ES2724705T3 - Locking mechanism above the landing gear that uses a phase change thermal actuation - Google Patents
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Abstract
Un conjunto de blocaje arriba (100) para retener y liberar sistemas de tren de aterrizaje, estando dicho conjunto de blocaje arriba caracterizado por que comprende: un actuador térmico (1) comprendiendo: una cámara configurada para contener material expansible (15) en su interior; un mecanismo de calentamiento acoplado a dicha cámara para calentar dicho material expansible y causar su expansión volumétrica; un pistón (3) acoplado deslizablemente a dicha cámara y adaptado para extenderse en respuesta a dicha expansión volumétrica; y un mecanismo de liberación de blocaje arriba (4) aplicado de manera liberable por dicho pistón cuando se extiende, de tal manera que dicho mecanismo de liberación de blocaje arriba aplicado causa la liberación de dicho tren de aterrizaje.An upper locking assembly (100) for retaining and releasing landing gear systems, said upper locking assembly being characterized in that it comprises: a thermal actuator (1) comprising: a chamber configured to contain expandable material (15) inside it. ; a heating mechanism coupled to said chamber to heat said expandable material and cause its volumetric expansion; a piston (3) slidably coupled to said chamber and adapted to extend in response to said volumetric expansion; and an up-lock release mechanism (4) releasably applied by said piston when extended, such that said up-applied lock release mechanism causes the release of said landing gear.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Mecanismo de blocaje arriba del tren de aterrizaje que emplea una actuación térmica de cambio de faseLocking mechanism above the landing gear that uses a phase change thermal actuation
Campo de la invenciónField of the Invention
La invención presente se refiere a sistemas de control del tren de aterrizaje y, en particular, a mecanismos para la retención y liberación del tren de aterrizaje cuando está en la posición retraída.The present invention relates to landing gear control systems and, in particular, to mechanisms for retaining and releasing the landing gear when in the retracted position.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
Los mecanismos de blocaje arriba de las aeronaves están diseñados para bloquear el tren de aterrizaje en una posición retraída y ayudar a cargar el peso del tren de aterrizaje durante el vuelo. Los mecanismos de blocaje arriba convencionales consisten en un cierre con resorte que bloquea el engranaje en su sitio y un cilindro hidráulico para liberar el mecanismo de blocaje para liberar el tren de aterrizaje que debe ser bajado durante el aterrizaje.The locking mechanisms above the aircraft are designed to lock the landing gear in a retracted position and help load the landing gear weight during the flight. Conventional locking mechanisms above consist of a spring lock that locks the gear in place and a hydraulic cylinder to release the locking mechanism to release the landing gear that must be lowered during landing.
Los sistemas de aeronaves actuales suelen utilizar una multitud de subsistemas hidráulicos como fuente de energía mecánica. Los blocajes arriba típicos del estado de la técnica emplean un actuador hidráulico para realizar la función de desblocaje, y con frecuencia utilizan un sistema de cable accionado manualmente para realizar el desblocaje en el caso de un fallo del sistema hidráulico. Otros blocajes existentes emplean un actuador hidráulico secundario para una liberación alternativa. De manera desventajosa, el sistema de actuación hidráulico es complejo y añade un peso adicional innecesario que debe ser transportado por la aeronave.Current aircraft systems often use a multitude of hydraulic subsystems as a source of mechanical energy. The locks above typical of the prior art employ a hydraulic actuator to perform the unlocking function, and often use a manually operated cable system to perform the unlocking in the event of a hydraulic system failure. Other existing blockages employ a secondary hydraulic actuator for an alternative release. Disadvantageously, the hydraulic actuation system is complex and adds an unnecessary additional weight that must be transported by the aircraft.
Ha existido una tendencia en la industria aeronáutica hacia los sistemas de actuación eléctricos. Se puede observar una reducción general del peso de la aeronave mediante el uso de sistemas eléctricos, en lugar de sistemas hidráulicos. Sin embargo, los sistemas de actuación eléctricos son complejos de fabricar y no son completamente fiables.There has been a trend in the aeronautical industry towards electrical actuation systems. A general reduction in the weight of the aircraft can be observed through the use of electrical systems, rather than hydraulic systems. However, electrical actuation systems are complex to manufacture and are not completely reliable.
Para resolver la dificultad de liberar un blocaje arriba usando energía eléctrica, se han investigado dos enfoques. En el primer enfoque, se puede emplear un solenoide electromagnético como actuador de liberación principal. Los solenoides ofrecen típicamente una fuerza relativamente baja por unidad de masa, pero son simples y fiables. Los sistemas de solenoide pueden ser empleados donde el peso del tren de aterrizaje puede ser levantado del gancho del blocaje arriba antes de que el solenoide sea activado. En el caso de un fallo en donde el mecanismo de elevación del tren de aterrizaje se vuelve inoperable, el peso del tren de aterrizaje sobre el gancho es excesivo para que el solenoide se suelte. Los sistemas que emplean solenoides para la liberación primaria tienen también un mecanismo de liberación secundario. Este mecanismo de liberación puede ser manual, operado por cable, pero típicamente se emplea un actuador electromecánico. Un actuador electromecánico usa un motor eléctrico acoplado a una caja de engranajes para proporcionar un sistema de actuación de gran fuerza/par. Los actuadores electromecánicos tienen un alto nivel de complejidad y varios modos de fallo problemáticos.To solve the difficulty of releasing a blockage above using electric power, two approaches have been investigated. In the first approach, an electromagnetic solenoid can be used as the main release actuator. Solenoids typically offer a relatively low force per unit mass, but they are simple and reliable. Solenoid systems can be used where the weight of the landing gear can be lifted from the locking hook above before the solenoid is activated. In the event of a fault where the landing gear lifting mechanism becomes inoperable, the weight of the landing gear on the hook is excessive for the solenoid to release. Systems that use solenoids for primary release also have a secondary release mechanism. This release mechanism can be manual, cable operated, but typically an electromechanical actuator is used. An electromechanical actuator uses an electric motor coupled to a gearbox to provide a high force / torque actuation system. Electromechanical actuators have a high level of complexity and several problematic failure modes.
Por consiguiente, existe, por tanto, una necesidad de un sistema de actuación del tren de aterrizaje para aeronaves que permita la liberación de los blocajes arriba para evitar o mitigar al menos algunas de las desventajas expuestas anteriormente. Además, existe la necesidad de un actuador que evite o mitigue al menos algunas de las desventajas de los actuadores presentadas anteriormente.Therefore, there is therefore a need for an aircraft landing gear actuation system that allows the release of the blockages above to avoid or mitigate at least some of the disadvantages set forth above. In addition, there is a need for an actuator that avoids or mitigates at least some of the disadvantages of the actuators presented above.
La patente de los EE.UU. N° 5685149 describe un actuador mecánico termoquímico controlado proporcionalmente en donde un operador puede seleccionar una característica operativa, tal como un grado de extensión o de fuerza de un miembro de extensión de un actuador térmico, con un circuito de entrada. El circuito de control de entrada genera una señal de referencia. Un circuito de realimentación controla una característica del actuador térmico, tal como la temperatura de su polímero interno, la extensión del miembro de extensión, la fuerza o similares, y genera una señal de realimentación correspondiente. Un circuito de error compara las señales de referencia y de realimentación y genera una señal de error según las éstas. Un circuito dither (oscilación pequeña) genera una señal dither oscilante que se superpone a una de las señales de control y realimentación antes de la comparación hecha por el circuito de error. Un circuito de conversión de energía ajusta una cantidad de energía eléctrica suministrada a un elemento calentador del actuador térmico según la señal de error.U.S. Pat. No. 5685149 describes a proportionally controlled thermochemical mechanical actuator where an operator can select an operating characteristic, such as an extension or force degree of an extension member of a thermal actuator, with an input circuit. The input control circuit generates a reference signal. A feedback circuit controls a characteristic of the thermal actuator, such as the temperature of its internal polymer, the extension of the extension member, the force or the like, and generates a corresponding feedback signal. An error circuit compares the reference and feedback signals and generates an error signal according to them. A dither circuit (small oscillation) generates an oscillating dither signal that overlaps one of the control and feedback signals before the comparison made by the error circuit. An energy conversion circuit adjusts an amount of electrical energy supplied to a heating element of the thermal actuator according to the error signal.
El documento WO 2005/005252 A1 describe un conjunto de blocaje arriba para retener y liberar los sistemas del tren de aterrizaje.WO 2005/005252 A1 describes a lock assembly above to retain and release the landing gear systems.
Compendio de la invenciónCompendium of the invention
Según un aspecto de la invención, se proporciona un conjunto de blocaje arriba que comprende al menos uno de los medios de actuación térmicos primario y secundario para activar la liberación de un mecanismo de blocaje arriba acoplado a él. Por consiguiente, la invención presente utiliza al menos un actuador térmico para activar el mecanismo de liberación de blocaje.According to one aspect of the invention, an upper locking assembly is provided comprising at least one of the primary and secondary thermal actuation means for activating the release of an upper locking mechanism coupled thereto. Accordingly, the present invention uses at least one thermal actuator to activate the locking release mechanism.
