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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Offenlegung betrifft allgemein Dämpfer zum Verringern des Flatterns in einem Flugzeugfahrwerk. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenlegung einen kompakten Flatterdämpfer für ein Flugzeugfahrwerk, der bei einem elektrisch betriebenen Flugzeugfahrwerk-Lenksystem verwendet werden kann.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Mechanische Dämpfer sind bekannt und werden üblicherweise für viele Anwendungen eingesetzt. Jedoch neigt der in die meisten Flugzeuge eingebaute einseitig gelagerte Fahrwerkstyp während des Rollens bei Start und Landung zu Flatterschwingungen. Diese Schwingungen ergeben sich aus einer Kombination von Seiten- und Längskräften, die auf die Kontaktfläche der Reifen auf einer Start- und Landebahnoberfläche einwirken und können durch verschiedene Ursachen haben, wie z. B. dass einer oder mehrere Reifen Unwucht aufweisen, und durch Zusammenstöße mit Gegenständen, übermäßiges Spiel in Lagern/Verbindungsstellen usw. ausgelöst werden.
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In herkömmlichen Flugzeugsystemen werden die Flatterschwingungen normalerweise mittels Steuerblenden in hydraulisch betriebenen Stellern gedämpft, die zum Erzeugen von Lenkbewegungen in das Fahrwerk verwendet werden. Alternativ können getrennte spezielle hydraulische Flatterdämpfer oder Dämpfungssysteme außerhalb der Hauptfahrwerkstruktur vorgesehen sein.
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Jedoch bedeutet der zunehmende Einsatz von elektrisch betätigten Flugzeugen unter Anwendung einer elektrischen Betätigung für Lenksysteme, dass eine derartige Lösung nicht mehr optimal ist. Zusätzlich würde, da Dämpfer weiter funktionieren müssen, wenn die elektrische Stromversorgung verloren geht, die Nutzung vollständig strombetriebener aktiver Dämpfungssysteme wahrscheinlich nicht die strikten Luftfahrtzertifizierungsanforderungen erfüllen.
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Trotzdem leiden, obwohl verschiedene passive Flatterdämpfer für Flugzeuglenksysteme bekannt sind, diese unter verschiedenen Nachteilen, wie z. B., dass sie mechanisch komplex oder schwer sein können, eine niedrige Betriebslebensdauer haben und/oder inhärent ungeeignet zur Verwendung in etwas anderem als einem Leichtflugzeug sind.
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Kurzzusammenfassung der Erfindung
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Angesichts des Vorstehenden wird ein Flatterdämpfer für ein Flugzeugfahrwerk bereitgestellt, wobei der Flatterdämpfer aufweist: ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse vorgesehenen Rotor mit einem Dämpfungsflügel, und erste und zweite Fluidkammern, die über eine Steuerblende verbunden und voneinander durch den Dämpfungsflügel getrennt sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine lenkbarere Fahrwerksradantriebseinheit für ein Flugzeug bereitgestellt, das einen Flatterdämpfer aufweist, wobei der Flatterdämpfer aufweist: ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse vorgesehenen Rotor mit einem Dämpfungsflügel, und erste und zweite Fluidkammern, die über eine Steuerblende verbunden und voneinander durch den Dämpfungsflügel getrennt sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Einbau eines Flatterdämpfers in ein Flugzeugfahrwerk bereitgestellt, wobei der Flatterdämpfer aufweist: ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse vorgesehenen Rotor mit einem Dämpfungsflügel, sowie erste und zweite Fluidkammern, die über eine Steuerblende verbunden und voneinander durch den Dämpfungsflügel getrennt sind.
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Weitere Aspekte, Vorteile und Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
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Ein Vorteil von verschiedenen Aspekten und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Entfernung oder Reduzierung verschiedener hydraulischer Systeme und Komponenten mit einer zugeordneten Gewichtsreduzierung und Verbesserung der Betriebssicherheit zu ermöglichen.
