JP2009519158A - 航空機の高揚力面システム、着陸フラップ・システムの負荷を自動的に軽減する方法および装置 - Google Patents
航空機の高揚力面システム、着陸フラップ・システムの負荷を自動的に軽減する方法および装置 Download PDFInfo
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Abstract
【選択図】図1
Description
多くの民間航空機、さらに軍用輸送機では、そのような高揚力面は、通常翼幅方向に延びる回転シャフト装置を介して、高揚力面に設けた機械式の局所最終制御要素に連結された主駆動ユニットによって駆動される。
局所最終制御要素は、スピンドルまたはクランク機構もしくは同様の作動装置を有することができる。
ほとんどの場合、幾つかのそのような高揚力面は、回転シャフト装置に沿って配置される。
通常、第1のかかる回転シャフト装置は、翼形の前部領域に沿って延び、したがって、この場所に設けた前縁フラップを作動させる働きをし、一方、第2の回転シャフト装置は、翼の後部領域に沿って延び、したがって、この場所に設けた着陸フラップを駆動する働きをする。
高揚力面の展開または格納時に、回転シャフト装置内かまたは高揚力面に付属する最終制御要素内に動作妨害が発生した場合、回転シャフト装置は、ストールトルクに達するまで、動作妨害の場所と駆動ユニットの間で駆動モータからねじり応力を受ける。
これは、これまでの最新技術によれば、飛行が終わって、対応する修理作業を行った後でのみ軽減できる大きなねじり負荷をもたらす。
修理を行うことができるまで、回転シャフトシステムは、最大モータモーメントを受けて、応力がかかった状態のままである。
動作妨害が発生した場合に、応力を受けるシャフト装置に大きなねじりモーメントがかかる結果、それによって、回転シャフトは、駆動モータと動作妨害の場所との間できわめて大きな機械応力を受け、翼の曲がりや着陸による衝撃などにより、さらに、曲げモーメントおよび引張り荷重/圧縮荷重が回転シャフトシステムに加えられると、機械応力はいっそうさらに大きくなる。
回転シャフトシステムの個々の要素は、負荷がかかる期間が長くなる可能性を考慮して算出された安全係数を加味した、相当する強度をもたらす大きさとされなければならないが、これは、シャフトの重量を最適化する選択肢を限定する。
さらに、この要求は、請求項10の特徴を備えた装置によって満たすことができる。
本発明によれば、高揚力面システム内に動作妨害があることを示す信号が記録されると、主駆動ユニットによって回転シャフト装置に伝動されるトルクは、所定の低い方のトルク値まで自動的に低められ、高揚力面システムの位置が固定される。
このプロセスでは、有利なことに、高揚力面の実際の位置を表す信号は、回転シャフト装置の両端に設けた非対称位置センサから得ることができる。
斜板構造の油圧式軸流ピストンモータが最大回動ディスク角をなした場合に、所定の高トルク値を表す信号として記録することができる。
図1は、翼前縁に配置された前縁フラップシステムおよび翼後縁に配置された着陸フラップシステムの形態で高揚力面システムを設けた、本発明の例示的な実施形態による航空機の斜視図である。
図2aおよび図2bは、高揚力面システムを展開する際に動作妨害が発生した場合の、高揚力面システムに設けた主駆動ユニットのトルクの時間勾配、あるいはそのような主駆動ユニットに設けた油圧式傾斜軸流モータの回動ディスク角の時間勾配を示す図表であり、本発明の例示的な実施形態に従ってねじり負荷を軽減している。
図3aおよび図3bは、高揚力面システムを格納する際に動作妨害が発生した場合の、高揚力面システムに設けた主駆動ユニットのトルクの時間勾配、あるいはそのような主駆動ユニットに設けた油圧式傾斜軸流モータの回動ディスク角の時間勾配を示す図表であり、本発明の例示的な実施形態に従ってねじり負荷を軽減している。
高揚力面システムは、翼前縁に配置された前縁フラップ11、12と、翼後縁に配置された着陸フラップ21とを有する。
一方、着陸フラップ21の作動用には後部回転シャフト装置25が設けられ、この後部回転シャフト装置は、基本的に同じく翼幅の方向に延びるように翼後縁に設けられている。
航空機の2つの翼のそれぞれに対して、かかる前部回転シャフト装置15およびかかる後部回転シャフト装置25がそれぞれ設けられ、図1は、一方の翼の回転シャフト装置15、25のみを示している。
両翼の前部回転シャフト装置は、主駆動ユニット14によってT字形ギヤ装置14を介して一緒に駆動され、一方、両翼の後部回転シャフト装置25は、主駆動ユニット23によってT字形ギヤ装置24を介して同じ態様で駆動される。
説明した実施形態では、前縁フラップを駆動するのに設けられた前部回転シャフト装置15の主駆動ユニット13は、駆動力を提供する油圧式傾斜軸流モータと、電子制御式電気モータとを有し、これらモータは、図には具体的に示されていない。