Según un aspecto, el actuador térmico comprende una cámara para contener materiales expansibles tales como cera de parafina u otros materiales adecuados. El actuador térmico comprende además un pistón adaptado para ser extendido para aplicar el mecanismo de liberación del blocaje arriba y hacer que se libere. Los mecanismos de calentamiento se utilizan dentro del actuador térmiAccording to one aspect, the thermal actuator comprises a chamber for containing expandable materials such as paraffin wax or other suitable materials. The thermal actuator further comprises a piston adapted to be extended to apply the lock release mechanism above and have it released. The heating mechanisms are used inside the thermal actuator
cera de parafina (por ejemplo, durante el cambio de fase de sólido a líquido). Según un aspecto, el mecanismo de calentamiento incluye, por ejemplo, elementos de calentamiento resistivos que son usados para fundir material expansible contenido dentro de la cámara cilíndrica para extender el pistón y producir una actuación lineal. Según otro aspecto de la invención, el actuador térmico comprende un dispositivo de unión Peltier para calentar el material expansible en la cámara y causar una actuación lineal del pistón para la posterior liberación del tren de aterrizaje. Según un aspecto adicional de la invención, el actuador térmico comprende un dispositivo de unión Peltier y un dispositivo de calentamiento resistivo para calentar cooperativamente el material expansible.paraffin wax (for example, during the phase change from solid to liquid). According to one aspect, the heating mechanism includes, for example, resistive heating elements that are used to melt expandable material contained within the cylindrical chamber to extend the piston and produce a linear action. According to another aspect of the invention, the thermal actuator comprises a Peltier joining device to heat the expandable material in the chamber and cause a linear actuation of the piston for the subsequent release of the landing gear. According to a further aspect of the invention, the thermal actuator comprises a Peltier bonding device and a resistive heating device for cooperatively heating the expandable material.
Según otro aspecto, la invención presente proporciona un conjunto de blocaje arriba que tiene un actuador térmico para accionar parcial o totalmente un mecanismo de liberación de blocaje arriba del conjunto de blocaje arriba. According to another aspect, the present invention provides an upper locking assembly having a thermal actuator for partially or totally actuating a locking release mechanism above the locking assembly above.
Según un aspecto de la invención, el actuador térmico comprende además un primer y un segundo mecanismo de calentamiento redundante dual para calentar el material expansible tal como cera de parafina. En un aspecto, el primer mecanismo de calentamiento comprende una bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier para transferir el calor al actuador para fundir la cera y transferir el calor del actuador para enfriar la cera. Según otro aspecto, el segundo mecanismo de calentamiento comprende además un elemento de calentamiento resistivo para calentar el material expansible.According to one aspect of the invention, the thermal actuator further comprises a first and second dual redundant heating mechanism for heating the expandable material such as paraffin wax. In one aspect, the first heating mechanism comprises a Peltier thermoelectric heat pump to transfer heat to the actuator to melt the wax and transfer heat from the actuator to cool the wax. According to another aspect, the second heating mechanism further comprises a resistive heating element for heating the expandable material.
Según un aspecto, se proporciona un actuador térmico que comprende: una cámara configurada para contener en su interior material expansible; un primer dispositivo de calentamiento termostático acoplado a dicha cámara y en comunicación con dicho material, dicho primer dispositivo de calentamiento termostático es operable para calentar y mantener dicho material a una temperatura predeterminada; un mecanismo de calentamiento acoplado a dicha cámara y en comunicación con dicho material, dicho mecanismo de calentamiento es operable para calentar dicho material una vez a dicha temperatura predeterminada causando su expansión volumétrica; y un pistón acoplado de manera deslizable a dicha cámara y adaptado para extenderse en respuesta a dicha expansión volumétrica.According to one aspect, a thermal actuator is provided comprising: a chamber configured to contain expandable material inside; a first thermostatic heating device coupled to said chamber and in communication with said material, said first thermostatic heating device is operable to heat and maintain said material at a predetermined temperature; a heating mechanism coupled to said chamber and in communication with said material, said heating mechanism is operable to heat said material once at said predetermined temperature causing its volumetric expansion; and a piston slidably coupled to said chamber and adapted to extend in response to said volumetric expansion.
En un aspecto, la temperatura predeterminada comprende una temperatura por debajo de la temperatura de fusión del material expansible.In one aspect, the predetermined temperature comprises a temperature below the melting temperature of the expandable material.
Descripción breve de los dibujosBrief description of the drawings
Realizaciones ejemplares de la invención se describen a continuación junto con los siguientes dibujos, en los que: Exemplary embodiments of the invention are described below together with the following drawings, in which:
La Figura 1 es una vista lateral de un conjunto de blocaje arriba que incluye un actuador térmico según una realización de la invención;Figure 1 is a side view of an upper locking assembly that includes a thermal actuator according to an embodiment of the invention;
La Figura 2 es una vista isométrica del actuador térmico de liberación del blocaje arriba del conjunto de blocaje arriba de la Figura 1;Figure 2 is an isometric view of the thermal lock release actuator above the lock assembly above of Figure 1;
La Figura 3 es una vista lateral y en sección transversal del actuador térmico según una realización;Figure 3 is a side and cross-sectional view of the thermal actuator according to one embodiment;
La Figura 4 es un diagrama esquemático de una implementación del calentador de coeficiente de temperatura positivo para ser usado con el actuador térmico;Figure 4 is a schematic diagram of an implementation of the positive temperature coefficient heater for use with the thermal actuator;
La Figura 5 es una vista isométrica del conjunto de blocaje arriba según una realización alternativa;Figure 5 is an isometric view of the lock assembly above according to an alternative embodiment;
La Figura 6 es una vista esquemática que ilustra la operación del sistema de control y el sensor de temperatura del actuador térmico según una realización; yFigure 6 is a schematic view illustrating the operation of the control system and the temperature sensor of the thermal actuator according to one embodiment; Y
La Figura 7 es una vista esquemática que ilustra la operación del dispositivo de calentamiento termostático y un mecanismo de calentamiento del actuador térmico según otra realización.Figure 7 is a schematic view illustrating the operation of the thermostatic heating device and a heating mechanism of the thermal actuator according to another embodiment.
Descripción detallada de las realizaciones preferidasDetailed description of the preferred embodiments
Según una realización ilustrada en la Figura 1, hay dispuesto un conjunto de blocaje arriba 100 que comprende un actuador térmico 1 para activar un mecanismo de liberación del blocaje arriba 4 y liberar un gancho de retención 6 para liberar trenes de aterrizaje y/o las compuertas de una aeronave que están en la posición cerrada y retraída. Por ejemplo, esto puede ocurrir para liberar el tren de aterrizaje para la toma de tierra de la aeronave. Como resultará evidente para un experto en la materia, los actuadores térmicos pueden ser denominados también actuadores de parafina o actuadores de cera.According to an embodiment illustrated in Figure 1, a lock assembly is provided above 100 comprising a thermal actuator 1 to activate a lock release mechanism above 4 and release a retention hook 6 to release landing gear and / or the gates of an aircraft that are in the closed and retracted position. For example, this may occur to free the landing gear for the grounding of the aircraft. As will be apparent to one skilled in the art, thermal actuators may also be referred to as paraffin actuators or wax actuators.
Según se describe a continuación, el actuador térmico 1 comprende además una cámara sustancialmente cerrada (por ejemplo, cilíndrica) configurada para contener material expansible 15 (por ejemplo, cera de parafina, Figura 3) que sufre un cambio volumétrico debido a un cambio de temperatura (tal como la cera de parafina, u otras ceras o materiales que expanden su volumen durante un cambio de fase de sólido a líquido causado por el calentamiento del material). De preferencia, la cámara cilíndrica es rígida. El actuador térmico 1 comprende además un mecanismo de calentamiento acoplado a la cámara cilindrica y en comunicación con el material expansible para calentar dicho material expansible y causar su expansión volumétrica (por ejemplo, durante un cambio de fase sólida a líquida del material). Haciendo referencia a la Figura 1, el actuador térmico 1 comprende adicionalmente un pistón 3 acoplado a la cámara y adaptado para aplicar dicho mecanismo de liberación de blocaje arriba 4 para liberar dicho gancho de retención 6 en respuesta a dicho calentamiento del material.As described below, the thermal actuator 1 further comprises a substantially closed chamber (for example, cylindrical) configured to contain expandable material 15 (eg, paraffin wax, Figure 3) that undergoes a volumetric change due to a temperature change (such as paraffin wax, or other waxes or materials that expand their volume during a phase change from solid to liquid caused by heating the material). Preferably, the cylindrical chamber is rigid. The thermal actuator 1 further comprises a mechanism of heating coupled to the cylindrical chamber and in communication with the expandable material to heat said expandable material and cause its volumetric expansion (for example, during a change of solid to liquid phase of the material). Referring to Figure 1, the thermal actuator 1 further comprises a piston 3 coupled to the chamber and adapted to apply said lock release mechanism above 4 to release said retention hook 6 in response to said material heating.