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Kurzbeschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
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Eine vollständige und grundlegende Offenlegung der vorliegenden Offenlegung einschließlich ihrer besten Ausführungsart für den Fachmann wird nachstehend in dem Rest der Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 einen vertikalen Querschnitt durch ein Flugzeugfahrwerkfederbein gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 einen horizontalen Querschnitt durch einen Flatterdämpfer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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3 einen vertikalen Querschnitt durch einen Flatterdämpfer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Es wird nun im Detail Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung genommen, wovon ein oder oder mehrere Beispiele in jeder Figur dargestellt sind. Jedes Beispiel wird im Rahmen einer Erläuterung der Erfindung und nicht einer Einschränkung der Erfindung bereitgestellt. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte und beschriebene Merkmale bei einer weiteren Ausführungsform genutzt werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Somit soll die vorliegende Offenlegung derartige Modifikationen und Varianten abdecken.
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1 stellt ein Flugzeugfahrwerkfederbein 120 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Das Fahrwerkfederbein 120 weist einen Federbeinkolben 10 auf, der verschiebbar in einem Federbeinschenkel 30 montiert ist. Der Federbeinkolben 10 kann mit einem (nicht dargestellten) Flugzeugrumpf über eine Verbinderanordnung 12 verbunden sein. Ein (nicht dargestellter) Fahrwerkantrieb kann mit dem Federbeinschenkel 30 verbunden sein. In verschiedenen Ausführungsformen können der Federbeinkolben 10 und der Federbeinschenkel 30 in Bezug zueinander gedreht werden, um einen lenkbaren Fahrgestellantrieb bereitzustellen. Eine derartige Lenkung kann beispielsweise unter Verwendung eines motorbetätigten elektrisch angetriebenen Systems bereitgestellt werden.
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Der Federbeinkolben 10 enthält eine Kolbenkammer 14. Die Kolbenkammer 14 kann mit inertem Gas gefüllt, wie z. B. Stickstoff (N2) sein. Der Federbeinschenkel 30 hat einen axial zentralen Gleitlagerträger 112 mit einem oberen sechseckig geformten Führungswellenabschnitt 116, obwohl auch verschiedene andere nicht runde Formen verwendet werden können. Zwischen dem Gleitlagerträger 112 und einer Innenwand 42 des Federbeinschenkels 30 ist eine Hydraulikfluidkammer 32 definiert. Hydraulikfluid 40 ist in dem Fahrwerkfederbein 120 eingeschlossen und füllt im Einsatz die Hydraulikfluidkammer 32.
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Im Einsatz ist das Fahrwerkfederbein 120 zum Boden hin ausgerichtet, wenn sich der Fahrwerkantrieb in seiner unteren und verriegelten Betriebsposition befindet. Das Hydraulikfluid 40 sammelt sich somit in der Hydraulikfluidkammer 32, während sich das Füllgas in einem oberen Abschnitt der Kolbenkammer 14 unmittelbar an der Verbinderanordnung 12 sammelt. Radial in Abstand angeordnete erste und zweite Kanäle 16, 18 sind in einem unteren Abschnitt des Fahrwerkkolbens 10 vorgesehen, um einen Fluss des Hydraulikfluids 40 zwischen der Hydraulikfluidkammer 32 und der Kolbenkammer 14 zu ermöglichen. Der erste Kanal 16 stellt einen variablen Querschnitt in Abhängigkeit von der Position einer nicht dargestellten Betätigungswelle mit variablem Durchmesser dar, die dadurch verläuft, um so eine erhöhte Dämpfung in der Nähe der Außenenden des Dämpfungsweges bereitzustellen. Der zweite Kanal 18 hat eine feste Querschnittsfläche. Der Fluidstrom zwischen der Hydraulikfluidkammer 32 und der Kolbenkammer 14 stellte eine Längsdämpfungswirkung bereit, wenn das Fahrwerkfederbein 120 in einer axialen Richtung zusammengedrückt wird.
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Die Innenwand 42 des Federbeins 30 und der untere Abschnitt des Federkolbens 10 sind so geformt, dass sie zum Erzeugen von Anschlagpositionen zusammenwirken, wenn sich der Federbeinkolben 10 in einer oberen voll ausgefahrenen Position 36 und einer unteren voll zusammengedrückten Position 38 befindet. Die Anschlagpositionen ermöglichen dem Fahrwerkfederbein 120 zwischen diesen zwei Extrempositionen 36, 38 zu arbeiten und eine Beschädigung daran entweder durch zu weites Ausfahren oder weites Zusammendrücken zu verhindern.
