit hydraulischer Energie in Form von hydraulischem Druck beaufschlagt, wodurch die Kolbenstange 7 des Linearaktuators 6 in Bewegung gesetzt wird. Um die Bewegungsrichtung der Kolbenstange 7 umzukehren, erfolgt die Druckbeaufschlagung des Linearaktuators 6 über ein 4/3 Wegeventil 19. Zur Überwachung etwaiger Leckageverluste umfasst die Steuereinheit 15 fernerhin ein Durchflussregelventil 20, über welches etwaige Leckagen oder Druckverluste festgestellt werden können.
Um im Falle eines Ausfalls des ersten Energieversorgungssystems 18 die Druckbeaufschlagung des Linearaktuators 6 aufrecht erhalten zu können, ist in dem hier dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispiel das zweite Energieversorgungssystem 16 an das Leitungssystem angekoppelt, über welches das erste Energieversorgungssystem 18 den Linearaktuator 16 mit hydraulischer Energie beaufschlagt. Im Falle, dass das erste Energieversorgungssystem 18 tatsächlich ausfallen sollte, wird dieser Ausfall von der Steuerungseinheit 15 registriert, welche augenblicklich die zweite Energieversorgungseinheit 16 aktiviert, wodurch die weitere Beaufschlagung des Linearaktuators 6 mit hydraulischer Energie gewährleistet werden kann.
Damit sich die beiden Energieversorgungssysteme 16, 18 nicht gegenseitig beeinflussen, sind diese über Rückschlagventile 17 hydraulisch voneinander entkoppelt.
Sollte nun auch noch das zweite Energieversorgungssystem 16 ausfallen, wird die mechanische Verriegelung 13 aktiv, welche über den zweiten Lastpfad 14 die zuletzt eingestellte Position des Linearaktuators 6 aufrechterhält. Diese mechanische Verriegelung wird nun unter Bezugnahme auf die 2–4 erläutert.
Die Verriegelung dient dazu, um die Kolbenstange 7 des Linearaktuators 6 gegenüber dem Zylinder 8 festlegen zu können. Ein derartiger Linearaktuator 6 in Form einer hydraulischen Kolbenzylindereinheit 6 ist in der 3a gut erkennbar. Hierbei setzt sich die hydraulische Kolbenzylindereinheit 6 im Wesentlichen aus einem Zylinder 8 und einer Kolbenstange 7 zusammen, welche in dem Zylinder 8 in Längsrichtung verschieblich gelagert ist. Durch eine Druckbeaufschlagung des Hohlraums des Zylinders wird die Kolbenstange 7 in bekannter Weise in Längsrichtung des Zylinders 8 verschoben. Wie der 3a und besonders gut der 3b entnommen werden kann, ist auf den Außenumfang des Zylinders 8 eine Rohrhülse 1 beispielsweise über eine Klemmung befestigt, welche außenumfangseitig mit einer Vielzahl an Rillen 9 ausgestattet ist, die über die Längsrichtung des Zylinders 8 beabstandet voneinander angeordnet sind. Obwohl in dem hier gezeigten Beispiel die Rillen 9 in einer separaten Rohrhülse 1 vorgesehen sind, ist es selbstverständlich ebenfalls möglich, die Rillen 9 direkt in den Außenumfang des Zylinders 8 einzuarbeiten.
Wie die 3b ferner zeigt, wird die Kolbenstange 7 konzentrisch von einem so genannten Tauchrohr 2 umgeben, welches am freien Ende der Kolbenstange 7 mit dieser verbunden ist. Das Tauchrohr 2 umgibt dabei die Kolbenstange 7 derart beabstandet, dass in diesen Abstand der Zylinder 8 bei einer Betätigung der Kolbenzylindereinheit 6 eintauchen kann.
Die Kolbenstange 7 ist mit dem Tauchrohr 2 über eine Stirnwand verbunden, welche das Tauchrohr 2 einseitig verschließt, und in dessen Fortsetzung ein Auge zur Anlenkung der Kolbenzylindereinheit 6 ausgebildet ist.
