DE4235815C2 - Anordnung zur Steuerung der Antriebs- und Kühlfunktionen für ein Flugzeugfahrwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Antriebs- und Kühlfunktionen für ein Flugzeugfahrwerk, bei der mindestes jedem Rad des Hauptfahrwerks eine Luftturbine und eine Bremseinrichtung zugeordnet ist und der Ausgang eines Kompressors über eine Druckluftleitung und ein Schalt­ ventil mit der Luftturbine und der Bremseinrichtung verbind­ bar ist.

Entsprechende Lösungen sind im Prinzip bekannt. So zeigt beispielsweise die DE 34 35 808 A1 eine Verschleiß­ schutzvorrichtung für Flugzeugreifen, wodurch die Räder des Flugzeuges vor dem Aufsetzen der Maschine auf die Ladebahn in Drehung versetzt werden. Zur Erzielung dieser Vorrotation sind turbinenförmige Antriebselemente mit den Rädern des Fahrwerkes gekoppelt, die auf verschiedene Weise mit einem Druckgas versorgt werden können. Als alternative Lösung zur Vorrotation der Räder durch den Fahrtwind ist hierbei nach Anspruch 4 unter anderem vorgesehen, daß die Druckluft zur Versorgung der radseitigen Turbinen durch einen bei einer Flugzeugantriebsturbine ohnehin vorhandenen Kompressor gelie­ fert wird. Konkrete Ausbildungen von Organen zur Steuerung der betreffenden Druckluftströme sind dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Weiterhin zeigt die FR-OS 23 11 712 eine Vorrichtung für ein Flugzeugfahrwerk zur Erzielung eines besseren Kontaktes der Räder mit dem Boden, wobei Mittel vorgesehen sind, um die Räder vor der Landung in Drehung zu versetzen. Dabei wird ein geeignetes Gas verwendet, um die Räder vor der Landung anzu­ treiben, das dann nach der ersten Bodenberührung des Fahrwerks zur Kühlung der Bremsen verwendet wird. Diese Druckschrift zeigt nicht nur keine konkreten Ausbildungen entsprechender Schaltventile zur Steuerung der Druckluft, sondern sie enthält auch keine Hinweise auf eine Anordnung zur Ansteuerung dieser Ventile.

Ferner zeigt die GB-PS 73 92 44 eine Anordnung zur Kühlung der Scheibenbremsen eines Flugzeuges, wobei die Temperatur der Bremsscheiben durch Thermoelemente überwacht wird, um bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur entsprechende Kühl­ maßnahmen einzuleiten. Hierbei ist vorgesehen, daß Kühlwasser in die Bremspakete eingespritzt wird.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Steuerung der Antriebs- und Kühlfunktionen für ein Flugzeugfahrwerk, bei der mindestens jedem Rad des Haupt­ fahrwerks eine Luftturbine und eine Bremseinrichtung zugeordnet ist und der Ausgang eines Kompressors über eine Druck­ luftleitung und ein Schaltventil mit der Luftturbine und der Bremseinrichtung verbindbar ist, so auszubilden, daß die Umschaltung der Druckluft weitgehend verlustfrei erfolgt.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der vorgenannten Art dadurch gelöst, daß das Schaltventil durch eine Druckluftleitung von ringförmigem Querschnitt gebildet ist, deren äußere Wandung im Bereich der Bremseinrichtung eine Vielzahl von Öffnungen aufweist und mit einer an der äußeren Wandung anliegenden bewegbaren Manschette eine Schlitzsteuerung bildet.

Hierdurch wird die Möglichkeit eröffnet, hinreichend große Schaltquerschnitte zu realisieren und damit eine Drosselwirkung weitgehend auszuschalten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung dargestellt und nach­ folgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Flugzeugrad,

Fig. 2 den Schnitt II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 die Einzelheit III nach Fig. 1,

Fig. 4 die Einzelheit III nach Fig. 1 in offener Stellung,

Fig. 5 eine Schaltmanschette,

Fig. 6 die Ansicht VIII nach Fig. 7,

Fig. 7 die Manschette nach Fig. 7 in Beschleunigungsstellung,

Fig. 8 die Manschette nach Fig. 7 in Bremsstellung.

