JP3741915B2

JP3741915B2 - アクチュエーションシステム

Info

Publication number: JP3741915B2
Application number: JP34001599A
Authority: JP
Inventors: 敏夫神村
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP2001159402A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体圧アクチュエータを用いたアクチュエーションシステムに関し、より詳しくはフライバイワイヤ方式の制御装置に機械的制御機構を付加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）と操縦桿とを簡易的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提案されている。
【０００３】
この種のアクチュエーションシステムとしては、例えば図３に示すようなものがあった。
【０００４】
このアクチュエーションシステムでは、航空機の機体側に支持されたアクチュエータ５０の油室５３、５４のうち一方に、図外の圧力流体源に接続する作動油供給ポート６２から逆止弁６１を介して作動油を供給するとともに油室５３、５４のうち他方から作動油を排出し、両油室５３、５４を仕切るピストン５２を油圧により作動させて、航空機の舵面Ｗを駆動する。
【０００５】
このアクチュエータ５０への作動油の供給及び排出は、機械式制御弁７１と電気式制御弁７２のうちいずれかによって制御され、これら制御弁７１、７２のうちいずれか一方がモード切換え弁７３の切換え操作によってアクチュエータ５０への作動油の給排経路に挿入される。ここで、モード切換え弁７３は、通常はソレノイド弁７５によって選択的に供給通路側の流体圧を供給されて切換え操作され、常時は電気式制御弁７２をアクチュエータ５０への作動油の給排経路に挿入し、電気式制御弁７２を用いたＦＢＷ制御を可能にする。
【０００６】
一方、何らかの油圧失陥により作動油の供給圧が低下したり、電気系統の故障によりソレノイド弁７５がＯＦＦとなると、モード切換え弁７３は図３に示すメカニカルモード選択位置にバネ力で復帰し、機械式制御弁７１をアクチュエータ５０への作動油の給排経路に挿入する。
【０００７】
上述のアクチュエーションシステムでは、油圧や電気系の故障時に、ＦＢＷ制御から手動操縦による機械的操縦制御に即座に切り換えることができるが、通常のＦＢＷ制御時に突風や急操舵によってアクチュエータ５０の出力以上の負荷が加わり、これがアクチュエータ５０のみならず機体構造物にも疲労荷重として蓄積されることから、機体構造物の疲労強度を高めておく必要がある。そのため、燃費改善のための軽量化が困難であるという問題がある。
【０００８】
その対策を図るものとして、例えば図４に示すようなものがある（特開平９−３２８０９８号公報参照）。
【０００９】
このアクチュエーションシステムでは、供給ポート６２から逆止弁６１を介して導入された作動油を減圧弁８１によって減圧して機械式制御弁７１及び電気式制御弁７２の供給圧ポートに供給できるようになっており、この減圧弁８１はパイロット圧が設定圧になると、出口ポート８１ａを減圧弁戻り流路８３に接続して作動油排出ポート６３側に排出する。そして、モード切換え弁７３が電気式制御弁７２をアクチュエータ５０への作動油給排経路に挿入するＦＢＷモード選択位置に切換えられているとき、電気式制御弁７２の供給圧ポートがソレノイド弁７５を介して減圧弁８１のパイロット圧ポート８１ｃに接続される。したがって、ＦＢＷ制御時に舵面Ｗに突風がふいたり急激な操舵がされ、ソレノイド弁７５の出口ポート圧力である減圧弁８１のパイロット圧が設定圧に達すると、アクチュエータ５０への供給圧が減圧弁８１によって減圧され、アクチュエータ５０及び機体構造物に過大な負荷が加わるのが防止される。
【００１０】
一方、モード切換え弁７３が機械式制御弁７１をアクチュエータ５０への作動油給排経路に挿入する機械的操縦モード時、すなわち油圧又は電気系の故障時には、ソレノイド弁７５がＯＦＦとなって減圧弁８１のパイロット圧が常時作動油排出ポート６３側の低圧となるから、減圧弁８１は減圧作動することはなく、その入口ポート及び出口ポートが最大開度で常時連通した状態となる。したがって、故障時の機械的操縦モードで舵面Ｗに突風がふいても、逆止弁６１からアクチュエータ５０までの作動油の供給経路が閉止されて作動油がブロックされ、舵面Ｗの位置を保つために必要なアクチュエータ出力（反力）を発生させることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように機体構造物の軽量化を可能にするアクチュエーションシステムにあっても、減圧時にアクチュエータ出力が低下することになることから、それをカバーし得るだけのアクチュエータサイズの増大と減圧弁の装備による重量増加等が必要になり、軽量化及びコスト低減の面で未だ改善の余地があった。
