JP3701511B2 - アクチュエーションシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧アクチュエータ及び電油圧サーボ弁を用いて航空機の舵面を制御するアクチュエーションシステムに関し、特にフライ・バイ・ワイヤ方式の舵面制御装置に機械的なバックアップ機構を併設したアクチュエーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、航空機の舵面（昇降舵、方向舵、補助翼等の飛行制御翼面）を機械的リンケージに頼らないで制御するフライ・バイ・ワイア（Fly-By-Wire：以下、ＦＢＷという）方式の自動飛行制御システムが実現されているが、航空機には人命尊重のため高度な安全性と信頼性が要求されることから、ＦＢＷ制御が不可能になるような電気系の故障が生じた場合でも操縦桿からの手動操作入力に応じた舵面制御を可能にする必要がある。そこで、舵面制御アクチュエータの給排制御機構に設けたインプットリンク（機械的入力部）と操縦桿とを比較的簡素な機械的リンケージにより結合させ、機械的に操縦制御を行うことができるバックアップ機構を併設したものがある。
【０００３】
この種のアクチュエーションシステムにおいては、フライ・バイ・ワイア計算機であるフライトコントロールコンピュータ（Flight Control Computer：以下ＦＣＣという）が安定増大装置（Stability Augmentation System：以下ＳＡＳという）として機能し、操縦桿による操作コマンドに機体の安定化のための補正値等が加算されて入力コマンドが生成される。そして、このコマンド信号が電油圧サーボ弁に入力され、舵面制御アクチュエータへの作動油の給排が制御されることで、舵面の操舵、保舵の制御がされる。また、前記機械的リンケージを利用してバックドライブ機構を構成することで、ＦＢＷモードにおいても舵面位置に応じて操縦桿を揺動させ、コックピット内のパイロットが舵面位置やその位置変化等を視認できるようにすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来のアクチュエーションシステムにあっては、ＦＢＷモード時において操縦桿による操作コマンドに機体の安定化のための補正値等を加算した制御コマンドを生成するため、ＦＢＷモードとメカニカルバックアップモードでは電油圧サーボ回路への入力コマンドに差が生じ、この差が大きい状態でＦＢＷシステムが故障すると、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えに際して舵面制御アクチュエータのピストン位置（舵面位置）が急激に変化する過渡現象、すなわち、急激な舵角変化（トランジェント（transient））が生じざるを得ないという問題があった。これに対し機械的に操縦制御を行う際のアクチュエータ速度を制限することも可能ではあるが、それでは所要の操縦性能が期待できない。
【０００５】
そこで本発明は、メカニカルバックアップモードへの切替え時におけるトランジェントの緩和を図るとともにメカニカルバックアップモードでの所要のアクチュエータ速度を確保することができるアクチュエーションシステムを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えがなされる際にアクチュエータの速度を一時的に制限することによって前記トランジェントの緩和を図るものであり、機械式制御弁を通る作動油の量をモード切替え弁を利用して絞ることでそれを達成するものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、シリンダ内に収納されたピストンの両側に一方及び他方の流体室を形成し、両流体室への作動流体の供給及び排出によりピストンを移動させるアクチュエータと、機械的操作入力に応じて作動する機械式制御弁及び電気制御信号入力に応じて作動する電気式制御弁を有し、両制御弁のうち何れかにより前記一方及び他方の流体室への作動流体の供給及び排出を制御する給排制御機構と、前記機械式制御弁及び電気式制御弁のうちいずれかを切替え操作圧に応じ選択して前記アクチュエータへの作動流体の給排通路に挿入するモード切替え弁と、外部からの機械的操作入力を前記機械式制御弁に伝達する操作力伝達部材を有し、前記モード切替え弁によって前記機械式制御弁が前記アクチュエータへの作動流体の給排通路に挿入されたとき、該操作力伝達部材を介した操作入力により前記機械式制御弁を作動させるバックアップ機構と、を備えたアクチュエーションシステムにおいて、前記モード切替え弁に前記切替え操作圧を付与する作動油の供給経路に、前記機械式制御弁が前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入されるよう前記モード切替え弁が切り替えられるときに該モード切替え弁の切替え速度を制限することができる制限手段を設け、前記モード切替え弁が前記切替え操作圧の所定の変化によって前記機械式制御弁を前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入するとき、該切替え操作圧の所定の変化によって前記制限手段が作動し、前記作動油の給排通路に挿入された前記機械式制御弁による作動油の給排制御を一時的に制限することを特徴とするものである。
【０００８】
この発明では、電気系統の故障時にモード切替え弁が切替え操作圧の所定の変化によって機械式制御弁をアクチュエータへの作動油の給排通路に挿入するが、その切替え操作圧の所定の変化によって前記制限手段が作動することで、作動油の給排通路に挿入された機械式制御弁による作動油の給排制御が一時的に制限され、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えがなされる際のアクチュエータの速度がモード切替え弁により一時的に制限されることによって前記トランジェントの緩和が図られる。
【０００９】
また、本発明は、舵面の操舵のために手動操作される操作部材と、シリンダ内に収納されたピストンの両側に一方及び他方の流体室を形成し、両流体室への作動流体の供給及び排出によりピストンを移動させて舵面を操舵するアクチュエータと、操作部材の操作に対応する電気制御信号又は自動操縦のための電気制御信号を出力する制御信号出力手段と、機械的操作入力に応じて作動する機械式制御弁及び前記制御信号出力手段からの電気制御信号入力に応じて作動する電気式制御弁を有し、両制御弁のうち何れかにより前記一方及び他方の流体室への作動流体の供給及び排出を制御する給排制御機構と、作動流体を所定の供給圧で供給する流体供給源と、作動流体を蓄えるリザーバ回路と、前記機械式制御弁及び電気式制御弁のうちいずれかを切替え操作圧に応じ選択して前記アクチュエータへの作動流体の給排通路に挿入するモード切替え弁と、外部からの機械的操作入力を前記機械式制御弁に伝達する操作力伝達部材を有し、前記モード切替え弁によって前記機械式制御弁が前記アクチュエータへの作動流体の給排通路に挿入されたとき、該操作力伝達部材を介した操作入力により前記機械式制御弁を作動させるバックアップ機構と、を備えたアクチュエーションシステムにおいて、前記モード切替え弁に前記切替え操作圧を付与する作動油の供給経路に、前記機械式制御弁が前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入されるよう前記モード切替え弁が切り替えられるときに該モード切替え弁の切替え速度を制限することができる制限手段を設け、前記モード切替え弁が前記切替え操作圧の所定の変化によって前記機械式制御弁を前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入するとき、該切替え操作圧の所定の変化によって前記制限手段が作動し、前記作動油の給排通路に挿入された前記機械式制御弁による作動油の給排制御を一時的に制限することを特徴とするものであり、このような構成によって上記と同様な作用効果を得るものである。
【００１０】
本発明においては、前記モード切替え弁が前記アクチュエータへの作動油の給排通路の圧力と切替え操作圧とに応じて切り替えられる可変絞り要素付きの切替え弁として構成され、前記制限手段が、該モード切替え弁と、該モード切替え弁への切替え操作圧の供給通路に設けられた逆止弁及び絞り要素からなる遅れ機構と、を含むのが好ましい。
【００１１】
さらに、前記可変絞り要素付きのモード切替え弁は、好ましくは、軸線方向に往復移動する弁体と、該弁体により開放及び閉止される開口孔が形成された弁体収納部材と、を含んで構成され、該モード切替え弁が、前記電気式制御弁を選択して前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入する第１のモード切替え位置と、前記機械式制御弁を選択して前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入する第２のモード切替え位置と、前記機械式制御弁を通る前記アクチュエータへの作動油の供給通路及び前記アクチュエータからの作動油の排出通路のうち少なくとも一方の通路に前記可変絞り要素を挿入する絞り挿入位置と、に切り替え可能であるのがよい。
【００１２】
この場合、前記開口孔が、前記弁体の移動方向に互いに離間するよう前記弁体収納部材に形成された複数のオリフィス孔からなるのがより好ましい。可変絞り要素を含む切替え弁の製作と、弁体収納部材の加工が共に容易化できるからである。勿論、弁体により開放及び閉止される開口孔が前記弁体の移動方向に延びる非円形孔状に形成されてもよい。また、前記複数のオリフィス孔の孔径を順次異ならせて所要の可変絞りの特性を得ることができる。
【００１３】
また、前記開口孔が、前記弁体の移動方向に互いに離間するよう前記弁体収納部材に形成された複数のオリフィス孔からなるのがより好ましい。弁体収納部材の加工が容易だからである。もちろん、弁体により開放及び閉止される開口孔が前記弁体の移動方向に延びる長孔状に形成されてもよい。また、前記複数のオリフィス孔の孔径を順次異ならせて所要の可変絞りの特性を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
【００１５】
図１〜図９は、本発明の第１実施形態に係るアクチュエーションシステムを示す図である。なお、この実施形態は本発明を並列する多重液圧制御系統のそれぞれに適用したものであるが、図面にはその１系統のみの構成を図示している。また、以下に説明する構成は同一の舵面を駆動する各制御系統について共通するものである。
【００１６】
まず、構成を説明する。
図１において、１０は油圧アクチュエータであり、アクチュエータ１０はシリンダ１１及びピストン１２を有している。このアクチュエータ１０は、シリンダ１１内に収納されたピストン１２の軸方向両側に一方及び他方の油室１３、１４（流体室）を画成したものであり、これら二つの油室１３、１４のうち一方に作動油（作動流体）を供給し他方から排出することにより、ピストン１２に油圧力を作用させ、ピストン１２を移動させるようになっている。また、アクチュエータ１０はそのブラケット部１０ａで図示しない航空機の機体側構造部材に揺動自在に支持されており、ピストン１２のロッド部１２ｅは航空機の舵面の駆動部材（図示していない）に連結されている。また、アクチュエータ１０の油室１３、１４には後述する給排制御機構２０を介して作動油が供給及び排出され、給排制御機構２０には供給圧Ｐの作動油を供給する図示しない流体供給源と、アクチュエータ１０から排出される作動油を蓄えて流体供給源側に戻すリザーバ回路とが接続されている。２１は給排制御機構２０の圧力導入路であり、この圧力導入路２１には逆止弁２３と図示しないフィルタが設けられている。
【００１７】