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Ein Flatterdämpfer 100 ist ebenfalls in dem Fahrwerkfederbein 120 vorgesehen. Ein Gehäuse des Flatterdämpfers 100 ist an dem unteren Abschnitt des Federbeinkolbens 10 in der Nähe der ersten und zweiten Kanäle 16, 18 befestigt. Zusätzlich ist der Flatterdämpfer 100 koaxial in einer Keilverbindung um den Führungswellenabschnitt 116 dergestalt angeordnet, dass er sich in der Längsaxialrichtung mit dem Federbeinkolben 10 frei bewegen kann, aber auch so, dass jede Relativdrehbewegung zwischen dem Federbeinschenkel 30 und dem Federbeinkolben 10 im Führungswellenabschnitt 18 veranlasst, den Flatterdämpfer 100 anzutreiben.
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In der dargestellten Ausführungsform ist das Fahrwerkfederbein 120 eine versiegelte Einheit und der Flatterdämpfer 100 füllt sich mit Hydraulikfluid 40 aus der Hydraulikfluidkammer 32 des Fahrwerkfederbeins 120. Somit sind keine getrennten oder externen Hydraulikfluidversorgungen für den Betrieb des Flatterdämpfers 100 erforderlich.
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2 stellt einen horizontalen Querschnitt durch den Flatterdämpfer 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Der Flatterdämpfer 100 ist für den Einsatz in einem Flugzeugfahrwerk gedacht. Beispielsweise kann der Flatterdämpfer 100 in dem in 1 dargestellten Fahrwerkfederbein 120 verwendet werden. Ein derartiger Flatterdämpfer 100 ist sowohl kompakt als auch betriebssicher.
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Der Flatterdämpfer 100 weist ein Gehäuse 108, einen in dem Gehäuse 108 vorgesehenen Rotor 102 mit einem Dämpfungsflügel 104, und erste und zweite Fluidkammern 124, 126 auf, die über eine Steueröffnung 110 verbunden sind. Die ersten und zweiten Fluidkammern 124, 126 sind auch voneinander durch den Dämpfungsflügel 104 getrennt und können mit Hydraulikfluid 40 gefüllt sein. Die Dämpfungsflügel 104 ist bevorzugt mit einer Dichtungsnut 106 und einer in der Dichtungsnut 106 vorgesehenen Elastomerdichtung versehen, um zum Trennen der ersten und zweiten Fluidkammern 124, 126 beizutragen. Eine auf dem Rotor 102 lagernde Rotordichtung 122 ist ebenfalls angrenzend an die Steueröffnung 110 in dem Gehäuse 108 vorgesehen.
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Das Hydraulikfluid 40 kann in einem Flugzeugfahrwerkfederbein 120 vorgesehen sein, oder könnte von einem getrennten flatterdämpferspezifischen Reservoir bereitgestellt werden. Dort wo eine herkömmliche Federbeinhydraulikfluidversorgung verwendet wird, bieten verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Vorteile, dass keine getrennte Hydraulikfluidversorgung und deren zugeordneten Reservoirs, Rohre usw. benötigt werden, wodurch sich daraus ergebende Gewichts- und Zuverlässigkeitsverbesserungen erzielt werden.
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In der dargestellten Ausführungsform werden diametral gegenüberliegende Abschnitte des Rotors 102 verwendet, um einen Teil entsprechender erster und zweiter Fluidkammern 124, 126 dergestalt auszubilden, dass das Hydraulikfluid 40 zwischen dem Gehäuse 108, dem Rotor 102 und dem Dämpfungsflügel 104 in zwei Fluidkammern aufgenommen wird. Jedoch wäre sich der Fachmann bewusst, dass verlängerte Abschnitte des Gehäuses 108 ebenfalls dazu genutzt werden können, derartige Fluidkammern teilweise zu definieren.
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Die Steueröffnung 110 hat einen mit einem Hydraulikfluidreservoir verbundenen ersten Kanal 112 und einen zweiten Kanal 113. Beispielsweise kann, wie es in 2 grob skizziert dargestellt ist, ein derartiges Hydraulikfluidreservoir durch eine Hydraulikfluidkammer 32 bereitgestellt werden, die wenigstens teilweise durch die Innenwand (42) eines Federbeinschenkels definiert wird.