【００１２】
そこで本発明は、アクチュエータサイズを増大させたり、高価な減圧弁等を用いたりすることなく軽量化を図ることの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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、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、機械的操作入力により切換操作される機械式制御弁、及び、操舵電気信号入力により切換操作され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、前記アクチュエータに作動流体を供給及び排出する給排通路に、前記機械式制御弁及び電気式制御弁のうちいずれかを選択して挿入するモード切換え弁と、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、前記モード切換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供給及び排出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機械的制御機構と、を備えたアクチュエーションシステムにおいて、前記給排通路を、前記流体源からの所定供給圧の作動流体を導入する供給ポートと、該供給ポートから前記機械式制御弁に作動流体を供給する第１の供給通路と、前記供給ポートから前記電気式制御弁に作動流体を供給する第２の供給通路と、で構成する一方、前記第１及び第２の供給通路のうち前記第１の供給通路に、前記供給ポートから前記機械式制御弁に向かう供給方向に自由流路を形成するとともに前記機械式制御弁から前記供給ポート側への逆流を阻止する逆止弁を設けて、第２の供給通路を通した前記電気式制御弁から前記供給ポート側への逆流を許容することを特徴とするものである。
【００１４】
この発明では、電気式制御弁による通常モードの制御時にアクチュエータに大きな負荷が作用すると、第２の供給通路を通して電気式制御弁から供給ポート側に逆流が生じ、アクチュエータ及びその支持体に過大な負荷が作用するのが防止される。一方、機械式制御弁による故障モードでの制御時には、第１の供給通路に配された逆止弁によって機械式制御弁から供給ポート側への逆流が阻止されるから、逆止弁からアクチュエータまでの作動油の供給経路が閉止されて作動流体がブロックされることになる、大きな負荷荷重に対して制御位置を保つために必要な流体圧を確保して、所要のアクチュエータ出力を発生させることができる。
【００１５】
上記アクチュエーションシステムにおいては、前記供給ポートから電磁切換え弁を介して供給される操作圧によって、前記モード切換え弁が切換え操作されるようにしてもよい。これにより、電気系及び油圧系のいずれの故障時にも機械式制御弁による制御に切換え可能となる。
【００１６】
また、前記アクチュエータが航空機の機体側構造部材と舵面の間に介在し、該舵面を駆動するようにすると、突風時や急激な操舵時にアクチュエータ及び機体側構造部材に過大な負荷が作用するのを防止することができる。
【００１７】
【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）
図１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。
【００１８】
まず、その構成を説明する。
【００１９】
図１において、１０は油圧（流体圧）によって作動するアクチュエータであり、アクチュエータ１０はシリンダ１１内にピストン１２を摺動自在に有し、そのピストン１２の位置を差動変圧器等の変位センサ１２ａで検出する。このアクチュエータ１０は、シリンダ１１内のピストン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、航空機の舵面駆動部５に連結されたピストン１２に油圧力を作用させ、前記航空機の操縦翼面の１つである舵面Ｗを駆動するようになっている。
【００２０】
アクチュエータ１０はそのブラケット部１０ａで航空機の機体側構造部材１に揺動自在に支持されており、ピストン１２のロッド部１２ｅをシリンダ１１から突出させる伸張動作により舵面Ｗの舵角を大きくし、ピストン１２のロッド部１２ｅをシリンダ１１内に引き込める収縮動作により舵面Ｗの舵角を小さくすることができる。
【００２１】
アクチュエータ１０の油室１３、１４には給排通路２０を介して作動油が供給及び排出されるようになっている。この給排通路２０は、図外の流体源に接続され所定供給圧の作動油を導入する作動油供給通路２１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図外のリザーバ回路に接続された作動油排出ポート２３ｒを有する作動油排出通路２３と、アクチュエータ１０の油室１３、１４に接続され、作動油供給通路２１からの作動油をアクチュエータ１０に供給するとともにアクチュエータ１０から排出された作動油を作動油排出ポート２３ｒに還流させるアクチュエータ側通路２２、２４及び２５と、を具備している。