２５は機械的操作入力に応動するインプットリンク２５であり、このインプットリンク２５は図１中の上下両端側の何れからも操作力を入力し得る揺動式の操作力伝達部材として構成されている。すなわち、インプットリンク２５の第１移動端部２５ａ（図１中の上端部）はパイロットによって操作される図外の操縦桿若しくはペダル等の手動操作部材に機械的リンケージを介して連結されており、インプットリンク２５の第２移動端部２５ｂ（図１中の下端部）はピストン１２のロッド部１２ｅに揺動可能に支持されている。また、インプットリンク２５は、両移動端部２５ａ、２５ｂの間にサミングポイント２５ｃ（弁操作点部）を有し、第１移動端部２５ａからの手動操作量と第２移動端部２５ｂからの機械的フィードバック量との偏差に相当する機械的変位を、弁操作量としてサミングポイント２５ｃから出力するようになっている。
【００１８】
３１は、インプットリンク２５により４ポートを開閉操作及び開度調節される３位置切替え可能な機械式制御弁であり、機械式制御弁３１は圧力導入路２１の分岐路２１ａに接続された供給圧ポート３１ａと、油路２８を介して前記リザーバ回路に接続されるリターンポート３１ｂと、操作入力に応じて両ポートに接続される一対の制御圧ポート３１ｃ、３１ｄとを有している。この機械式制御弁３１は、供給圧ポート３１ａと制御圧ポート３１ｃ又は３１ｄとを通して、油室１３又は１４に流体圧供給源からの作動油を供給するとともに、油室１４又は１３からの作動油をリターンポート３１ｂを通して排出させることができ、さらに、供給圧ポート３１ａ及びリターンポート３１ｂと制御圧ポート３１ｃ、３１ｄとの接続を遮断して両油室１３、１４への作動油の供給及び排出を停止することができる。なお、図１において、３１ｅは機械式制御弁３１の弁体、３１ｆ、３１ｇはそれぞれ機械式制御弁３１を中立位置に付勢する付勢手段、例えばセンタリングスプリングであり、３１ｈは各ポート３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄが形成された略スリーブ状の操作入力部であり、操作入力部３１ｈはインプットリンク２５からの操作入力に応じて弁体３１ｅと相対移動し、各ポート３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄの開度を変化させることができる。また、油路２８には前記リザーバ回路から所定値の背圧が付与されている。
【００１９】
３２は、図外のＦＣＣからの電気制御信号Ｓａ、Ｓｂにより４ポートを開閉操作及び開度調節するよう電磁駆動される３位置切替え可能な電気式制御弁であり、電気式制御弁３２は、流体圧供給源からの作動油を導入する供給圧ポート３２ａと、リザーバ回路に作動油を排出するリターンポート３２ｂと、制御信号Ｓａ、Ｓｂの入力に応じて両ポート３２ａ、３２ｂに接続される一対の制御圧ポート３２ｃ、３２ｄとを有している。この電気式制御弁３２は、例えば電気制御信号Ｓａ、Ｓｂに応じ弁体３２ｅを電磁駆動することにより、電気制御信号Ｓａ又はＳｂの信号レベルに応じ一対の制御圧ポート３２ｃ、３２ｄを通して油室１３又は１４に前記流体圧供給源からの作動油を供給するとともに、油室１４又は１３からの作動油をリターンポート３２ｂを通して前記リザーバ回路に排出させることができる。さらに、電気式制御弁３２は、供給圧ポート３２ａ及びリターンポート３２ｂと制御圧ポート３２ｃ、３２ｄとの接続を遮断して油室１３、１４への作動油の供給及び排出を停止することができる。なお、前記電気制御信号Ｓａは例えば舵角増加方向の信号、前記電気制御信号Ｓｂは例えば舵角減少方向の信号であり、それぞれ操舵量に応じた電気制御信号として電気式制御弁３２の電磁駆動部３２ｊ、３２ｋに入力される。
【００２０】
アクチュエータ１０の一方及び他方の油室１３、１４は、６ポート３位置切替弁であるモード切替弁３３の切替えにより、制御弁３１、３２のうち何れか一方の制御圧ポート３１ｃ、３１ｄ又は３２ｃ、３２ｄに接続されるようになっている。このモード切替弁３３は、制御弁３１、３２のそれぞれの制御圧ポート３１ｃ、３１ｄ及び３２ｃ、３２ｄに接続される各一対の制御弁側ポート３３ａ、３３ｂ及び３３ｃ、３３ｄと、一方及び他方の油室１３、１４に接続された一対のアクチュエータ側ポート３３ｆ、３３ｇと、パイロット圧導入部３３ｈ、３３ｉとを有している。また、モード切替弁３３は、パイロット圧導入部３３ｈ、３３ｉからの付勢力に応じて変位する弁体３３ｊと、この弁体３３ｊをパイロット圧導入部３３ｈ、３３ｉとは逆の方向に付勢するスプリング３３ｋとを備えており、これら付勢力により、制御弁３１、３２のうち任意の一方の制御圧ポート３１ｃ、３１ｄ又は３２ｃ、３２ｄを油室１３、１４に接続することができるよう、モード切替弁３３は、図１及び図２にそれぞれ示した異なる複数の給排モード位置に切り替えられるようになっている。このモード切替え弁３３は、アクチュエータ１０への作動油の供給通路２１及びアクチュエータ１０からの作動油の排出通路２８のうち少なくとも一方、例えば両方の通路に設けられ、図３に示すように、その供給通路２１からの供給圧力Ｐとパイロット圧導入部３３ｉへのパイロット圧Ｐａ（切替え操作圧）とに応じて切り替え操作されるようになっている。また、この弁体３３ｅの中央部には可変絞り要素４１、４２が設けられており、モード切替弁３３が図１に示すＦＢＷモードから図２に示すメカニカルバックアップモード位置に切り替えられるとき、これら可変絞り要素４１、４２がアクチュエータ１０への作動油の供給及び排出通路２１、２８に一時的に挿入されるようになっている。
【００２１】
３５はモード切替弁３３のパイロット圧導入部３３ｈへのパイロット圧Ｐａを変化させるソレノイド弁であり、パイロット圧導入部３３ｈへのパイロット圧Ｐａは、ソレノイド弁３５がＯＮ（図１）の状態では流体圧供給源からの供給圧Ｐとなり、ソレノイド弁３５がＯＦＦ（図２）の状態では戻り側の低圧（前記リザーバ回路による背圧）まで低下する。このソレノイド弁３５は、制御弁３１、３２の供給圧ポート３１ａ、３２ａに接続された高圧側入口ポート３５ａと、制御弁３１、３２のリターンポート３１ｂ、３２ｂに接続された低圧側入口ポート３５ｂと、ＦＣＣからのモード切替制御信号Ｓｃに応じて両入口ポート３５ａ、３５ｂのうち何れか一方に接続される出口ポート３５ｃとを有している。また、ソレノイド弁３５は、弁体３５ｄ、スプリング３５ｅ及び電磁駆動部３５ｆからなり、電磁駆動部３５ｆに切替制御信号Ｓｃが入力されるときに弁体３５ｄを図１に示すＯＮ位置に変位させて、出口ポート３５ｃを通しモード切替弁３３にパイロット圧Ｐａを加えるようになっている。すなわち、ソレノイド弁３５は、前記ＦＣＣからのモード切替制御信号Ｓｃに応じて、前記流体圧供給源及びリザーバ回路のうち何れか一方側の作動油圧を、パイロット圧としてモード切替弁３３のパイロット圧導入部３３ｈに供給する。
【００２２】
また、このソレノイド弁３５からモード切替え弁３３のパイロット圧導入部３３ｉへの切替え操作圧（作動油）の供給通路４５には、図３に示すように、パイロット圧導入部３３ｉへの切替え操作圧の供給を許容しその逆流を阻止する逆止弁４３と、この逆止弁４３をバイパスするバイパス通路４５ａとが設けられており、バイパス通路４５ａには絞り要素４４が設けられている。これら逆止弁４３及び絞り要素４４は、パイロット圧導入部３３ｉからの作動油の逆流方向の流れを絞り要素４４によって切替え操作圧の供給時よりも遅くする遅れ機構４６を構成している。
【００２３】
また、この遅れ機構４６とモード切替弁３３とは、機械式制御弁３１がアクチュエータ２５への作動油の給排通路２１、２８に挿入されるようモード切替え弁３３が切り替えられるとき、そのモード切替え弁３３の切替え速度を制限することができる制限手段４０を構成している。この制限手段４０は、モード切替え弁３３が切替え操作圧Ｐａの所定の変化によって機械式制御弁３１をアクチュエータ２５への作動油の給排通路２１、２８に挿入するとき、その切替え操作圧の所定の変化によって作動し、作動油の給排通路２１、２８に挿入された機械式制御弁３１による作動油の給排制御を一時的に制限できるようになっている。
【００２４】
具体的には、モード切替え弁３３は、電気式制御弁３２を選択してアクチュエータ１０への作動油の給排通路２１、２８に挿入する第1のモード切替え位置［Ｉ］と、機械式制御弁３１を選択してアクチュエータ１０への作動油の給排通路に挿入する第２のモード切替え位置［II］と、機械式制御弁３１を通るアクチュエータ１０への作動油の供給通路２１及びアクチュエータ１０からの作動油の排出通路２８のうち少なくとも一方の通路、例えば両方の通路に可変絞り要素４１、４２を挿入する絞り挿入位置［III］と、に切り替え可能である。
【００２５】
また、図４〜図６に示すように、モード切替え弁３３は、軸線方向に往復移動する第１のスプール弁体６１と、複数の開口孔、例えば各組で３つの２組の異径のオリフィス孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃ（開口孔）及び常開のオリフィス孔６２ｄ、６２ｅ（開口孔）がそれぞれ形成された弁体収納部材６２と、これら弁体６１及び弁体収納部材６２を共に収納するハウジング６３及び有底の略円筒状のねじ込みプラグ６４と、弁体６１を図４の左側に付勢する圧縮スプリング６５と、弁体６１と同軸に配置された第２のスプール弁体６６と、この弁体６６に外装されたシールリング６７と、ねじ込みプラグ６４の先端部に外装されたシールリング６８と、弁体収納部材６２の各開口孔の両側に配置された複数のシールリング６９と、を具備している。ここで、各組3つのオリフィス孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃは、弁体６１の移動方向に互いに離間しており、一対のアクチュエータ側ポート３３ｆ、３３ｇに対応して２組設けられている。
【００２６】
弁体６１は一端でパイロット圧導入ポート３１ｉからの供給圧Ｐを受け、他端でパイロット圧導入ポート３３ｈからのパイロット圧Ｐａを受けることにより、軸方向に変位するようになっている。この弁体６１は、オリフィス孔６２ａ〜６２ｃを開閉することができるランド部６１ａ、６１ｃと、オリフィス孔６２ａ〜６２ｃを連通させることができる環状溝部６１ｂ、６１ｄと、２組のオリフィス孔６２ｅに連通することができる環状溝部６１ｅ、６１ｆと、一端部に形成されたスリット６１ｇと、を有している。また、ハウジング６３に前記各ポート３３ａ〜３３ｄ及び３３ｆ、３３ｇが形成されている。
【００２７】
図６に例示されるオリフィス孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃは、弁体６１の移動方向に互いに離間して配置され、かつ、オリフィス孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃの順に開口径が段階的に拡大するように互いに異なる孔径に形成されており、これらオリフィス孔６２ａ〜６２ｃが全体として弁体６１の移動方向に延びた開口孔６２ｖを形成している。そして、弁体６１が前記開度の増加方向に移動するとき、オリフィス孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃは開口孔６２ｖの開口面積が徐々に大きくなるよう弁体６１のランド部６１ａによって順次開放され、逆に、弁体６１が前記開度の減少方向に移動するとき、オリフィス孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃは開口孔６２ｖの開口面積が徐々に小さくなるよう弁体６１のランド部６１ａによって順次閉止されるようになっている。これらオリフィス孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃは弁体６１と共に各可変絞り要素４１、４２を構成している。
【００２８】