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Der erste Kanal 111 und der zweite Kanal 113 sind ferner mit der ersten Fluidkammer 124 über einen ersten Einweg-Durchflussbegrenzer 115 und mit der zweiten Fluidkammer über einen zweiten Einweg-Durchflussbegrenzer 117 verbunden. Derartige Einweg-Durchflussbegrenzer 115, 117 können unter Verwendung standardmäßiger herkömmlicher Rückschlagventile bereitgestellt werden, und diese bewirken eine Selbstfüllung des Flatterdämpfers 100, sobald er eingebaut ist. Dieses ist vorteilhaft, da es Herstellung, Transport und Einbau eines derartigen Flatterdämpfers 100 erleichtert.
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Der erste Kanal 111, der zweite Kanal 113 und die ersten und zweiten Einweg-Durchflussbegrenzer 115, 117 definieren zusammen einen im Wesentlichen X-förmigen Kanal, durch welchen Hydraulikfluid 40 aus der ersten Fluidkammer 124 durch den Kanal und in die zweite Fluidkammer 126 und umgekehrt strömen kann. Der Durchmesser des Kanals dieser Ausführungsform ist festgelegt. Jedoch kann in verschiedenen alternativen Ausführungsformen ein Kanal mit variablem Durchmesser beispielsweise unter Verwendung eines Servoventils vorgesehen werden. Dieses ermöglicht die Optimierung des Dämpfungsverhaltens über einen weiten Bereich von Eingangsparametern, während gleichzeitig eine ausreichende Steuerung im Falle eines Gsamtstromausfalls aufrechterhalten bleibt.
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In dem Rotor 102 ist konzentrisch eine Gleitlagerschnittstelle 114 montiert, welche einen Teil eines Gleitlagers 118 bildet. Die Gleitlagerschnittstelle 114 kann als eine getrennte Komponente vorgesehen sein, oder kann in einem Stück mit dem Rotor 102 ausgebildet sein. Die Gleitlagerschnittstelle 114 hat eine sechseckig geformte Bohrung, in welcher ein sechseckig geformter Führungswellenabschnitt 116 vorgesehen sein kann. Die zusammenwirkenden sechseckigen Formen tragen zur Verhinderung eines Gleitvorgangs zwischen dem Rotor 102, an welchem die Gleitlagerschnittstelle 114 befestigt ist, und jedem in der Bohrung vorgesehenen Führungswellenabschnitt 116 bei. Alle Flatterschwingungen auf dem Führungswellenabschnitt 116 werden durch das Gleitlager 118 auch auf dem Flatterdämpfer übertragen.
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3 stellt einen vertikalen Querschnitt durch den Flatterdämpfer 100 von 2 entlang der Linie A-A dar. Man beachte, dass der Flatterdämpfer 100 in Bezug auf 1 in einer umgekehrten Position dargestellt ist.
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Der Rotor 102 (welcher beispielsweise aus einem Aluminium/Bronze-Legierungsmaterial bestehen kann) ist in einen in dem Gehäuse 108 ausgebildeten Hohlraum 140 eingesetzt. Ein unterer Abschnitt des Rotors 102 ist mit einer ersten ringförmigen Rotationsdichtung 130 versehen, die eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse 108 bildet.
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Ein ringförmiger Gehäusekopplungsflansch 142 ist vorgesehen, um den Rotor 102 in der Kammer 140 zu halten. Der Gehäusekopplungsflansch 142 ist an dem Gehäuse 108 unter Verwendung von Schrauben 134, 138 befestigt. Obwohl nur zwei derartige Schrauben 134, 138 dargestellt sind, wird der Fachmann erkennen, dass mehrere derartige Schrauben verwendet werden können. Der Gehäusekopplungsflansch 142 ist mit einer ringförmigen statischen Dichtung 128 um seinen Halsabschnitt herum versehen. Die statische Dichtung 128 stellt einen fluiddichten Abschluss zwischen dem Gehäusekopplungsflansch 142 und einem oberen Abschnitt des Gehäuses 108 bereit.
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Ein oberer Abschnitt des Rotors 102 ist mit einer zweiten ringförmigen Rotationsdichtung 132 versehen, die einen fluiddichten Abschluss zwischen dem Rotor 102 und dem Gehäusekopplungsflansch 142 ausbildet. Die ersten und zweiten Fluidkammern 124, 126 sind somit von der Kammer 140 isoliert, um einen Hydraulikfluidaustritt zu verhindern.
