JP4312158B2 - 補強型飛行制御面作動システムおよび方法 - Google Patents

Description

発明の分野
この発明は、一般に航空機に関し、より特定的には、飛行制御面の作動システムに関する。

発明の背景
電力制御装置（Power Control Units（ＰＣＵ））は、航空機の飛行制御面、たとえば補助翼、昇降舵、方向舵、スポイラ等の位置を決定し維持するための負荷を印加するために用いられる。従来のＰＣＵは一般に、失速させるための負荷（stall load）および必要速度が得られるようにサイズが決定される。必要速度は一般に、無負荷状態もしくは低負荷状態のいずれかである低負荷、または、特定の飛行条件下において整形された面から特定の面の位置まで移行する最大許容時間を含む。簡潔にするため、この明細書での以下の議論は、無負荷の速度要件を想定するものとする。失速させるための負荷は、ＰＣＵアクチュエータが印加し得る力の最大量を指す。最大無負荷速度は、制御弁が全開しかつ負荷がアクチュエータに印加されていないときにアクチュエータのピストンが動き得る最高速度を指す。

失速させるための負荷および必要速度に応じてＰＣＵのサイズを決定することにより、飛行力学による効率の悪さが生じる。すなわち、従来のＰＣＵは、高速度および低負荷の条件下（飛行制御面に対して「空気力学的に中立」に近いか、または無負荷等）において、必要馬力および油圧系の質量の点で相対的に効率が悪い。「空気力学的に中立」という用語は、水平に配向された飛行制御面下の圧力が、この面より上の圧力に等しい場合等に面上の正味の空力荷重がゼロである飛行制御面の位置を指す。

発明の概要
したがって、高効率であり、かつ、今日の商用航空機と共に用いるのに良く適した飛行制御面の作動システムおよび方法が必要とされる。このシステムは、航空機の通常の飛行状態中および非常時の飛行状態中における作動要件を満たすのに十分な作動力を提供するために必要とされる作動液の流量および馬力を実質的に減じる。このシステムは、理想的には、従来のＰＣＵに少なくとも匹敵する（すなわち、実質的に同一の）最大無負荷速度および失速させるための負荷を提供する。

好ましい一形態において、この発明は、航空機の飛行制御面に作動力を提供するための装置を提供する。この装置は、第１のアクチュエータと第２のアクチュエータとを含み、第２のアクチュエータはバイパスモードおよびアシストモードを有する。第２のアクチュエータのモードは、第１のアクチュエータ全体の内部の差圧に基づく。この装置はさらに、第２のアクチュエータ用のバイパスモードとアシストモードとのいずれかを選択するためのモード選択弁と、通電時にモード選択弁に対し、第２のアクチュエータ用の他方のモードを選択させる電磁弁とを含む。第２のアクチュエータがバイパスモードにあるとき、第１のアクチュエータが航空機の飛行制御面に作動力を提供する。しかしながら、第２のアクチュエータがアシストモードにあるとき、第１および第２のアクチュエータの両方が航空機の飛行制御面に作動力を提供する。したがって、この装置により、飛行制御面は、必要とされる作動液の流量がより少ない状態でより効率的に作動し得る。

この発明のさらに別の応用範囲は、以下に提示する詳細な説明から明らかになるであろう。この詳細な説明および特定の例はこの発明の少なくとも１つの好ましい実施例を示しているが、例示のためだけに意図されており、この発明の範囲を限定するように意図されていないことを認識されるべきである。

この発明は、詳細な説明および添付の図面からより十分に理解されるであろう。

対応する参照符号は、図面全体に亘って対応する特徴を示す。

好ましい実施例の詳細な説明
図１を参照すると、この発明の好ましい一実施例に従った補強型飛行制御面作動システムが示され、参照番号１０により全体が示される。一般にシステム１０は、マニホールド１４と、第１のアクチュエータ１６と、アシストモードおよびバイパスモードを有する第２のアクチュエータ１８とを含む補強型ＰＣＵ１２を備える。補強型ＰＣＵ１２は、加圧された作動流体を補強型ＰＣＵ１２に供給する圧力ソースＰ（流体タンク２０およびポンプ２２等）に流体工学的に接続される。使用中に、第２のアクチュエータ１８の作動モード（すなわちアシストおよびバイパス）は、高負荷が必要とされるまで第２のアクチュエータ１８が油圧を吸収しないように、第１のアクチュエータ１６全体の内部の差圧に少なくとも部分的に基づく。