また、第２のスプール弁体６６は、一端側でオリフィス孔６２ｆを開閉可能であるとともに他端側でねじ込みプラグ６４内に摺動自在に収納されており、両者の間に切り替え操作圧室５１が形成されている。この切り替え操作圧室５１は逆止弁４３の軸線上に細孔状のオリフィスとして形成された絞り要素４４を介して弁体６６の連通路６６ａに連通している。すなわち、弁体６６はオリフィス孔６２ｆ、６２ｇのうち少なくともオリフィス孔６２ｇを逆止弁４３及び絞り要素４４を介して連通させることができる。
【００２９】
なお、図５において、６１ｇはパイロット圧導入ポート３３ｉを閉止しないために弁体６１の一端に形成されたスリットであり、図６において、６６ｂはパイロット圧導入ポート３３ｈを閉止しないために弁体６６の一端に形成されたスリットである。
【００３０】
また、開口孔６２ｖは、ここで例示するような３つのオリフィス孔からなるものに限らず、単一の円形オリフィス孔、弁体移動方向で同一位置に位置し周方向所定間隔（例えば等間隔）に離間する複数の円形、多角形その他の任意の形状を有する同径若しくは異径のオリフィス孔、弁体移動方向で同一位置に位置する複数のオリフィス孔が更に弁体同方向に離間するよう配列された複数組の同径若しくは異径の円形オリフィス孔、開口幅が一端から他端に近付くほど順次増大する略三角形の単一の若しくはそれが周方向所定間隔に平行配置された複数のオリフィス孔、上記のオリフィス孔の何れかを組合せた形状、その他の各種形状の単一若しくは複数のオリフィス孔であってもよいことは勿論である。さらに、弁体６１の形状を適宜変更することで、更に異なる多様な可変絞り弁を採用することができることはいうまでもない。要するに、可変絞り要素４１、４２は、弁体６１及び開口孔６２ｖの形状を適宜選択することによって、段階的にあるいはリニアに絞り特性を変化させることができる任意の可変絞り要素とすることができる。なお、リニアな可変絞り特性は、例えば長孔状のように無段階に連続するオリフィス形状とすることで得られる。
【００３１】
前記機械式制御弁３１、インプットリンク２５及び操縦桿までの機械的リンケージは、ＦＣＣによるＦＢＷ制御が実行できない電気系統の故障時に、操縦桿からの手動操舵を可能にするバックアップ機構３０を構成しており、ＦＣＣからの電気制御信号Ｓａ、Ｓｂにより電気式制御弁３２を作動させることができなくなるような何らかの故障が生じた場合には、操縦桿からの操作入力を給排制御機構２０の機械式制御弁３１に伝達し、機械的リンケージを介した手動操縦入力により給排制御機構２０を作動させるようになっている。また、ＦＣＣは、ＦＢＷ制御を実行する間、舵角位置センサからのフィードバック信号や航空機の応答（ピッチ、ロール及びヨーの応答）を観測する図示しない運動センサ等からの信号により、多重化されたそれぞれの制御系が正常に作動しているか否かを常時チェックし、後述するような舵面制御を実行する。
【００３２】
以下、通常の制御の場合と何らかの故障が生じた場合に分けて作用を説明する。
（１）正常な制御モード
通常のＦＢＷモードにおいては、パイロットによる操縦桿の手動操作量又は自動操縦のための必要操舵量に応じてパイロットコマンドが生成されるとともに、ＦＣＣの安定増強装置としての機能に基づいてパイロットコマンドに所要の補正処理がされる。そして、この補正された入力コマンドと舵面位置（舵角）センサからのフィードバック信号等との偏差に応じた電気制御信号Ｓａ又はＳｂが生成され、各制御系統の電気式制御弁３２に入力される。また、ソレノイド弁３５には図１に示すパイロット圧供給位置に電磁駆動するための切替制御信号Ｓｃが入力される。そして、前記入力コマンドと位置センサからのフィードバック信号とに差が生じると、その偏差に応じた電気制御信号（以下、偏差信号という）Ｓａ又はＳｂにより電気式制御弁３２が弁体３２ｅを中立位置から変位させるように駆動され、制御圧ポート３２ｃ、３２ｄが開かれることで、一方の油室１３又は１４に流体圧供給源からの作動油が供給されるとともに、他方の油室１４又は１３からの作動油がリターンポート３２ｂを通して排出される。
【００３３】
したがって、ピストン１２が油室１３、１４の間の差圧に応じた推力を発生して、舵面を入力コマンドに対応する舵角位置へと制御する。次いで、前記パイロットコマンドと舵面位置センサからの信号との差がほぼゼロになると、偏差信号Ｓａ又はＳｂが初期値（例えばゼロ）となり、供給圧ポート３２ａ及びリターンポート３２ｂと制御圧ポート３２ｃ及び３２ｄとの接続が遮断されて、油室１３、１４への作動油の供給及び排出が停止される。なお、所定の操作がされると、自動操縦モードから手動操縦モードに切り替えられる。例えば自動操縦モードでの飛行中に危険回避等のために手動操舵がなされたとき、パイロットの手動操縦入力を確実に優先させる状態とする。
【００３４】
（２）１系統が故障した場合の制御モード
多重化した複数の制御系統のうち何れかの制御系統の電気回路に故障が生じると、故障の生じた制御系統では、ソレノイド弁３５が正常に電磁駆動されないため、パイロット圧Ｐａが低下する。したがって、故障系統では、モード切替弁３３が機械式制御弁３１による給排制御位置に切り替えられる。
【００３５】
このとき、パイロット圧Ｐａの低下（切替え操作圧の所定の変化）に応じて、モード切替え弁３３が機械式制御弁３１をアクチュエータ１０への作動油の供給通路及び排出通路に挿入するが、制限手段４０の一部であるモード切替え弁３３は、ＦＢＷモード時の第1のモード切替え位置［Ｉ］から機械式制御弁３１を選択する第２のモード切替え位置［II］へと切り替わる途中に、絞り挿入位置［III］に切り替わる。そして、絞り挿入位置［III］に切り替わったモード切替え弁３３は、機械式制御弁３１を通るアクチュエータ１０への作動油の供給通路２１及びアクチュエータ１０からの作動油の排出通路２８のうち少なくとも一方の通路、例えば両方の通路に可変絞り要素４１、４２を挿入する。また、絞り挿入位置［III］に切り替わったモード切替え弁３３は、次いで、可変絞り要素４１、４２を徐々に開放しながらこれらによる制限の解除側に切り替えられるが、その切替は遅れ機構４６によって遅らされ、アクチュエータ１０への作動油給排通路に挿入された機械式制御弁３１による作動油の給排制御が一時的に制限されることになる。すなわち、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えがなされる際のアクチュエータ１０の速度が一時的に制限される。
【００３６】
具体的には、制限手段４０は、まず、最初に油路３３ｄに圧力が供給されたときに絞り要素４４を有する逆止弁４３が開弁して、メカニカル・バックアップモードの状態（図８の状態）からＦＢＷモードの状態（図４の状態）への切替えがされており、弁体６６がパイロット圧導入部３３ｉからの供給圧Ｐにより図４中の右側に付勢されている状態で、パイロット圧導入部３３ｈからのパイロット圧Ｐａ及びスプリング６５により逆方向（図４中の左側）に付勢されている。そして、供給圧Ｐが弁体６１の一端に加わった状態で、ソレノイド弁３５からのパイロット圧Ｐａが低下すると、弁体６１がスプリング６５に抗して右行し、図7に示すように、可変絞り要素４１、４２が開放され始めるのとほぼ同時に弁体６６に当接して、その後、オリフィス孔である絞り要素４４を通して切替え操作圧室５１内の作動油が連通孔６６ａに漏れ出すとともに、両弁体６１、６６が図７に図示する位置から更に右行していく途中で２段目、３段目のオリフィス孔６２ｂ、６２ｃが順次開いていく。
【００３７】
この状態において、アクチュエータ１０のピストン１２の移動速度は、図９に示すように、ＦＦＢＷモード時の速度（同図中１段目オリフィス速度）から、２段目のオリフィス孔６２ｂが開いた状態、更に３段目のオリフィス孔６２ｃが開いた状態へと、段階的に変化する。したがって、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切り替え時に急激な舵角変化（トランジェント）が生じることがなく、従来のトランジェントの問題が解消されることになる。
【００３８】
このように、上述のアクチュエーションシステムにおいては、トランジェントの緩和を図るとともにメカニカルバックアップモードでの所要の速度を確保することができるアクチュエーションシステムを提供することができる。
【００３９】
ところで、メカニカルバックアップモードにおいては、インプットリンク２５から機械式制御弁３１に操作力が伝達可能になる。したがって、一系統のみが故障した状態においては、他の制御系統からの操舵力で駆動されるインプットリンク２５により機械式制御弁３１を操作し、故障系統におけるアクチュエータ１０を他系統のアクチュエータ動作に追従させることができるから、故障の生じた制御系統では機械的リンケージを介した制御を行いながら、正常な制御系統でのＦＢＷ制御を行うことができ、パイロットの操縦負荷を軽減できる。
【００４０】
もちろん、正常な制御系統を手動操縦モードに切り替えて全制御系統を操縦桿の手動操作に応じて作動させ、手動操縦による正常な飛行をすることもできる。一方、多重化した複数の制御系統のうち何れかの制御系統に所定レベルの油圧が供給されなくなるような油圧失陥が生じた場合、ソレノイド弁３５が正常状態と同様に電磁駆動されていても故障傾倒においてはパイロット圧Ｐａが低下する。 このときも、上述のように他の制御系統からの操舵力でインプットリンク２５を解して機械式制御弁３１を作動させ、正常な制御系統でのＦＢＷ制御を行うことができる。
【００４１】
（３）全系統の故障時の舵面制御
多重化した全制御系統に影響する電気回路の故障が生じた場合、ＦＢＷ制御はできなくなり、各制御系統においてソレノイド弁３５が正常に電磁駆動されないため、パイロット圧Ｐａが低下する。
【００４２】
このとき、上述の場合と同様に、パイロット圧Ｐａの低下に応じて、モード切替え弁３３が機械式制御弁３１をアクチュエータ１０への作動油の供給通路及び排出通路に挿入する一方、その途中で、パイロット圧Ｐａの低下に伴って制限手段４０の制限解除側への切り替えを遅れ機構４６によって遅らされ、トランジェントの緩和が図られる。
【００４３】
モード切替え後は、操縦桿からの手動操作入力によりインプットリンク２５を介して機械式制御弁３１が操作され、その手動操作に応じた開度で制御圧ポート３１ｃ、３１ｄが開かれ、片方の油室１３又は１４に流体圧供給源からの作動油が供給されるとともに、残りの油室１４又は１３からの作動油がリターンポート３１ｂを通してリザーバ回路に排出される。これにより、各制御系統のアクチュエータ１０内でピストン１２が油室１３、１４の間の差圧に応じた推力を発生し、ピストン１２のロッド部１２ｅが舵面を操縦桿の手動操作量（パイロットコマンド）に対応する舵角位置へと制御する。また、操縦桿が元に戻されると、供給圧ポート３１ａ及びリターンポート３１ｂと制御圧ポート３１ｃ及び３１ｄとの接続が遮断されて、油室１３、１４への作動油の供給及び排出が停止され、保舵状態となる。
【００４４】
上述のように、本実施形態によれば、機械式制御弁３１を通る作動油の量をモード切替え弁３３を利用して絞り、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えがなされる際にアクチュエータ１０の速度を一時的に制限するようにしているので、トランジェントの緩和を図ることができる。また、モード切替え弁３３の切替え操作圧Ｐａの低下（所定の変化）に応じて、モード切替弁３３と簡素な遅れ機構４６とからなる制限手段４０が作動し、それによって作動油の給排通路に挿入された機械式制御弁３１による作動油の給排制御が一時的に制限されるので、信頼性に優れ、小型でかつ低コストの装置構成でトランジェントの緩和を図ることができる。
【００４５】
また、制限手段４０が、モード切替え弁３３と、そのモード切替え弁３３への切替え操作圧Ｐａの供給通路に設けられた逆止弁４３及び絞り要素４４からなるきわめて簡素な遅れ機構４６とを含む簡素な構成としているので、より簡素な構成でトランジェントの緩和を図ることができる信頼性の高いアクチュエーションシステムが実現できる。
