DE19654781A1

DE19654781A1 - Auxiliary unit to provide redundancy for power supply of flying controls actuator

Info

Publication number: DE19654781A1
Application number: DE19654781A
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl Ing Hesse; Manfred Dipl Ing Grundke
Original assignee: LIEBHERR AEROSPACE GmbH
Current assignee: LIEBHERR AEROSPACE GmbH
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1996-12-31
Publication date: 1998-07-02

Abstract

Both the pressure line (18) and the return line (19) of the auxiliary unit is connected to the pressure line (P) or return line (R) of the servo drive (2) between a shut-off valve (8) located in the system line of the servo drive and the servo valve (4) of the respective servo drive. The auxiliary unit has a constant asynchronous motor (1) and a pressure regulated or load regulated pump. The pump unit has an axial piston-variable output swashplate pump and a 3/2 directional valve connected to it.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hilfseinrichtung zur Realisierung einer Redundanz für die Energieversorgung von Flugsteuerungsantrieben gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to an auxiliary device for implementing redundancy for the Energy supply for flight control drives according to the generic term of Main claim.

Aus Gründen der Redundanz sind im Regelfall in großen Transportflugzeugen für die funktionswichtigen Flugsteuerungsantriebe drei oder vier unabhängig voneinander arbeitende Hydrauliksysteme angeordnet. Diese Hydrauliksysteme werden von zentral angeordneten Pumpen gespeist, die von Triebwerken oder Elektromotoren oder im Notfall auch durch Stauluftturbinen angetrieben werden. Seit längerem ist man bei den verschiedenen Flugzeugherstellern bemüht, eines oder mehrere Hydrauliksysteme einzusparen. Dabei wird die Einsparung im Wegfall von Leitungen, Ventilen usw. und damit einhergehend vom Gewicht, mechanischer Komplexität und Wartungsaufwand gesehen.For reasons of redundancy, large transport aircraft are usually used for the Functionally important flight control drives three or four independently of one another working hydraulic systems arranged. These hydraulic systems are central arranged pumps fed by engines or electric motors or in Emergency can also be driven by ram air turbines. You have been with the for a long time various aircraft manufacturers endeavored to use one or more hydraulic systems save. The savings in the absence of lines, valves, etc. and along with the weight, mechanical complexity and maintenance requirements seen.

Bekannt ist bereits eine Hilfseinrichtung, die in der englischen Fachsprache auch als EBHA (Electrical Back up Hydraulic Actuator) bezeichnet wird (EP 0 477 079 B1).An auxiliary device is already known, which is also known in English as EBHA (Electrical Back up Hydraulic Actuator) is called (EP 0 477 079 B1).