低負荷の条件下において、第２のアクチュエータ１８は、第１のアクチュエータ１６が飛行制御面に作動力を提供するようにバイパスされて、パッシブモードまたは待機モードの状態を保つ。しかしながら、高負荷の作動条件が存在するとき（たとえば、大きなヒンジモーメントが要求されるとき）、第１および第２のアクチュエータ１６および１８の両方が加圧および使用されて、飛行制御面に作動力を提供する。

したがって、補強型ＰＣＵ１２は、従来のＰＣＵの構成よりも作動液の流量が少ない状態で飛行制御面を作動させる。この明細書で用いる「従来のＰＣＵ」という用語は、単一アクチュエータの構成およびマルチアクチュエータの構成を含む。マルチアクチュエータの構成では、複数のアクチュエータの各々がそれ自体の完全な油圧系（ポンプおよびタンク等）に関連付けられており、シングルアクチュエータと同じ作動力を得るために等価量の流体が必要とされるように、複数のアクチュエータを組合せて用いて飛行制御面を作動させる。

補強型ＰＣＵ１２は、従来のＰＣＵが提供するものに少なくとも匹敵する（すなわち実質的に等しい）最大無負荷速度および失速させるための負荷を提供するために、実質的により少ない作動液の流量を要する。補強型ＰＣＵ１２は、従来のＰＣＵに比べて効率がよく、油圧馬力の必要量を減らす。なぜなら、作動液の流量の必要量が下がることにより、エンジンから抽出される馬力が一層減少するためである。さらに、補強型ＰＣＵ１２により、より小さな航空機油圧ポンプおよびより小径の作動液配給管路の使用が可能になり、このことは、著しいコストおよび重量の削減ならびに燃料効率の改善につながる。

図１に示す補強型飛行制御面作動システム１０が例示のみを目的としていることにも注意されたい。他の実施例では、使用される特定のアクチュエータと、システム１０が使用される特定の航空機とに少なくとも部分的に依存して、他のマニホールド、制御弁、および油圧系が用いられてよい。

さらに図１を参照すると、流体タンク２０およびポンプ２２は、加圧された作動液を補
強型ＰＣＵ１２に供給する。ポンプ２２は、特に油圧ポンプ、エンジン駆動式ポンプ、電気駆動式ポンプ、空気駆動式または風力駆動式ポンプ、ラム・エア・タービン（ＲＡＴ）ポンプを含む広範囲のポンプのうち、任意のものを含み得る。

以下により詳細に説明するように、ポンプ２２は、タンク２０の圧力を高め、タンク２０から補強型ＰＣＵ１２内に圧力ポートまたは入口２４を介して作動液を汲み出す。作動液が補強型ＰＣＵ１２内に入るときの圧力に加え、タンク２０内の作動液の圧力は、システム１０を用いている用途に少なくとも部分的に依存する傾向を有する。単に例示として、流体のタンク圧は、約５０ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）であり得、ポンプ２０は、流体圧力を約５０ｐｓｉから約３０００ｐｓｉまで上昇させ得る。

補強型ＰＣＵ１２が作動液を使用し、したがって作動液が補強型ＰＣＵ１２内を循環した後、この作動液はタンク圧においてタンク２０に戻る。作動液はタンク２０からポンプ２２に再び供給される。したがって、システム１０は閉じた流体系を構成する。

システム１０はまた、第１および第２のアクチュエータ１６および１８と、アクチュエータ１６および１８のそれぞれの位置を検知するための差動トランス式変位センサ（ＬＶＤＴ）２３とを含む。図１では、アクチュエータ１６および１８が直列に（すなわち縦に並べて）位置付けられていることが示されているが、図２および図３に示すように、代替的なＰＣＵの実施例１１２は、主翼１７０内に並列に位置付けられた第１および第２のアクチュエータ（Ａ１，Ａ２）１１６および１１８とマニホールド１１４とを含む。アクチュエータの位置決めは、主翼の形状寸法と、これらのアクチュエータが設置される利用可能な空間とに少なくとも部分的に依存する傾向を有する。

