DE102011117706A1 - Propulsion system for flaps e.g. landing flaps of aircraft, has drive unit arranged at distance in half wing from wing root such that maximum rotational loads arising at elements of drive train are reduced - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für Klappen, insbesondere Landeklappen und Hochauftriebsklappen, und/oder Vorflügel eines Luftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a drive system for flaps, in particular flaps and high-lift flaps, and / or slats of an aircraft according to the preamble of claim 1.
Bei derartigen Antriebssystemen von Luftfahrzeugen ist es wichtig, hohe Lastspitzen auch bei Fehlfunktionen zu vermeiden.In such propulsion systems of aircraft, it is important to avoid high peak loads even in case of malfunction.
Moderne Flugzeuge verfügen über Hochauftriebssysteme bzw. die sogenannten „High-Lift-Systeme”. High-Lift-Systeme bestehen u. a. aus Vorflügeln und Landeklappen. Mit Hilfe ausfahrbarer Klappensysteme an der Vorder- und Rückseite eines Flugzeugsflügels sind Verkehrsflugzeuge in der Lage, den Auftrieb an den Tragflächen bei Bedarf zu erhöhen. Auf diese Weise wird ein extremer Langsamflug möglich, der besonders die Start- und Landephasen erleichtert.Modern aircraft have high-lift systems or the so-called "high-lift systems". High-lift systems exist u. a. from slats and flaps. With the help of extendable flap systems on the front and back of an aircraft wing, commercial aircraft are able to increase lift on the wings when needed. In this way, an extreme slow flight is possible, which facilitates especially the take-off and landing phases.
Passagierflugzeuge verfügen dementsprechend über ein besonders komplexes System solcher Vorflügel (Slats) und Landeklappen (Flaps). Diese Vorflügel bzw.Accordingly, passenger aircraft have a particularly complex system of such slats and flaps. These slats or
Landeklappen verändern je nach Bedarf die Wölbung der Tragfläche und damit auch den Auftrieb. Für das Ein- und Ausfahren der Vorflügel bzw. Klappe sorgt über Gelenkwellen und Antriebe ein zentraler Hydraulikmotor, ein Elektromotor oder ein pneumatischer Motor.Flaps change depending on need, the curvature of the wing and thus the buoyancy. For the extension and retraction of the slat or flap, the drive shafts and drives are provided by a central hydraulic motor, an electric motor or a pneumatic motor.
In den Antriebssystemen für Landeklappen und Vorflügel von Flugzeugen herrscht die Systemtopologie mit zentral angeordneten Antriebseinheiten und Drehwellen Vor.
Ein solches Antriebssystem, weist bekannterweise eine zentrale Antriebseinheit, hier die zentrale Kraftantriebseinheit („Central Power Drive Unit”)
Des Weiteren weist dieses bekannte Antriebssystem Elemente, wie Drehwellen, Umlenkgetriebe, Abzweiggetriebe usw. auf, die zum Übertagen der Antriebsenergie über die gesamte Spannweite an die Antriebsstationen einzelner Segmente der Landeklappen dienen.Furthermore, this known drive system has elements, such as rotary shafts, deflection gears, branching gears, etc., which serve for transferring the drive energy over the entire span to the drive stations of individual segments of the flaps.
Die Antriebseinheit ist in an sich bekannterweise hydromechanisch oder elektrisch oder pneumatisch ausgeführt und stellt die zur Positionsvariation der Klappen, insbesondere der Landeklappen, notwendige mechanische Leistung bereit. Die Momentenübertragung an die einzelnen Antriebsstationen und die Synchronisation der Landeklappen beider Flügelhälften erfolgt mit einer zusammenhängenden Wellentransmission, wobei an den Antriebsstationen jeweils ein Antriebsstrang abzweigt, so dass die zugehörige Kinematik der jeweiligen Landeklappe angetrieben wird.The drive unit is designed in a known hydromechanical or electrical or pneumatic and provides the necessary for the positional variation of the flaps, in particular the landing flaps, mechanical power. The torque transmission to the individual drive stations and the synchronization of the flaps of both wing halves takes place with a coherent shaft transmission, wherein at the drive stations in each case a drive train branches off, so that the associated kinematics of the respective landing flap is driven.
Eine solche Anordnung der Systemkomponenten mit einer zentralen Kraftantriebseinheit, die seitlich des Flügels, d. h. rumpfseitig, angebracht ist, verursacht jedoch im Betrieb eine Kumulation der Stationslasten im Drehwellenstrang von der Flügelspitze zur Flügelwurzel
Durch den Einsatz mechanischer oder neuerdings auch elektronischer Lastbegrenzer (Electronic Torque Limiter) wird im Stand der Technik das Antriebsmoment limitiert.The use of mechanical or, more recently, electronic load limiters (electronic torque limiters) limits the drive torque in the prior art.