Diese Hilfseinrichtung ist mit einem mit einer Pumpe verbundenen Elektromotor versehen, der in bekannter Weise vom elektrischen Bordnetz gespeist wird. Im Unterschied zur bisher üblichen Anordnung eines dritten Hydrauliksystems wird die Hilfseinrichtung direkt an das Antriebssystem der jeweiligen Flugsteuerung wie z. B. Querruder, Seitenruder, Höhenruder angeflanscht. Wie zuvor schon erwähnt, wird diese Hilfseinrichtung auch als Electrical Back up Hydraulic Actuator (EBHA) bezeichnet, um deutlich zu machen, daß es sich um eine Einrichtung für den Notfall handelt, d. h. wenn beide fest installierten Hydrauliksysteme ausfallen sollten. Das Grundkonzept dieser bekannten Hilfseinrichtung ist ein regelbarer Elektromotor mit Rechts- und Linkslauf, der mit einer Konstantpumpe verbunden ist. Sowohl die Druck- als auch die Rückführleitung der Hilfseinrichtung sind direkt mit der einen sowie mit der anderen Seite des Antriebes für die jeweilige Flugsteuerung verbunden. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß im Notfall die Positionsregelung des Stellsystems auf eine Regelung der Drehzahl des Elektromotors umgeschaltet werden muß und hierfür zusätzlich eine aufwendige Leistungselektronik erforderlich ist.This auxiliary device is with an electric motor connected to a pump provided, which is fed in a known manner from the electrical system. in the The difference to the previous arrangement of a third hydraulic system is the Auxiliary device directly to the drive system of the respective flight control such. B. Ailerons, rudder, elevator flanged. As mentioned before, will this auxiliary device also as an electrical back-up hydraulic actuator (EBHA) referred to make it clear that this is an emergency facility acts, d. H. if both permanently installed hydraulic systems fail. The The basic concept of this known auxiliary device is an adjustable electric motor Right and left rotation, which is connected to a constant pump. Both the printing as well as the return line of the auxiliary device are directly with one and with the connected to the other side of the drive for the respective flight control. A disadvantage of this arrangement is that in an emergency, the position control of the control system to a Regulation of the speed of the electric motor must be switched and for this in addition, complex power electronics is required.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hilfseinrichtung für die Realisierung einer Redundanz für die Energieversorgung von Flugsteuerungsantrieben anzugeben, die in einfacher Weise ohne Steuerungs- und Regelungsumschaltung mit dem Hydrauliksystem des jeweiligen Antriebes verbindbar ist.The object of the invention is to provide an auxiliary device for the implementation of a Specify redundancy for the power supply of flight control drives, which in easily with no control and regulation changeover with the Hydraulic system of the respective drive is connectable.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.This task is carried out in the characterizing part of the main claim specified features solved. Advantageous further training is part of Subclaims.

Kern der Erfindung ist die Verknüpfung sowohl der Druck- als auch der Rückführleitung der Hilfseinrichtung mit der Druckleitung (P) und der Rückführleitung (R) des Antriebssystems zwischen einem in der Systemleitung des Stellantriebes angeordneten Sperrventil und dem Servoventil (4/3-Wegeventil) des jeweiligen Antriebes. Bei Druckabfall in dem festinstallierten Hydrauliksystem trennt das Sperrventil den jeweiligen Antrieb vom zentralen Hydrauliksystem ab und die angeflanschte Hilfseinrichtung wird aktiviert. Bei der erfindungsgemäßen Art der Verknüpfung ist keine weitere Steuerungs- und Regelungsumschaltung erforderlich, da die Regelung des Stellsystems (Ansteuerung des Servoventils) unverändert bleibt. Vorzugsweise ist der E-Motor als luftgekühlter Asynchron-Motor und die Pumpeinrichtung als Axialkolben-Schrägscheibenverstellpumpe ausgebildet. Die Drucksteuerung erfolgt über zwei 3/2-Wegeventile, die in der Pumpeinrichtung angeordnet sind. Der Förderdruck der Pumpeinrichtung wird lastdruckabhängig eingeregelt, wobei für die Zuführung des sich einstellenden Lastdruckes ein mit einem der 3/2-Wegeventile steuerungsmäßig verbundenes Wechselventil angeordnet ist, das hydraulisch mit beiden Kammern des Hydraulikzylinders des jeweiligen Stellantriebes verbunden ist.The core of the invention is the connection of both the pressure and the return line the auxiliary device with the pressure line (P) and the return line (R) of the Drive system between one in the system line of the actuator arranged check valve and the servo valve (4/3-way valve) of the respective Drive. This separates when there is a pressure drop in the permanently installed hydraulic system Check valve the respective drive from the central hydraulic system and the flanged auxiliary device is activated. In the type of the invention Linking, no further control and regulation changeover is required because the control of the control system (control of the servo valve) remains unchanged. The electric motor is preferably an air-cooled asynchronous motor and the Pump device designed as an axial piston swash plate variable displacement pump. The Pressure control takes place via two 3/2-way valves, which are in the pump device are arranged. The delivery pressure of the pumping device is dependent on the load pressure adjusted, with a for the supply of the resulting load pressure the 3/2-way valves control-connected shuttle valve is arranged that hydraulically with both chambers of the hydraulic cylinder of the respective actuator connected is.