加えて、システム１０はまた、２個よりも多くのアクチュエータ（すなわち３個以上のアクチュエータ）を含み得、使用されるアクチュエータの数は、多数の要因の中でも特に、アクチュエータを設置するのに利用可能な空間と、必要な作動力とに少なくとも部分的に依存する。たとえば、代替的な一実施例において、このシステムは、１つの主アクチュエータと２つの副アクチュエータとを含むように構成され得、副アクチュエータの各々は、別個に制御されるアシストモードおよびバイパスモードを有する。

第１および第２のアクチュエータ１６および１８は、当該技術で現在公知であるか、または今後開発されることが考えられる広範囲のアクチュエータのうち任意のものを含み得る。アクチュエータは当該技術において周知であるが、例示的なアクチュエータの簡単な説明を行なって一層分かり易い基本原理を提示し、この発明の理解を図る。

簡潔には、各アクチュエータ１６および１８は、アクチュエータのバレル内に可動式に配置されるピストンを含む。各アクチュエータはまた、シャフトまたは棒を含む。シャフトの一方端はピストンに係合し、他方端は飛行制御面に係合する。

アクチュエータのバレルは、伸張用流体管（２６および２８等）ならびに後退用流体管（３０および３２等）を介して流体タンク２０およびポンプ２２に流体工学的に接続される。各アクチュエータのバレルは、このバレルがタンク２０およびポンプ２２から加圧された作動液の供給を受ける際にバレル内でピストンが動くようにサイズが決定される。アクチュエータのバレルは、端キャップと、アクチュエータのバレルを流体工学的に封止する流体封止部材（Ｏリング等）とを含み、加圧された作動液が対応する流体管以外によりアクチュエータのバレルから漏出することを防止する。

図１に示すように、各アクチュエータ１６および１８は、伸張用流体管または管路２６および２８のそれぞれ、ならびに後退用流体管または管路３０および３２のそれぞれを介
してマニホールド１４に流体工学的に接続される。加圧された作動液が供給される際に、加圧された作動液の流動方向が、アクチュエータ１６および１８の伸張または後退を決定し、したがって飛行制御面を後退または伸張させるように作動する。たとえば、加圧された作動液が第１のアクチュエータ１６の伸張側３４に伸張用流体管２６を介して入ると、第１のアクチュエータ１６のピストンが伸張する。作動液は、第１のアクチュエータ１６の後退側３６から後退用流体管３０を介して排出されてタンク２０に戻る。反対に、加圧された作動液が後退用流体管３０を介して後退側３６に供給されると、第１のアクチュエータ１６のピストンが後退する。この後者の場合、作動液は、第１のアクチュエータ１６の伸張側３４から伸張用流体管２６を介して排出されてタンク２０に戻る。

第１および第２のアクチュエータ１６および１８は実質的に同一であり得るが、そうでなくてもよい。たとえば、第２のアクチュエータ１８は第１のアクチュエータ１６よりも長いストローク長さを有し得る。またはたとえば、補強型飛行制御面作動システムを備える複数のアクチュエータは、さまざまな態様でサイズが決定され得る（たとえば、第１のアクチュエータは最小剛性が得られるようにサイズが決定され、第２のアクチュエータは失速させるための負荷が得られるようにサイズが決定される等）。さらに別の例としてモード選択弁４０に制動を加えることができる。モード選択弁４０では、第２のアクチュエータ１８がバイパスモードにあるときに第２のアクチュエータ１８の全体に差圧を生じるために使用され得る、制御されたオリフィスが設けられ、表面のフラッタを防止しかつ動的補強を提供する。

マニホールド１４は、作動中に、入口２４を介してポンプ２２およびタンク２０から加圧された作動液を受取る。マニホールド１４は次に、加圧された作動液を作動中の１つまたは複数のアクチュエータ（すなわち１６、または１６および１８）に配給する。マニホールド１４はまた、作動中の１つまたは複数のアクチュエータが作動液を使用した後にそれらのアクチュエータから作動液を受取る。したがって、マニホールド１４は、第１および第２のアクチュエータ１６および１８の動作を制御する。