【００２２】
また、給排通路２０中には、機械的操作入力により開閉及び切換操作される機械式制御弁３１と、操舵電気信号入力により開閉及び切換操作される電気式制御弁３２とが配設されている。これら機械式制御弁３１及び電気式制御弁３２は、両制御弁３１、３２のうち任意の一方により油室１３、１４への作動油の供給及び排出を制御することができる給排制御機構３０を構成している。ここで、機械式制御弁３１は機械的操作入力により４ポートを開閉操作及び開度調節される３位置切換え可能な弁であり、この機械式制御弁３１は、第１の供給通路２１ａに接続された供給圧ポート３１ａと、作動油排出ポート２３ｒに接続されたリターンポート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。また、電気式制御弁３２は、図外のＦＣＣからの操舵電気信号Ｃｒ、Ｃｅ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位置切換え可能な弁であり、この電気式制御弁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、作動油排出ポート２３ｒに接続されたリターンポート３２ｂと、制御信号Ｃｒ、Ｃｅ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。
【００２３】
また、供給通路２１は、供給ポート２１ｐから機械式制御弁３１に作動油を供給する第１の供給通路２１ａと、供給ポート２１ｐから電気式制御弁３２に作動油を供給する第２の供給通路２１ｂと、を有している。一方のアクチュエータ側通路２２は一対の通路２２ａ、２２ｂからなり、これら通路２２ａ、２２ｂは機械式制御弁３１の制御圧ポート３１ｂ、３１ｃと６ポート２位置切換弁であるモード切換弁３３のバルブ接続ポート３３ｃ、３３ｄとに接続されている。他方のアクチュエータ側通路２４は、電気式制御弁３２の制御圧ポート３２ｂ、３２ｃとモード切換弁３３のバルブ接続ポート３３ｆ、３３ｇとに接続する一対の通路２４ａ、２４ｂからなる。アクチュエータ側通路２５は、モード切換弁３３のアクチュエータ接続ポート３３ａ、３３ｂを油室１３、１４に接続する一対の通路２５ａ、２５ｂからなる。
【００２４】
また、第１の供給通路２１ａ及び第２の供給通路２１ｂのうち、機械的操縦時の供給経路である第１の供給通路２１ａには、逆止弁４１が設けられている。この逆止弁４１は、供給ポート２１ｐから機械式制御弁３１に向かう供給方向に自由流路を形成するとともに、機械式制御弁３１から供給ポート２１ｐ側への作動油の逆流を阻止するようになっている。一方、第１の供給通路２１ａ及び第２の供給通路２１ｂのうち、ＦＢＷ制御時の供給経路である第２の供給通路２１ｂには、逆止弁はなく、供給ポート２１ｐが電気式制御弁３２の供給圧ポート３２ａに直接に接続されて所定供給圧の作動油が導入されるようになっている。また、アクチュエータ１０からの作動油の逆流によって、電気式制御弁３２の供給圧ポート３２ａよりもこれに接続する制御圧ポート３３ｃ又３３ｄの油圧が高くなったとき、第２の供給通路２１ｂを通した電気式制御弁３２から供給ポート２１ｐ側への逆流が許容されるようになっている。
【００２５】
２９は機械式制御弁３１に操作入力を与えるインプットリンクであり、このインプットリンク２９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２９の第１移動端部２９ａ（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２９の第２移動端部２９ｂ（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２９は、両移動端部２９ａ、２９ｂの間にサミングポイント２９ｃ（弁操作点部）を有し、第１移動端部２９ａからの手動操作量と第２移動端部２９ｂ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、機械式制御弁３１の弁操作量としてサミングポイント２９ｃから出力するようになっている。
【００２６】