Fig. 1 zeigt ein Flugzeugrad 1 mit der Radachse 2, dem Reifen 3, der Felge 4, bestehend aus den Teilen 4a und 4b sowie mit dem Radlager 5. In schematischer Darstellung sind ferner gezeigt: Die Bremseinrichtung 6 mit dem Bremsen­ flansch 6a und die Luftturbine 7, zu deren Versorgung mit Druckluft eine Druckluftleitung 8 von ringförmigem Quer­ schnitt vorgesehen ist. Die äußere Wandung 9 der Druckluft­ leitung 8 weist im Bereich der Bremseinrichtung 6 eine Vielzahl von Öffnungen 10 auf, die anhand einer an der Innenfläche der Wandung anliegenden axial verschiebbaren Manschette 11 verschließbar sind. Der Bremsenflansch 6a ist im Bereich der Druckluftleitung 8 mit einer Vielzahl von Durchbrüchen 12 versehen. Hierdurch steht die Druckluftlei­ tung 8 dauernd mit der Luftturbine 7 in Verbindung. Am freien Ende der Radachse 2 ist zusätzlich ein Elektromotor 13 mit einem Lüfterrad 14 angeordnet, das nach dem Abstellen des Flugzeuges noch vorhandene Bremswärme weiter reduziert. Bei einem Flugzeugfahrwerk, wobei die einzelnen Räder wie vorbe­ schrieben ausgebildet sind, wird folgende Wirkungsweise ermöglicht. Vor der Landung des Flugzeuges wird das Fahrwerk wie üblich ausgefahren und sodann Druckluft in die Druckluft­ leitung 8 eingeleitet, wobei die Öffnungen 10 geschlossen sind. Hierdurch tritt die gesamte Druckluft in die Lufttur­ bine 7 ein. Damit wird das betreffende Rad 1 derart in Drehung versetzt, daß dessen Umfangsgeschwindigkeit im Aufsetzpunkt in etwa mit der Relativgeschwindigkeit der Landebahn gegenüber dem Flugzeug übereinstimmt. Sobald das Flugzeug am Boden rollt, werden die Öffnungen 10 durch entsprechende Betätigung der Manschette 11 freigegeben, so daß nun der überwiegende Teil der verfügbaren Druckluft zur Kühlung in die Bremseinrichtung 6 eingeleitet wird. Während des Kühlvorganges gelangt der restliche Teil der Druckluft über die Durchbrüche 12 in die Luftturbine und erzeugt inner­ halb der Felge 4 eine geordnete Luftströmung, wodurch die aus der Bremseinrichtung austretende Kühlluft abgeführt wird. Eine nicht gezeigte Ausgestaltung der axial verschiebbaren Manschette besteht darin, daß diese außerhalb der Druck­ luftleitung angeordnet ist, also an deren Außenfläche anliegt.

Der Kühlvorgang wird meist nach Erreichen der Parkposition durch Abschalten der Triebwerke beendet. Noch vorhandene Restwärme kann durch das Lüfterrad 14 reduziert werden.

Fig. 2 zeigt den Schnitt II-II nach Fig. 1 mit dem Reifen 3 und der Luftturbine 7, woraus die Beschaufelung der Lufttur­ bine 7 sowie die Anordnung der Durchbrüche 12 am Bremsen­ flansch 6a hervorgehen.

Fig. 3 zeigt die Manschette 11 innerhalb der Wandung 9 mit den Öffnungen 10. Die axial verschiebbare Manschette 11 ihrerseits ist mit Durchbrüchen 15 versehen. In der gezeigten Position der Manschette 11 sind die Öffnungen 10 durch die Manschette 11 verschlossen, so daß keine Kühlluft in die Bremseinrichtung 6 gelangt und die gesamte verfügbare Druck­ luft in die Luftturbine 7 geleitet wird. Die Manschette 11 befindet sich somit in Beschleunigungsstellung.