Um die Anlaufphase des Asynchron-Motors zu erleichtern, wird weiterbildend vorgeschlagen, die Hilfseinrichtung mit einem 3/2-Wege-Anlaufventil zu versehen, das hydraulisch und steuerungsmäßig mit der Pumpeinrichtung verbunden ist.To make the start-up phase of the asynchronous motor easier, further education is provided proposed to provide the auxiliary device with a 3/2-way starting valve, the is hydraulically and control connected to the pumping device.

ln der einzigen Figur wird anhand eines Prinzipschaltbildes die erfindungsgemäße Hilfseinrichtung näher erläutert.In the single figure, the basic diagram of the invention is shown Auxiliary device explained in more detail.

Der hier nicht näher dargestellte Flugsteuerungsantrieb besteht im wesentlichen aus einem Stellantrieb 2, bestehend aus einem Hydraulikzylinder und einem Servo-Ventil 4 in Form eines 4/3-Wegeventiles. In der Druckleitung P ist ein Hochdruckfilter 6 in Form einer Austauschpatrone angeordnet. Zur Betätigung des betreffenden Stellantriebes 2 wird das Servoventil 4 angesteuert, so daß der Kolben des Hydraulikzylinders bewegt wird. Die Bewegung des Kolbens hat durch die Verknüpfung der Kolbenstange mit dem jeweiligen Ruder den gewünschten Steuerflächenausschlag zufolge. Das verdrängte Öl fließt dann über das Servoventil 4 zurück. Im Normalfall (Hilfseinrichtung inaktiv) wird die Druckölversorgung durch die Zentralhydraulik an den Anschlüssen P und R bereitgestellt (Schaltventil 8 in der gezeichneten Stellung). Die erfindungsgemäße Hilfseinrichtung wird in dem Moment aktiviert, wenn der Versorgungsdruck in der Druckleitung P unter einen vorgegebenen Mindestdruck abfällt. In einer solchen Situation wird durch die Feder das Sperrventil 8 in die Sperrstellung geschaltet. Vorzugsweise ist das Sperrventil 8 als 4/2-Wege-Ventil ausgebildet. Nach diesem Schaltvorgang ist der Stellantrieb 2 von der zentralen Ölversorgung abgetrennt. Gleichzeitig mit dem Schalten des Sperrventils 8 wird der Elektromotor 1 der Hilfseinrichtung eingeschaltet. Der E-Motor 1 ist mit einer Pumpeinrichtung 3 verbunden. Die mit hier gestrichelten Linien umrandete Pumpeinrichtung 3 besteht hier vorzugsweise aus einer Axial- Schrägscheibenverstellpumpe 5 und zwei 3/2-Wegeventilen 16, 17. Durch das eine 3/2-Wegeventil 16 wird das Fördervolumen der Pumpe 5 in der Weise verstellt, daß der Pumpendruck um einen gewissen Betrag oberhalb des Lastdruckes eingeregelt wird. Der Lastdruck ist der im Hydrozylinder des Stellantriebes 2 herrschende größere der beiden Kammerdrücke und wird dem 3/2-Wegeventil 16 über das Wechselventil 15 zugeführt. Bei Überschreiten eines bestimmten maximalen Lastdrucks übernimmt das andere 3/2-Wegeventil 17 die Regelung des Pumpendrucks auf einen konstanten Wert. Die von der Pumpeinrichtung 3 wegführende Druckleitung 18 mündet erfindungsgemäß in der zum Stellantrieb 2 führenden Druckleitung P, und zwar zwischen dem Sperrventil 8 und dem Servoventil 4.The flight control drive, not shown here, consists essentially of an actuator 2 , consisting of a hydraulic cylinder and a servo valve 4 in the form of a 4/3-way valve. A high-pressure filter 6 in the form of an exchange cartridge is arranged in the pressure line P. To actuate the relevant actuator 2 , the servo valve 4 is activated so that the piston of the hydraulic cylinder is moved. The movement of the piston has the desired control surface deflection due to the linkage of the piston rod with the respective rudder. The displaced oil then flows back via the servo valve 4 . In the normal case (auxiliary device inactive), the pressure oil supply is provided by the central hydraulic system at ports P and R (switching valve 8 in the position shown). The auxiliary device according to the invention is activated at the moment when the supply pressure in the pressure line P drops below a predetermined minimum pressure. In such a situation, the check valve 8 is switched into the lock position by the spring. The check valve 8 is preferably designed as a 4/2-way valve. After this switching operation, the actuator 2 is disconnected from the central oil supply. Simultaneously with the switching of the check valve 8 , the electric motor 1 of the auxiliary device is switched on. The electric motor 1 is connected to a pump device 3 . The pump device 3 surrounded by dashed lines here preferably consists of an axial swash plate variable displacement pump 5 and two 3/2-way valves 16 , 17 . The 3/2-way valve 16 adjusts the delivery volume of the pump 5 in such a way that the pump pressure is adjusted by a certain amount above the load pressure. The load pressure is the greater of the two chamber pressures prevailing in the hydraulic cylinder of the actuator 2 and is supplied to the 3/2-way valve 16 via the shuttle valve 15 . When a certain maximum load pressure is exceeded, the other 3/2-way valve 17 takes over the regulation of the pump pressure to a constant value. According to the invention, the pressure line 18 leading away from the pump device 3 opens into the pressure line P leading to the actuator 2 , namely between the check valve 8 and the servo valve 4 .