このインプットリンク２９からの操作入力により、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とを連通させて、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。すなわち、インプットリンク２９が図示したブロック位置である中立位置にあるときにはアクチュエータ１０の油室１３、１４に対する作動油の給排（供給及び排出）は行われないが、インプットリンク２９がＮｅ方向に操作されたときには、供給圧ポート３１ａと制御圧ポート３１ｃとが連通して油室１３に流体圧供給源からの作動油が供給されるとともに、リターンポート３１ｂと制御圧ポート３１ｄが連通して油室１４からの作動油がリターンポート３１ｂを通して排出され、アクチュエータ１０は伸張する。逆に、インプットリンク２９がＮｒ方向に操作されたときには、供給圧ポート３１ａと制御圧ポート３１ｄとが連通して油室１４に流体圧供給源からの作動油が供給されるとともに、リターンポート３１ｂと制御圧ポート３１ｃが連通して油室１３からの作動油がリターンポート３１ｂを通して排出され、アクチュエータ１０は収縮する。なお、図１において、３１ｅは機械式制御弁３１の弁体であり、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２９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。
【００２７】
一方、電気式制御弁３２は、例えば操舵電気信号Ｃｒ、Ｃｅに応じ弁体３２ｅを電磁駆動することにより、操舵電気信号Ｃｒ又はＣｅ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を通して作動油排出ポート２３ｒへと排出させることができる。さらに、電気式制御弁３２は、機械式制御弁３１と同様に、ブロック位置である中立位置にあるときには、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、前記操舵電気信号Ｃｒはアクチュエータ１０を収縮させる収縮指令信号、前記操舵電気信号Ｃｅはアクチュエータ１０を伸張させる伸張指令信号であり、両指令信号Ｃｒ、Ｃｅは、パイロットコマンドに対応する舵角減少方向及び舵角増加方向の信号として、それぞれ電気式制御弁３２の電磁駆動部３２ｊ、３２ｋに入力される。
【００２８】
前記モード切換弁３３は、その切換えによって制御弁３１、３２のうち何れか一方の制御圧ポート３１ｃ、３１ｄ又は３２ｃ、３２ｄをアクチュエータ１０の油室１３、１４に接続するよう、メカニカルモード位置［Ｉ］及びＦＢＷモード位置［II］の２つの切換え位置に切換えられるになっている。このモード切換弁３３は、パイロット圧Ｐａを導入するパイロット圧導入部３３ｈと、パイロット圧導入部３３ｈからの付勢力に応じて変位する弁体３３ｅと、この弁体３３ｅをパイロット圧導入部３３ｈとは逆の方向であるメカニカルモード位置側に付勢するスプリング３３ｋ（付勢手段）とを備えており、パイロット圧導入部３３ｈから弁体３３ｊへの付勢力を加減することにより、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になっている。
【００２９】
具体的には、モード切換弁３３のパイロット圧導入部３３ｈには供給通路２１からＦＢＷソレノイド弁３５（電磁切換え弁）を介して、前記パイロット圧Ｐａが切換え操作圧としての供給されるようになっており、ソレノイド弁３５のＯＮ／ＯＦＦによってパイロット圧Ｐａが高圧又は低圧に制御され、弁体３３ｊに対しスプリング３３ｋからの一方側への付勢力とパイロット圧Ｐａに基づく逆向きの付勢力とがそれぞれ作用することによって、モード切換弁３３が切り換えられる。
【００３０】
なお、図１は前記パイロット圧Ｐａが低圧で弁体３３ｅがメカニカルモード位置［Ｉ］に切り換えられている状態を示している。また、同図において、３５ｅはソレノイド弁３５の弁体、３５ｊは弁体３５ｅをＦＢＷモード選択位置側に付勢する電磁操作部、３５ｋは電磁操作部３５ｊに対抗して弁体３５ｅをメカニカルモード選択位置側に付勢するスプリングである。
【００３１】
前記機械式制御弁３１、インプットリンク２９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を構成しており、ＦＣＣからの操舵電気信号Ｃｒ、Ｃｅ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３０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アクチュエータ１０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、舵面位置（舵角）を検出するセンサ１２ａ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、上述した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】
次に、作用を説明する。
【００３３】
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。そして、この入力コマンドと舵面位置センサからのフィードバック信号等との偏差に応じた操舵電気信号Ｃｒ又はＣｅが生成され、各制御系統の電気式制御弁３２に入力される。このとき、ＦＢＷソレノイド弁３５はパイロット圧供給位置に電磁駆動するためのモード選択信号Ｓが入力され、ＯＮ状態となっている。
