JP2017512292A - 予備のロードパスを有するプッシュプルロッド - Google Patents

Abstract

【課題】切り離された各１本のロードパスを有するフェイルセーフなプッシュプルロッドを提供する。【解決手段】常に１つのロードパスのみが荷重を引き受け、そして、第１のロードパス１の損傷またはそれの機能低下を自動的に検出し、第２のロードパス２が荷重を引き継ぐ。不可逆的な第１のロードパス１の損傷または故障を監視する検査孔３を通じて、定期保守検査の間、第１のロードパス１から第２のロードパス２へ機能が交替したことを確認することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、バックアップシステムを持つ、故障から解放されたフェイルセーフなプッシュプルロッドに関するものである。

航空機の構造において、故障がないかもしくはフェイルセーフである複数の構成要素が、安全性に関連した広範囲の領域にわたる応用のために、特に翼において必要とされている。すなわち、損傷が生じた場合、構成要素の破損個所の故障を自動的に認識して、それを自動的に、そして安全に置き換える交換デバイスを有する構成要素であり、それらの機能は、「フェイルセーフ」原則に従って設計されていなければならない。

この明細書において、「フェイルセーフ」とは、問題の構成要素が、該構成要素に指定されたタスクを成し遂げることができる少なくとも２つの等価システムを含むことを意味し、それによって２つのシステムのうちのわずか１つで、機能することができる。第１のシステムが失敗した場合、その機能は等価な基礎に立つ第２のシステムによって、自動的に取替えられなければならない。第１のシステムの失敗が、構成要素によって自動的に検出され、修正され得ることは、特にここで重要である。

これらの要件は、特に航空機の構造で多用されるプッシュプルロッドに適用される。上記のロッドは重く、かつ頻繁に変化する負荷のため、特定の応力にさらされる。しかし、材料の疲労または過負荷の結果としての全体的な故障は回避されなければならない。

現在、これらの要請を満たすために使用期間所定の後の予防措置として、頻繁な保全間隔を設け、プッシュプルロッドを日常的に交換するかまたは取り外して、分解し、テストし、再組立し、再設置するという処置が行われているが、当然相当な手間と費用がかかる。

特に航空機の構造で一般的であるプッシュプルロッドは、例えば、特許文献１で述べられているようにさまざまな局面において利用される。概して、これらの管状の一重壁（single-wall）の筐体は軽合金、チタンまたは炭素繊維強化プラスチックから製造される。そして、各先端には軽合金から作られる単層のヨーク（single-layer yoke）またはアイ（eye）が設けられている。

独国実用新案出願第202004016321号明細書

本発明の目的は、一方では損傷または機能の低下を自動的に検出して、自動的にそれらを修理し、他方では、バックアップシステムによる、機能の担保（assumption）を明確に容易に認識できるようにして表示する、最初は効果的でない（non-effective）バックアップシステムを持つ、故障から解放されたフェイルセーフなプッシュプルロッドを提供することである。したがって、定期保守検査の間、時間および費用をほとんどかけずに、必要に応じて交換が可能であるように機能の点検ができる。以上の目的は、以下のようにして達成される。

フェイルセーフ原則の論理に従えば、当然、いずれの場合においても１本の所定のロードパスだけが負荷を受ける。第１のロードパスが故障した場合、第２のロードパスがこのタスクを引き受けるように、１本のロードパスだけがいずれの場合においても力の伝達を支えるという具合に、互いに独立して働く２本のロードパスを配置するようにプッシュプルロッドは設計されなければならない。本発明の「ロードパス」という用語は、そこに作用する力を受け取るためのプッシュプルロッドの、分離された部品であると理解される。これらは、管状のボディと、ボディの両端に取付けられたヨークである。

本発明の目的、すなわち一方では故障の自動検出と自動修理によって故障に対応し、そして他方では、第１のシステムの故障を外部から検知可能にするという目的は、管状体および両方のヨークが二重壁（二層）構造を与えられているという事実によって達せられる。両方の壁（層）は、同じ通常使われる材料（例えば軽合金、チタンまたは炭素繊維強化プラスチック）で製作することができる。２枚の壁または２枚の層の配置は、ロードパス１を形成している層がヨークにおいては内側に、しかし、管状体においては外側に置かれるようなものでなければならないが、ロードパス２（構成要素２）を形成する層それは前記とまったく反対になる。ロードパス２の外側のヨークの層は、管とヨーク間の遷移領域（transition area）において、管の外側のロードパス１（構成要素１）の層から、ヨークの中のロードパス１（構成要素１）の層を分離する。このようなレイアウトは、ロードパス１のためにヨークの内部を選択することによって故障が生じた場合に容易に検出できるという理由で選ばれた。ロードパス１のために管状体の外側を選択することも同様である。

１本のロードパスだけが使われることを保証するために、力を伝達するための結合は、以下のとおりに行われなければならない。両方のヨークで、そして、プッシュプルロッドの管状体の両端に、孔Ｄ１（７）および孔Ｄ２（８）が両辺の対角上に（on both sides diagonally）、プッシュプルロッドのいずれの場合においてもロードパス１および２（構成要素１および構成要素２）を貫通して作られる。両端には、力を伝動するのに役立つボルト９が通過する。その厚みは負荷の大きさに依存する。孔７は、印加される力がロードパス１（構成要素１）への圧入接触により、小直径を有する孔７にだけまず始めに伝導されるように、孔８よりわずかに（約０．５−１ｍｍ）小直径に作られる。このようにしてのみ（バックアップする）ロードパス２（構成要素２）にいかなる負荷もかかっていない状態で、第１のロードパス（構成要素１）の故障が検出できるので、この構造は絶対に本質的なものである。