例示する実施例において、マニホールド１４は、流動方向と、モード選択弁４０への加圧された作動液の量とを決定するための制御弁３８を含む。好ましくは、制御弁３８は、電気油圧サーボ弁（ＥＨＳＶ）を用いるが、他の弁の種類（特にダイレクトドライブ弁（ＤＤＶ））もまた可能である。

モード選択弁４０に関し、このモード選択弁４０は、第２のアクチュエータ１８用のバイパスモードとアシストモードとのいずれかを選択するために用いられる。したがって、モード選択弁４０は、バイパス設定とアシスト設定とを含む。モード選択弁４０がバイパス設定にあるとき、第２のアクチュエータ１８は、第１のアクチュエータ１６が飛行制御面に作動力を提供するようにバイパスされる。反対に、モード選択弁４０がアシスト設定にあるとき、第１および第２のアクチュエータ１６および１８がいずれも加圧および使用されて、飛行制御面に作動力を提供する。

次に図４を参照すると、バイパス設定にあるモード選択弁４０の断面図が示される。モード選択弁４０は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能なスライド４２を含む。モード選択弁はさらに、プランジャ４４と、スライド４２を第１の位置に付勢するための付勢デバイス４６（コイルばね、油圧等）とを含む。図示するように、スライド４２が第１の位置にあるときにモード選択弁４０はバイパス設定にある。

再び図１を参照すると、マニホールド１４はさらに、モード選択弁４０を２つの設定（すなわち、バイパス設定およびアシスト設定）の間で変化させるために用いられる電磁弁４８を含む。すなわち、電磁弁４８は、モード選択弁４０のスライド４２を第１の位置と
第２の位置との間で移動させるために用いられる。したがって、モード選択弁４０の設定、すなわち第２のアクチュエータ１８のモードは、いずれも、この電磁弁４８の状態（通電、通電解除）に依存する。好ましくは、電磁弁４８に通電することにより、モード選択弁４０はバイパス設定からアシスト設定に変化し、このことは次いで、第２のアクチュエータ１８のモードをバイパスモードからアシストモードに変更する。

モード選択弁４０のスライド４２の位置決めを制御するために電磁弁４８を用いることにより、ヒステリシスに関し、システム１０のより大きな制御可能性が得られる。電磁弁４８により、確実に、モード選択弁４０のバイパス設定とアシスト設定との間の遷移が相対的に速くなり、または「スナップ作動する」。この明細書で使用する「スナップ作動する」という用語は、２つの特徴、すなわち、弁の作動モード間の遷移が相対的に高速であることと、弁が部分的にしか遷移しない通常の作動状態が存在しないこと（すなわち、弁が全開も全閉もされない位置に停止しないこと）を含む。しかしながら、この発明の精神および範囲から逸脱することなく、飛行制御システムのアーキテクチャに依存して、他の弁の構成を用いてよいことに注意されるべきである。

さらに図１を参照すると、電磁弁４８の状態、したがって第２のアクチュエータ１８のモードは、好ましくは、第１のアクチュエータ１６全体の内部の差圧に基づく。このため、システム１０は、第１のアクチュエータ１６の伸張用管路２６と後退用管路３０との間に設置される差圧センサ５０を含む。差圧センサ５０は、第１のアクチュエータ１６に入る作動液の圧力から、第１のアクチュエータ１６を出ていく作動液の圧力を差し引くことにより、第１のアクチュエータ１６全体の差圧を求める。

システム１０は、センサ５０が測定した第１のアクチュエータ１６全体の差圧が、対応する期間に亘って最大圧力値を超えると、電磁弁４８が通電するように設定され得る。反対に、その後、センサ５０が測定した第１のアクチュエータ１６全体の差圧が、所定の期間に亘って最小圧力値よりも下に下降または低下すると、電磁弁４８の通電が解除され得る。