In dem mit der Stirnwand verschlossenen Ende des Tauchrohrs 2 ist die aktive Verriegelungseinheit 13 in Form des zumindest einen zweiten Verriegelungsmittels angeordnet. Wie am besten den 2 und 4 entnommen werden kann, ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel das zumindest eine zweite Formschlussmittel 4 als Federringklemme 4 ausgebildet, welcher in ihrer entriegelten Stellung von einem Ringspalt 10 aufgenommen wird, welcher am offenen Ende des Tauchrohrs 2 ausgebildet ist. Dieser Ringspalt 10 kann beispielsweise mit Hilfe einer Halterosette gebildet werden, die beispielsweise auf einer Aufweitung am Ende des Tauchrohrs 2 aufgeschraubt werden kann. Der Innendurchmesser der Federringklemme 4 ist dabei so abgestimmt, dass er im entspannten Zustand, also in seiner Verriegelungsstellung im Wesentlichen mit dem Innendurchmesser der Rillen 9 in der Rohrhülse 1 übereinstimmt.
Um die Kolbenzylindereinheit mit der erfindungsgemäßen Verriegelung jedoch nicht andauernd zu sperren, ist an den offenen Enden der Federringklemme 4 ein kleiner Entriegelungsaktuator 5 vorgesehen, welcher an eine Energiezufuhr angebunden ist, die mit jener gekoppelt ist, die die Kolbenzylindereinheit 6 selbst betätigt. Vorzugsweise kann dies das zweite Energieversorgungssystem 16 sein. Durch eine Betätigung des Entriegelungsaktuators 5 wird die Federringklemme 4 entgegen ihrer Rückstellkraft, welche sie stets versucht, in die verriegelte Stellung zu bewegen, in ihrer entriegelten Stellung gehalten, in welcher sie von dem Ringspalt 10 aufgenommen wird, sodass eine freie Betätigung der Kolbenzylindereinheit 6 gegeben ist.
Im Falle, dass nun einmal sowohl das erste als auch das zweite Energieversorgungssystem zur Kolbenzylindereinheit 6 ausfallen sollte, führt dies aufgrund der Kopplung der Energiezufuhr zum Entriegelungsaktuator 5 mit dem zweiten Energieversorgungssystem 16 zu der Kolbenzylindereinheit 6 dazu, dass der Entriegelungsaktuator die von der Federringklemme 4 aufgebrachte Rückstellkraft nicht mehr ausgleichen kann, was dazu führt, dass die Federringklemme 4 sich aus ihrer entriegelten Stellung in ihre verriegelte Stellung bewegt, in der sie mit einer der Rillen 9 in der Rohrhülse 1 in Eingriff gelangt, wodurch die Kolbenstange 7 gegenüber dem Zylinder 8 festgelegt ist. Die auf diese Weise hergestellte formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Augen 12 der Kolbenzylindereinheit 6 verriegelt diesen sicher und stellt als zweite Sicherheitsstufe einen zweiten Lastpfad dar.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

1: Rohrhülse
2: Tauchrohr
3: Halterosette
4: Federringklemme
5: Entriegelungsaktautor
6: Linearaktuator
7: Kolbenstange
8: Zylinder
9: Rillen
10: Ringspalt
11: Stirnwand
12: Auge
13: Verriegelung
14: zweiter Lastpfad
15: Steuereinheit
16: zweites Energieversorgungssystem
17: Rückschlagventil
18: Energieversorgungssystem
19: 4/3 Wegeventil
20: Durchflussregelventil

Claims

Trimmaktuator-Betätigungssystem für einen hydraulisch betätigbaren Trimmable Horizontal Stabilizer Aktuatore eines Flugzeugs, umfassend: – zumindest einen hydraulischen Linearaktuator (6); – ein erstes hydraulisches Energieversorgungssystem (18); und – ein autarkes zweites hydraulisches Energieversorgungssystem (16); wobei der zumindest eine hydraulische Linearaktuator (6) an das erste Energieversorgungssystem (18) angekoppelt ist, das diesen während eines Normalbetriebs mit hydraulischer Energie beaufschlagt, und wobei der zumindest eine hydraulische Linearaktuator (6) während eines Störbetriebs, bei dem das erste Energieversorgungssystem (18) zumindest teilweise ausgefallen ist, von dem zweiten Energieversorgungssystem (16) mit hydraulischer Energie beaufschlagt wird.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: – eine Steuereinheit (15), an die das erste Energieversorgungssystem (18) als auch das zweite Energieversorgungssystem (16) angekoppelt ist; wobei die Steuereinheit (15) den zumindest einen hydraulischen Linearaktuator (6) während des Normalbetriebs mit hydraulischer Energie aus dem ersten Energieversorgungssystem (18) versorgt, und wobei die Steuereinheit (15) den zumindest einen hydraulischen Linearaktuator (6) während des Störbetriebs mit hydraulischer Energie aus dem zweiten Energieversorgungssystem (16) versorgt.