La operación del conjunto de blocaje arriba 100 se explica seguidamente haciendo referencia a la Figura 1. El conjunto de blocaje arriba 100 está configurado para ser usado con el tren de aterrizaje de aeronaves y las compuertas del tren de aterrizaje. La orientación del conjunto de blocaje arriba 100 del tren de aterrizaje está ilustrada en la Figura 1, tal como está montado en el compartimento del tren de aterrizaje. En la operación, para bloquear el tren de aterrizaje (no mostrada) durante el vuelo, el tren de aterrizaje es retraído en el gancho de retención cargado por resorte 6, que pivota hacia arriba (en sentido contrario a las agujas del reloj) alrededor de un primer punto de pivotamiento 8. Con el fin de liberar el tren de aterrizaje, el mecanismo de calentamiento del actuador térmico 1 calienta dicho material expansible. Como resultará evidente, el calentamiento del material expansible causa la expansión volumétrica del material. La expansión volumétrica causa una fuerza contra el pistón 3 del actuador térmico 1, de forma que el pistón 3 se extiende para hacer que pivote el mecanismo de liberación de blocaje arriba 4 alrededor de un segundo punto de pivotamiento 2. Por otra parte, una vez que el material dentro de la cámara es enfriado (por ejemplo, al extraer el calor del material a través del mecanismo de calentamiento), esto causa que el volumen del material dentro de la cámara disminuya, lo que permite la retracción del pistón 3. En cuanto se ha liberado el engranaje, la tensión de un medio de carga flexible tal como un resorte 5 devuelve el gancho de retención 6 al estado desbloqueado (el miembro de captura 6 gira después en sentido horario alrededor del primer punto de pivotamiento 8). Según una realización, el engranaje puede desbloquearse también si los sistemas eléctricos fallan al tirar de un cable de liberación manual 7 acoplado al mecanismo de liberación de blocaje arriba 4.The operation of the blockage assembly above 100 is explained below with reference to Figure 1. The blockage assembly above 100 is configured to be used with the aircraft landing gear and the landing gear gates. The orientation of the locking assembly above 100 of the landing gear is illustrated in Figure 1, as it is mounted in the landing gear compartment. In operation, to block the landing gear (not shown) during the flight, the landing gear is retracted on the spring loaded retention hook 6, which pivots upwards (counterclockwise) around a first pivot point 8. In order to release the landing gear, the heating mechanism of the thermal actuator 1 heats said expandable material. As will be apparent, the heating of the expandable material causes the volumetric expansion of the material. The volumetric expansion causes a force against the piston 3 of the thermal actuator 1, so that the piston 3 extends to pivot the locking release mechanism up 4 around a second pivot point 2. On the other hand, once that the material inside the chamber is cooled (for example, by extracting heat from the material through the heating mechanism), this causes the volume of the material inside the chamber to decrease, allowing the piston to retract 3. In Once the gear has been released, the tension of a flexible loading means such as a spring 5 returns the retaining hook 6 to the unlocked state (the capture member 6 then rotates clockwise around the first pivot point 8). According to one embodiment, the gear can also be unlocked if the electrical systems fail to pull a manual release cable 7 coupled to the lock release mechanism above 4.
Actuador térmico 7Thermal actuator 7
Según una realización, el mecanismo de calentamiento del actuador térmico 1 comprende además al menos uno de un primero y de un segundo mecanismo de calentamiento redundante dual para calentar el material expansible tal como cera de parafina. En un aspecto, el primer mecanismo de calentamiento comprende una bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier tanto para transferir calor al actuador 1 para fundir el material expansible como la cera y para transferir posteriormente el calor del actuador 1 cuando se desea enfriar la cera más rápidamente. Según otro aspecto, el segundo mecanismo de calentamiento comprende además un elemento de calentamiento resistivo para calentar el material expansible.According to one embodiment, the heating mechanism of the thermal actuator 1 further comprises at least one of a first and a second dual redundant heating mechanism for heating the expandable material such as paraffin wax. In one aspect, the first heating mechanism comprises a Peltier thermoelectric heat pump for both transferring heat to the actuator 1 to melt the expandable material and the wax and to subsequently transfer the heat of the actuator 1 when it is desired to cool the wax more rapidly. . According to another aspect, the second heating mechanism further comprises a resistive heating element for heating the expandable material.
Como resultará evidente para un experto en la materia, la redundancia es la duplicación de ciertos componentes de un sistema para proporcionar una funcionalidad de respaldo en caso de que uno de los componentes falle o esté inactivo, lo que mejora la fiabilidad del sistema. Por consiguiente, como se describe a continuación, los mecanismos de calentamiento primero y segundo están adaptados para proporcionar un calentamiento redundante del material expansible.As will be apparent to one skilled in the art, redundancy is the duplication of certain components of a system to provide backup functionality in case one of the components fails or is inactive, which improves the reliability of the system. Therefore, as described below, the first and second heating mechanisms are adapted to provide redundant heating of the expandable material.
Según una realización preferida, se proporcionan mecanismos de calentamiento redundantes duales. Haciendo referencia a la Figura 3, se muestra una vista lateral y una sección transversal del actuador térmico 1 que emplea ambos mecanismos de calentamiento (bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12 y el elemento de calentamiento resistivo 13). Por tanto, los métodos de calentamiento eléctrico son usados para fundir el material expansible (por ejemplo, cera de parafina 15) contenida dentro del actuador térmico 1, lo que causa que éste se expanda y active el mecanismo de liberación de blocaje arriba 4. De preferencia, con el fin de mejorar la fiabilidad en aplicaciones para aeronaves, se emplean métodos de calentamiento eléctricos duales para calentar la parafina 15. En una realización de la invención presente, se utiliza un cable de calentamiento resistivo de nicromo 13 junto con una bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12. Cada método de calentamiento puede proporcionar suficiente energía para liberar el mecanismo de liberación de blocaje arriba 4 independientemente. Es decir, cuando uno de los dos mecanismos de calentamiento (por ejemplo, uno de los cables de calentamiento resistivo de nicromo 13 o la bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12) falla o está inactivo, el otro de los dos mecanismos de calentamiento es operable para calentar el material 15 y proporcionar suficiente expansión volumétrica para causar la extensión del pistón 3. Además, cuando ambos mecanismos de calentamiento son usados conjuntamente (por ejemplo, el calentamiento resistivo 13 y la bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12), esto permite un calentamiento más rápido del material 15 y una extensión más rápida del pistón 3, reduciendo así el tiempo de respuesta para accionar el mecanismo de liberación de blocaje arriba 4.According to a preferred embodiment, dual redundant heating mechanisms are provided. Referring to Figure 3, a side view and a cross section of the thermal actuator 1 using both heating mechanisms (Peltier thermoelectric junction heat pump 12 and resistive heating element 13) are shown. Therefore, electric heating methods are used to melt the expandable material (for example, paraffin wax 15) contained within the thermal actuator 1, which causes it to expand and activate the locking release mechanism above 4. Preferably, in order to improve reliability in aircraft applications, dual electric heating methods are used to heat the paraffin 15. In one embodiment of the present invention, a Nichrome resistive heating cable 13 is used in conjunction with a pump Peltier 12 thermal thermoelectric heat. Each heating method can provide enough energy to release the lock release mechanism above 4 independently. That is, when one of the two heating mechanisms (for example, one of the nichrome resistive heating cables 13 or the Peltier 12 thermoelectric heat pump) fails or is inactive, the other of the two heating mechanisms is operable to heat the material 15 and provide sufficient volumetric expansion to cause the extension of the piston 3. Furthermore, when both heating mechanisms are used together (for example, resistive heating 13 and the Peltier 12 thermoelectric junction heat pump), this it allows a faster heating of the material 15 and a faster extension of the piston 3, thus reducing the response time to operate the lock release mechanism above 4.
Además, la bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12 es operable para transferir el calor al actuador 1 para fundir la cera 15 y, alternativamente, para transferir el calor del actuador 1 para enfriarlo más rápidamente. Según se ha mencionado anteriormente, el elemento de calentamiento resistivo 13 puede ser usado también para calentar el material. Cuando el actuador térmico 1 comprende ambos mecanismos de calentamiento según se ilustra en la Figura 3, la bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12 es operable para calentar el material expansible junto con el elemento 13 de calentamiento resistivo. Por tanto, los mecanismos de calentamiento redundantes duales permiten un calentamiento más rápido del material expansible (por ejemplo, la parafina 15) para permitir que la actuación del pistón 3 y la aplicación del mecanismo de liberación de blocaje arriba 4 sean más instantáneos. Además, según se ha descrito anteriormente, la bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12 es operable para transferir el calor fuera del actuador 1 para permitir que el material expansible se enfríe más rápidamente, lo que causa que el volumen del material disminuya. Según se ha mencionado anteriormente, la contracción del volumen del material suprime la fuerza ejercida sobre el pistón 3 permitiendo que el pistón 3 se retraiga.In addition, the Peltier 12 thermoelectric heat pump is operable to transfer heat to actuator 1 to melt wax 15 and, alternatively, to transfer heat from actuator 1 to cool it more quickly. As mentioned above, the resistive heating element 13 can also be used to heat the material. When the thermal actuator 1 comprises both heating mechanisms as illustrated in Figure 3, the Peltier 12 thermoelectric heat pump is operable to heat the expandable material together with the resistive heating element 13. Thus, the dual redundant heating mechanisms allow faster heating of the expandable material (for example, paraffin 15) to allow the actuation of the piston 3 and the application of the lock-up mechanism 4 to be more instantaneous. In addition, as described above, the Peltier 12 thermoelectric heat pump is operable to transfer heat out of the actuator 1 to allow the expandable material to cool more quickly, which causes the volume of the material to decrease. As mentioned above, the contraction of the volume of the material suppresses the force exerted on the piston 3 allowing the piston 3 to retract.
