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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem eines Fluggeräts, insbesondere eines Flugzeugs.
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Typischerweise werden Flugzeuge, sofern sie sich auf dem Boden befinden, mit Hilfe ihrer Triebwerke angetrieben oder von einem Fahrzeug geschleppt. Flugzeuge legen die Strecke von der Start- und Landebahn in der Regel aus eigener Kraft zurück und fahren bspw. selbstständig zu dem einem Flugzeug zugewiesenen Gate bzw. einer Startbahn. Der hierfür notwendige aus dem Triebwerk eines Flugzeugs stammende Vortrieb verursacht einen hohen Treibstoffverbrauch und besitzt einen hohen Emissionsgrad. Das alternative Vorsehen von Schleppern setzt die entsprechende Infrastruktur an einem Flughafen voraus und erfordert zudem einen weiteren Bediener zum Steuern des Schleppers.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Probleme zu überwinden und einen besonders energiesparenden und dabei gleichzeitig kompakten Antrieb zum Vorwärts- und Rückwärtsrollen eines Fluggeräts zu schaffen.
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Das Lösen der vorstehend aufgeführten Probleme gelingt mit einen Hydrauliksystem, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Demnach umfasst das Hydrauliksystem eines Fluggeräts, insbesondere eines Flugzeugs, ein Hydraulikaggregat zum Wandeln von elektrischer Energie in hydraulische Energie, und ein erstes Ventil, das mit dem Aggregat über eine erste Hydraulikleitung verbunden ist und dazu ausgelegt ist, die erste Hydraulikleitung zu öffnen oder zu schließen. Das Hydrauliksystem ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass über das erste Ventil ein Motor zum Antreiben eines Fahrwerkrads mit dem Hydraulikaggregat verbunden ist.
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Das Hydraulikaggregat umfasst vorzugsweise einen Elektromotor und eine Hydraulikpumpe und ist dazu ausgelegt, über das Ventil einen Hydraulikverbraucher, z. B. einen Motor zum Antreiben eines Fahrwerkrads, mit hydraulischer Energie zu versorgen. Das Hydraulikaggregat kann dabei ein für das Fluggerät zentrales Hydraulikaggregat mit mehreren Anbindungen sein, wobei es jedoch auch möglich ist, dass das Hydraulikaggregat ein dezentrales Hydraulikaggregat ist, das neben einem zentralen Hydraulikaggregat existiert.
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Über das Ventil und daran angeschlossenen Hydraulikleitungen ist es möglich, den Motor zum Antreiben des Fahrwerkrads mit von dem Hydraulikaggregat zur Verfügung gestellter hydraulischer Energie zu versorgen. Dies geschieht durch das Öffnen bzw. das Schließen des Ventils, sodass hierüber der Fluss eines von dem Hydraulikaggregat zur Verfügung gestellten Hydraulikfluids gesteuert werden kann.
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Vorteilhaft an dem Hydrauliksystem nach Anspruch 1 ist, dass der typischerweise in einem Fluggerät bereits vorhandene Hydraulikkreislauf nun auch dazu verwendet wird, ein Fahrwerkrad anzutreiben. Dies ermöglicht das Rollen des Fluggeräts ohne die Notwendigkeit hierfür den Schub der Triebwerke einzusetzen oder auf ein externes Schlepperfahrzeug angewiesen zu sein. Zudem ist es nicht erforderlich, einen elektromechanischen Antrieb für das Fahrwerkrad vorzusehen, sondern es kann ein hydraulisch-mechanischer Antrieb eingesetzt werden, der auf den bereits vorhandenen Hydraulikkreislauf zurückgreift.
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Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung ist das Fahrwerkrad ein Bugfahrwerkrad, das sich besonders gut dafür eignet, ein Flugzeug am Boden anzutreiben.
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Weiter kann der Motor zum Antreiben des Fahrwerkrads dazu ausgelegt sein, einen Vorwärts- und einen Rückwärtsantrieb für das Fahrwerkrad bereitzustellen. Dies ist insbesondere hilfreich, um das Flugzeug besser manövrieren zu können.
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Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der Erfindung ist der Motor zum Antreiben des Fahrwerkrads dazu ausgelegt, die über das erste Ventil vom Hydraulikaggregat zuführbare hydraulische Energie in eine zum Antrieb des Fahrwerkrads geeignete mechanische Energie umzuwandeln. Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Motor zum Antreiben des Fahrwerkrads ein hydraulischer Motor ist, der die vom Hydraulikaggregat zuführbare Energie in eine Drehbewegung des Fahrwerkrads wandelt. Ein so ausgeführter Motor ist besonders fehlerrobust und erfordert einen geringeren Wartungsaufwand.