Wie in
Die Motordrehzahl wird auf die gewünschte, für den Betrieb der Landeklappen optimale Drehzahl reduziert und gleichzeitig das erforderliche Drehmoment aufgebaut. Die Antriebsleistung wird dabei gleichmäßig auf die Wellen verzweigt, wie dies in
In
Ein gravierender Nachteil dieser bekannten Systemarchitektur besteht darin, dass alle Elemente des Antriebsstranges, nämlich die Dreh- und die Durchgangswellen, die Umlenk- und Abzweiggetriebe usw. auf dieses hohe Drehmoment ausgelegt werden müssen und dass diese Elemente extrem hohen Belastungen ausgesetzt werden. Besonders hoch ist dabei die Belastung an der Flügelwurzel, da sich die zentrale Kraftantriebseinheit räumlich nahe an die Flügelwurzel befindet.A serious disadvantage of this known system architecture is that all elements of the drive train, namely the rotary and the passage shafts, the deflection and branch gears, etc. must be designed for this high torque and that these elements are exposed to extremely high loads. Particularly high is the load on the wing root, since the central power drive unit is located spatially close to the wing root.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Antriebssystem für Klappen und/oder Flügel eines Flugzeugs oder sonstigen Luftfahrzeugs zu schaffen, bei welchem die maximal auftretenden Lasten an den Elementen des Hochauftriebssystems wesentlich minimiert werden und das Systemgewicht deutlich reduziert wird.Object of the present invention is therefore to provide a drive system for flaps and / or wings of an aircraft or other aircraft, in which the maximum occurring loads on the elements of the high-lift system are substantially minimized and the system weight is significantly reduced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Antriebssystem für Klappen und/oder Vorflügel eines Luftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a drive system for flaps and / or slats of an aircraft with the features of claim 1.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem weist wenigstens eine Antriebseinheit auf, welche im Antriebsstrang über wenigstens eine Zentraltransmission mit wenigstens einem Abzweiggetriebe verbunden ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass zwischen der wenigstens einen Antriebseinheit und dem wenigstens einen Abzweiggetriebe ein Drehmomentbegrenzer angeordnet ist. Die Antriebseinheit ist dabei erfindungsgemäß im Halbflügel und nicht im Rumpf angeordnet. Vorzugsweise ist die Antriebseinheit mittig im Antriebsstrang angeordnet, das heißt, etwa in der Mitte des Flugzeugsflügels, so dass die maximal auftretenden Drehwellenlasten zur Flügelspitze und zur Flügelwurzel hin deutlich reduziert und vorzugsweise halbiert werden.The drive system according to the invention has at least one drive unit, which is connected in the drive train via at least one central transmission with at least one branch gear, wherein it is preferably provided that between the at least one drive unit and the at least one branch gear, a torque limiter is arranged. The drive unit is inventively arranged in the half-wing and not in the fuselage. Preferably, the drive unit is arranged centrally in the drive train, that is, approximately in the center of the aircraft wing, so that the maximum occurring rotational shaft loads to the wing tip and the wing root towards significantly reduced and preferably halved.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Antriebseinheit vorzugsweise mittig im Antriebsstrang, wo die kummulierten Drehwellenlasten etwa gleich groß sind, können die Elemente des Drehwellensystems, nämlich die Dreh- und die Durchgangswellen, die Umlenk- und Abzweiggetriebe, auf etwa 50% der Belastung im Vergleich zum konventionellen Antriebssystem ausgelegt werden. Dies reduziert die Stäranfälligkeit der Elemente des Drehwellensystems und erhöht die Funktionalität des Systems. Das erfindungsgemäße Antriebssystem genügt daher den hohen Sicherheitsanforderungen, die an solchen Systeme gestellt werden.The inventive arrangement of the drive unit preferably centrally in the drive train, where the cumulated rotary shaft loads are about the same size, the elements of the rotary shaft system, namely the rotary and the passage shafts, the deflection and branching, to about 50% of the load compared to the conventional Drive system are designed. This reduces the susceptibility of the elements of the rotary shaft system and increases the functionality of the system. The drive system according to the invention therefore meets the high safety requirements that are placed on such systems.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Antriebssystem für jedes Halbflügelsystem zumindest eine von der Halbflügelwurzel beabstandet angeordnete Antriebseinheit auf. Diese kann in jedem Halbflügel einmal vorgesehen sein. Bevorzugt ist es, die Antriebseinheit bezogen auf den Halbflügel in einem zentralen Bereich anzuordnen. Die Antriebseinheit ist derart angeordnet, dass ausgehend von der Antriebseinheit beidseitig der Antriebseinheit Systeme, wie Klappen etc. des jeweiligen Halbflügels angetrieben werden. Es ist dabei denkbar, dass eine gemeinsame Antriebseinheit sowohl für die Landeklappen als auch für den Vorflügel vorgesehen werden kann oder aber auch, dass diese voneinander getrennte Antriebseinheiten aufweisen.The drive system according to the invention preferably has at least one drive unit arranged at a distance from the half-wing root for each half-wing system. This can be provided once in each half-wing. It is preferable to arrange the drive unit with respect to the half-wing in a central area. The drive unit is arranged such that starting from the drive unit on both sides of the drive unit systems, such as flaps etc. of the respective half-wing are driven. It is conceivable that a common drive unit can be provided both for the flaps and for the slat or even that they have separate drive units.