Fig. 4 zeigt die Manschette 11 in Bremsstellung. In dieser Stellung decken sich die Durchbrüche 15 der Manschette 11 mit den Öffnungen 10 der Wandung 9, so daß der überwiegende Teil der Druckluft jetzt in die Bremseinrichtung 6 einströmen kann, um diese zu kühlen. In die Turbine 7 gelangt jetzt nur noch ein kleiner Teil der Druckluft.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine andere Ausgestaltung einer Schaltmanschette. Durch diese mit 39 bezeichnete Schaltmanschette wird die von einem nicht gezeigten Turboaggregat gelieferte Druckluft wahlweise auf die Bremseinrichtung 6 oder auf die Luftturbine 7 geschaltet. Das Bild zeigt die Radachse 2 mit dem Bremsenflansch 6a und der Wandung 9, wobei die Manschette 39 an der Innenfläche der Wandung 9 anliegt und seitens des Bremsenflansches 6a eine Stirnwand 40 aufweist. Die Manschet­ te 39 weist eine Vielzahl von radialen Öffnungen 41 auf, die mit den radialen Öffnungen 10 der Wandung 9 durch Drehen der Manschette zur Deckung gebracht werden können. Ferner ist die Manschette 39 innerhalb der Stirnwand 40 mit mehreren axialen Öffnungen 42 versehen, die mit den axialen Durchbrüchen 12 des Bremsenflansches 6a korrespondieren. Die Öffnungen 10 und 41 bzw. die Durchbrüche 12 und Öffnungen 42 sind nun so angeordnet, daß bei einer Drehung der Manschette 39 um einen vorbestimmten Winkel entweder ein radialer oder ein axialer Durchtritt der Druckluft ermöglicht wird.

Fig. 7 zeigt die Manschette 39, wobei der axiale Durchtritt freigegeben ist. In dieser Stellung der Manschette sind die radialen Öffnungen 10 durch die Wandung der Manschette 39 verschlossen. Die gesamte Druckluft passiert daher die axialen Durchbrüche 12. Ein Vergleich mit Fig. 1 zeigt, daß in diesem Falle die Druckluft in die Luftturbine 7 eingelei­ tet wird. Vor der Landung des Flugzeuges wird die Manschette 39 bei ausgefahrenem Fahrwerk in die in Fig. 7 gezeigte Stellung gebracht, so daß die Vorrotation der Räder rechtzeitig durch Einleitung von Druckluft in die Luftturbine 7 beginnen kann.

Fig. 8 zeigt die Manschette 39, wobei der Durchtritt durch die radialen Öffnungen 10 freigegeben ist. In diesem Falle sind die axialen Durchbrüche 12 des Bremsenflansches 6a durch die Stirnwand 40 verschlossen, so daß die gesamte Druckluft nun in die Bremseinrichtung 6 gelangt. Die Manschette 39 wird unmittelbar nach dem Aufsetzen der Räder auf die Landebahn in diese Stellung gebracht, so daß die Kühlung der Bremseinrich­ tungen 6 sofort wirksam wird. Hierdurch erfolgt eine rasche Ableitung der Bremswärme, so daß die Temperatur der Bremsein­ richtung 6 innerhalb zulässiger Grenzen gehalten wird. Durch die Kühlung der Bremseinrichtung wird zugleich die absolut verfügbare Bremsleistung des Fahrwerks erhöht. Ebenso liefert der Ansatz einer gleichbleibenden Bremsleistung geringere Abmessungen der Bremseinrichtungen und damit ein entsprechend geringeres Gewicht.

Im Falle eines Startabbruches werden die Bremsen des Flugzeuges einer außerordentlichen Belastung ausgesetzt, wobei die Temperaturen der betreffenden Bremsklötze und Bremsscheiben im allgemeinen so hohe Werte erreichen, daß dies zu einer Beschädigung der Bremseinrichtung führt. Aufgrund der Erfindung wird die Temperatur gegebenenfalls durch Einleitung von Druckluft abgesenkt. Wird eine außerordentliche Überhitzung festgestellt, wie sie beispielsweise bei einem Startabbruch eintritt, so wird zusätzlich Stickstoff in die Bremseinrichtung eingeleitet. Durch die Einleitung von Stickstoff wird zweierlei erreicht: Zum einen wird die Wirksamkeit der Kühlung durch die sehr niedrige Temperatur des Stickstoffs erhöht, zum anderen wird ein Entflammen brennbarer Materialien im Bereich der Bremsen vermieden. Hierdurch wird eine wirksame Schadensbegrenzung erreicht.