【００３４】
この状態においては、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、その偏差に応じた操舵電気信号（以下、偏差信号という）Ｃｒ又はＣｅ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。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Ｗを入力コマンドに対応する舵角位置へと制御する。
【００３５】
次いで、前記パイロットコマンドとセンサ１２ａからの信号との差がほぼゼロになると、偏差信号Ｃｒ又はＣｅ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。
【００３６】
ここで、例えば舵面Ｗに突風がふき、舵面Ｗに大きな空力負荷が作用したとすると、舵面Ｗからアクチュエータ１０、更に機体側構造部材１に加わる負荷荷重が急激に増大する。このとき、電気式制御弁３２がいずれかの給排位置で開弁した状態で、供給通路２１に接続する一方の油室１３又は１４の圧力が供給圧を超えると、モード切換え弁３３及び電気式制御弁３２を介して、その一方の油室１３又は１４から第２の供給通路２１ｂ側への逆流が許容されることになる。したがって、アクチュエータ１０及び機体側構造部材１に過大な負荷が作用することがない。その結果、機体側構造部材１の強度を過度に高める必要がない。
【００３７】
ところで、このように入力コマンド位置に対して出力位置が異なると、航空機の飛行姿勢が変化するように思われるが、舵面Ｗが受ける空力エネルギーの変化が少ないため、逆に飛行姿勢は安定したものとなる。なお、この原理を応用して軽量で快適な操舵を行う最新のサーボ制御技術にＡＣＴ（Active Control Technology）がある。
【００３８】
一方、電気回路の故障が生じた場合、ＦＢＷ制御はできなくなるが、この場合、ソレノイド弁３５がＯＦＦとなってパイロット圧Ｐａが低下し、図１に示すように、モード切換弁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。すなわち、パイロット圧Ｐａの低下に応じて、モード切換弁３３がＦＢＷモード位置から図中に示すメカニカルモード位置に切り換わり、メカニカルモードでの機械的操縦制御が可能な状態となる。
【００３９】
そして、モード切換え後は、操縦桿からの手動操作入力によりインプットリンク２９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を通して作動油排出ポート２３ｒ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。
【００４０】
この状態においては、第１の供給通路２１ａに配された逆止弁４１によって機械式制御弁３１から供給ポート２１ｐ側への逆流が阻止されることから、舵面Ｗに突風が当たったり、急激な操舵がなされたりして、アクチュエータ１０に大きな負荷荷重が作用しても、逆止弁４１からアクチュエータ１０までの作動油の供給経路が閉止されて作動油がブロックされ、手動操作による舵面制御位置を保つために必要な流体圧が確保されるから、所要のアクチュエータ出力を発生させることができる。すなわち、いわゆるガストロック機能が得られる。
【００４１】
一方、電気系統の故障でなく、あるいは電気系統の故障と共に、供給油圧が所定値以下に低下する油圧系統の故障が発生した場合、モード切換弁３３の弁体３３ｅがスプリング３３ｋによってメカニカルモード位置に切り換えられ、機械式制御弁３１がアクチュエータ１０への作動油の供給通路及び排出通路に挿入されて、メカニカルモードでの機械的操縦制御が可能な状態となる。
【００４２】
この状態においても、舵面Ｗに作用する空力負荷に対して、第１の供給通路２１ａに配された逆止弁４１によって機械式制御弁３１から供給ポート２１ｐ側への逆流が阻止され、逆止弁４１からアクチュエータ１０までの作動油の供給経路が閉止されて作動油がブロックされるブロック機能によって、大きな空力負荷荷重に対してアクチュエータ１０で必要な対抗力を発生させたり、手動操作に応じアクチュエータ１０を負荷に追従する方向にわずかに操舵したりする最低限の操舵機能を発揮させることができる。
【００４３】