Por consiguiente, pequeños volúmenes de cera de parafina 15 u otros materiales expansibles en estado de fusión, pueden crear altas presiones dentro de la cámara y, por tanto, dan lugar a grandes fuerzas de actuación sobre el pistón 3 que causan que el pistón 3 se extienda. De esta manera, se puede usar uno o ambos mecanismos de calentamiento (bomba de calor de unión Peltier 12 y el elemento de calentamiento resistivo 13) para calentar el material expansible, tal como la parafina 15. Además, este mecanismo de calentamiento redundante dual permite que uno de los mecanismos de calentamiento realice la tarea de calentar la cera de parafina 15 en caso de fallo del otro de los mecanismos de calentamiento. Además, cuando se utilizan los dos mecanismos de calentamiento (bomba de calor de unión Peltier 12 y elemento de calentamiento resistivo 13), se consigue que el material expansible 15 se caliente y enfríe más rápidamente.Consequently, small volumes of paraffin wax 15 or other expandable materials in the melting state, can create high pressures inside the chamber and, therefore, give rise to large actuation forces on the piston 3 that cause the piston 3 to extend. In this way, one or both heating mechanisms (Peltier junction heat pump 12 and resistive heating element 13) can be used to heat the expandable material, such as paraffin 15. In addition, this dual redundant heating mechanism allows that one of the heating mechanisms perform the task of heating the paraffin wax 15 in case of failure of the other of the heating mechanisms. In addition, when the two heating mechanisms are used (Peltier junction heat pump 12 and resistive heating element 13), it is possible for the expandable material 15 to heat and cool more quickly.
Haciendo referencia a la Figura 2, el actuador térmico 1 comprende un conector 9, una tapa de extremo conductora térmicamente 11, un alojamiento 10 para contener la cámara que contiene el material expansible y un pistón 3. Referring to Figure 2, the thermal actuator 1 comprises a connector 9, a thermally conductive end cap 11, a housing 10 for containing the chamber containing the expandable material and a piston 3.
La vista en sección transversal de la Figura 3 muestra el material expansible 15 (por ejemplo, parafina) contenido dentro de un alojamiento 10 térmicamente aislante y una tapa de extremo 11 térmicamente conductora. Para extender el pistón 3, es aplicada una corriente eléctrica a uno o a ambos mecanismos de calentamiento mencionados anteriormente (bomba de calor de unión Peltier 12 y al elemento de calentamiento resistivo 13). El dispositivo Peltier 12 pasa calor dentro o fuera de la parafina 15 desde el exterior del actuador térmico 1 a través de la tapa de extremo conductora térmicamente 11. Una realización de la invención presente suministra corriente al cable de calentamiento resistivo de nicromo 13 por medio de un conector 9 herméticamente sellado.The cross-sectional view of Figure 3 shows the expandable material 15 (eg, paraffin) contained within a thermally insulating housing 10 and a thermally conductive end cap 11. To extend the piston 3, an electric current is applied to one or both of the above-mentioned heating mechanisms (Peltier junction heat pump 12 and the resistive heating element 13). The Peltier device 12 passes heat into or out of the paraffin 15 from outside the thermal actuator 1 through the thermally conductive end cap 11. An embodiment of the present invention supplies current to the Nichrome resistive heating cable 13 by means of a tightly sealed connector 9.
Al diseñar un actuador térmico 1, se tiene en cuenta la posibilidad de garantizar una retracción sustancialmente completa del pistón 3 después de cada ciclo. Según una realización, para reciclar un actuador térmico 1, un resorte 17 está embebido en el actuador 1 para ayudar a que el pistón 3 retorne cuando la cera 15 se enfría y solidifica. When designing a thermal actuator 1, the possibility of ensuring a substantially complete retraction of the piston 3 after each cycle is taken into account. According to one embodiment, to recycle a thermal actuator 1, a spring 17 is embedded in the actuator 1 to help the piston 3 return when the wax 15 cools and solidifies.
Según se ilustra en la Figura 3, el actuador térmico 1 emplea el uso del resorte 17 para asegurar una retracción sustancialmente completa del pistón 3 durante la solidificación del material expansible 15. Según la realización presente, el resorte de compresión 17 resiste la extensión lineal del pistón 3, de manera que durante la fase de enfriamiento el pistón 3 regresa a su estado completamente retraído. La geometría adicional del pistón 16 funciona como un tope duro para limitar el desplazamiento de los pistones 3 entre el alojamiento 10 y la tapa de montaje 20. As illustrated in Figure 3, the thermal actuator 1 employs the use of the spring 17 to ensure a substantially complete retraction of the piston 3 during solidification of the expandable material 15. According to the present embodiment, the compression spring 17 resists the linear extension of the piston 3, so that during the cooling phase the piston 3 returns to its fully retracted state. The additional geometry of the piston 16 functions as a hard stop to limit the displacement of the pistons 3 between the housing 10 and the mounting cover 20.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 3, el actuador térmico 1 comprende además sellos de alta presión 14 que contienen la parafina 15 en expansión conforme experimenta el cambio de fase durante el calentamiento. Además, el actuador térmico 1 comprende sellos ambientales 18 que aseguran que los contaminantes no interfieran con el movimiento interno del pistón 3 o del resorte 17. Tanto la tapa del soporte 20 como la tapa del extremo 11 están roscadas 19 y, por tanto, son fijadas al alojamiento 10 cuando están atornilladas en su sitio.Referring again to Figure 3, the thermal actuator 1 further comprises high pressure seals 14 containing the expanding paraffin 15 as it undergoes the phase change during heating. In addition, the thermal actuator 1 comprises environmental seals 18 that ensure that the contaminants do not interfere with the internal movement of the piston 3 or the spring 17. Both the support cover 20 and the end cover 11 are threaded 19 and, therefore, are fixed to the housing 10 when they are screwed into place.
Bomba de calentamiento termoeléctrico de unión Peltier 12Peltier 12 thermoelectric junction heating pump
La siguiente exposición proporciona una descripción general de la operación de la bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12 usada con el actuador térmico 1, según se ilustra en la Figura 3. La bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12 es un dispositivo semiconductor que induce un flujo de energía termodinámica entre sus dos placas en oposición. La cantidad de calor transferido es proporcional a la cantidad de corriente que pasa a través de una serie alterna de semiconductores tipo n y tipo p dada por:The following statement provides a general description of the operation of the Peltier 12 thermoelectric junction heat pump used with the thermal actuator 1, as illustrated in Figure 3. The Peltier 12 thermoelectric junction heat pump is a semiconductor device that induces a flow of thermodynamic energy between its two opposing plates. The amount of heat transferred is proportional to the amount of current that passes through an alternating series of semiconductors type n and type p given by:
Q = 2 • N • {a • ITc -[(I2 • p)/(2 • G)] - kAT-G}Q = 2 • N • {a • ITc - [(I2 • p) / (2 • G)] - kAT-G}
Q: Calor bombeado (W)Q: Heat pumped (W)
N: Número de termoparesN: Number of thermocouples
a: Coeficiente de Seebeck (V/K)a: Seebeck coefficient (V / K)
I: Corriente (A)I: Current (A)
Tc: Temperatura del lado frío (K)Tc: Cold side temperature (K)
p: Restividad (Q- cm)p: Restivity (Q- cm)
G: Superficie/Longitud del elemento termoeléctrico (cm)G: Surface / Length of the thermoelectric element (cm)
k: Conductividad térmica (W/cm-K) k: Thermal conductivity (W / cm-K)
AT: Temperatura del lado caliente - Temperatura del lado frío (K) AT: Hot side temperature - Cold side temperature (K)
Los dispositivos Peltier 12 pueden ser usados para calentar de manera eficiente un objeto tal como la parafina 15 extrayendo energía del ambiente, así como también suministrando el calor de sus pérdidas de energía resistiva interna. Al invertir la polaridad eléctrica de la unión Peltier 12 se enfría el objeto bombeando calor en la otra dirección y liberándolo a la atmósfera. Así, según una realización, cuando el tren de aterrizaje ha sido liberado como resultado del calentamiento del material expansible 15, la energía térmica de la parafina líquida 15 puede ser activamente disipada invirtiendo la polaridad eléctrica del dispositivo Peltier 12. Esta combinación de calentamiento y enfriamiento utilizando la propiedad de transferencia de calor bidireccional del dispositivo Peltier 12 es ventajosa porque disminuye el tiempo total del ciclo del actuador y permite un calentamiento y un enfriamiento más rápidos de la parafina 15. Peltier devices 12 can be used to efficiently heat an object such as paraffin 15 by extracting energy from the environment, as well as supplying heat from its internal resistive energy losses. When the electrical polarity of the Peltier 12 junction is reversed, the object is cooled by pumping heat in the other direction and releasing it to the atmosphere. Thus, according to one embodiment, when the landing gear has been released as a result of the heating of the expandable material 15, the thermal energy of the liquid paraffin 15 can be actively dissipated by reversing the electrical polarity of the Peltier device 12. This combination of heating and cooling using the two-way heat transfer property of the Peltier device 12 is advantageous because it reduces the total time of the actuator cycle and allows faster heating and cooling of the paraffin 15.