In dieser genannten Druckleitung 18 ist ein Hochdruckfilter 7 in Form einer Austauschpatrone und ein Rückschlagventil 11 angeordnet. Die Rückführleitung 19 der Hilfseinrichtung mündet erfindungsgemäß in der Rückführleitung R des Antriebssystems und zwar ebenfalls zwischen dem Sperrventil 8 und dem Servoventil 4. In dieser Rückführleitung 19 der Hilfseinrichtung ist ebenfalls ein Niederdruck- Druckbegrenzungsventil 10 angeordnet. Die Rückführleitung 19 der Hilfseinrichtung wird durch einen mit ihr verbundenen Gasdruckspeicher 12 mit einem gewissen Mindestdruck beaufschlagt. Die Ölbefüllung des Gasdruckspeichers 12 wird durch ein Niederdruck-Druckbegrenzungsventil 9 gewährleistet, welches in der Rückführleitung R in Fließrichtung gesehen hinter dem Sperrventil 8 angeordnet ist. Je nach Charakteristik des verwendeten E-Motors kann es erforderlich sein, einen lastfreien Anlauf zu gewährleisten. Dazu ist ein Anlaufventil 13 zwischen dem Ausgang der Pumpe 5, der Druckleitung 18 und der Rückführleitung 19 der Hilfseinrichtung angeordnet. Dieses Anlaufventil 13 bewirkt, daß bis zum Erreichen einer bestimmten Mindestdrehzahl der Pumpe 5, der Pumpendruck auf Rückführniveau liegt, so daß der Elektromotor 1 die Pumpe 5 lastfrei beschleunigen kann. Bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl d. h. Förderstrom und Druckniveau am Ausgang der Pumpe 5 schaltet das Anlaufventil 13 aus der gezeichneten Stellung in die Betriebsstellung um.A high-pressure filter 7 in the form of an exchange cartridge and a check valve 11 are arranged in said pressure line 18 . The return line 19 of the auxiliary device ends, according to the invention, in the return line R of the drive system, specifically also between the check valve 8 and the servo valve 4 . A low-pressure pressure relief valve 10 is also arranged in this return line 19 of the auxiliary device. The return line 19 of the auxiliary device is acted upon by a gas pressure accumulator 12 connected to it with a certain minimum pressure. The oil filling of the gas pressure accumulator 12 is ensured by a low-pressure pressure relief valve 9 , which is arranged behind the shut-off valve 8 in the return line R in the direction of flow. Depending on the characteristics of the electric motor used, it may be necessary to ensure a load-free start. For this purpose, a start-up valve 13 is arranged between the outlet of the pump 5 , the pressure line 18 and the return line 19 of the auxiliary device. This start-up valve 13 causes to reach a certain minimum speed of the pump 5, the pump pressure is on the return level, so that the electric motor 1 can speed up the pump 5 free of load. When a certain speed is reached, ie flow rate and pressure level at the outlet of the pump 5 , the starting valve 13 switches from the position shown into the operating position.