このように、航空機の機体側構造部材１と舵面Ｗの間にアクチュエータ１０を介在させて舵面Ｗを駆動するアクチュエーションシステムにおいて、電気式、機械式の制御弁３１、３２のうち機械式制御弁３１への作動油の供給通路２１ａにのみ逆流防止用の逆止弁４１を設けているので、電気式制御弁３２による通常のＦＢＷ制御モードでは、アクチュエータ１０に大きな負荷が作用したとき、第２の供給通路２１ｂを通して電気式制御弁３２から供給ポート２１ｐ側に逆流が生じるのを許容することで、突風時や急激な操舵時にアクチュエータ１０及びその支持体である機体側構造部材１に過大な負荷荷重が作用することが防止される。さらに、機械式制御弁３１による機械的操縦制御を行う故障モードでは、第１の供給通路２１ａに配された逆止弁４１によって機械式制御弁３１から供給ポート２１ｐ側への逆流が阻止され、逆止弁４１からアクチュエータ１０までの作動油の供給経路が閉止されて作動流体がブロックされることで、大きな負荷荷重に対しても制御位置を保つために必要な流体圧を確保して、所要のアクチュエータ出力を発生させることができる。その結果、アクチュエータサイズを増大させたり、高価な減圧弁等を用いたりする必要をなくして、メカニカルバックアップ機構付のアクチュエーションシステムの軽量化を図ることができる。
【００４４】
また、上記アクチュエーションシステムにおいては、供給ポート２１ｐからソレノイド弁３５を介して供給されるパイロット圧Ｐａによって、モード切換え弁３３が切換え操作されるから、電気系及び油圧系のいずれの故障時にも機械式制御弁３１による制御に切換えることができる。
（第２実施形態）
図２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の概略構成図である。なお、本実施形態は本発明を並列する多重液圧制御系統のアクチュエーションシステムに適用したもので、その各制御系統がに図２に示すように構成されているが、図中には１系統のみを図示している。また、同図において、上述例と同様の構成には図１と同様の符号を付し、相違点について以下に説明する。
【００４５】
本実施形態のアクチュエーションシステムは、３モードに切換え可能なモード切換え弁４３と、これを切換え操作する２つのソレノイド弁（電磁切換え弁）４５Ａ、４５Ｂとを具備している。
【００４６】
モード切換え弁４３は、アクチュエータ１０への作動油の給排通路２０に機械式制御弁３１を選択して挿入するメカニカルモード［Ｉ］と、アクチュエータ１０への作動油の給排通路２０に電気式制御弁３２を挿入するＦＢＷモード位置［II］と、アクチュエータ１０の油室１３、１４を連通させて作動油排出ポートに接続して他系統への従動（実質的に無抵抗でピストン移動すること）を可能にするバイパスモード位置［III］と、に切り換え可能な３位置切換え弁である。このモード切換え弁４３は、切り換え操作によってその一方側のストロークエンドでメカニカルモード［Ｉ］に、他方側のストロークエンドでバイパスモード位置［III］に、その中間でＦＢＷモード位置［II］にそれぞれ切り換えられる弁体４３ｅと、弁体４３ｅをバイパスモード位置［III］への切り換え操作方向に付勢する第１及び第２のパイロット圧導入部４３ｈ1、４３ｈ2と、弁体４３ｅをメカニカルモード［Ｉ］に付勢するスプリング４３ｋと、を有している。
【００４７】
また、モード切換え弁４３は、ソレノイド弁４５Ａ、４５Ｂからのパイロット圧Ｐａ、Ｐｂが共に高圧のとき、モード切換弁４３の弁体４３ｅがスプリング４３ｋの付勢力に打ち勝ってバイパスモード位置［III］となるストロークエンドまで移動する。ここで、ソレノイド弁４５Ａ、４５Ｂは、一方のソレノイド弁４５Ａがモード選択信号Ｓｃ1に応じて上述例のソレノイド弁３５と同様に作動し、他方のソレノイド弁４５Ｂが例えば多重化された制御系統のうち１系統の油圧が所定レベル以下に低下したとき、モード選択信号Ｓｃ2に応じて供給圧をパイロット圧導入部４３ｈ2に供給するＯＮ状態となる。そして、ソレノイド弁４５ＢがＯＦＦでソレノイド弁４５ＡのみがＯＮであるとき、モード切換弁４３の弁体４３ｅはパイロット圧導入部４３ｈ1からの付勢力のみでスプリング４３ｋを撓ませ、中間のＦＢＷモード位置［II］となる。
【００４８】
なお、ソレノイド弁４５Ａ、４５Ｂはそれぞれ、モード切換え弁４３のパイロット圧導入部４３ｈ2を作動油供給ポート２１ｐに接続するＯＮ状態の切換え位置と、パイロット圧導入部４３ｈ2を作動油排出ポート２３ｒに接続するＯＦＦ状態の切換え位置とに切換え可能になっており、それぞれモード選択信号Ｓｃ1、Ｓｃ2によりＯＮ／ＯＦＦ切換えされる。
【００４９】
本実施形態においては、図１に示した実施形態と同様な作用効果が期待できることに加え、ソレノイド弁４５Ａ、４５Ｂのうち一方からのパイロット圧Ｐｂ又はＰａが低圧で、他方からのパイロット圧Ｐａ又はＰｂが高圧であるときには、モード切換え弁４３の弁体４３ｅがスプリング４３ｋの付勢力に抗してＦＢＷモード位置に移動され保持されることになり、電気式制御弁３２とアクチュエータ１０の間の流体回路が開かれる。
【００５０】
また、電気系の故障時には、ソレノイド弁４５Ａ、４５Ｂからのパイロット圧Ｐａ、Ｐｂが共に低圧となり、モード切換え弁４３の弁体４３ｅがスプリング４３ｋの付勢力によってメカニカルモード位置［Ｉ］に切り換えられる。
【００５１】