単に例示として、システム１０は、フライ・バイ・ワイヤの飛行制御システムのアーキテクチャを用いる例示的な航空機内に設置され得る。航空機は、すべての飛行条件下において２１００ｐｓｉが飛行制御アクチュエータにとって利用可能であるように設計された３０００ｐｓｉの油圧系および電磁弁４８を制御するためのアクチュエータ制御装置（ＡＣＥ）箱を含み得る。この例示的な航空機では、第１のアクチュエータ１６の内部の差圧が５０ミリ秒を超える期間に亘って２１００ｐｓｉを超えたことをＡＣＥが検知すると、電磁弁４８が通電され得る。第１のアクチュエータ１６の内部の差圧が５０ミリ秒を超える期間に亘って９５０ｐｓｉよりも下に下がったことをＡＣＥが検知すると、電磁弁は通電を解除され得る。しかしながら、最大および最小圧力値として選択される値、ならびに電磁弁４８がいつ通電されいつ通電解除されるかを決定するために使用される期間は、システム１０が使用されている用途と、必要とされるスイッチングヒステリシスとに少なくとも部分的に依存して変化し得る。

図４に示すように、モード選択弁４０は、３つの油圧ポート、すなわち、圧力ポートＰ、リターンポートＲ、および電磁制御ポートＣ１を含む。圧力ポートＰは、システム１０の圧力ソースＰ（すなわちタンク２０およびポンプ２２）に流体工学的に接続される。リターンポートＲは、システム１０のリターンソースＲ（すなわちタンク２０）に流体工学的に接続される。圧力ポートＰおよびリターンポートＲは、プランジャ４４を介してスライド４２に油圧による付勢を与えるように用いられる。ばね４６もまた、油圧のない状態であってもスライド４２に付勢を与える。

電磁弁４８は通常、モード選択弁４０がバイパス設定に置かれるように、通電解除時には閉じている。したがって、電磁制御ポートＣ１は、電磁弁１０が通電解除時に、システム１０のリターンソースＲに流体工学的に接続される。しかしながら、電磁弁４８が通電すると、制御ポートＣ１はシステム１０の圧力ソースＰに流体工学的に接続される。代替的にシステムは、その代わりに、通常開いている電磁弁を含み得（すなわち、電磁弁が通電解除時にＣ１が加圧される）、それにより、モード選択弁のデフォルトモードがアシスト設定であるようにする。この代替例については、ばねの付勢の方向を逆にする等の他の弁の変更もまた必要とされる。

電磁弁４８を通電することにより、制御ポートＣ１を圧力ソースＰに流体工学的に接続する。制御ポートＣ１を介してモード選択弁４０に入り、大きい方の直径の側のスライド４２に作用する、加圧された作動液は、結果的に、小さい方の直径の側のプランジャ４４に作用してかつプランジャ４４によりスライド４２に印加された圧力Ｐおよびコイルばね４６の付勢力に打ち勝つ。その時点で、スライド４２は、第１の位置から第２の位置へと左にシフトまたは移動し、したがってモード選択弁４０の設定をバイパス設定からアシスト設定に変更する。モード選択弁４０がバイパス設定にあるとき、第１のアクチュエータ１６の伸張用管路２６および後退用管路３０は、第２のアクチュエータ１８の伸張用管路２８および後退用管路３２のそれぞれと流体連通する。したがって、両方のアクチュエータ１６および１８により作動力が提供される。

システム１０が使用されている用途に依存して、飛行制御システムのアーキテクチャは、モード選択弁４０の位置が監視されることを必要とし得る。したがって、マニホールド１４はさらに、モード選択弁４０の設定を判定するための差動トランス式変位センサ（ＬＶＤＴ）５２を含む。すなわち、ＬＶＤＴ５２は、モード選択弁４０がバイパス設定にあるかアシスト設定にあるかを判定する。

次に図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、補強型飛行制御面作動システムの第２の実施例２１０が示される。システム２１０は、制御弁２３８と、モード選択弁２４０と、１対のデルタ圧力検知弁２６０および２６２とを備える。デルタ圧力検知弁２６０および２６２は、対応する弁２６０または２６２全体の内部の差圧が広範囲の圧力値のうち任意の値を含み得る予め定められたレベルを超えたときに、一方または他方が全開するように設定される。

デルタ圧力検知弁２６０は、ポート２６１における圧力とポート２６３における圧力との差がデルタ圧力検知弁２６０の弁設定圧力またはクラッキング圧力を超えるまで、モード選択弁２４０への圧力を防止または阻止する。デルタ圧力検知弁２６０全体の内部の差圧がクラッキング圧力を超えると、デルタ圧力検知弁２６０は、実質的に瞬時にまたはスナップ作動する態様で全開する。