Es wird besonders bevorzugt wenn die Antriebseinheit im Antriebsstrang zwischen der inneren Landeklappe und der äußeren Landeklappe, in einem Transmissionsabschnitt, in dem die Drehwellenlasten gleich groß sind, angeordnet ist. Die Antriebseinheit ist vorzugsweise auch mittig im Antriebsstrang des Vorflügels angeordnet. Mit dem erfindungsgemäßen Mittenantrieb können auch spannweitig differenzielle Klappenpositionen realisiert werden. Diese Funktion kann durch funktionelle Erweiterungen des Antriebssystems, wie z. B. Schaltkupplungen ebenfalls bereitgestellt werden.It is particularly preferred if the drive unit in the drive train between the inner landing flap and the outer landing flap, in a transmission section in which the rotary shaft loads are the same size, is arranged. The drive unit is preferably also arranged centrally in the drive train of the slat. With the center drive according to the invention, differential flap positions can also be realized spanwise. This function can be achieved by functional expansions of the drive system, such as B. clutches are also provided.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Antriebssystem mit der mittig angeordneten Antriebseinheit beidseitig jeweils einen mechanisch oder elektronisch betätigbaren Drehmomentbegrenzer auf, der im Antriebsstrang integriert ist, so dass der maximale Betriebsdrehmoment zwischen einen ersten Abzweiggetriebe der inneren und äußeren Landeklappen minimiert und vorzugsweise halbiert wird.Preferably, the drive system according to the invention with the centrally arranged drive unit on both sides in each case a mechanically or electronically actuated torque limiter, which is integrated in the drive train, so that the maximum operating torque between a first branch gear of the inner and outer landing flaps is minimized and preferably halved.
Da die mechanischen Lastbegrenzer wartungskostenintensiver und komplexer als die elektronischen sind, finden immer mehr in solchen Antriebssystemen die elektronischen Lastbegrenzer, die sogenannten „Elektronik Torque Limiter”, Anwendung.Since the mechanical load limiters are more expensive to maintain and more complex than the electronic, more and more in such drive systems, the electronic load limiter, the so-called "electronic torque limiter" application.
Vorzugsweise werden auch Sensoren und andere elektronische Bauelemente zur Überlast- und Klemmfallerkennung in dem erfindungsgemäßen Antriebssystem verwendet.Preferably, sensors and other electronic components for overload and terminal case detection are used in the drive system according to the invention.
Besonders bevorzugt wird an beiden Enden des Antriebsstrangs jeweils ein Positionssensor angeordnet, so dass ein fehlerhaftes Verstellen der Landeklappen oder des Vorflügels detektierbar ist. Die Sensoren sind dabei mit einer zentralen Auswerteeinheit verbunden, welche vorzugsweise Teil des erfindungsgemäßen Antriebssystems ist.Particularly preferably, a position sensor is arranged at both ends of the drive train, so that a faulty adjustment of the landing flaps or slats can be detected. The sensors are connected to a central evaluation unit, which is preferably part of the drive system according to the invention.
Es ist denkbar und auch möglich, dass das erfindungsgemäße Prinzip des Mittelantriebs ohne Weiteres auf Antriebssysteme für Hochauftriebsklappen an der Vorderkante des Flugzeugflügels angewendet wird. Auch diese Ausführungsform ist von der Erfindung mitumfasst.It is conceivable and also possible that the inventive principle of the center drive readily on drive systems for high-lift flaps on the front edge of the aircraft wing is applied. This embodiment is also encompassed by the invention.
Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels und dessen Zeichnungen näher erläutert. Gleiche oder vergleichbare Komponenten sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie in den
Das erfindungsgemäße Antriebssystem
Das in
Ein Getriebe ist bekannterweise ein zentrales Bauteil des Antriebssystems für Landeklappen und Vorflügel von Flugzeugen, das die Motordrehzahl auf die gewünschte, für den Betrieb der Landeklappen und Vorflügel optimale Drehzahl reduziert und gleichzeitig das erforderliche Drehmoment aufbaut. Die Antriebsleistung wird dabei gleichmäßig auf die Dreh- und Durchgangswellen verzweigt, wie dies in
Mittels der Antriebseinheit
Die Antriebseinheit
Die Antriebseinheit
Die Abzweiggetriebe
Zwischen der Antriebseinheit
Zwischen den Abzweiggetrieben
Wie in
Aus
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