Reference list

11

E-Motor
Electric motor

22nd

Stellantrieb
Actuator

33rd

Pumpeinrichtung
Pumping device

44th

Servoventil (4/3-Wegeventil)
Servo valve (4/3-way valve)

55

Axialkolben-Schrägscheibenverstellpumpe
Axial piston swash plate variable displacement pump

66

Hochdruckfilter
High pressure filter

77

Hochdruckfilter
High pressure filter

88th

Sperrventil
Check valve

99

Niederdruck-Druckbegrenzungsventil
Low pressure pressure relief valve

1010th

Niederdruck-Druckbegrenzungsventil
Low pressure pressure relief valve

1111

Rückschlagventil
check valve

1212th

Gasdruckspeicher
Gas pressure accumulator

1313

3/2-Wege-Anlaufventil
3/2-way start valve

1414

Nachsaugventil
Suction valve

1515

Last-Wechselventil
Load shuttle valve

1616

3/2-Wegeventil
3/2-way valve

1717th

3/2-Wegeventil
3/2-way valve

1818th

Druckleitung der Hilfseinrichtung
Pressure line of the auxiliary device

1919th

Rückführleitung der Hilfseinrichtung.
Return line of the auxiliary device.

Claims

1. Auxiliary device for implementing redundancy for the energy supply of flight control drives consisting of an electric motor, a hydrostatic pump, control means and lines for connection to the respective flight control drive, characterized in that both the pressure line ( 18 ) and the return line ( 19 ) of the auxiliary device is connected to the pressure line P or the return line (R) of the actuator ( 2 ) between a check valve ( 8 ) arranged in the system line of the actuator ( 2 ) and the servo valve ( 4 ) of the respective actuator ( 2 ).

2. Auxiliary device according to claim 1, characterized in that the electric motor is designed as a constant asynchronous motor ( 1 ).

3. Auxiliary device according to claim 1, characterized, that the hydrostatic pump is designed as a pressure-controlled pump.

4. Auxiliary device according to claim 3, characterized, that the hydrostatic pump is load pressure controlled.

5. Auxiliary device according to claim 4, characterized in that the pump device ( 3 ) of the auxiliary device has an axial piston swash plate variable displacement pump ( 5 ) and thus hydraulically and control-linked 3/2-way valves ( 16 , 17 ), the delivery pressure of which can be adjusted depending on the load pressure and which The resulting load pressure is supplied via a shuttle valve ( 15 ) connected to one of the 3/2-way valves ( 16 ) for control purposes, which is hydraulically connected to both chambers of the hydraulic cylinder of the actuator ( 2 ).

6. Auxiliary device according to claims 1 to 5, characterized in that the auxiliary device is provided with a 3/2-way starting valve ( 13 ) which is hydraulically and in terms of control connected to the pump device ( 3 ).

7. Auxiliary device according to claims 1 to 6, characterized in that a low pressure pressure relief valve ( 10 ) is arranged in the return line ( 19 ) of the auxiliary device.

8. Auxiliary device according to claims 1 to 7, characterized in that a gas pressure accumulator ( 12 ) is arranged in the return line ( 19 ) of the auxiliary device.

9. Auxiliary device according to claims 1 to 8, characterized in that a check valve ( 8 ) is provided in the auxiliary device, which isolates the actuator ( 2 ) from the central hydraulic system (P, R) when necessary and which automatically switches to the locked position when the pressure drops .

10. Auxiliary device according to claims 1 to 9, characterized in that a low pressure pressure relief valve ( 9 ) is arranged in the return line (R) of the actuator seen in the flow direction after the check valve ( 8 ).

11. Auxiliary device according to claims 1 to 10, characterized in that a high-pressure filter ( 6 ) is arranged in the pressure line (P) of the actuator seen in the direction of flow in front of the check valve ( 8 ).