モータ制御用電子機器35は、電気モータを制御するために設けられている。
着陸フラップ21を作動させるために設けられた後部回転シャフト装置25の主駆動ユニット23は、2つの油圧式傾斜軸流モータを有し、これら2つの油圧式傾斜軸流モータもまた、図には具体的に示されていない。
高揚力フラップ、すなわち、前縁フラップ11、12および着陸フラップ21を展開または格納するのに、回転シャフト装置15、25が、主駆動ユニット13、23によって、それぞれのT字形ギヤ装置14、24を介して一方の方向か、または他方の方向に回転される。
これらの局所最終制御要素16、26は、例えば、スピンドルやクランク機構とすることができる。
制御装置31、32への運転コマンドの入力は、パイロットによって、例えば、フラップ作動レバー33を介して行われる。
さらに、駆動方向から見た場合の、各回転シャフト装置15、25の前端部に、機械式トルクリミッタが配置され、このトルクリミッタを用いて、主駆動ユニット13、23が発生させた非常に高いトルクが、それぞれの回転シャフト装置15、25に対して許容できる値に制限される。
さらに、主駆動ユニット13には、すでに上記で説明した調整型電気モータが設けられていて、そのモータでは、モータモーメントがコマンド電流isollに対して比例関係にある。
回転シャフトシステム、すなわち、回転シャフト装置15、25の1つに動作妨害が発生した場合、モータモーメントは、一定の作用値から最大ストールトルクに上がる。
油圧式モータの場合、前述したようになる理由は、調整機能により、回動ディスク角が最大値αschwenk,maxまで上昇するからであり、あるいは、電気モータの場合、調整機能により、対応してコマンド電流isollが最大値isoll,maxに上昇するからである。
制御装置31、32から送られたそれぞれの制御信号に応答して、主駆動ユニット13、23によって回転シャフト装置15、25に伝動されるトルクを発生させることにより、前縁フラップ11、12または着陸フラップ21によって形成される高揚力面システムは、それぞれ所望する所定の位置に配置される。
そのような動作妨害は、回転シャフト装置15、25内や、高揚力面11、12、21に設けられた局所最終制御要素16、26内で主に発生することができ、その結果、シャフトシステムは、ストールトルクに達するまで、動作妨害の位置と主駆動ユニット13、23の駆動モータとの間でねじり応力を受けることになる。
負荷が軽減されない場合、これは、導入部で説明した不利益な効果をもたらす。
これは、高揚力面システムに動作妨害が発生したことがパイロットによって即座に検出され、パイロットが対応する対抗動作を開始させた場合の事例である。
動作妨害があることを示す高トルク値を表す信号は、油圧式傾斜軸流モータの場合、最大回動ディスク角αschwenk,maxから得ることができ、あるいは電気モータの場合は、最大コマンド電流isoll,maxから得ることができる。
回転シャフト装置15、25内のトルクがその後に戻され、高揚力面システムの位置がその後に固定される所定の低トルク値は、一方で、トルク値が、回転シャフト装置15、25に含まれるトルクリミッタの始動値より小さくなり、他方で、高揚力面11、12、21が、外気負荷による制御不能な格納に対抗して固定されるように設定される。
説明した例示的な実施形態では、高揚力面システムの位置は、主駆動ユニット13、23に含まれるモータロックブレーキを作動させることで固定される。
図2aに矢印で示した時点で動作妨害が発生すると、トルクは最大値まで上昇し、これは、回動ディスク角αschwenkが最大値αmaxまで増大することにより引き起こされる。
所定の期間の後、本実施例では4秒後、動作妨害が検出されたものとされ、対応する逆駆動コマンドを主制御ユニット13、23から出力する。
代替案として、この時点で、パイロットが反対方向駆動コマンドを出してもよい。
次の短いタイムスロット内で回動ディスク角を調整して、最大値αmaxから所定の低い値αschwenk,minに制御された態様で戻し、こうして、モータモーメントと、回転シャフト装置15、25内に作用するねじりモーメントとが比例して低減される。
この小さくなったねじりモーメントは、鎖線で図2aに示したしきい値LTLSより小さく、この鎖線は、すでに説明したトルクリミッタの連結/切り離しに該当する。
上記にすでに説明したように、最小回動ディスク角αschwenk,minは、一方で、(1つ設けた)機械式トルクリミッタが再度切り離され、他方で、外気負荷に対抗する十分なモーメントが確実に存在するように設定される。
最小回動ディスク角に達すると同時に、(通常は標準として装備される)モータロックブレーキを作動させる。