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 2, wobei das erste hydraulische Energieversorgungssystem (18) an eine hydraulische Hauptenergieversorgung des Flugzeugs angekoppelt ist.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 2, wobei das zweite hydraulische Energieversorgungssystem (16) von der Hauptenergieversorgung des Flugzeugs unabhängig ist und über einen separaten Hydraulikflüssigkeitsbehälter und eine separate Hydraulikpumpe verfügt.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das zweite Energieversorgungssystem (16) zur Energieversorgung des Linearaktuators (6) während des Störbetriebs das erste Energieversorgungssystem (18) mit hydraulischer Energie beaufschlagt.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Linearaktuator (6) als Kolbenzylindereinheit mit einem Kolbenstange (7) und einem Zylinder (8) ausgebildet ist, und wobei der Linearaktuator (6) eine mechanische Verriegelung (13) umfasst, welche ausgebildet ist, um bei einem Ausfall des ersten und des zweiten Energieversorgungssystems (18, 16) die Kolbenstange (7) gegenüber dem Zylinder (8) in der zuletzt vor dem Ausfall eingestellten Position festzulegen.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 6, wobei die mechanische Verriegelung eine Vielzahl erster Formschlussmittel (9), welche außenumfangseitig in einer Längsrichtung des Zylinders (8) jeweils beabstandet zueinander angeordnet sind, und zumindest ein zweites Formschlussmittel (4) aufweist, welches sich bei einer Betätigung des Linearaktuators (6) gleichsam mit der Kolbenstange (7) bewegt und dabei einen Abschnitt des Zylinders (8) passiert, wobei das zumindest eine zweite Formschlussmittel (4) mit einem der Vielzahl erster Formschlussmittel (9) an diskreten Stellen in Längsrichtung des Zylinders (6) formschlüssig in Eingriff bringbar ist, wodurch die Kolbenstange (7) gegenüber dem Zylinder (8) festgelegt wird.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 7, wobei das zumindest eine zweite Formschlussmittel (4) ausgebildet ist, um alternativ eine verriegelte Stellung, in welcher es mit einem der Vielzahl erster Formschlussmittel (9) in Eingriff steht, um einen Formschluss zu bilden, oder eine entriegelte Stellung einnehmen zu können, in welcher der genante Formschluss aufgehoben ist.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 8, wobei das zumindest eine zweite Formschlussmittel (4) ausgebildet ist, um eine Rückstellkraft zu erzeugen, welche es anhält, sich aus der entriegelte Stellung in die verriegelte Stellung zu bewegen.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 9, wobei die Verriegelung einen Entriegelungsaktautor (5) umfasst, durch dessen Aktivierung das zumindest eine zweite Formschlussmittel (4) entgegen der Rückstellkraft in seiner entriegelten Stellung gehalten wird.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 10, wobei die Aktivierung des Entriegelungsaktautors (5) über ein Energieversorgungssystem erfolgt, welches mit jenem gekoppelt ist, das den Linearaktautor (6) betätigt, sodass sich bei einem Ausfall der Energiezufuhr des Linearaktautors (6) das zumindest eine zweite Formschlussmittel (4) bedingt durch die Rückstellkraft in die verriegelte Stellung bewegt.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Vielzahl erster Formschlussmittel (9) durch eine Vielzahl an Rillen (9) gebildet wird, welche den Zylinder (8) außenumfangseitig umgeben.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 12, wobei die Vielzahl an Rillen (9) einstückig in den Außenumfang des Zylinders (8) eingearbeitet sind.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 12, wobei die Vielzahl an Rillen (9) in einer separaten Rohrhülse (1) eingearbeitet sind, deren Innendurchmesser auf den Außendurchmesser des Zylinders (8) so abgestimmt ist, dass sie darauf befestigbar ist.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 7 bis 14, wobei die Verriegelung ferner ein Tauchrohr (2) aufweist, welches an einem außerhalb des Zylinders (8) gelegenen Ende der Kolbenstange (7) mit dieser verbunden ist und diese durch einen Abstand beanstandet konzentrisch umgibt, wobei der Abstand so dimensioniert ist, das bei einer Betätigung des Linearaktuators (6) der Zylinder (8) in den Abstand eintaucht, und wobei das Tauchrohr (2) in dem Bereich, in dem es sich mit dem Zylinder (8) überschneidet, in seiner Innenwandung das zumindest eine zweite Formschlussmittel aufnimmt.