La energía térmica transferida a través del dispositivo Peltier 12 durante la fase de enfriamiento es disipada por medio de un receptor térmico (no ilustrado en las Figuras). Para reducir el volumen del metal que debe ser calentado durante la actuación, el receptor térmico es mantenido pequeño y la convección forzada de un ventilador es usada para disipar la energía térmica necesaria.The thermal energy transferred through the Peltier device 12 during the cooling phase is dissipated by means of a thermal receiver (not illustrated in the Figures). To reduce the volume of the metal that must be heated during operation, the thermal receiver is kept small and the forced convection of a fan is used to dissipate the necessary thermal energy.
Alojamiento 10Accommodation 10
Los materiales que rodean y/o están en contacto con la parafina 15 son seleccionados de manera que tengan una baja conductividad térmica. Este principio de diseño da como resultado una reducción de las pérdidas térmicas por medio de la disipación del calor, una mayor eficiencia y, por tanto, una reducción de los tiempos de los ciclos de actuación. Como ejemplo, esto se puede lograr fabricando el alojamiento 10 del actuador 1 (Figuras 2 y 3) a partir de un polímero de alta resistencia o mediante el uso de inserciones aisladas dentro de un alojamiento metálico. Se debe considerar la posibilidad de permitir una conducción térmica adecuada del calor hacia y desde el dispositivo Peltier 12 a través de la tapa de extremo 11.The materials surrounding and / or in contact with the paraffin 15 are selected so that they have a low thermal conductivity. This design principle results in a reduction of thermal losses through heat dissipation, greater efficiency and, therefore, a reduction in the times of the operating cycles. As an example, this can be achieved by manufacturing the housing 10 of the actuator 1 (Figures 2 and 3) from a high strength polymer or by using insulated inserts within a metal housing. The possibility of allowing adequate thermal conduction of heat to and from the Peltier device 12 through the end cap 11 should be considered.
Como se ha descrito anteriormente, según una realización, se emplea un actuador térmico 1 de cámara única para realizar la acción de liberación del blocaje arriba. Se utilizan métodos de transferencia de calor duales (por ejemplo, cable resistivo de nicromo 13 y bomba de calor de unión Peltier 12) para proporcionar un grado de redundancia. As described above, according to one embodiment, a single chamber thermal actuator 1 is used to perform the lock release action above. Dual heat transfer methods (for example, Nichrome resistive cable 13 and Peltier 12 junction heat pump) are used to provide a degree of redundancy.
Según una realización alternativa, se proporciona un segundo actuador térmico 1 (no ilustrado) en el mismo conjunto de blocaje arriba 100 para funcionar como el sistema de liberación secundario del primer actuador térmico 1 descrito en esta memoria. Este segundo actuador 1 opera con un suministro eléctrico independiente para funcionar como una fuente de actuación redundante. Como resultará evidente, si uno de los primeros y segundos actuadores térmicos 1 falla, el otro de los primeros y segundos actuadores térmicos 1 es usado como respaldo para activar el mecanismo de liberación de blocaje arriba 4 y causar la liberación del gancho de retención 6 y del tren de aterrizaje. Ya sea uno u otro (o ambos) de los métodos de calentamiento (por ejemplo, el cable resistivo de nicromo 13, la bomba de calor de unión Peltier 12 u otros mecanismos de calentamiento, como resultará evidente para un experto en la materia) pueden ser implementados para fundir la parafina 15 de este actuador secundario y causar la liberación del tren de aterrizaje. According to an alternative embodiment, a second thermal actuator 1 (not shown) is provided in the same lock assembly above 100 to function as the secondary release system of the first thermal actuator 1 described herein. This second actuator 1 operates with an independent power supply to function as a redundant actuation source. As will be apparent, if one of the first and second thermal actuators 1 fails, the other of the first and second thermal actuators 1 is used as a backup to activate the lock release mechanism above 4 and cause the release of the retention hook 6 and of the landing gear. Either one or the other (or both) of the heating methods (for example, the nichrome resistive cable 13, the Peltier 12 heat pump or other heating mechanisms, as will be apparent to one skilled in the art) can be implemented to melt the paraffin 15 of this secondary actuator and cause the landing gear to release.
Ventajosamente, el actuador térmico 1 genera una fuerza relativamente grande para una pequeña unidad de masa. En general, los actuadores térmicos presentan características de operación homogéneas y pueden ser usados en sistemas de realimentación de circuito cerrado. Una desventaja de los actuadores térmicos conocidos es la duración del ciclo. Debido a que el sistema de calentamiento debe calentarse para que se derrita la cera; el proceso de actuación no es instantáneo. Según una realización, el tiempo de actuación puede ser reducido minimizando el volumen de cera 15 en la cámara cilíndrica del alojamiento 10, minimizando así la conducción térmica a través del cuerpo del actuador y maximizando la entrada de energía.Advantageously, the thermal actuator 1 generates a relatively large force for a small unit of mass. In general, thermal actuators have homogeneous operating characteristics and can be used in closed circuit feedback systems. A disadvantage of the known thermal actuators is the cycle time. Because the heating system must be heated so that the wax melts; The acting process is not instantaneous. According to one embodiment, the actuation time can be reduced by minimizing the volume of wax 15 in the cylindrical chamber of the housing 10, thus minimizing thermal conduction through the actuator body and maximizing energy input.
Sensor de temperatura 602 y sistema de control 604Temperature sensor 602 and control system 604
Según una realización, el actuador térmico 1 comprende además un sensor de temperatura 602 y un sistema de control 604, según se ilustra en la Figura 6. El sensor de temperatura 602 es operable para detectar una lectura de temperatura del material expansible (por ejemplo, parafina 15) mientras que el sistema de control 604 es operable para recibir la lectura de temperatura y para controlar continuamente la temperatura del material según la lectura de temperatura.According to one embodiment, the thermal actuator 1 further comprises a temperature sensor 602 and a control system 604, as illustrated in Figure 6. The temperature sensor 602 is operable to detect a temperature reading of the expandable material (e.g., paraffin 15) while the control system 604 is operable to receive the temperature reading and to continuously monitor the temperature of the material according to the temperature reading.
Por ejemplo, el sensor de temperatura 602 está embebido dentro de la parafina 15 del actuador térmico 1. Según se ilustra en la Figura 6, los datos de temperatura de la parafina 15 pueden ser realimentados a un sistema de control 604 que es operable para mantener la temperatura de la parafina 15 justo por debajo del punto de fusión. En este punto, una vez que la temperatura de la parafina 15 se encuentra justo por debajo del punto de fusión 604, los dispositivos de calentamiento 603 (por ejemplo, el cable resistivo de nicromo 13 y/o la bomba de calor de unión Peltier 12 u otros mecanismos de calentamiento) solo necesitan suministrar suficiente energía para superar el calor latente de fusión y fundir la parafina 15 para causar la expansión del volumen de la parafina 15 y la extensión del pistón 3. En consecuencia, esta implementación reduce el tiempo de respuesta del actuador térmico 1 ya que el material expansible 15 ya está a una temperatura predeterminada por debajo de la temperatura de fusión y el cable resistivo de nicromo 13 y/o la bomba de calor de unión Peltier 12 proporcionan suficiente energía para fundir el material expansible 15. Además, como entenderá una persona experta en la materia, el sensor de temperatura 602 y el sistema de control 604 pueden ser implementados de manera similar en el caso del segundo actuador térmico (no mostrado). For example, the temperature sensor 602 is embedded within the paraffin 15 of the thermal actuator 1. As illustrated in Figure 6, the temperature data of the paraffin 15 can be fed back to a control system 604 that is operable to maintain the temperature of paraffin 15 just below the melting point. At this point, once the temperature of the paraffin 15 is just below the melting point 604, the heating devices 603 (for example, the nichrome resistive cable 13 and / or the Peltier 12 junction heat pump or other heating mechanisms) only need to supply enough energy to overcome the latent heat of fusion and melt the paraffin 15 to cause the expansion of the volume of the paraffin 15 and the extension of the piston 3. Consequently, this implementation reduces the response time of the thermal actuator 1 since the expandable material 15 is already at a predetermined temperature below the melting temperature and the nichrome resistive cable 13 and / or the Peltier 12 heat pump bond provide sufficient energy to melt the expandable material 15 In addition, as a person skilled in the art will understand, the temperature sensor 602 and the control system 604 can be similarly implemented in the case of the second thermal actuator (not shown).