こうして、負荷軽減プロセスが完了し、回転シャフト装置15、25内のねじりモーメントは、所望する最小値まで低減され、動作妨害をなくす目的で、このモーメントレベルから新たに開始することができる。
図3に矢印でマークされた時点で動作妨害が発生して、油圧式傾斜軸流モータの回動ディスク角が値αmaxに増大したために、主駆動ユニット13、23の格納動作方向のトルクがその最大値まで増加する。
この場合にも、特定の期間、図2と同様に4秒後、動作妨害が検出されたものとされるか、あるいはパイロットが、反対方向に駆動するようコマンドを出す。
短いタイムスロット内で回動ディスク角をその最大値αmaxから下げ、ゼロ交差の後、前記回動ディスク角を調整して、所定の最小値αschwenk,minに戻す。
この最小値もまた、トルクリミッタの連結/切り離し用のしきい値LTLSより小さく、外気負荷に対抗して作用して、高揚力面が制御不能に格納されるのを確実に防止するような大きさとされる。
次いで、この最小回動ディスク角αschwenk,minでモータロックブレーキを再度作動させる。
負荷軽減手順はこうして終了し、回転シャフト装置15、25内のねじりモーメントは最小値に低減され、動作妨害をなくすために、この低トルクレベルから新たに開始することができる。
その結果として、含まれるすべての機械部品で負荷が軽くなる。
これは、特に、動作妨害が長期的に存在し、主駆動モータを反対方向に駆動しようと繰り返し試みた後でさえ、システムを解放することができない場合に有益である。
負荷を軽減することで、可能な限りの最高の安全性を維持しながら、回転シャフトシステム内の重量の最適化を実現することができる。
12 前縁フラップ
21 着陸フラップ
13、23 主駆動ユニット
14、24 T字形ギヤ装置
15、25 回転シャフト装置
16、26 局部最終制御要素
17、27 翼端ブレーキ
18、28 非対称位置センサ
31、32 制御装置
33 フラップ作動レバー
34 リセット装置
35 モータ制御電子機器
Claims (22)
- 動作妨害が発生した場合に、航空機の高揚力面システム、特に、着陸フラップシステムの負荷を自動的に軽減する方法であって、
制御装置(31、32、35)から送られた制御信号に応答して、主駆動ユニット(13、23)によって回転シャフト装置(15、25)に伝動されるトルクを発生させることにより、機械式の局所最終制御要素(16、26)によって作動される少なくとも1つの高揚力面(11、12、21)が、前記回転シャフト装置(15、25)を介して前記局所最終制御要素(16、26)に連結された前記主駆動ユニット(13、23)によって所定の位置に配置される方法において、
前記高揚力面システムの内部に動作妨害があることを示す信号が記録された場合に、前記主駆動ユニット(13、23)によって前記回転シャフト装置(15、25)に伝動されるトルクを所定の低い方のトルク値まで自動的に低め、前記高揚力面システムの位置を固定する方法。 - 前記主駆動ユニット(13、23)によって前記回転シャフト装置(15、25)に伝動されるトルクに関する所定の高トルク値を表す信号を所定の期間記録することで、動作妨害を示す前記信号を得る請求項1に記載の方法。
- 前記回転シャフト装置(15、25)の回転方向の反転を開始させるという意図で、パイロットによって制御信号が出されるようにすると同時に、前記主駆動ユニット(13、23)によって前記回転シャフト装置(15、25)に伝動されるトルクに関する所定の高トルク値を表す信号を記録することで、動作妨害を示す前記信号を得る請求項1に記載の方法。
- 前記高揚力面システムの内部に設けた位置センサから送られた、前記高揚力面(11、12、21)の実際の位置を表す信号を、前記制御装置(31、32)で実行される評価アルゴリズムによって前もって決められた、前記高揚力面(11、12、21)のコマンド上の位置を表す信号と比較することによって、動作障害を示す前記信号を得る請求項1に記載の方法。
- 前記回転シャフト装置の両端に設けた非対称位置センサ(18、28)から前記高揚力面(11、12、21)の実際の位置を表す前記信号を得る請求項4に記載の方法。
- 前記主駆動ユニット(13、23)に含まれる油圧式傾斜軸流モータが最大回動ディスク角をなした場合に、前記所定の高トルク値を表す前記信号として記録する請求項2または請求項3に記載の方法。
- 前記主駆動ユニット(13、23)に含まれる電気モータに最大モータ電流が生じた場合に、前記所定の高トルク値を表す前記信号として記録する請求項2または請求項3に記載の方法。