【００４６】
さらに、可変絞り要素４１、４２付きのモード切替え弁３３が、軸線方向に往復移動する弁体６１、６６からなる弁体３１ｅと、その弁体３１ｅにより開放及び閉止される開口孔６２ｖが形成された弁体収納部材６２とを含んで構成され、そのモード切替え弁３３が、電気式制御弁３２を選択してアクチュエータ１０への作動油の給排通路に挿入する第１のモード切替え位置［Ｉ］と、機械式制御弁31を選択してアクチュエータ１０への作動油の給排通路に挿入する第２のモード切替え位置［ＩＩ］と、機械式制御弁３１を通るアクチュエータ１０への作動油の供給通路及びアクチュエータ１０からの作動油の排出通路のうち双方（少なくとも一方）に可変絞り要素を挿入する絞り挿入位置と、に切り替え可能であるのがよい。また、この場合、開口孔６２ｖが、弁体６１、６６の移動方向に互いに離間するよう弁体収納部材６２に形成された複数のオリフィス孔６２ａ〜６２ｃからなるので、可変絞り要素４１、４２を含むモード切替え弁３３の製作と、弁体収納部材６２の加工が共に容易化できる。
【００４７】
なお、弁体３１ｅ（６１、６８）により開放及び閉止される開口孔６２ｖが弁体３１ｅの移動方向に延びる非円形孔状に形成されてもよいし、複数のオリフィス孔６２ａ〜６２ｃの孔径を順次異ならせて所要の可変絞りの特性を得ることができる。また、弁体収納部材６２の加工面からすれば、開口孔６２ｖが弁体収納部材６２に形成された複数のオリフィス孔からなるのが好ましいが、弁体により開放及び閉止される開口孔６２ｖが弁体移動方向に延びる連続した長孔状等に形成されてもよい。
【００４８】
（第２実施形態）
図１０及び図１１は本発明の第２実施形態に係るアクチュエーションシステムを示す図である。なお、この実施形態は、制限手段４０の一部を構成するモード切替え弁以外は上述の実施形態とほぼ同様のシステムであるため、上述例との相違点のみについて説明する。
【００４９】
この実施形態においては、アクチュエータ１０への作動油の供給及び排出通路２１、２８（給排通路）のうち片方の通路、例えば油室１３側の給排通路にのみ可変絞り要素４１が設けられており、上述例のモード切り替え弁３３から可変絞り要素４２を取り除いた構成となっている。
【００５０】
可変絞り要素４１は、図１０に示すようにソレノイド弁３５がＯＮのとき、機械式制御弁３１とアクチュエータ１０の油室１３、１４の間で、供給・排出通路のうち片方の油路に挿入される絞り要素となる。
【００５１】
そして、図１１に示すようにソレノイド弁３５がＯＦＦとなり、パイロット圧Ｐａの低下（切替え操作圧の所定の変化）に応じて、機械式制御弁３１をアクチュエータ１０への作動油の供給通路及び排出通路に挿入するようモード切替え弁３３が切り替わるが、この状態において、モード切替え弁３３が絞り挿入位置［III］に切り替わり、そこから可変絞り要素４１を徐々に開放しながらこの絞りによる制限の解除側に切り替えられる。そして、その切替が上述例と同様に遅れ機構４６によって遅らされ、アクチュエータ１０への作動油の給排通路に挿入された機械式制御弁３１による作動油の給排制御が一時的に制限されることになる。
【００５２】
したがって、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えがなされる際のアクチュエータ１０の速度が一時的に制限され、トランジェントが緩和される。
【００５３】
（第３実施形態）
図１２及び図１３は本発明の第３実施形態に係るアクチュエーションシステムを示す図である。なお、この実施形態は、制限手段４０の一部を構成するモード切替え弁以外は上述の第１、第２実施形態とほぼ同様のシステムであるため、上述例との相違点のみについて説明する。
【００５４】
この実施形態においては、アクチュエータ１０への作動油の供給及び排出通路２１、２８のうち片方の通路、例えば油室１４側の給排通路にのみ可変絞り要素４１が設けられており、上述の第１実施形態におけるモード切り替え弁３３から可変絞り要素４１を取り除いた構成となっている。
【００５５】
可変絞り要素４２は、図１０に示すようにソレノイド弁３５がＯＮのとき、機械式制御弁３１とアクチュエータ１０の油室１３、１４の間で、供給・排出通路のうち片方の油路に挿入される絞り要素となる。
【００５６】
そして、図１３に示すようにソレノイド弁３５がＯＦＦとなり、パイロット圧Ｐａの低下（切替え操作圧の所定の変化）に応じて、機械式制御弁３１をアクチュエータ１０への作動油の供給通路及び排出通路に挿入するようモード切替え弁３３が切り替わるが、この状態において、モード切替え弁３３が絞り挿入位置［III］に切り替わり、そこから可変絞り要素４２を徐々に開放しながらこの絞りによる制限の解除側に切り替えられる。そして、その切替が上述例と同様に遅れ機構４６によって遅らされ、アクチュエータ１０への作動油の給排通路に挿入された機械式制御弁３１による作動油の給排制御が一時的に制限されることになる。
【００５７】
したがって、第２実施形態と同様に、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えがなされる際のアクチュエータ１０の速度が一時的に制限され、トランジェントが緩和される。
【００５８】
なお、上述した各実施形態においては航空機の舵面制御用アクチュエータとして説明したが、ＦＢＷ制御される他用途の液圧アクチュエータ等であってもよいことはいうまでもなく、本発明は、メカニカルバックアップ機構付きＦＢＷ制御の流体圧アクチュエータシステム全般について広く適用することができるものである。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、機械式制御弁を通る作動油の量をモード切替え弁を利用して絞り、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えがなされる際にアクチュエータの速度を一時的に制限するようにしているので、トランジェントの緩和を図ることができる。
【００６０】
また、モード切替え弁の切替え操作圧の所定の変化に応じて、モード切替弁と簡素な遅れ機構とからなる制限手段が作動し、それによって作動油の給排通路に挿入された機械式制御弁による作動油の給排制御が一時的に制限されるので、信頼性に優れ、小型でかつ低コストの装置構成によりトランジェントの緩和を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアクチュエーションシステムを示すその概略構成図であり、フライバイワイヤモードの状態を示している。
【図２】第１実施形態に係るアクチュエーションシステムのメカニカル・バックアップ・モードの状態を示す概略構成図である。
【図３】第１実施形態における制限手段の概略構成を示す油圧回路図である。
【図４】第１実施形態の制限手段の詳細構成を示す断面図であって、フライバイワイヤモードの状態を示す図である。
【図５】図４に示す制限手段の可変絞り要素近傍の部分拡大断面図である。
【図６】図４に示す制限手段の遅れ機構近傍の部分拡大断面図である。
【図７】第1実施形態の制限手段の詳細構成を示す断面図であって、フライバイワイヤモードの状態を示す図である。
【図８】第１実施形態の制限手段の詳細構成を示す断面図であって、メカニカル・バックアップ・モードの状態を示す図である。
【図９】メカニカル・バックアップ・モードへのモード切替え時における第1実施形態の制限手段の切替え弁移動時間（横軸）と、アクチュエータのピストン速度（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るアクチュエーションシステムを示すその概略構成図であり、フライバイワイヤモードの状態を示している。
【図１１】第２実施形態に係るアクチュエーションシステムのメカニカル・バックアップ・モードの状態を示す概略構成図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係るアクチュエーションシステムを示すその概略構成図であり、フライバイワイヤモードの状態を示している。
【図１３】第３実施形態に係るアクチュエーションシステムのメカニカル・バックアップ・モードの状態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０ アクチュエータ
１１ シリンダ
１２ ピストン
１３ 油室（一方の流体室）
１４ 油室（他方の流体室）
２０ 給排制御機構
２１ 圧力導入路（供給通路）
２５ インプットリンク（操作力伝達部材）
２８ 油路（排出通路）
３１ 機械式制御弁
３２ 電気式制御弁
３３ モード切替弁（可変絞り要素付きの切替弁）
３５ ソレノイド弁
４０ 制限手段
４１、４２ 可変絞り要素
４３ 逆止弁
４４ 絞り要素
４６ 遅れ機構
５１ 切替え操作圧室
６１ 第1のスプール弁体（弁体）
６１ａ、６１ｃ ランド部
６２ 弁体収納部材
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ オリフィス孔（開口孔）
６２ｖ 開口孔
６６ 第２のスプール弁体（弁体）
６６ａ 連通孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧アクチュエータ及び電油圧サーボ弁を用いて航空機の舵面を制御するアクチュエーションシステムに関し、特にフライ・バイ・ワイヤ方式の舵面制御装置に機械的なバックアップ機構を併設したアクチュエーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、航空機の舵面（昇降舵、方向舵、補助翼等の飛行制御翼面）を機械的リンケージに頼らないで制御するフライ・バイ・ワイア（Fly-By-Wire：以下、ＦＢＷという）方式の自動飛行制御システムが実現されているが、航空機には人命尊重のため高度な安全性と信頼性が要求されることから、ＦＢＷ制御が不可能になるような電気系の故障が生じた場合でも操縦桿からの手動操作入力に応じた舵面制御を可能にする必要がある。そこで、舵面制御アクチュエータの給排制御機構に設けたインプットリンク（機械的入力部）と操縦桿とを比較的簡素な機械的リンケージにより結合させ、機械的に操縦制御を行うことができるバックアップ機構を併設したものがある。
【０００３】
この種のアクチュエーションシステムにおいては、フライ・バイ・ワイア計算機であるフライトコントロールコンピュータ（Flight Control Computer：以下ＦＣＣという）が安定増大装置（Stability Augmentation System：以下ＳＡＳという）として機能し、操縦桿による操作コマンドに機体の安定化のための補正値等が加算されて入力コマンドが生成される。そして、このコマンド信号が電油圧サーボ弁に入力され、舵面制御アクチュエータへの作動油の給排が制御されることで、舵面の操舵、保舵の制御がされる。また、前記機械的リンケージを利用してバックドライブ機構を構成することで、ＦＢＷモードにおいても舵面位置に応じて操縦桿を揺動させ、コックピット内のパイロットが舵面位置やその位置変化等を視認できるようにすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来のアクチュエーションシステムにあっては、ＦＢＷモード時において操縦桿による操作コマンドに機体の安定化のための補正値等を加算した制御コマンドを生成するため、ＦＢＷモードとメカニカルバックアップモードでは電油圧サーボ回路への入力コマンドに差が生じ、この差が大きい状態でＦＢＷシステムが故障すると、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えに際して舵面制御アクチュエータのピストン位置（舵面位置）が急激に変化する過渡現象、すなわち、急激な舵角変化（トランジェント（transient））が生じざるを得ないという問題があった。これに対し機械的に操縦制御を行う際のアクチュエータ速度を制限することも可能ではあるが、それでは所要の操縦性能が期待できない。