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 15, wobei das Tauchrohr (2) an einem Ende eine geschlossene Stirnwand (11) aufweist, über welche die Kolbenstange (7) mit dem Tauchrohr (2) selbst zumindest mittelbar verbunden ist.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß einem der Ansprüche 12 oder 16, wobei das zumindest eine zweite Formschlussmittel (4) als Federringklemme (4) ausgebildet ist, welches in seiner verriegelten Stellung formschlüssig in einer der Vielzahl an Rillen (9) eingreift.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 17, wobei das Tauchrohr (2), in dem Bereich, in dem es sich mit dem Zylinder überschneidet, einen Ringspalt (10) ausbildet, in welchem die Federringklemme (4) aufgenommen ist.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 6, wobei die mechanische Verriegelung zumindest ein erstes Formschlussmittel, welches außenumfangseitig im Bereich des Austritts der Kolbenstange an dem Zylinders angeordnet ist, und eine Vielzahl zweiter Formschlussmittel aufweist, welche sich bei einer Betätigung des Linearaktuators gleichsam mit der Kolbenstange bewegen und dabei das erste Formschlussmittel passieren, wobei das zumindest eine erste Formschlussmittel mit einem der Vielzahl zweiter Formschlussmittel an diskreten Stellen in Längsrichtung der Kolbenstange formschlüssig in Eingriff bringbar ist, wodurch die Kolbenstange gegenüber dem Zylinder festgelegt wird.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 19, wobei das zumindest eine erste Formschlussmittel ausgebildet ist, um alternativ eine verriegelte Stellung, in welcher es mit einem der Vielzahl zweiter Formschlussmittel in Eingriff steht, um einen Formschluss zu bilden, oder eine entriegelte Stellung einnehmen zu können, in welcher der genante Formschluss aufgehoben ist.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 20, wobei das zumindest eine erste Formschlussmittel ausgebildet ist, um eine Rückstellkraft zu erzeugen, welche es anhält, sich aus der entriegelten Stellung in die verriegelte Stellung zu bewegen.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 21, wobei die Verriegelung einen Entriegelungsaktautor umfasst, durch dessen Aktivierung das zumindest eine erste Formschlussmittel entgegen der Rückstellkraft in seiner entriegelten Stellung gehalten wird.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 22, wobei die Aktivierung des Entriegelungsaktautors über eine Energiezufuhr erfolgt, welche mit jener gekoppelt ist, die den Linearaktautor betätigt, sodass sich bei einem Ausfall der Energiezufuhr des Linearaktautors das zumindest eine zweite Formschlussmittel bedingt durch die Rückstellkraft in die verriegelte Stellung bewegt.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei die Verriegelung ein Tauchrohr umfasst, welches an einem außerhalb des Zylinders gelegenen Ende der Kolbenstange mit dieser verbunden ist und diese durch einen Abstand beabstandet konzentrisch umgibt, wobei der Abstand so dimensioniert ist, dass bei einer Betätigung des Linearaktuators der Zylinder in den Abstand eintaucht.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei die Vielzahl zweiter Formschlussmittel durch eine Vielzahl an Rillen gebildet wird, welche in den Innenumfang des Tauchrohrs eingearbeitet sind.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 24 oder 25, wobei das Tauchrohr an einem Ende eine geschlossene Stirnwand aufweist, über welche die Kolbenstange mit dem Tauchrohr selbst zumindest mittelbar verbunden ist.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß Anspruch 25 oder 26, wobei das zumindest eine erste Formschlussmittel als Federringklemme ausgebildet ist, welche in ihrer verriegelten Stellung formschlüssig in eine der Vielzahl an Rillen eingreift.
Trimmaktuator-Betätigungssystem gemäß einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei der Zylinder, in dem Bereich, in dem er sich mit dem Tauchrohr überschneidet, einen Ringspalt ausbildet, in welchem die Federringklemme aufgenommen ist.
Verwendung eines Trimmaktuator-Betätigungssystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28 in einem Flugzeug, um damit zumindest einen als hydraulische Kolbenzylindereinheit ausgebildete THSA zu betätigen.