さらに、一系統の油圧のみが低下するような故障の場合には、その故障系統のソレノイド弁４５Ａ、４５Ｂが共にＯＮとなり、両ソレノイド弁４５Ａ、４５Ｂからのパイロット圧Ｐａ、Ｐｂが共に高圧となってバイパス・モ−ド位置［III］に切り換えられ、他系統ではＦＢＷモ−ドのままの状態で動くことになるが、この場合、故障系統のアクチュエータ１０は他系統のアクチュエータ１０に対して実質的に無抵抗であるため、ＦＢＷ制御を継続することができる。
【００５２】
本実施例においても、上述例と同様な効果が得られる。また、バイパスモードを有しているので、アクチュエータを多重配置したシステムに好適である。
【００５３】
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ションシステムとして説明したが、ＦＢＷ制御される他用途の液圧アクチュエーションシステムであってもよいことはいうまでもなく、本発明は、機械的制御機構付きＦＢＷ制御アクチュエーションシステム全般に広く適用することができるものである。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、電気式制御弁による制御時にアクチュエータに大きな負荷が作用したとき、第２の供給通路を通して電気式制御弁から供給ポート側に逆流が生じるのを許容するようにして、アクチュエータ及びその支持体に過大な負荷が作用するのを防止し、一方、機械式制御弁による制御時には、第１の供給通路に配された逆止弁によって機械式制御弁から供給ポート側への逆流を阻止して、大きな負荷荷重に対して制御位置を保つために必要な流体圧を確保し、所要のアクチュエータ出力を得ることができる。その結果、アクチュエータサイズを増大させたり高価な減圧弁等を用いたりする必要のない軽量化の容易なアクチュエーションシステムを提供することができる。
【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の概略構成図であり、そのメカニカルモードの状態を示している。
【図２】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の概略構成図であり、そのメカニカルモードの状態を示している。
【図３】従来例のアクチュエーションシステムの概略構成図である。
【図４】他の従来例のアクチュエーションシステムの概略構成図である。
【符号の説明】
１０アクチュエータ
１２ピストン
１３、１４油室（流体室）
２０給排通路
２１作動油供給通路
２１ａ第１の供給通路
２１ｂ第２の供給通路
２１ｐ作動油供給ポート
２３作動油排出通路
２３ｒ作動油排出ポート
３０給排制御機構
３１機械式制御弁
３２電気式制御弁
３３、４３モード切換弁
３５、４５Ａ、４５Ｂソレノイド弁（モード切換え用の電磁切換え弁）
４１逆止弁

Claims

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、
機械的操作入力により切換操作される機械式制御弁、及び、操舵電気信号入力により切換操作され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、
前記アクチュエータに作動流体を供給及び排出する給排通路に、前記機械式制御弁及び電気式制御弁のうちいずれかを選択して挿入するモード切換え弁と、
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、前記モード切換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供給及び排出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機械的制御機構と、を備えたアクチュエーションシステムにおいて、
前記給排通路を、前記流体源からの所定供給圧の作動流体を導入する供給ポートと、該供給ポートから前記機械式制御弁に作動流体を供給する第１の供給通路と、前記供給ポートから前記電気式制御弁に作動流体を供給する第２の供給通路と、で構成する一方、
前記第１及び第２の供給通路のうち前記第１の供給通路に、前記供給ポートから前記機械式制御弁に向かう供給方向に自由流路を形成するとともに前記機械式制御弁から前記供給ポート側への逆流を阻止する逆止弁を設けて、
前記アクチュエータの負荷の増大に対して、前記機械式制御弁が前記給排通路に挿入されているときには前記逆止弁により前記供給ポート側への逆流を阻止し、前記電気式制御弁が前記給排通路に挿入されているときには前記第２の供給通路を通した前記電気式制御弁から前記供給ポート側への逆流を許容するようにしたことを特徴とするアクチュエーションシステム。
前記供給ポートから電磁切換え弁を介して供給される操作圧によって、前記モード切換え弁が切換え操作されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエーションシステム。
前記アクチュエータが航空機の機体側構造部材と舵面の間に介在し、該舵面を駆動する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。