- そのトルクで前記高揚力面システムの位置が固定される、前記主駆動ユニット(13、23)によって前記回転シャフト装置(15、25)に伝動されるトルクに関する所定の低トルク値を、外気負荷による制御不能の格納に対抗して前記高揚力面(11、12、21)が固定されるように設定する請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記所定の低トルク値が、前記高揚力面システムの前記回転シャフト装置(15、25)に含まれるトルクリミッタの始動値未満であるように設定される請求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記高揚力面システムの位置の固定を、前記主駆動ユニット(13、23)に含まれるモータロックブレーキを作動させることで行う請求項1乃至9のいずれか1項に記載の方法。
- 動作妨害があることを示す前記信号を記録した後、前記回転シャフト装置(15、25)の回転方向を反転させる前記制御信号を出すように、パイロットに向けて要求を出す請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法。
- 動作妨害が発生したときに、航空機の高揚力面システム、特に、着陸フラップシステムの負荷を自動的に軽減する装置であって、
機械式の局所最終制御要素(16、26)を用いて作動され、制御装置(31、32、35)から送られてきた制御信号に応答して、主駆動ユニット(13、23)によって回転シャフト装置(15、25)に伝動されるトルクを発生させることにより、前記回転シャフト装置(15、25)を介して前記局所最終制御要素(16、26)に連結された前記主駆動ユニット(13、23)によって調整することができる少なくとも1つの高揚力面(11、12、21)を有する装置において、
前記高揚力面システムの内部に動作妨害があることを示す信号が記録された場合に、前記主駆動ユニット(13、23)によって前記回転シャフト装置(15、25)に伝動されるトルクを所定の低トルク値まで自動的に低減させる信号を前記主駆動ユニット(13、23)に送るために、かつ前記高揚力面システムの位置を固定させる信号をブレーキ装置に送るために、前記制御装置(31、32、35)を設けた装置。 - 前記制御装置(31、32)は、信号を評価するために設けられ、その信号は、動作妨害を知らせる信号として、所定の期間記録され、前記主駆動ユニット(13、23)によって前記回転シャフト装置(15、25)に伝動されるトルクに関する所定の高トルク値を表す請求項12に記載の装置。
- 前記制御装置(31、32)は、信号を評価するために設けられ、その信号は、動作妨害を知らせる信号として、前記回転シャフト装置(15、25)の回転方向の反転を開始させるという意図で、パイロットによって制御信号が出されるようにすると同時に、前記主駆動ユニット(13、23)によって前記回転シャフト装置に伝動されるトルクに関する所定の高トルク値を表す請求項12に記載の装置。
- 前記高揚力面システムに設けた位置センサから送られた、前記高揚力面(11、12、21)の実際の位置を表す信号を、前記制御装置で実行される評価アルゴリズムによって前もって決められた、前記高揚力面(11、12、21)のコマンド上の位置を表す信号と比較することによって、動作妨害があることを示す信号を得るために前記制御装置(31、32)を設けた請求項12に記載の装置。
- 前記回転シャフト装置の両端部に設けた非対称位置センサ(18、28)から、前記高揚力面(11、12、21)の実際の位置を表す前記信号を得る請求項15に記載の装置。
- 前記主駆動ユニット(13、23)に含まれる油圧式傾斜軸流モータが最大回動ディスク角になったことを記録した場合に、前記所定の高トルク値を表す前記信号を供給する請求項13または14に記載の装置。
- 前記主駆動ユニット(13、23)に含まれる電気モータに最大モータ電流が発生したことを記録した場合に、前記所定の高トルク値を表す前記信号を供給する請求項13または14に記載の装置。
- そのトルクで前記高揚力面システムの位置が固定される、前記主駆動ユニット(13、23)によって前記回転シャフト装置(15、25)に伝動されるトルクに関する前記所定の低トルク値を、外気負荷による制御不能の格納に対抗して前記高揚力面(11、12、21)が固定されるように設定する請求項12乃至18のいずれか1項に記載の装置。
- 前記所定の低トルク値は、前記高揚力面システムの前記回転シャフト装置(15、25)に含まれるトルクリミッタの始動値未満であるように設定される請求項12乃至19のいずれか1項に記載の装置。
- 前記高揚力面システムの位置を固定するのに、前記主駆動ユニット(13、23)に含まれるモータロックブレーキを設けた請求項12乃至20のいずれか1項に記載の装置。
- 動作妨害があることを示す前記信号を記録した後、前記回転シャフト装置(15、25)の回転方向を反転させる制御信号を出すように、パイロットに要求を送るために、前記制御装置(31、32)を設けた請求項12乃至21のいずれか1項に記載の装置。
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