障害の結果としてのロードパス１（構成要素１）の故障を自動的に検出した後、ロードパス２（構成要素２）の配備がシステムにより自動的に行われる。ロードパス１（構成要素１）による力の取得が失敗すると、孔７上への力Ｆの印加はその構成要素１が構成要素２に対してシフトすることを意味する。孔７の直径が孔８の直径に達するとすぐに動きは終わり、構成要素２すなわちロードパス２が孔８への圧入接点による力を受ける。

本発明の更に重要な部分は、定期的な保守検査で、現在、構成要素またはロードパス１の故障が保守員によって、確認できるということである。その結果、それから必要とされる交換を行うことができる。これは約４−６ｍｍの直径を有する検査孔３を通して驚くほど単純な方法で、保守員に必要なツールキットの一部である試験用マンドレル４を用いてなされる。構成要素２に対する構成要素１の変位によって、力Ｆの印加が検査孔３を変形させ、試験用マンドレル４（それは正確に損傷を受けていない状態の検査孔に適合する）が不可逆に変形をするため、マンドレル４は保守員によって構成要素１および構成要素２の検査孔３にもはや嵌入されることができないようになる。

このための前提条件は、検査孔３が非常に小さな肉厚を有するスリーブに形成されているということである。さらにまた、孔３は低強度の非常に延性ある材料（グレード１のチタンまたはオーステナイト系ステンレス鋼）から成っていなければならない。従ってこれにより低い加圧力Ｆの下でさえ検査孔３の永久歪みが発生するために、試験装置によって外側から検出されることを確実にする。

このようにして、ロードパス１の欠損は保守の間、外側から明らかに検知されることができる。そして、ロードパス１の欠損のため、プッシュプルロッドの交換を手配できる。

プッシュプルロッドの全体を示す図。 ヨーク６の構造を示す図。 管状体５の構造を示す図。 検査孔３を示す図。 損傷を受けた状態の検査孔３を示す図。 損傷を受けていない状態の検査孔３を示す図。

本発明は、以下において、好ましい実施の形態を用いて更に詳細に説明される。

図１は管状体５およびヨーク６から成るプッシュプルロッドの全体を示す。これらは構成要素１および２を有し、それぞれロードパス１およびロードパス２を形成する。より簡単な認識のために、ロードパス１の構成要素をヨークおよび管状体において、斜めの斜線で示し、ロードパス２の構成要素をクロスの斜線で示す。

図２は、力伝達用ボルト９と共に孔Ｄ１（７）および孔Ｄ２（８）を有する前記ヨーク６を示す図である。力伝達用ボルト９は好ましくは孔Ｄ１（７）に密接状態で圧入される。ここで、孔Ｄ１（７）は、孔Ｄ２（８）よりわずかに小さい。加えて、図２は検査孔３を示しており、それは、その構成要素１が損傷を受けたとき、このようにロードパス１の欠損があることを監視するのに役立つ。

図３に、前記管状体５の構造を孔Ｄ２（８）、Ｄ１（７）と共に示す。孔Ｄ１（７）は孔Ｄ２（８）よりわずかに小さな直径を有する。しかしながら、ここでは、構成要素１（ロードパス１）は外側にあり、構成要素２（ロードパス２）は内側にある。加えて、図３は検査孔３も示し、それは構成要素１が損傷を受けて、ロードパス１が故障していることを点検するのに役立つ。

図４は、損傷を受けた状態の検査孔３を示す。ここで、ロードパス１の故障のため、孔Ｄ１は、Ｄ２の孔に被される。これによって、検査孔３の永久変形が生じる。

図５は、試験マンドレル４によって検査している状態を示し、損傷を受けた状態の検査孔３を示す。試験マンドレル４が検査孔３にもはや嵌入されることができないということによって、ロードパス１の損傷が、明らかに検出される。

図６は、損傷を受けていない状態の検査孔３を示す。ここでは、試験マンドレル４を検査孔３に嵌入することができる。これは、ロードパス１が損傷を受けていないことを確実に示す。

１．構成要素（ロードパス１）
２．構成要素（ロードパス２）
３．検査孔
４．試験マンドレル
５．管状体
６．ヨーク
７．孔Ｄ１
８．孔Ｄ２
９．孔Ｄ１、Ｄ２を通るボルト

Claims (4)

1. 二重壁構造を有する軽合金、チタンまたは炭素繊維強化プラスチックから製造されるプッシュプルロッドであって、
   ロードパス１を形成する層がプッシュプルロッドのヨークでは内側、および管状体では外側に位置し、ロードパス２を形成する層が、ヨークでは外側、管状体では内側に位置し、それによってロードパス２を形成するヨークの外側の層が、管とヨークとの間の遷移領域において、ヨーク内側でロードパス１の層を、管の外側でロードパス１の層を分けている、プッシュプルロッド。
2. 前記ヨークおよび管状体で、プッシュプルロッドの両辺の対角線上で力を伝達するボルトが、いずれの場合においても、プッシュプルロッドの前記両方の層を貫くように孔が形成されている、請求項１に記載のプッシュプルロッド。
3. 前記孔Ｄ１は、孔Ｄ２より０．５〜１ｍｍ小さな直径を有し、ボルト９が初期段階では孔７にのみ圧入されている、請求項１または請求項２に記載のプッシュプルロッド。
4. プッシュプルロッドの管状体とヨークの孔Ｄ１および孔Ｄ２とともに、チタンまたは低強度ステンレス鋼のような非常に延性ある材料から作られた、非常に小さい肉厚を有するスリーブ状の検査孔が両方の層を貫くように作られており、小さな力が加わっても不可逆的に変形し、正確に適切な試験マンドレルが検査孔にもはや嵌入されることができないようになる、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプッシュプルロッド。

Images