【０００５】
そこで本発明は、メカニカルバックアップモードへの切替え時におけるトランジェントの緩和を図るとともにメカニカルバックアップモードでの所要のアクチュエータ速度を確保することができるアクチュエーションシステムを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えがなされる際にアクチュエータの速度を一時的に制限することによって前記トランジェントの緩和を図るものであり、機械式制御弁を通る作動油の量をモード切替え弁を利用して絞ることでそれを達成するものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、シリンダ内に収納されたピストンの両側に一方及び他方の流体室を形成し、両流体室への作動流体の供給及び排出によりピストンを移動させるアクチュエータと、機械的操作入力に応じて作動する機械式制御弁及び電気制御信号入力に応じて作動する電気式制御弁を有し、両制御弁のうち何れかにより前記一方及び他方の流体室への作動流体の供給及び排出を制御する給排制御機構と、前記機械式制御弁及び電気式制御弁のうちいずれかを切替え操作圧に応じ選択して前記アクチュエータへの作動流体の給排通路に挿入するモード切替え弁と、外部からの機械的操作入力を前記機械式制御弁に伝達する操作力伝達部材を有し、前記モード切替え弁によって前記機械式制御弁が前記アクチュエータへの作動流体の給排通路に挿入されたとき、該操作力伝達部材を介した操作入力により前記機械式制御弁を作動させるバックアップ機構と、を備えたアクチュエーションシステムにおいて、前記モード切替え弁に前記切替え操作圧を付与する作動油の供給経路に、前記機械式制御弁が前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入されるよう前記モード切替え弁が切り替えられるときに該モード切替え弁の切替え速度を制限することができる制限手段を設け、前記モード切替え弁が前記切替え操作圧の所定の変化によって前記機械式制御弁を前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入するとき、該切替え操作圧の所定の変化によって前記制限手段が作動し、前記作動油の給排通路に挿入された前記機械式制御弁による作動油の給排制御を一時的に制限することを特徴とするものである。
【０００８】
この発明では、電気系統の故障時にモード切替え弁が切替え操作圧の所定の変化によって機械式制御弁をアクチュエータへの作動油の給排通路に挿入するが、その切替え操作圧の所定の変化によって前記制限手段が作動することで、作動油の給排通路に挿入された機械式制御弁による作動油の給排制御が一時的に制限され、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えがなされる際のアクチュエータの速度がモード切替え弁により一時的に制限されることによって前記トランジェントの緩和が図られる。
【０００９】
また、本発明は、舵面の操舵のために手動操作される操作部材と、シリンダ内に収納されたピストンの両側に一方及び他方の流体室を形成し、両流体室への作動流体の供給及び排出によりピストンを移動させて舵面を操舵するアクチュエータと、操作部材の操作に対応する電気制御信号又は自動操縦のための電気制御信号を出力する制御信号出力手段と、機械的操作入力に応じて作動する機械式制御弁及び前記制御信号出力手段からの電気制御信号入力に応じて作動する電気式制御弁を有し、両制御弁のうち何れかにより前記一方及び他方の流体室への作動流体の供給及び排出を制御する給排制御機構と、作動流体を所定の供給圧で供給する流体供給源と、作動流体を蓄えるリザーバ回路と、前記機械式制御弁及び電気式制御弁のうちいずれかを切替え操作圧に応じ選択して前記アクチュエータへの作動流体の給排通路に挿入するモード切替え弁と、外部からの機械的操作入力を前記機械式制御弁に伝達する操作力伝達部材を有し、前記モード切替え弁によって前記機械式制御弁が前記アクチュエータへの作動流体の給排通路に挿入されたとき、該操作力伝達部材を介した操作入力により前記機械式制御弁を作動させるバックアップ機構と、を備えたアクチュエーションシステムにおいて、前記モード切替え弁に前記切替え操作圧を付与する作動油の供給経路に、前記機械式制御弁が前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入されるよう前記モード切替え弁が切り替えられるときに該モード切替え弁の切替え速度を制限することができる制限手段を設け、前記モード切替え弁が前記切替え操作圧の所定の変化によって前記機械式制御弁を前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入するとき、該切替え操作圧の所定の変化によって前記制限手段が作動し、前記作動油の給排通路に挿入された前記機械式制御弁による作動油の給排制御を一時的に制限することを特徴とするものであり、このような構成によって上記と同様な作用効果を得るものである。
【００１０】
本発明においては、前記モード切替え弁が前記アクチュエータへの作動油の給排通路の圧力と切替え操作圧とに応じて切り替えられる可変絞り要素付きの切替え弁として構成され、前記制限手段が、該モード切替え弁と、該モード切替え弁への切替え操作圧の供給通路に設けられた逆止弁及び絞り要素からなる遅れ機構と、を含むのが好ましい。
【００１１】
さらに、前記可変絞り要素付きのモード切替え弁は、好ましくは、軸線方向に往復移動する弁体と、該弁体により開放及び閉止される開口孔が形成された弁体収納部材と、を含んで構成され、該モード切替え弁が、前記電気式制御弁を選択して前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入する第１のモード切替え位置と、前記機械式制御弁を選択して前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入する第２のモード切替え位置と、前記機械式制御弁を通る前記アクチュエータへの作動油の供給通路及び前記アクチュエータからの作動油の排出通路のうち少なくとも一方の通路に前記可変絞り要素を挿入する絞り挿入位置と、に切り替え可能であるのがよい。
【００１２】
この場合、前記開口孔が、前記弁体の移動方向に互いに離間するよう前記弁体収納部材に形成された複数のオリフィス孔からなるのがより好ましい。可変絞り要素を含む切替え弁の製作と、弁体収納部材の加工が共に容易化できるからである。勿論、弁体により開放及び閉止される開口孔が前記弁体の移動方向に延びる非円形孔状に形成されてもよい。また、前記複数のオリフィス孔の孔径を順次異ならせて所要の可変絞りの特性を得ることができる。
【００１３】
また、前記開口孔が、前記弁体の移動方向に互いに離間するよう前記弁体収納部材に形成された複数のオリフィス孔からなるのがより好ましい。弁体収納部材の加工が容易だからである。もちろん、弁体により開放及び閉止される開口孔が前記弁体の移動方向に延びる長孔状に形成されてもよい。また、前記複数のオリフィス孔の孔径を順次異ならせて所要の可変絞りの特性を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
【００１５】
図１〜図９は、本発明の第１実施形態に係るアクチュエーションシステムを示す図である。なお、この実施形態は本発明を並列する多重液圧制御系統のそれぞれに適用したものであるが、図面にはその１系統のみの構成を図示している。また、以下に説明する構成は同一の舵面を駆動する各制御系統について共通するものである。
【００１６】
まず、構成を説明する。
図１において、１０は油圧アクチュエータであり、アクチュエータ１０はシリンダ１１及びピストン１２を有している。このアクチュエータ１０は、シリンダ１１内に収納されたピストン１２の軸方向両側に一方及び他方の油室１３、１４（流体室）を画成したものであり、これら二つの油室１３、１４のうち一方に作動油（作動流体）を供給し他方から排出することにより、ピストン１２に油圧力を作用させ、ピストン１２を移動させるようになっている。また、アクチュエータ１０はそのブラケット部１０ａで図示しない航空機の機体側構造部材に揺動自在に支持されており、ピストン１２のロッド部１２ｅは航空機の舵面の駆動部材（図示していない）に連結されている。また、アクチュエータ１０の油室１３、１４には後述する給排制御機構２０を介して作動油が供給及び排出され、給排制御機構２０には供給圧Ｐの作動油を供給する図示しない流体供給源と、アクチュエータ１０から排出される作動油を蓄えて流体供給源側に戻すリザーバ回路とが接続されている。２１は給排制御機構２０の圧力導入路であり、この圧力導入路２１には逆止弁２３と図示しないフィルタが設けられている。
【００１７】
２５は機械的操作入力に応動するインプットリンク２５であり、このインプットリンク２５は図１中の上下両端側の何れからも操作力を入力し得る揺動式の操作力伝達部材として構成されている。すなわち、インプットリンク２５の第１移動端部２５ａ（図１中の上端部）はパイロットによって操作される図外の操縦桿若しくはペダル等の手動操作部材に機械的リンケージを介して連結されており、インプットリンク２５の第２移動端部２５ｂ（図１中の下端部）はピストン１２のロッド部１２ｅに揺動可能に支持されている。また、インプットリンク２５は、両移動端部２５ａ、２５ｂの間にサミングポイント２５ｃ（弁操作点部）を有し、第１移動端部２５ａからの手動操作量と第２移動端部２５ｂからの機械的フィードバック量との偏差に相当する機械的変位を、弁操作量としてサミングポイント２５ｃから出力するようになっている。
【００１８】
３１は、インプットリンク２５により４ポートを開閉操作及び開度調節される３位置切替え可能な機械式制御弁であり、機械式制御弁３１は圧力導入路２１の分岐路２１ａに接続された供給圧ポート３１ａと、油路２８を介して前記リザーバ回路に接続されるリターンポート３１ｂと、操作入力に応じて両ポートに接続される一対の制御圧ポート３１ｃ、３１ｄとを有している。この機械式制御弁３１は、供給圧ポート３１ａと制御圧ポート３１ｃ又は３１ｄとを通して、油室１３又は１４に流体圧供給源からの作動油を供給するとともに、油室１４又は１３からの作動油をリターンポート３１ｂを通して排出させることができ、さらに、供給圧ポート３１ａ及びリターンポート３１ｂと制御圧ポート３１ｃ、３１ｄとの接続を遮断して両油室１３、１４への作動油の供給及び排出を停止することができる。なお、図１において、３１ｅは機械式制御弁３１の弁体、３１ｆ、３１ｇはそれぞれ機械式制御弁３１を中立位置に付勢する付勢手段、例えばセンタリングスプリングであり、３１ｈは各ポート３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄが形成された略スリーブ状の操作入力部であり、操作入力部３１ｈはインプットリンク２５からの操作入力に応じて弁体３１ｅと相対移動し、各ポート３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び３１ｄの開度を変化させることができる。また、油路２８には前記リザーバ回路から所定値の背圧が付与されている。
【００１９】