Según una realización, el actuadortérmico 1 comprende además un sensor de presión acoplado al material expansible y al sistema de control 604. El sensor de presión está adaptado para monitorizar la presión del material expansible y proporcionar una lectura de su presión. En un aspecto, el sistema de control 604 es operable para recibir la lectura de presión y para controlar la presión del material expansible a una cantidad predeterminada. El sistema de control es además operable para determinar si se ha producido un fallo en el actuador térmico 1 debido a una lectura de presión excesiva.According to one embodiment, the thermal actuator 1 further comprises a pressure sensor coupled to the expandable material and to the control system 604. The pressure sensor is adapted to monitor the pressure of the expandable material and provide a reading of its pressure. In one aspect, the control system 604 is operable to receive the pressure reading and to control the pressure of the expandable material to a predetermined amount. The control system is also operable to determine if a fault has occurred in the thermal actuator 1 due to an excessive pressure reading.
Según se ha descrito en la memoria presente, es ventajoso mantener el material expansible 15 a una temperatura predeterminada justo por debajo del punto de fusión del material expansible 15 de manera que solo se proporcione energía suficiente para superar el calor latente de fusión para causar la extensión del pistón 3. En la realización descrita anteriormente, se emplea un sistema de control activo 604 para mantener la temperatura a una temperatura deseada con realimentación a partir de los sensores de temperatura 602. Según otra realización, el actuador térmico 1 presenta un tiempo del ciclo mejorado manteniendo la temperatura del material expansible 15 a un primer umbral predeterminado, pasivamente por medio de un dispositivo de calentamiento termostático 702.As described herein, it is advantageous to keep the expandable material 15 at a predetermined temperature just below the melting point of the expandable material 15 so that only sufficient energy is provided to overcome the latent heat of fusion to cause extension of the piston 3. In the embodiment described above, an active control system 604 is used to maintain the temperature at a desired temperature with feedback from the temperature sensors 602. According to another embodiment, the thermal actuator 1 has a cycle time improved by maintaining the temperature of the expandable material 15 at a first predetermined threshold, passively by means of a thermostatic heating device 702.
Dispositivo de calentamiento termostático 702702 thermostatic heating device
Según la realización presente ilustrada en la Figura 7, el actuador térmico 1 comprende un primer dispositivo de calentamiento termostático 702 acoplado a la cámara y en comunicación con el material 15, de manera que el primer dispositivo de calentamiento termostático 702 es operable para calentar dicho material 15 a una primera temperatura predeterminada y para mantener dicho material 15 a la primera temperatura predeterminada (por ejemplo, ligeramente por debajo de la temperatura de fusión del material expansible).According to the present embodiment illustrated in Figure 7, the thermal actuator 1 comprises a first thermostatic heating device 702 coupled to the chamber and in communication with the material 15, so that the first thermostatic heating device 702 is operable to heat said material 15 at a first predetermined temperature and to maintain said material 15 at the first predetermined temperature (for example, slightly below the melting temperature of the expandable material).
Según la realización presente, el actuador térmico 1 comprende además un segundo mecanismo de calentamiento 704 acoplado a la cámara y en comunicación con el material 15 de manera que el segundo mecanismo de calentamiento 704 es operable para calentar el material expansible 15 desde la primera temperatura predeterminada hasta una segunda temperatura predeterminada. Una persona experta en la materia entenderá que la primera y la segunda temperaturas predeterminadas pueden incluir un intervalo de temperaturas deseables.According to the present embodiment, the thermal actuator 1 further comprises a second heating mechanism 704 coupled to the chamber and in communication with the material 15 so that the second heating mechanism 704 is operable to heat the expandable material 15 from the first predetermined temperature up to a second predetermined temperature. A person skilled in the art will understand that the first and second predetermined temperatures may include a range of desirable temperatures.
En un aspecto, el primer dispositivo de calentamiento termostático comprende un calentador de coeficiente de temperatura positivo (PTC) adaptado para calentar y mantener una temperatura umbral deseada del material expansible 15. El segundo mecanismo de calentamiento comprende un mecanismo de calentamiento tal como un elemento de calentamiento resistivo o bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier para transferir calor al material expansible 15. Según se ha dicho, el segundo mecanismo de calentamiento 704 está adaptado para calentar el material expansible desde la primera temperatura alcanzada por medio del dispositivo de calentamiento termostático 702 hasta la segunda temperatura predeterminada (por ejemplo, la temperatura de fusión del material expansible). Es decir, el segundo mecanismo de calentamiento 704 está adaptado para calentar el material expansible hasta un punto que causa la fusión del material 15 y causa el aumento de su volumen, a fin de proporcionar suficiente energía para hacer que el pistón 3 se extienda.In one aspect, the first thermostatic heating device comprises a positive temperature coefficient (PTC) heater adapted to heat and maintain a desired threshold temperature of the expandable material 15. The second heating mechanism comprises a heating mechanism such as a heating element. resistive heating or Peltier thermoelectric heat pump to transfer heat to the expandable material 15. As stated, the second heating mechanism 704 is adapted to heat the expandable material from the first temperature reached by means of the thermostatic heating device 702 to the second predetermined temperature (for example, the melting temperature of the expandable material). That is, the second heating mechanism 704 is adapted to heat the expandable material to a point that causes the material 15 to melt and causes its volume to increase, in order to provide enough energy to make the piston 3 extend.
Como se ha descrito anteriormente, según una realización preferida, el actuador térmico 1 proporciona mecanismos de calentamiento redundantes duales, de manera que si uno de los mecanismos de calentamiento falla o está de alguna manera inactivo, el otro mecanismo de calentamiento es operable para calentar el material expansible 15 lo suficiente para causar la extensión del pistón 3. Además, el doble mecanismo de calentamiento redundante permite que los dos mecanismos de calentamiento trabajen juntos para causar un calentamiento más rápido del material expansible 15 y reducir aún más el tiempo del ciclo.As described above, according to a preferred embodiment, the thermal actuator 1 provides dual redundant heating mechanisms, so that if one of the heating mechanisms fails or is in some way inactive, the other heating mechanism is operable to heat the Expandable material 15 sufficiently to cause the extension of the piston 3. In addition, the double redundant heating mechanism allows the two heating mechanisms to work together to cause faster heating of the expandable material 15 and further reduce the cycle time.
Según la realización presente, el segundo mecanismo de calentamiento 704 incluye un mecanismo de calentamiento redundante dual. En este caso, el mecanismo de calentamiento redundante dual es operable para calentar dicho material expansible 15 junto con el dispositivo de calentamiento termostático. Es decir, el dispositivo de calentamiento termostático 702 puede mantener la temperatura del material expansible 15 a un umbral predefinido (por ejemplo, la primera temperatura predeterminada por debajo de la temperatura del punto de fusión del material 15) antes de la actuación. Cada uno de dichos mecanismos de calentamiento redundantes duales puede proporcionar independientemente energía suficiente para fundir el material expansible 15 al actuar, o ambos mecanismos de calentamiento pueden ser usados en paralelo para permitir un calentamiento más rápido del material expansible 15 al actuar.According to the present embodiment, the second heating mechanism 704 includes a dual redundant heating mechanism. In this case, the dual redundant heating mechanism is operable to heat said expandable material 15 together with the thermostatic heating device. That is, the thermostatic heating device 702 can maintain the temperature of the expandable material 15 at a predefined threshold (for example, the first predetermined temperature below the temperature of the melting point of the material 15) before actuation. Each of said dual redundant heating mechanisms can independently provide sufficient energy to melt the expandable material 15 when acting, or both heating mechanisms can be used in parallel to allow faster heating of the expandable material 15 when acting.
En un aspecto, el mecanismo de calentamiento redundante dual comprende un primer mecanismo de calentamiento tal como una bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12 y un segundo mecanismo de calentamiento tal como un elemento de calentamiento resistivo 13. El doble mecanismo de calentamiento redundante es operable para cooperar al calentamiento del material expansible 15 con el mecanismo de calentamiento termostático 702 y comprende un calentador de coeficiente de temperatura positivo.In one aspect, the dual redundant heating mechanism comprises a first heating mechanism such as a Peltier 12 thermoelectric heat pump and a second heating mechanism such as a resistive heating element 13. The dual redundant heating mechanism is operable to cooperate with heating the expandable material 15 with the thermostatic heating mechanism 702 and comprises a positive temperature coefficient heater.
Como entenderá un experto en la materia, se pueden contemplar otras combinaciones de los mecanismos de calentamiento redundantes duales. Por ejemplo, el mecanismo de calentamiento redundante dual puede incluir dos bombas de calor termoeléctricas de unión Peltier 12 en comunicación con el material expansible 15 y operables para cooperar con el dispositivo de calentamiento termostático para calentar el material expansible 15 desde la primera temperatura predeterminada (por ejemplo, justo por debajo de la temperatura del punto de fusión) hasta una segunda temperatura predeterminada que causa la expansión de volumen del material 15 y da como resultado la extensión del pistón 3.As one skilled in the art will understand, other combinations of dual redundant heating mechanisms can be contemplated. For example, the dual redundant heating mechanism may include two Peltier 12 thermoelectric heat pumps in communication with the expandable material 15 and operable to cooperate with the thermostatic heating device to heat the expandable material 15 from the first predetermined temperature (for example, just below the melting point temperature) to a second predetermined temperature that causes the volume expansion of the material 15 and results in the extension of the piston 3.