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Als weitere optionale Modifikation sieht das System eine Kupplung vor, die dazu ausgelegt ist, einen Kraftfluss zwischen dem Motor zum Antreiben des Fahrwerkrads und dem Fahrwerkrad herzustellen, wobei die Kupplung vorzugsweise schaltbar ist. Die Kupplung, insbesondere eine schaltbare Kupplung, stellt den Kraftfluss zwischen Radantriebsmotor und beispielsweise einer Radfelge her. So kann vorgesehen sein, dass, immer wenn der Radantrieb nicht im Einsatz ist, der Radantrieb entkuppelt und sich das Rad frei drehen kann. Ein Schalten der Kupplung erfolgt dabei vorzugsweise bei geringer Flugzeugrollgeschwindigkeit oder im Stillstand des Flugzeugs.
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Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung umfasst das System ferner ein zweites Ventil, das mit dem Aggregat über eine zweite Hydraulikleitung verbunden ist und dazu ausgelegt ist, die zweite Hydraulikleitung zu öffnen oder zu schließen, wobei über das zweite Ventil ein Motor zum Lenken des Fahrwerkrads, insbesondere eines Bugfahrwerkrads, mit dem Hydraulikaggregat verbunden ist.
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Mit Hilfe eines zweiten Ventils, das ebenfalls die hydraulische Leistung von dem Hydraulikaggregat an einen weiteren Verbraucher (= Motor zum Lenken eines Fahrwerkrads) liefern kann, ergeben sich hinsichtlich des Antriebs und der Lenkung eines Fluggeräts Synergieeffekte, die sich positiv auf den benötigten Platz und die Komplexität der hiermit umgesetzten Funktionen auswirkt.
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Durch das Umsetzen der Lenkungsfunktion des Fahrwerkrads mit Hilfe des Hydraulikaggregats, das ebenfalls für den Antrieb des Fahrwerkrads verwendet wird, wird ein multifunktionales Hydrauliksystem für ein Fluggerät geschaffen.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass das System ferner ein drittes Ventil umfasst, dass mit dem Hydraulikaggregat über eine dritte Hydraulikleitung verbunden ist und dazu ausgelegt ist, die dritte Hydraulikleitung zu öffnen oder zu schließen, wobei über das dritte Ventil eine Vorrichtung zum Ein- bzw. Ausfahren eines mit dem Fahrwerkrad in Verbindung stehenden Fahrwerks, insbesondere eines Bugfahrwerks, mit dem Hydraulikaggregat verbunden ist. Nach dieser bevorzugten Ausführungsform stellt nun das Hydraulikaggregat die hydraulische Energie auch einer Vorrichtung zum Ein- bzw. Ausfahren des Fahrwerks zur Verfügung. Dadurch ergeben sich weitere positive synergetische Effekte, die sich in einem geringeren Gewicht und geringeren Abmessungen zur Verwirklichung der Funktionen ergeben.
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Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zum Ein- bzw. Ausfahren des Fahrwerks einen hydraulisch betätigbaren Entriegelungszylinder, einen hydraulisch betätigbaren Betätigungszylinder zum Verschwenken des Fahrwerks und einen hydraulisch betätigbaren Uplock-Mechanismus. Der Entriegelungszylinder besitzt die Funktion ein ausgefahrenes Fahrwerk auch bei einer externen Krafteinwirkung, die in Richtung des eingefahrenen Zustands des Fahrwerks wirkt, in seinem ausgefahrenen Zustand zu halten. Um ein Einfahren des Fahrwerks zu ermöglichen, ist es typischerweise erforderlich, den Entriegelungszylinder mit hydraulischem Druck zu beaufschlagen, sodass dieser ein Verschwenken des Fahrwerks in den Fahrwerksschacht zulässt. Der Betätigungszylinder ist dazu ausgelegt, das Fahrwerk von einem eingefahrenen Zustand in einen ausgefahrenen Zustand und umgekehrt zu bringen. Hierfür benötigt der Betätigungszylinder ebenfalls hydraulische Leistung. Der Uplock-Mechanismus ist ein Verriegelungsmechanismus, der dafür sorgt, dass ein einmal eingefahrenes Fahrwerk in seiner eingefahrenen Stellung verbleibt. Hierzu wird ebenfalls typischerweise eine mit Hilfe von hydraulischer Leistung betreibbare Verriegelung verwendet, die das Fahrwerkbein in seiner eingefahrenen Position hält.