３２は、図外のＦＣＣからの電気制御信号Ｓａ、Ｓｂにより４ポートを開閉操作及び開度調節するよう電磁駆動される３位置切替え可能な電気式制御弁であり、電気式制御弁３２は、流体圧供給源からの作動油を導入する供給圧ポート３２ａと、リザーバ回路に作動油を排出するリターンポート３２ｂと、制御信号Ｓａ、Ｓｂの入力に応じて両ポート３２ａ、３２ｂに接続される一対の制御圧ポート３２ｃ、３２ｄとを有している。この電気式制御弁３２は、例えば電気制御信号Ｓａ、Ｓｂに応じ弁体３２ｅを電磁駆動することにより、電気制御信号Ｓａ又はＳｂの信号レベルに応じ一対の制御圧ポート３２ｃ、３２ｄを通して油室１３又は１４に前記流体圧供給源からの作動油を供給するとともに、油室１４又は１３からの作動油をリターンポート３２ｂを通して前記リザーバ回路に排出させることができる。さらに、電気式制御弁３２は、供給圧ポート３２ａ及びリターンポート３２ｂと制御圧ポート３２ｃ、３２ｄとの接続を遮断して油室１３、１４への作動油の供給及び排出を停止することができる。なお、前記電気制御信号Ｓａは例えば舵角増加方向の信号、前記電気制御信号Ｓｂは例えば舵角減少方向の信号であり、それぞれ操舵量に応じた電気制御信号として電気式制御弁３２の電磁駆動部３２ｊ、３２ｋに入力される。
【００２０】
アクチュエータ１０の一方及び他方の油室１３、１４は、６ポート３位置切替弁であるモード切替弁３３の切替えにより、制御弁３１、３２のうち何れか一方の制御圧ポート３１ｃ、３１ｄ又は３２ｃ、３２ｄに接続されるようになっている。このモード切替弁３３は、制御弁３１、３２のそれぞれの制御圧ポート３１ｃ、３１ｄ及び３２ｃ、３２ｄに接続される各一対の制御弁側ポート３３ａ、３３ｂ及び３３ｃ、３３ｄと、一方及び他方の油室１３、１４に接続された一対のアクチュエータ側ポート３３ｆ、３３ｇと、パイロット圧導入部３３ｈ、３３ｉとを有している。また、モード切替弁３３は、パイロット圧導入部３３ｈ、３３ｉからの付勢力に応じて変位する弁体３３ｊと、この弁体３３ｊをパイロット圧導入部３３ｈ、３３ｉとは逆の方向に付勢するスプリング３３ｋとを備えており、これら付勢力により、制御弁３１、３２のうち任意の一方の制御圧ポート３１ｃ、３１ｄ又は３２ｃ、３２ｄを油室１３、１４に接続することができるよう、モード切替弁３３は、図１及び図２にそれぞれ示した異なる複数の給排モード位置に切り替えられるようになっている。このモード切替え弁３３は、アクチュエータ１０への作動油の供給通路２１及びアクチュエータ１０からの作動油の排出通路２８のうち少なくとも一方、例えば両方の通路に設けられ、図３に示すように、その供給通路２１からの供給圧力Ｐとパイロット圧導入部３３ｉへのパイロット圧Ｐａ（切替え操作圧）とに応じて切り替え操作されるようになっている。また、この弁体３３ｅの中央部には可変絞り要素４１、４２が設けられており、モード切替弁３３が図１に示すＦＢＷモードから図２に示すメカニカルバックアップモード位置に切り替えられるとき、これら可変絞り要素４１、４２がアクチュエータ１０への作動油の供給及び排出通路２１、２８に一時的に挿入されるようになっている。
【００２１】
３５はモード切替弁３３のパイロット圧導入部３３ｈへのパイロット圧Ｐａを変化させるソレノイド弁であり、パイロット圧導入部３３ｈへのパイロット圧Ｐａは、ソレノイド弁３５がＯＮ（図１）の状態では流体圧供給源からの供給圧Ｐとなり、ソレノイド弁３５がＯＦＦ（図２）の状態では戻り側の低圧（前記リザーバ回路による背圧）まで低下する。このソレノイド弁３５は、制御弁３１、３２の供給圧ポート３１ａ、３２ａに接続された高圧側入口ポート３５ａと、制御弁３１、３２のリターンポート３１ｂ、３２ｂに接続された低圧側入口ポート３５ｂと、ＦＣＣからのモード切替制御信号Ｓｃに応じて両入口ポート３５ａ、３５ｂのうち何れか一方に接続される出口ポート３５ｃとを有している。また、ソレノイド弁３５は、弁体３５ｄ、スプリング３５ｅ及び電磁駆動部３５ｆからなり、電磁駆動部３５ｆに切替制御信号Ｓｃが入力されるときに弁体３５ｄを図１に示すＯＮ位置に変位させて、出口ポート３５ｃを通しモード切替弁３３にパイロット圧Ｐａを加えるようになっている。すなわち、ソレノイド弁３５は、前記ＦＣＣからのモード切替制御信号Ｓｃに応じて、前記流体圧供給源及びリザーバ回路のうち何れか一方側の作動油圧を、パイロット圧としてモード切替弁３３のパイロット圧導入部３３ｈに供給する。
【００２２】
また、このソレノイド弁３５からモード切替え弁３３のパイロット圧導入部３３ｉへの切替え操作圧（作動油）の供給通路４５には、図３に示すように、パイロット圧導入部３３ｉへの切替え操作圧の供給を許容しその逆流を阻止する逆止弁４３と、この逆止弁４３をバイパスするバイパス通路４５ａとが設けられており、バイパス通路４５ａには絞り要素４４が設けられている。これら逆止弁４３及び絞り要素４４は、パイロット圧導入部３３ｉからの作動油の逆流方向の流れを絞り要素４４によって切替え操作圧の供給時よりも遅くする遅れ機構４６を構成している。
【００２３】
また、この遅れ機構４６とモード切替弁３３とは、機械式制御弁３１がアクチュエータ２５への作動油の給排通路２１、２８に挿入されるようモード切替え弁３３が切り替えられるとき、そのモード切替え弁３３の切替え速度を制限することができる制限手段４０を構成している。この制限手段４０は、モード切替え弁３３が切替え操作圧Ｐａの所定の変化によって機械式制御弁３１をアクチュエータ２５への作動油の給排通路２１、２８に挿入するとき、その切替え操作圧の所定の変化によって作動し、作動油の給排通路２１、２８に挿入された機械式制御弁３１による作動油の給排制御を一時的に制限できるようになっている。
【００２４】
具体的には、モード切替え弁３３は、電気式制御弁３２を選択してアクチュエータ１０への作動油の給排通路２１、２８に挿入する第1のモード切替え位置［Ｉ］と、機械式制御弁３１を選択してアクチュエータ１０への作動油の給排通路に挿入する第２のモード切替え位置［II］と、機械式制御弁３１を通るアクチュエータ１０への作動油の供給通路２１及びアクチュエータ１０からの作動油の排出通路２８のうち少なくとも一方の通路、例えば両方の通路に可変絞り要素４１、４２を挿入する絞り挿入位置［III］と、に切り替え可能である。
【００２５】
また、図４〜図６に示すように、モード切替え弁３３は、軸線方向に往復移動する第１のスプール弁体６１と、複数の開口孔、例えば各組で３つの２組の異径のオリフィス孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃ（開口孔）及び常開のオリフィス孔６２ｄ、６２ｅ（開口孔）がそれぞれ形成された弁体収納部材６２と、これら弁体６１及び弁体収納部材６２を共に収納するハウジング６３及び有底の略円筒状のねじ込みプラグ６４と、弁体６１を図４の左側に付勢する圧縮スプリング６５と、弁体６１と同軸に配置された第２のスプール弁体６６と、この弁体６６に外装されたシールリング６７と、ねじ込みプラグ６４の先端部に外装されたシールリング６８と、弁体収納部材６２の各開口孔の両側に配置された複数のシールリング６９と、を具備している。ここで、各組3つのオリフィス孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃは、弁体６１の移動方向に互いに離間しており、一対のアクチュエータ側ポート３３ｆ、３３ｇに対応して２組設けられている。
【００２６】
弁体６１は一端でパイロット圧導入ポート３１ｉからの供給圧Ｐを受け、他端でパイロット圧導入ポート３３ｈからのパイロット圧Ｐａを受けることにより、軸方向に変位するようになっている。この弁体６１は、オリフィス孔６２ａ〜６２ｃを開閉することができるランド部６１ａ、６１ｃと、オリフィス孔６２ａ〜６２ｃを連通させることができる環状溝部６１ｂ、６１ｄと、２組のオリフィス孔６２ｅに連通することができる環状溝部６１ｅ、６１ｆと、一端部に形成されたスリット６１ｇと、を有している。また、ハウジング６３に前記各ポート３３ａ〜３３ｄ及び３３ｆ、３３ｇが形成されている。
【００２７】
図６に例示されるオリフィス孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃは、弁体６１の移動方向に互いに離間して配置され、かつ、オリフィス孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃの順に開口径が段階的に拡大するように互いに異なる孔径に形成されており、これらオリフィス孔６２ａ〜６２ｃが全体として弁体６１の移動方向に延びた開口孔６２ｖを形成している。そして、弁体６１が前記開度の増加方向に移動するとき、オリフィス孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃは開口孔６２ｖの開口面積が徐々に大きくなるよう弁体６１のランド部６１ａによって順次開放され、逆に、弁体６１が前記開度の減少方向に移動するとき、オリフィス孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃは開口孔６２ｖの開口面積が徐々に小さくなるよう弁体６１のランド部６１ａによって順次閉止されるようになっている。これらオリフィス孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃは弁体６１と共に各可変絞り要素４１、４２を構成している。
【００２８】
また、第２のスプール弁体６６は、一端側でオリフィス孔６２ｆを開閉可能であるとともに他端側でねじ込みプラグ６４内に摺動自在に収納されており、両者の間に切り替え操作圧室５１が形成されている。この切り替え操作圧室５１は逆止弁４３の軸線上に細孔状のオリフィスとして形成された絞り要素４４を介して弁体６６の連通路６６ａに連通している。すなわち、弁体６６はオリフィス孔６２ｆ、６２ｇのうち少なくともオリフィス孔６２ｇを逆止弁４３及び絞り要素４４を介して連通させることができる。
【００２９】
なお、図５において、６１ｇはパイロット圧導入ポート３３ｉを閉止しないために弁体６１の一端に形成されたスリットであり、図６において、６６ｂはパイロット圧導入ポート３３ｈを閉止しないために弁体６６の一端に形成されたスリットである。
【００３０】
また、開口孔６２ｖは、ここで例示するような３つのオリフィス孔からなるものに限らず、単一の円形オリフィス孔、弁体移動方向で同一位置に位置し周方向所定間隔（例えば等間隔）に離間する複数の円形、多角形その他の任意の形状を有する同径若しくは異径のオリフィス孔、弁体移動方向で同一位置に位置する複数のオリフィス孔が更に弁体同方向に離間するよう配列された複数組の同径若しくは異径の円形オリフィス孔、開口幅が一端から他端に近付くほど順次増大する略三角形の単一の若しくはそれが周方向所定間隔に平行配置された複数のオリフィス孔、上記のオリフィス孔の何れかを組合せた形状、その他の各種形状の単一若しくは複数のオリフィス孔であってもよいことは勿論である。さらに、弁体６１の形状を適宜変更することで、更に異なる多様な可変絞り弁を採用することができることはいうまでもない。要するに、可変絞り要素４１、４２は、弁体６１及び開口孔６２ｖの形状を適宜選択することによって、段階的にあるいはリニアに絞り特性を変化させることができる任意の可変絞り要素とすることができる。なお、リニアな可変絞り特性は、例えば長孔状のように無段階に連続するオリフィス形状とすることで得られる。
【００３１】
前記機械式制御弁３１、インプットリンク２５及び操縦桿までの機械的リンケージは、ＦＣＣによるＦＢＷ制御が実行できない電気系統の故障時に、操縦桿からの手動操舵を可能にするバックアップ機構３０を構成しており、ＦＣＣからの電気制御信号Ｓａ、Ｓｂにより電気式制御弁３２を作動させることができなくなるような何らかの故障が生じた場合には、操縦桿からの操作入力を給排制御機構２０の機械式制御弁３１に伝達し、機械的リンケージを介した手動操縦入力により給排制御機構２０を作動させるようになっている。また、ＦＣＣは、ＦＢＷ制御を実行する間、舵角位置センサからのフィードバック信号や航空機の応答（ピッチ、ロール及びヨーの応答）を観測する図示しない運動センサ等からの信号により、多重化されたそれぞれの制御系が正常に作動しているか否かを常時チェックし、後述するような舵面制御を実行する。