De preferencia, en un aspecto, el actuador térmico 1 emplea un calentador de coeficiente de temperatura positivo (PTC) en combinación con una bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12, ambos dispositivos están configurados para calentar el material expansible 15. En operación, el calentador de coeficiente de temperatura positivo es activado para transferir calor al material expansible y para mantener el material a una primera temperatura predeterminada. Mientras el calentador PTC está transfiriendo calor al material expansible, la bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier es desactivada hasta que se desea la actuación del pistón 3. Como el coeficiente de temperatura positivo del calentador puede funcionar como un termostato, se autorregula a una temperatura crítica diseñada (por ejemplo, la primera temperatura predeterminada) y alcanzar una temperatura de estado estable. Dicha temperatura crítica diseñada puede ser seleccionada durante la formación del coeficiente de temperatura positivo del calentador para que tenga una temperatura predefinida tal que a dicha temperatura predefinida, el material expansible sea mantenido por debajo de su punto de fusión. Una vez que se desea la actuación del pistón 3, la bomba de calor termoeléctrica de la unión Peltier 12 es activada para proporcionar energía para superar el calor latente de fusión del material expansible 15, fundiendo así el material 15 (por ejemplo, alcanzando la segunda temperatura predeterminada) y operando el actuador 1. En la retracción, la operación de la bomba de calor termoeléctrica de la unión Peltier 12 es invertida para eliminar la energía del material para solidificar el material 15. Al alcanzar una temperatura predefinida, la bomba de calor termoeléctrica de la unión Peltier 12 es desactivada y el coeficiente de temperatura positivo del calentador es operable para llevar el material 15 a una temperatura estable a la temperatura crítica diseñada (por ejemplo, la primera temperatura predeterminada).Preferably, in one aspect, the thermal actuator 1 employs a positive temperature coefficient (PTC) heater in combination with a Peltier 12 thermoelectric heat pump, both devices are configured to heat the expandable material 15. In operation, the Positive temperature coefficient heater is activated to transfer heat to the expandable material and to keep the material at a predetermined first temperature. While the PTC heater is transferring heat to the expandable material, the Peltier thermoelectric heat pump is deactivated until the actuation of the piston 3 is desired. Since the positive temperature coefficient of the heater can function as a thermostat, it is self-regulating at a temperature Critical designed (for example, the first predetermined temperature) and reach a steady state temperature. Said designed critical temperature can be selected during the formation of the positive temperature coefficient of the heater so that it has a predefined temperature such that at said predefined temperature, the expandable material is maintained below its melting point. Once the actuation of the piston 3 is desired, the Peltier 12 thermoelectric heat pump is activated to provide energy to overcome the latent heat of fusion of the expandable material 15, thereby melting the material 15 (for example, reaching the second predetermined temperature) and operating the actuator 1. In retraction, the operation of the thermoelectric heat pump of the Peltier 12 junction is reversed to eliminate the energy of the material to solidify the material 15. Upon reaching a predefined temperature, the heat pump thermoelectric of the Peltier 12 junction is deactivated and the positive temperature coefficient of the heater is operable to bring the material 15 to a stable temperature at the designed critical temperature (for example, the first predetermined temperature).
Alternativamente, la realización descrita anteriormente en esta memoria puede ser configurada con un calentador resistivo de nicromo 13 en lugar de una bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12 de manera que el calentador resistivo de nicromo 13 está configurado para fundir el material 15 una vez que se desee la actuación del pistón 3.Alternatively, the embodiment described hereinbefore may be configured with a nichrome resistive heater 13 instead of a Peltier thermoelectric heat pump 12 so that the nichrome resistive heater 13 is configured to melt the material 15 once the operation of the piston 3 is desired.
Operación del calentador PTCPTC heater operation
Una descripción general de la operación de un calentador de coeficiente de temperatura positivo se describe en esta memoria. De preferencia, dicho calentador está formado a partir de un material cerámico que tiene un coeficiente de temperatura positivo, de manera que la respuesta térmica fuertemente no lineal da como resultado un aumento repentino de la resistividad del material más allá de una cierta temperatura crítica. Los materiales típicos que tienen esta característica son el titanato de bario y los compuestos de titanato de plomo. Al utilizar este material, el calentador puede actuar como su propio termostato y controlar la temperatura del calentador de forma pasiva. Conforme se aplica corriente al calentador, la resistividad es relativamente baja y, por tanto, la temperatura aumenta debido al calentamiento por resistencia. Sin embargo, conforme la temperatura aumenta más allá de la temperatura crítica diseñada, la resistividad aumenta significativamente y reduce el flujo de corriente y, a su vez, el calentamiento resistivo. Lo que da como resultado un estado estable con la temperatura del calentador a la temperatura crítica (por ejemplo, la primera temperatura predeterminada).A general description of the operation of a positive temperature coefficient heater is described herein. Preferably, said heater is formed from a ceramic material having a positive temperature coefficient, so that the strongly non-linear thermal response results in a sudden increase in the resistivity of the material beyond a certain critical temperature. Typical materials that have this characteristic are barium titanate and lead titanate compounds. By using this material, the heater can act as its own thermostat and control the temperature of the heater passively. As current is applied to the heater, the resistivity is relatively low and, therefore, the temperature increases due to resistance heating. However, as the temperature increases beyond the designed critical temperature, the resistivity increases significantly and reduces the current flow and, in turn, the resistive heating. This results in a stable state with the heater temperature at the critical temperature (for example, the first predetermined temperature).
En otra realización ilustrada en la Figura 4, una resistencia de coeficiente de temperatura positivo está dispuesta en serie con un elemento de calentamiento resistivo de manera que la resistencia de PTC actúa regulando el flujo de corriente a través del elemento de calentamiento y manteniendo una temperatura de estado estable. Dado que las dos resistencias están en serie, comparten el mismo flujo de corriente. En virtud de la relación entre la resistividad y la temperatura en un calentador pTc , el aumento de la resistencia reduce la corriente general que fluye por la rama conforme aumenta la temperatura. Cuando se requiere un calentamiento adicional, la resistencia PTC puede ser derivada a 0 ohmios mediante el uso de un mecanismo de conmutación, lo que permite el flujo completo de corriente a través del elemento de calentamiento.In another embodiment illustrated in Figure 4, a positive temperature coefficient resistor is arranged in series with a resistive heating element so that the PTC resistor acts by regulating the flow of current through the heating element and maintaining a temperature of stable state. Since the two resistors are in series, they share the same current flow. By virtue of the relationship between resistivity and temperature in a pTc heater, the increase in resistance reduces the general current flowing through the branch as the temperature increases. When additional heating is required, the PTC resistor can be derived at 0 ohms through the use of a switching mechanism, which allows the full flow of current through the heating element.
Redundancia - DualRedundancy - Dual
Según se ha descrito brevemente en esta memoria anteriormente, el uso de una multitud de mecanismos de calentamiento para accionar el actuador térmico 1 proporciona redundancia. Según una realización ilustrada en la Figura 3, se muestra una vista lateral y una sección transversal del actuador térmico 1 que emplea ambos mecanismos de calentamiento (bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12 y el elemento de calentamiento resistivo 13). Además, como se ha descrito anteriormente, según una realización, la bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12 opera como mecanismo de calentamiento primario mientras que el elemento de calentamiento resistivo 13 opera como mecanismo de calentamiento secundario, proporcionando así un calentamiento redundante en caso de fallo o calentando el material expansible más rápidamente (cuando la bomba de calor termoeléctrica de unión Peltier 12 y el elemento de calentamiento resistivo 13 operan en paralelo).As briefly described herein, the use of a multitude of heating mechanisms to drive the thermal actuator 1 provides redundancy. According to an embodiment illustrated in Figure 3, a side view and a cross-section of the thermal actuator 1 using both heating mechanisms (Peltier thermoelectric junction heat pump 12 and resistive heating element 13) are shown. Furthermore, as described above, according to one embodiment, the Peltier 12 thermoelectric heat pump operates as a primary heating mechanism while the resistive heating element 13 operates as a secondary heating mechanism, thus providing redundant heating in case of Failure or heating the expandable material more quickly (when the Peltier thermoelectric junction heat pump 12 and the resistive heating element 13 operate in parallel).