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Vorzugsweise ist jedes Ventil ein Ventil mit mindestens zwei Eingängen und mindestens zwei Ausgängen, um in einen Hydraulikkreislauf strömendes Hydraulikfluid von dem Hydraulikaggregat einem Verbraucher zuzuführen und von dem Verbraucher in Richtung des Hydraulikaggregats zurückzuführen und den Hydraulikkreislauf zu schließen.
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Jedes Ventil kann dazu ausgelegt sein, bei einem Öffnen des Ventils und einem daraus resultierenden Zuführen eines Hydraulikfluids an einen Verbraucher den mit dem Ventil verbundenen Verbraucher bestimmungsgemäß zu betätigen. Es kann also vorgesehen sein, dass zum Betreiben des mit dem Ventil verbundenen Motors bzw. der damit verbundenen Vorrichtung ein Öffnen des Ventils bereits ausreicht, um den Motor/die Vorrichtung anzutreiben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Hydraulikaggregat einen Elektromotor und eine Hydraulikpumpe und ist dazu ausgelegt, Verbraucher mit hydraulischer Energie zu versorgen.
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Vorzugsweise ist ein jeweiliges Ventil durch einen Ventilblock ausgeführt, der mehrere Anschlüsse, Magnetschalter und Regelelemente umfasst.
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Nach einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung umfasst das System ferner einen Computer zum Signalisieren von Steuersignalen an mindestens ein Ventil und/oder einen Kupplung, die dazu ausgelegt ist, einen Kraftfluss zwischen dem Motor zum Antreiben des Fahrwerkrads und dem Fahrwerkrad selbst herzustellen. Durch Vorsehen des Computers, der mit dem mindestens einen Ventil verbunden ist, kann die Ventilstellung ausgehend von dem Computer gesteuert werden.
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Ferner kann der Computer mit mindestens einem Sensor verbunden sein, wobei der mindestens eine Sensor dazu ausgelegt ist, einen Status des Fahrwerkrads, die Geschwindigkeit des Fahrwerkrads, einen Lenkwinkel des Fahrwerkrads, das auf das Fahrwerkrad wirkende Gewicht und/oder den Zustand eines Uplock-Mechanismus für das Fahrwerk zu erfassen.
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Diese von dem mindestens einen Sensor gemessenen Parameter können dazu verwendet werden, die über das mindestens eine Ventil ausgeführte Steuerung der mit dem Hydraulikaggregat in Verbindung bringbaren Verbraucher zu beeinflussen.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der Computer mit mindestens einem Element in einem Cockpit eines Fluggeräts verbunden ist, vorzugsweise mit einer Fahrwerkskontrollkonsole, einem Lenkrad, einem Bremspedal, einer Kontrollkonsole für Flugzeugrollen, einem Crew Alerting System und/oder einem Wartungscomputer. Durch diese Elemente ist es möglich, dass durch den Führer des Fluggeräts die mit einem jeweiligen Ventil in Verbindung stehenden Funktionen aktiviert und kontrolliert werden können. So kommt beispielsweise für das Rollen des Fluggeräts mittels Radantrieb eine Kontrollkonsole zum Einsatz, die einen Aktivierungsschalter, einen Hebel mit drei Positionen für „neutral”, „vorwärts” und „rückwärts” sowie einen Notausschalter besitzt.
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Dabei ist es insbesondere von Vorteil, die vorstehend diskutierten Funktionen Bugradlenkung und Radantrieb gemeinsam zu verwenden, da damit eine intuitive Steuerung ermöglicht wird.
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Der Computer, der vorzugsweise über eine Motorkontrollelektronik verfügt, steuert bzw. regelt die mit dem jeweiligen Ventil in Verbindung stehende Funktion und kann nach einer Ausführungsform der Erfindung die Bestromung für den Elektromotor in dem Hydraulikaggregat liefern. Die Eingangssignale in den Computer, die vorzugsweise aus dem Cockpit stammen, werden unter Berücksichtigung von mehreren Kriterien wie z. B. Flugzeuggeschwindigkeit und Bremsenstatus in entsprechende Ausgangssignale für die mit dem Computer in Verbindung stehende Ventile sowie für die Kupplung gewandelt. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Computer eine permanente Diagnostik der elektrischen Komponenten durchführt und den Status an das EÜCAS und/oder den Wartungscomputer sendet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Diskussion der Figuren ersichtlich. Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einer dezentralen Hydraulikversorgung, und
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2: ein schematisches System einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einer zentralen Hydraulikversorgung.