【００３２】
以下、通常の制御の場合と何らかの故障が生じた場合に分けて作用を説明する。
（１）正常な制御モード
通常のＦＢＷモードにおいては、パイロットによる操縦桿の手動操作量又は自動操縦のための必要操舵量に応じてパイロットコマンドが生成されるとともに、ＦＣＣの安定増強装置としての機能に基づいてパイロットコマンドに所要の補正処理がされる。そして、この補正された入力コマンドと舵面位置（舵角）センサからのフィードバック信号等との偏差に応じた電気制御信号Ｓａ又はＳｂが生成され、各制御系統の電気式制御弁３２に入力される。また、ソレノイド弁３５には図１に示すパイロット圧供給位置に電磁駆動するための切替制御信号Ｓｃが入力される。そして、前記入力コマンドと位置センサからのフィードバック信号とに差が生じると、その偏差に応じた電気制御信号（以下、偏差信号という）Ｓａ又はＳｂにより電気式制御弁３２が弁体３２ｅを中立位置から変位させるように駆動され、制御圧ポート３２ｃ、３２ｄが開かれることで、一方の油室１３又は１４に流体圧供給源からの作動油が供給されるとともに、他方の油室１４又は１３からの作動油がリターンポート３２ｂを通して排出される。
【００３３】
したがって、ピストン１２が油室１３、１４の間の差圧に応じた推力を発生して、舵面を入力コマンドに対応する舵角位置へと制御する。次いで、前記パイロットコマンドと舵面位置センサからの信号との差がほぼゼロになると、偏差信号Ｓａ又はＳｂが初期値（例えばゼロ）となり、供給圧ポート３２ａ及びリターンポート３２ｂと制御圧ポート３２ｃ及び３２ｄとの接続が遮断されて、油室１３、１４への作動油の供給及び排出が停止される。なお、所定の操作がされると、自動操縦モードから手動操縦モードに切り替えられる。例えば自動操縦モードでの飛行中に危険回避等のために手動操舵がなされたとき、パイロットの手動操縦入力を確実に優先させる状態とする。
【００３４】
（２）１系統が故障した場合の制御モード
多重化した複数の制御系統のうち何れかの制御系統の電気回路に故障が生じると、故障の生じた制御系統では、ソレノイド弁３５が正常に電磁駆動されないため、パイロット圧Ｐａが低下する。したがって、故障系統では、モード切替弁３３が機械式制御弁３１による給排制御位置に切り替えられる。
【００３５】
このとき、パイロット圧Ｐａの低下（切替え操作圧の所定の変化）に応じて、モード切替え弁３３が機械式制御弁３１をアクチュエータ１０への作動油の供給通路及び排出通路に挿入するが、制限手段４０の一部であるモード切替え弁３３は、ＦＢＷモード時の第1のモード切替え位置［Ｉ］から機械式制御弁３１を選択する第２のモード切替え位置［II］へと切り替わる途中に、絞り挿入位置［III］に切り替わる。そして、絞り挿入位置［III］に切り替わったモード切替え弁３３は、機械式制御弁３１を通るアクチュエータ１０への作動油の供給通路２１及びアクチュエータ１０からの作動油の排出通路２８のうち少なくとも一方の通路、例えば両方の通路に可変絞り要素４１、４２を挿入する。また、絞り挿入位置［III］に切り替わったモード切替え弁３３は、次いで、可変絞り要素４１、４２を徐々に開放しながらこれらによる制限の解除側に切り替えられるが、その切替は遅れ機構４６によって遅らされ、アクチュエータ１０への作動油給排通路に挿入された機械式制御弁３１による作動油の給排制御が一時的に制限されることになる。すなわち、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えがなされる際のアクチュエータ１０の速度が一時的に制限される。
【００３６】
具体的には、制限手段４０は、まず、最初に油路３３ｄに圧力が供給されたときに絞り要素４４を有する逆止弁４３が開弁して、メカニカル・バックアップモードの状態（図８の状態）からＦＢＷモードの状態（図４の状態）への切替えがされており、弁体６６がパイロット圧導入部３３ｉからの供給圧Ｐにより図４中の右側に付勢されている状態で、パイロット圧導入部３３ｈからのパイロット圧Ｐａ及びスプリング６５により逆方向（図４中の左側）に付勢されている。そして、供給圧Ｐが弁体６１の一端に加わった状態で、ソレノイド弁３５からのパイロット圧Ｐａが低下すると、弁体６１がスプリング６５に抗して右行し、図7に示すように、可変絞り要素４１、４２が開放され始めるのとほぼ同時に弁体６６に当接して、その後、オリフィス孔である絞り要素４４を通して切替え操作圧室５１内の作動油が連通孔６６ａに漏れ出すとともに、両弁体６１、６６が図７に図示する位置から更に右行していく途中で２段目、３段目のオリフィス孔６２ｂ、６２ｃが順次開いていく。
【００３７】
この状態において、アクチュエータ１０のピストン１２の移動速度は、図９に示すように、ＦＦＢＷモード時の速度（同図中１段目オリフィス速度）から、２段目のオリフィス孔６２ｂが開いた状態、更に３段目のオリフィス孔６２ｃが開いた状態へと、段階的に変化する。したがって、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切り替え時に急激な舵角変化（トランジェント）が生じることがなく、従来のトランジェントの問題が解消されることになる。
【００３８】
このように、上述のアクチュエーションシステムにおいては、トランジェントの緩和を図るとともにメカニカルバックアップモードでの所要の速度を確保することができるアクチュエーションシステムを提供することができる。
【００３９】
ところで、メカニカルバックアップモードにおいては、インプットリンク２５から機械式制御弁３１に操作力が伝達可能になる。したがって、一系統のみが故障した状態においては、他の制御系統からの操舵力で駆動されるインプットリンク２５により機械式制御弁３１を操作し、故障系統におけるアクチュエータ１０を他系統のアクチュエータ動作に追従させることができるから、故障の生じた制御系統では機械的リンケージを介した制御を行いながら、正常な制御系統でのＦＢＷ制御を行うことができ、パイロットの操縦負荷を軽減できる。
【００４０】
もちろん、正常な制御系統を手動操縦モードに切り替えて全制御系統を操縦桿の手動操作に応じて作動させ、手動操縦による正常な飛行をすることもできる。一方、多重化した複数の制御系統のうち何れかの制御系統に所定レベルの油圧が供給されなくなるような油圧失陥が生じた場合、ソレノイド弁３５が正常状態と同様に電磁駆動されていても故障傾倒においてはパイロット圧Ｐａが低下する。 このときも、上述のように他の制御系統からの操舵力でインプットリンク２５を解して機械式制御弁３１を作動させ、正常な制御系統でのＦＢＷ制御を行うことができる。
【００４１】
（３）全系統の故障時の舵面制御
多重化した全制御系統に影響する電気回路の故障が生じた場合、ＦＢＷ制御はできなくなり、各制御系統においてソレノイド弁３５が正常に電磁駆動されないため、パイロット圧Ｐａが低下する。
【００４２】
このとき、上述の場合と同様に、パイロット圧Ｐａの低下に応じて、モード切替え弁３３が機械式制御弁３１をアクチュエータ１０への作動油の供給通路及び排出通路に挿入する一方、その途中で、パイロット圧Ｐａの低下に伴って制限手段４０の制限解除側への切り替えを遅れ機構４６によって遅らされ、トランジェントの緩和が図られる。
【００４３】
モード切替え後は、操縦桿からの手動操作入力によりインプットリンク２５を介して機械式制御弁３１が操作され、その手動操作に応じた開度で制御圧ポート３１ｃ、３１ｄが開かれ、片方の油室１３又は１４に流体圧供給源からの作動油が供給されるとともに、残りの油室１４又は１３からの作動油がリターンポート３１ｂを通してリザーバ回路に排出される。これにより、各制御系統のアクチュエータ１０内でピストン１２が油室１３、１４の間の差圧に応じた推力を発生し、ピストン１２のロッド部１２ｅが舵面を操縦桿の手動操作量（パイロットコマンド）に対応する舵角位置へと制御する。また、操縦桿が元に戻されると、供給圧ポート３１ａ及びリターンポート３１ｂと制御圧ポート３１ｃ及び３１ｄとの接続が遮断されて、油室１３、１４への作動油の供給及び排出が停止され、保舵状態となる。
【００４４】
上述のように、本実施形態によれば、機械式制御弁３１を通る作動油の量をモード切替え弁３３を利用して絞り、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えがなされる際にアクチュエータ１０の速度を一時的に制限するようにしているので、トランジェントの緩和を図ることができる。また、モード切替え弁３３の切替え操作圧Ｐａの低下（所定の変化）に応じて、モード切替弁３３と簡素な遅れ機構４６とからなる制限手段４０が作動し、それによって作動油の給排通路に挿入された機械式制御弁３１による作動油の給排制御が一時的に制限されるので、信頼性に優れ、小型でかつ低コストの装置構成でトランジェントの緩和を図ることができる。
【００４５】
また、制限手段４０が、モード切替え弁３３と、そのモード切替え弁３３への切替え操作圧Ｐａの供給通路に設けられた逆止弁４３及び絞り要素４４からなるきわめて簡素な遅れ機構４６とを含む簡素な構成としているので、より簡素な構成でトランジェントの緩和を図ることができる信頼性の高いアクチュエーションシステムが実現できる。
【００４６】
さらに、可変絞り要素４１、４２付きのモード切替え弁３３が、軸線方向に往復移動する弁体６１、６６からなる弁体３１ｅと、その弁体３１ｅにより開放及び閉止される開口孔６２ｖが形成された弁体収納部材６２とを含んで構成され、そのモード切替え弁３３が、電気式制御弁３２を選択してアクチュエータ１０への作動油の給排通路に挿入する第１のモード切替え位置［Ｉ］と、機械式制御弁31を選択してアクチュエータ１０への作動油の給排通路に挿入する第２のモード切替え位置［ＩＩ］と、機械式制御弁３１を通るアクチュエータ１０への作動油の供給通路及びアクチュエータ１０からの作動油の排出通路のうち双方（少なくとも一方）に可変絞り要素を挿入する絞り挿入位置と、に切り替え可能であるのがよい。また、この場合、開口孔６２ｖが、弁体６１、６６の移動方向に互いに離間するよう弁体収納部材６２に形成された複数のオリフィス孔６２ａ〜６２ｃからなるので、可変絞り要素４１、４２を含むモード切替え弁３３の製作と、弁体収納部材６２の加工が共に容易化できる。
【００４７】
なお、弁体３１ｅ（６１、６８）により開放及び閉止される開口孔６２ｖが弁体３１ｅの移動方向に延びる非円形孔状に形成されてもよいし、複数のオリフィス孔６２ａ〜６２ｃの孔径を順次異ならせて所要の可変絞りの特性を得ることができる。また、弁体収納部材６２の加工面からすれば、開口孔６２ｖが弁体収納部材６２に形成された複数のオリフィス孔からなるのが好ましいが、弁体により開放及び閉止される開口孔６２ｖが弁体移動方向に延びる連続した長孔状等に形成されてもよい。
【００４８】
（第２実施形態）
図１０及び図１１は本発明の第２実施形態に係るアクチュエーションシステムを示す図である。なお、この実施形態は、制限手段４０の一部を構成するモード切替え弁以外は上述の実施形態とほぼ同様のシステムであるため、上述例との相違点のみについて説明する。
【００４９】
この実施形態においては、アクチュエータ１０への作動油の供給及び排出通路２１、２８（給排通路）のうち片方の通路、例えば油室１３側の給排通路にのみ可変絞り要素４１が設けられており、上述例のモード切り替え弁３３から可変絞り要素４２を取り除いた構成となっている。
【００５０】
可変絞り要素４１は、図１０に示すようにソレノイド弁３５がＯＮのとき、機械式制御弁３１とアクチュエータ１０の油室１３、１４の間で、供給・排出通路のうち片方の油路に挿入される絞り要素となる。
【００５１】