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Ein Gleitlager 118 ist zwischen der Gleitlagerschnittstelle 114 und einem Führungswellenabschnitt 116, wenn dieser darin eingeführt ist, ausgebildet. Der Führungswellenabschnitt 116 ist dadurch in der Lage, sich frei in dem Hohlraum 140 in Bezug auf den Flatterdämpfer 100 in einer Längsrichtung 150 zu bewegen.
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Dieses ermöglicht, dass sich gleitende Fahrwerksteile in Bezug auf den Flatterdämpfer 100 im Wesentlichen unbegrenzt in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu dessen Mittenachse (z. B. in einer vertikalen Richtung in Bezug auf ein Flugzeug, wenn sie darin eingebaut sind) bewegen.
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Jedoch bewirkt jede Drehung (z. B. in der Richtung von Pfeilen 152) in Bezug auf den Flatterdämpfer 100 von mit dem Gleitlager 118 verbundenen gleitenden Fahrwerkteilen eine Drehung des Rotors 102 in dem Gehäuse 108, die Fluid von einer der Fluidkammern 124, 126 über die Steueröffnung 110 in die andere drückt. Diese erzwungene Fluidbewegung erzeugt eine Dämpfungskraft für alle flatterinduzierten Schwingungen.
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Verschiedene Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden hierin beschrieben. Jedoch wird der Fachmann erkennen, dass viele unterschiedliche Ausführungsformen des Flatterdämpfers möglich sind.
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Beispielsweise besteht ein Vorteil der verschiedenen Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darin, die Entfernung oder Reduzierung verschiedener hydraulischer Systeme und Komponenten mit einer zugeordneten Gewichtsreduzierung und Betriebssicherheitsverbesserung zu ermöglichen. In bestimmten Ausführungsformen kann mit Ausnahme von Dämpfelementen in den Federbeinen bestimmter Flugzeugfahrwerke die Verwendung verschiedener externer Fluidrohrverbindungen vermieden werden, und somit eine Gewichtsreduzierung ermöglicht werden, während gleichzeitig das Risiko eines möglicherweise korrosiven Hydraulikfluidaustritts vermindert wird.
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Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können beispielsweise in einer konzentrisch montierten Anordnung in Fahrwerkkomponenten wie z. B. in einem Federbein bereitgestellt werden. Der Fachmann wäre sich bewusst, dass derartige Anordnungen bereitgestellt werden könnten, indem beispielsweise ein Teil eines Flatterdämpfergehäuses mit Fahrwerkfederbeinteilen dergestalt verbunden wird, dass eine Drehung dazwischen im Wesentlichen eliminiert wird, indem eines oder mehreres von ”Verschweißen, Verschrauben, Vernieten, Verkeilen mit wechselseitig zusammenwirkenden/ineinander eingreifenden nicht runden Querschnittsprofilen usw. angewendet wird.
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Vorteilhaft können verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch durch Nachrüsten eines Flatterdämpfers gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung an bestehenden Flugzeugfahrwerkteilen bereitgestellt werden. Beispielsweise kann eine Außenoberfläche eines Gehäuses so geformt werden, dass sie einer Innenoberfläche des Fahrwerkfederbeins entspricht, um entsprechende innere und äußere zusammenwirkende Formen zu erzeugen, die nicht zylindrisch sind, sodass ein Keilsitz zwischen dem Gehäuse des Fahrwerkfederbeins erzeugt wird, um eine relative Drehbewegung dazwischen zu verhindern.
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Ferner können wie hierin dargestellt, verschiedene Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, in welchen eine relative Längsbewegung von Teilen ermöglicht wird, während jede Drehschwingung dazwischen gedämpft wird.
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Diese Beschreibung nutzt Beispiele, einschließlich der besten Ausführungsart um es jedem Fachmann zu ermöglichen, den beschriebenen Erfindungsgegenstand herzustellen und zu nutzen. Obwohl verschiedene spezifische Ausführungsformen vorstehend offengelegt wurden, erkennt der Fachmann, dass der Erfindungsgedanke und der Schutzumfang der Ansprüche gleich effektive Modifikationen zulassen. Insbesondere können sich wechselseitig nicht ausschließende Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann derartige Modifikationen und weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
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Es wird ein Dämpfer für ein Flugzeugfahrwerk bereitgestellt. der Flatterdämpfer weist ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse vorgesehenen Rotor mit einem Dämpfungsflügel und erste und zweite Fluidkammern, die über eine Steuerblende verbunden und voneinander durch den Dämpfungsflügel getrennt sind.