En una operación, el mecanismo de calentamiento primario es activado para calentar el material expansible cuando es deseable liberar el conjunto de blocaje arriba, o según una realización de la invención, es activado para mantener el material expansible en un punto de temperatura predefinido. Además, tanto el mecanismo de calentamiento primario como el secundario pueden ser configurados para calentar el material expansible conjuntamente, según se ha descrito en una realización de la invención. La redundancia proporcionada por el mecanismo de calentamiento secundario permite que dicho mecanismo de calentamiento secundario lleve a cabo la tarea de activar el mecanismo de blocaje en el caso de un fallo del mecanismo de calentamiento primario. Dichos modos de fallo del mecanismo de calentamiento primario pueden incluir, pero no estar limitados a, fallos del suministro eléctrico y lecturas de temperatura inesperadas. En tales casos, el sistema de control 604 del actuador térmico 1 puede controlar la temperatura del material expansible de manera que, por ejemplo, las disparidades extendidas entre la temperatura real y la temperatura deseada del material expansible pueden indicar un fallo del mecanismo de calentamiento. La operación de los mecanismos de calentamiento primario y secundario ha sido descrita anteriormente en esta memoria. In one operation, the primary heating mechanism is activated to heat the expandable material when it is desirable to release the lock assembly above, or according to an embodiment of the invention, it is activated to keep the expandable material at a predefined temperature point. In addition, both the primary and secondary heating mechanism can be configured to heat the expandable material together, as described in an embodiment of the invention. The redundancy provided by the secondary heating mechanism it allows said secondary heating mechanism to carry out the task of activating the locking mechanism in the event of a failure of the primary heating mechanism. Such failure modes of the primary heating mechanism may include, but are not limited to, power supply failures and unexpected temperature readings. In such cases, the control system 604 of the thermal actuator 1 can control the temperature of the expandable material so that, for example, extended disparities between the actual temperature and the desired temperature of the expandable material may indicate a failure of the heating mechanism. The operation of the primary and secondary heating mechanisms has been previously described herein.
El actuador térmico 1 que se muestra en la Figura 3 está configurado para actuar únicamente en el mecanismo de liberación de blocaje arriba 4. Según una realización alternativa, el actuador térmico 1 es operable para funcionar en una configuración híbrida, por lo que el actuador térmico 1 actúa como un primer actuador y un segundo actuador alternativo actúa como un actuador secundario. Dicho segundo actuador alternativo incluye, por ejemplo, un actuador de motor eléctrico, un actuador hidráulico, un actuador de solenoide eléctrico y otros actuadores de este tipo, según describe el estado de la técnica, o combinaciones de éstos. Cada uno de los actuadores primero y segundo puede estar configurado para activar completamente el mecanismo de blocaje arriba, proporcionando así otro grado de redundancia. Esta redundancia dual permite que uno de los actuadores realice la tarea de desbloquear el mecanismo de blocaje arriba en caso de que el otro de los actuadores falle. Alternativamente, el primer y el segundo actuador pueden estar configurados para activar parcialmente el mecanismo de blocaje arriba. Además, el primero y el segundo actuador son operables para accionar conjuntamente el mecanismo de liberación.The thermal actuator 1 shown in Figure 3 is configured to act only on the lock release mechanism above 4. According to an alternative embodiment, the thermal actuator 1 is operable to operate in a hybrid configuration, whereby the thermal actuator 1 acts as a first actuator and a second alternative actuator acts as a secondary actuator. Said second alternative actuator includes, for example, an electric motor actuator, a hydraulic actuator, an electric solenoid actuator and other actuators of this type, as described in the prior art, or combinations thereof. Each of the first and second actuators can be configured to fully activate the locking mechanism above, thus providing another degree of redundancy. This dual redundancy allows one of the actuators to perform the task of unlocking the locking mechanism above in case the other actuator fails. Alternatively, the first and the second actuator may be configured to partially activate the locking mechanism above. In addition, the first and second actuators are operable to actuate the release mechanism together.
Haciendo referencia a la Figura 5, se muestra una vista isométrica del conjunto 100 de blocaje arriba que emplea dos actuadores. En esta realización, el conjunto de blocaje arriba 100 comprende un primer actuador térmico 1 y un segundo actuador hidráulico 21. En esta configuración, ambos actuadores (1 y 21) pueden accionar el mecanismo de liberación de blocaje arriba 4. El pistón 3 del actuador térmico y el pistón 22 del actuador hidráulico pueden estar en contacto con el mecanismo de liberación de blocaje arriba para activar el mecanismo de blocaje arriba 100 de la manera descrita en la configuración de un único actuador.Referring to Figure 5, an isometric view of the lock assembly 100 above showing two actuators is shown. In this embodiment, the upper lock assembly 100 comprises a first thermal actuator 1 and a second hydraulic actuator 21. In this configuration, both actuators (1 and 21) can drive the lock release mechanism above 4. The piston 3 of the actuator The thermal actuator and the piston 22 of the hydraulic actuator may be in contact with the locking mechanism above to activate the locking mechanism above 100 in the manner described in the configuration of a single actuator.
Según se ha descrito anteriormente en esta memoria, los dos actuadores 1, 21 pueden ser operados para proporcionar redundancia dual al accionar el mecanismo de liberación de blocaje arriba. Según un aspecto ilustrado en la Figura 5, el actuador térmico 1 actúa como actuador primario y el actuador hidráulico 21 actúa como actuador secundario. En el caso de que el actuador térmico 1 muestre un comportamiento de fallo, el actuador térmico 1 es desactivado (por ejemplo, queda inactivo) y el actuador hidráulico 21 asume el cometido del actuador primario (por ejemplo, sigue activo). Dicho comportamiento de fallo puede incluir pero no estar limitado al fallo del calentador (mecanismos de calentamiento primario y secundario) o a una falta de actuación después de un tiempo predefinido. En tales casos, el sistema de procesamiento del conjunto de blocaje arriba 100 puede monitorizar la posición del mecanismo de liberación de blocaje arriba 4 y determinar el tiempo transcurrido entre la actuación deseada y la actuación real. Por ejemplo, un tiempo transcurrido inaceptable puede demostrar un fallo del actuador de blocaje arriba y, por tanto, indica al actuador secundario que asuma la función del actuador primario (por ejemplo, que se active) y que se desactive el actuador primario (por ejemplo, quede inactivo).As described hereinbefore, the two actuators 1, 21 can be operated to provide dual redundancy by operating the lock release mechanism above. According to an aspect illustrated in Figure 5, the thermal actuator 1 acts as the primary actuator and the hydraulic actuator 21 acts as the secondary actuator. In the event that the thermal actuator 1 shows a fault behavior, the thermal actuator 1 is deactivated (for example, it is inactive) and the hydraulic actuator 21 assumes the role of the primary actuator (for example, it is still active). Such failure behavior may include but not be limited to heater failure (primary and secondary heating mechanisms) or to a lack of action after a predefined time. In such cases, the locking system processing system above 100 can monitor the position of the locking release mechanism above 4 and determine the time elapsed between the desired performance and the actual performance. For example, an unacceptable elapsed time may demonstrate a failure of the locking actuator above and, therefore, instructs the secondary actuator to assume the function of the primary actuator (for example, to be activated) and to deactivate the primary actuator (for example , become inactive).
Aunque el actuador térmico 1 que se ilustra en la Figura 3 tiene mecanismos de calentamiento redundantes duales (por ejemplo, el cable resistivo de nicromo 13 y la bomba de calor de unión Peltier 12) que pueden operar en paralelo o individualmente se han descrito en esta memoria para su uso con un conjunto de blocaje arriba 100, un experto en la materia entenderá que pueden contemplarse otros usos y aplicaciones para el actuador térmico 1.Although the thermal actuator 1 illustrated in Figure 3 has dual redundant heating mechanisms (for example, the nichrome resistive cable 13 and the Peltier 12 junction heat pump) that can operate in parallel or individually have been described in this memory for use with a lock assembly above 100, one skilled in the art will understand that other uses and applications for the thermal actuator 1 can be contemplated.
Aunque esta invención ha sido descrita haciendo referencia a realizaciones ilustrativas y ejemplos, la descripción no pretende ser interpretada en un sentido limitador. Por tanto, diversas modificaciones de las realizaciones ilustrativas, así como otras realizaciones de la invención, resultarán evidentes para los expertos en la materia que hacen referencia a esta descripción. Por tanto, se contempla que las reivindicaciones adjuntas cubran dichas modificaciones o realizaciones.Although this invention has been described with reference to illustrative embodiments and examples, the description is not intended to be construed in a limiting sense. Therefore, various modifications of the illustrative embodiments, as well as other embodiments of the invention, will be apparent to those skilled in the art who refer to this description. Therefore, it is contemplated that the appended claims cover said modifications or embodiments.
Aunque las realizaciones preferidas de la invención han sido descritas en la memoria presente, los expertos en la materia entenderán que pueden realizarse variaciones a las mismas sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Although preferred embodiments of the invention have been described herein, those skilled in the art will understand that variations can be made thereto without departing from the scope of the appended claims.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US1627807A | 2007-12-21 | 2007-12-21 | |
PCT/CA2008/002255 WO2009079785A1 (en) | 2007-12-21 | 2008-12-19 | Landing gear uplock mechanism employing thermal phase-change actuation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ES2724705T3 true ES2724705T3 (en) | 2019-09-13 |
Family
ID=67858357
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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ES08864753T Active ES2724705T3 (en) | 2007-12-21 | 2008-12-19 | Locking mechanism above the landing gear that uses a phase change thermal actuation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
ES (1) | ES2724705T3 (en) |
-
2008
- 2008-12-19 ES ES08864753T patent/ES2724705T3/en active Active
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