そして、図１１に示すようにソレノイド弁３５がＯＦＦとなり、パイロット圧Ｐａの低下（切替え操作圧の所定の変化）に応じて、機械式制御弁３１をアクチュエータ１０への作動油の供給通路及び排出通路に挿入するようモード切替え弁３３が切り替わるが、この状態において、モード切替え弁３３が絞り挿入位置［III］に切り替わり、そこから可変絞り要素４１を徐々に開放しながらこの絞りによる制限の解除側に切り替えられる。そして、その切替が上述例と同様に遅れ機構４６によって遅らされ、アクチュエータ１０への作動油の給排通路に挿入された機械式制御弁３１による作動油の給排制御が一時的に制限されることになる。
【００５２】
したがって、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えがなされる際のアクチュエータ１０の速度が一時的に制限され、トランジェントが緩和される。
【００５３】
（第３実施形態）
図１２及び図１３は本発明の第３実施形態に係るアクチュエーションシステムを示す図である。なお、この実施形態は、制限手段４０の一部を構成するモード切替え弁以外は上述の第１、第２実施形態とほぼ同様のシステムであるため、上述例との相違点のみについて説明する。
【００５４】
この実施形態においては、アクチュエータ１０への作動油の供給及び排出通路２１、２８のうち片方の通路、例えば油室１４側の給排通路にのみ可変絞り要素４１が設けられており、上述の第１実施形態におけるモード切り替え弁３３から可変絞り要素４１を取り除いた構成となっている。
【００５５】
可変絞り要素４２は、図１０に示すようにソレノイド弁３５がＯＮのとき、機械式制御弁３１とアクチュエータ１０の油室１３、１４の間で、供給・排出通路のうち片方の油路に挿入される絞り要素となる。
【００５６】
そして、図１３に示すようにソレノイド弁３５がＯＦＦとなり、パイロット圧Ｐａの低下（切替え操作圧の所定の変化）に応じて、機械式制御弁３１をアクチュエータ１０への作動油の供給通路及び排出通路に挿入するようモード切替え弁３３が切り替わるが、この状態において、モード切替え弁３３が絞り挿入位置［III］に切り替わり、そこから可変絞り要素４２を徐々に開放しながらこの絞りによる制限の解除側に切り替えられる。そして、その切替が上述例と同様に遅れ機構４６によって遅らされ、アクチュエータ１０への作動油の給排通路に挿入された機械式制御弁３１による作動油の給排制御が一時的に制限されることになる。
【００５７】
したがって、第２実施形態と同様に、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えがなされる際のアクチュエータ１０の速度が一時的に制限され、トランジェントが緩和される。
【００５８】
なお、上述した各実施形態においては航空機の舵面制御用アクチュエータとして説明したが、ＦＢＷ制御される他用途の液圧アクチュエータ等であってもよいことはいうまでもなく、本発明は、メカニカルバックアップ機構付きＦＢＷ制御の流体圧アクチュエータシステム全般について広く適用することができるものである。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、機械式制御弁を通る作動油の量をモード切替え弁を利用して絞り、ＦＢＷモードからメカニカルバックアップモードへの切替えがなされる際にアクチュエータの速度を一時的に制限するようにしているので、トランジェントの緩和を図ることができる。
【００６０】
また、モード切替え弁の切替え操作圧の所定の変化に応じて、モード切替弁と簡素な遅れ機構とからなる制限手段が作動し、それによって作動油の給排通路に挿入された機械式制御弁による作動油の給排制御が一時的に制限されるので、信頼性に優れ、小型でかつ低コストの装置構成によりトランジェントの緩和を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアクチュエーションシステムを示すその概略構成図であり、フライバイワイヤモードの状態を示している。
【図２】第１実施形態に係るアクチュエーションシステムのメカニカル・バックアップ・モードの状態を示す概略構成図である。
【図３】第１実施形態における制限手段の概略構成を示す油圧回路図である。
【図４】第１実施形態の制限手段の詳細構成を示す断面図であって、フライバイワイヤモードの状態を示す図である。
【図５】図４に示す制限手段の可変絞り要素近傍の部分拡大断面図である。
【図６】図４に示す制限手段の遅れ機構近傍の部分拡大断面図である。
【図７】第1実施形態の制限手段の詳細構成を示す断面図であって、フライバイワイヤモードの状態を示す図である。
【図８】第１実施形態の制限手段の詳細構成を示す断面図であって、メカニカル・バックアップ・モードの状態を示す図である。
【図９】メカニカル・バックアップ・モードへのモード切替え時における第1実施形態の制限手段の切替え弁移動時間（横軸）と、アクチュエータのピストン速度（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るアクチュエーションシステムを示すその概略構成図であり、フライバイワイヤモードの状態を示している。
【図１１】第２実施形態に係るアクチュエーションシステムのメカニカル・バックアップ・モードの状態を示す概略構成図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係るアクチュエーションシステムを示すその概略構成図であり、フライバイワイヤモードの状態を示している。
【図１３】第３実施形態に係るアクチュエーションシステムのメカニカル・バックアップ・モードの状態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０ アクチュエータ
１１ シリンダ
１２ ピストン
１３ 油室（一方の流体室）
１４ 油室（他方の流体室）
２０ 給排制御機構
２１ 圧力導入路（供給通路）
２５ インプットリンク（操作力伝達部材）
２８ 油路（排出通路）
３１ 機械式制御弁
３２ 電気式制御弁
３３ モード切替弁（可変絞り要素付きの切替弁）
３５ ソレノイド弁
４０ 制限手段
４１、４２ 可変絞り要素
４３ 逆止弁
４４ 絞り要素
４６ 遅れ機構
５１ 切替え操作圧室
６１ 第1のスプール弁体（弁体）
６１ａ、６１ｃ ランド部
６２ 弁体収納部材
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ オリフィス孔（開口孔）
６２ｖ 開口孔
６６ 第２のスプール弁体（弁体）
６６ａ 連通孔
Claims (5)
- シリンダ内に収納されたピストンの両側に一方及び他方の流体室を形成し、両流体室への作動流体の供給及び排出によりピストンを移動させるアクチュエータと、
機械的操作入力に応じて作動する機械式制御弁及び電気制御信号入力に応じて作動する電気式制御弁を有し、両制御弁のうち何れかにより前記一方及び他方の流体室への作動流体の供給及び排出を制御する給排制御機構と、
前記機械式制御弁及び電気式制御弁のうちいずれかを切替え操作圧に応じ選択して前記アクチュエータへの作動流体の給排通路に挿入するモード切替え弁と、
外部からの機械的操作入力を前記機械式制御弁に伝達する操作力伝達部材を有し、前記モード切替え弁によって前記機械式制御弁が前記アクチュエータへの作動流体の給排通路に挿入されたとき、該操作力伝達部材を介した操作入力により前記機械式制御弁を作動させるバックアップ機構と、を備えたアクチュエーションシステムにおいて、
前記モード切替え弁に前記切替え操作圧を付与する作動油の供給経路に、前記機械式制御弁が前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入されるよう前記モード切替え弁が切り替えられるときに該モード切替え弁の切替え速度を制限することができる制限手段を設け、前記モード切替え弁が前記切替え操作圧の所定の変化によって前記機械式制御弁を前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入するとき、該切替え操作圧の所定の変化によって前記制限手段が作動し、前記作動油の給排通路に挿入された前記機械式制御弁による作動油の給排制御を一時的に制限することを特徴とするアクチュエーションシステム。 - 舵面の操舵のために手動操作される操作部材と、
シリンダ内に収納されたピストンの両側に一方及び他方の流体室を形成し、両流体室への作動流体の供給及び排出によりピストンを移動させて舵面を操舵するアクチュエータと、
操作部材の操作に対応する電気制御信号又は自動操縦のための電気制御信号を出力する制御信号出力手段と、
機械的操作入力に応じて作動する機械式制御弁及び前記制御信号出力手段からの電気制御信号入力に応じて作動する電気式制御弁を有し、両制御弁のうち何れかにより前記一方及び他方の流体室への作動流体の供給及び排出を制御する給排制御機構と、
作動流体を所定の供給圧で供給する流体供給源と、
作動流体を蓄えるリザーバ回路と、
前記機械式制御弁及び電気式制御弁のうちいずれかを切替え操作圧に応じ選択して前記アクチュエータへの作動流体の給排通路に挿入するモード切替え弁と、
外部からの機械的操作入力を前記機械式制御弁に伝達する操作力伝達部材を有し、前記モード切替え弁によって前記機械式制御弁が前記アクチュエータへの作動流体の給排通路に挿入されたとき、該操作力伝達部材を介した操作入力により前記機械式制御弁を作動させるバックアップ機構と、を備えたアクチュエーションシステムにおいて、
前記モード切替え弁に前記切替え操作圧を付与する作動油の供給経路に、前記機械式制御弁が前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入されるよう前記モード切替え弁が切り替えられるときに該モード切替え弁の切替え速度を制限することができる制限手段を設け、前記モード切替え弁が前記切替え操作圧の所定の変化によって前記機械式制御弁を前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入するとき、該切替え操作圧の所定の変化によって前記制限手段が作動し、前記作動油の給排通路に挿入された前記機械式制御弁による作動油の給排制御を一時的に制限することを特徴とするアクチュエーションシステム。 - 前記モード切替え弁が、前記アクチュエータへの作動油の供給通路及び前記アクチュエータからの作動油の排出通路のうち少なくとも一方の通路に設けられ、該供給通路の圧力と前記切替え操作圧とに応じて切り替えられる可変絞り要素付きの切替え弁として構成され、
前記制限手段が、該モード切替え弁と、該モード切替え弁への切替え操作圧の供給通路に設けられた逆止弁及び絞り要素からなる遅れ機構と、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエーションシステム。 - 前記可変絞り要素付きのモード切替え弁が、軸線方向に往復移動する弁体と、該弁体により開放及び閉止される開口孔が形成された弁体収納部材と、を含んで構成され、
該モード切替え弁が、前記電気式制御弁を選択して前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入する第１のモード切替え位置と、前記機械式制御弁を選択して前記アクチュエータへの作動油の給排通路に挿入する第２のモード切替え位置と、前記機械式制御弁を通る前記アクチュエータへの作動油の供給通路及び前記アクチュエータからの作動油の排出通路のうち少なくとも一方の通路に前記可変絞り要素を挿入する絞り挿入位置と、に切り替え可能であることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエーションシステム。 - 前記開口孔が、前記弁体の移動方向に互いに離間するよう前記弁体収納部材に形成された複数のオリフィス孔からなることを特徴とする請求項４に記載のアクチュエーションシステム。
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