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1 zeigt ein Hydraulikaggregat, das eine über einen Elektromotor angetriebene Pumpe aufweist. Die Pumpe steht mit einem Hydraulikkreislauf in Verbindung, der jeweils über eines der mehreren Ventile geschlossen werden kann. In der Darstellung sind die Ventile als elektrohydraulischer Ventilblock bezeichnet. So kann mit Hilfe dieses Ventilblocks der hydraulische Kreislauf zum Antreiben des Fahrwerkrads geschlossen werden, sodass der durch die Pumpe aufgebaute Druck das Hydraulikfluid in Richtung des Radantriebmotors drängt, um dort die Umwandlung der hydraulischen Leistung in eine Drehbewegung des Fahrwerkrads vorzunehmen.
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Man erkennt ebenfalls die mit dem Radantriebsmotor in Verbindung stehende Kupplung, die wahlweise den Kraftfluss zwischen Radantriebsmotor und Fahrwerkrad schließt. Dabei ist das Erzeugen eines kontinuierlichen Kraftflusses bis hin zu einem maximalen Kraftfluss möglich, wodurch die Geschwindigkeit des Fluggeräts beim Rollen zwischen einem Minimum und einem Maximum frei wählbar ist.
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Ferner erkennt man einen Ventilblock für die Bugradlenkung, der ähnlich wie der Ventilblock für den Radantrieb angeordnet ist. Der Ventilblock für die Bugradlenkung verbindet den Bugradlenkungsmotor (= hydraulischer Verbraucher) mit dem Hydraulikaggregat.
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Ein weiterer Ventilblock ist vorgesehen, um eine Vorrichtung für eine Bugfahrwerksbetätigung also das Ein- bzw. Ausfahren des Fahrwerks aus dem Fahrwerksschacht vorzusehen. Dabei verbindet dieser Ventilblock den Uplock, den Betätigungszylinder sowie den Entriegelungszylinder.
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Jeder der drei in 1 dargestellten Ventilblöcke ist dabei mit einem Computer verbunden, der über eine Motorkontrollelektronik verfügt. Der Computer verfügt zudem über eine Anbindung an den Elektromotor in dem Hydraulikaggregat sowie einer Anbindung an die Kupplung. Sensoren, die Zustände über die verschiedenen Verriegelungen, das auf dem Fahrwerkrad lastende Gewicht, den Lenkwinkel, die Radgeschwindigkeit und/oder den Status eines Radantriebs erfassen, sind ebenfalls mit dem Computer verbunden. Der Computer wirkt dabei mit verschiedenen Cockpit-Elementen zusammen, beispielsweise einem Lenkrad, Bremspedalsensoren, einer Kontrollkonsole für das Flugzeugrollen, einem Crew Alerting System, einem Wartungscomputer und/oder einer Fahrwerkskontrollkonsole zum Ein- bzw. Ausfahren des Fahrwerks.
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2 zeigt im Wesentlichen eine zur 1 ähnliche Konfiguration, legt aber den Fokus darauf, dass das Hydraulikaggregat auch mit Hilfe einer zentralen Hydraulikversorgung umgesetzt werden kann. Selbstverständlich kann dann die Motorkontrollelektronik zum Ansteuern des Elektromotors in dem Hydraulikaggregat im Computer durch andere Mittel vorgenommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Uplock
- 2
- Betätigungszylinder
- 3
- Bugfahrwerk
- 4
- Entriegelungszylinder
- 5
- Bugradlenkungsmotor
- 6
- Kupplung
- 7
- Radantriebsmotor
- 8
- Elektro-hydraulischer Ventilblock für Bugfahrwerksbetätigung
- 9
- Elektro-hydraulischer Ventilblock für Bugradlenkung
- 10
- Elektro-hydraulischer Ventilblock für Radantrieb
- 11
- Sensoren (Verriegelungen, Weight-On-Wheel, Lenkwinkel, Radgeschw., Status Radantrieb)
- 12
- Cockpit Elemente (Fahrwerkskontrollkonsole, Lenkrad, Bremspedalsensoren, Kontrollkonsole für Flugzeugrollen, Crew Alerting System & Wartungscomputer)
- 13
- 28VDC
- 14
- Elektrische Hochspannungsversorgung
- 15
- Hydraulik
- 16
- Elektrisch
- 17
- Hochspannung
- 18
- Datenbus
- 19
- Hydraulikaggregat
- 20
- Computer mit Motorkontrollelektronik (Signalelektronik, Leistungselektronik)
- 21
- Zentrale Hydraulikversorgung
- 22
- Computer (Signalelektronik)