Im Verlauf des Landeanfluges wird der Befehl zum Ausfahren des Fahrwerks gegeben. Dabei veranlassen Rechner automatisch die Einleitung der Druckluft in die Luftturbinen 7. Damit beginnt die Beschleunigungsphase der Räder.

In der Beschleunigungsphase werden die Räder in eine Vorrotation versetzt, so daß deren Umfangsgeschwindigkeit mit der Relativgeschwindigkeit der Landebahn gegenüber der Radachse (Landegeschwindigkeit) im Aufsetzpunkt annähernd übereinstimmt. Aufgrund eigener Untersuchungen wurde nämlich festgestellt, daß ein störender Gummiabrieb bereits vermieden wird, wenn die Räder im Aufsetzpunkt eine Umfangsgeschwin­ digkeit von 60 bis 70% der Landegeschwindigkeit erreicht haben. Es genügt daher, die betreffenden Einrichtungen auf diese Verhältnisse zu dimensionieren, wodurch sich Einsparun­ gen bezüglich des Energiebedarfs und des Gewichts ergeben. Mit dem Aufsetzen des Fahrwerks auf die Landebahn ist die Beschleunigungsphase G zu Ende.

Unmittelbar nach dem Aufsetzen beginnt die Bremsphase H, in der das Flugzeug am Boden unter anderem durch die Bremsein­ richtungen von der Landegeschwindigkeit bis annähernd auf Null abgebremst wird. In dieser Phase werden die Bremsen extrem belastet. Um hierbei eine Überhitzung der Bremsen zu vermeiden, wird sofort bei Beginn der Bremsphase Kühlluft in die Bremsen eingeblasen. Dabei wird die Temperatur der Bremsen anhand der Temperatursensoren überwacht. Im Anschluß an die Bremsphase beginnt das Taxiing. Dabei weisen die Bremsen noch so viel Restwärme auf, daß der Kühlvorgang auch jetzt weitergeführt wird. Bei Erreichen des Stellplatzes werden die Triebwerke abgeschaltet.

Damit steht keine Zapfluft mehr zur Verfügung, so daß jetzt mit den Lüfterrädern 14 weitergekühlt wird. Diese Kühlung wird so lange weiterbetrieben, bis die Temperatur der Bremsen unbedenkliche Werte erreicht hat.

Claims (4)

1. Anordnung zur Steuerung der Antriebs- und Kühlfunktionen für ein Flugzeugfahrwerk, bei der mindestens jedem Rad des Hauptfahrwerks eine Luftturbine und eine Bremseinrichtung zugeordnet ist und der Ausgang eines Kompressors über eine Druckluftleitung und ein Schaltventil mit der Luftturbine und der Bremseinrichtung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil durch eine Druckluftleitung (8) von ringförmigem Querschnitt gebildet ist, deren äußere Wandung (9) im Bereich der Bremseinrichtung (6) eine Vielzahl von Öffnungen (10) aufweist und mit einer an der äußeren Wandung (9) anliegenden bewegbaren Man­ schette (11) eine Schlitzsteuerung bildet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (11) an der Innenfläche der äußeren Wandung (9) anliegend axial ver­ schiebbar ausgebildet ist, so daß die Öffnungen (10) ver­ schließbar sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (11) an der Außenfläche der äußeren Wandung (9) anliegend axial ver­ schiebbar ausgebildet ist, so daß die Öffnungen (10) ver­ schließbar sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (39) an der Innenfläche der Wandung (9) anliegt und im Bereich der Brems­ einrichtung (6) eine Vielzahl radialer Öffnungen (41) auf­ weist, wobei die Manschette (39) eine Stirnwand (40) mit axialen Öffnungen (42) aufweist und seitens des Bremsflansches (6a) mehrere axiale Durchbrüche (12) vorgesehen sind, wobei die Öffnungen 41 mit den Öffnungen (10) und die Öff­ nungen (42) mit den Durchbrüchen (12) derart korrespondieren, daß bei Drehung der Manschette (39) entweder ein axialer oder ein radialer Durchfluß stattfindet.