デルタ圧力検知弁２６２は、ポート２６５における圧力と、ポート２６７における圧力との差がデルタ圧力検知弁２６２の弁設定圧力またはクラッキング圧力を超えるまで、モード選択弁２４０への圧力を防止または阻止する。圧力検知弁２６２全体の内部の差圧がクラッキング圧力を超えると、デルタ圧力検知弁２６２は、実質的に瞬時にまたはスナップ作動する態様で全開する。

デルタ圧力検知弁２６０および２６２の各々に対するクラッキング圧力およびリセット圧力は、広範囲の圧力値のうち任意の値を含み得る。開いた弁２６０または２６２をリセットするのに必要とされるリセット差圧は、システム１０が使用されている特定の用途に依存して変化し得る。さらに、デルタ圧力検知弁２６０および２６２に対するリセット差圧は、デルタ圧力検知弁２６０および２６２に対する油圧面積またはピストン面積の比率
を変更することによって変化し得る。単に例示として、デルタ圧力検知弁２６０および２６２は、対応するデルタ圧力検知弁２６０または２６２の全体の内部の差圧が２１００ｐｓｉを超えたときに全開するように各々が設定され得る。さらに例示としてのみ、デルタ圧力検知弁２６０および２６２はまた、対応するデルタ圧力検知弁２６０および２６２の全体の内部の差圧が９５０ｐｓｉよりも下に下がったときにリセットするように設定され得る。

次に図６を参照すると、バイパス設定に置かれたモード選択弁２４０の断面図が示される。モード選択弁２４０は、第１のスライド２４２と第２のスライド２４３とを含み、その各々は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能である。モード選択弁はさらに、プランジャ２４４と、スライド２４２、したがってスライド２４３を第１の位置に付勢するための付勢デバイス２４６（コイルばね、油圧等）とを含む。図示するように、モード選択弁４０は、スライド２４２および２４３のいずれもが第１の位置に置かれたときにバイパス設定に置かれる。

モード選択弁２４０は、４つの油圧ポート、すなわち、圧力ポートＰ、リターンポートＲ、ならびに制御ポートＣ１およびＣ２を含む。圧力ポートＰは、システム２１０の圧力ソースＰ（すなわちタンク２２０およびポンプ２２２）に流体工学的に接続される。リターンポートＲは、システム２１０のリターンソースＲ（すなわちタンク２０）に流体工学的に接続される。圧力ポートＰおよびリターンポートＲは、プランジャ２４４を介してスライド２４２に油圧による付勢を与えるために用いられる。ばね２４６もまた、油圧のない状態でもスライド２４２に付勢を与える。制御ポートＣ１は、デルタ圧力検知弁２６０に流体工学的に接続され、一方で制御ポートＣ２は、デルタ圧力検知弁２６２に流体工学的に接続される。

デルタ圧力検知弁２６０を作動させるか、または開くことにより、制御ポートＣ１は、開いた弁２６０を介して圧力ソースＰに流体工学的に接続する。制御ポートＣ１を介してモード選択弁２４０に入り、大きい方の直径の側のスライド２４２に作用する、加圧された作動液は結果的に、小さい方の直径の側のプランジャ２４４に作用してプランジャ２４４によりスライド２４２に印加された圧力Ｐおよびコイルばね２４６の付勢力に打ち勝つ。その時点で、スライド２４２は第１の位置から第２の位置へと左にシフトまたは移動して、したがってモード選択弁２４０の設定をバイパス設定からアシスト設定に変更する。モード選択弁２４０がバイパス設定にあるとき、第１のアクチュエータ２１６の伸張用管路２２６および後退用管路２３０は、第２のアクチュエータ２１８の伸張用管路２２８および後退用管路２３２のそれぞれと流体連通する。したがって、アクチュエータ２１６および２１８の両方により作動力が提供される。

デルタ圧力検知弁２６２を作動させるか、または開くことにより、制御ポートＣ２は、開いた弁２６２を介して圧力ソースＰに流体工学的に接続する。制御ポートＣ２を介してモード選択弁２４０に入り、大きい方の直径の側のスライド２４３に作用する、加圧された作動液は結果的に、小さい方の直径の側のプランジャ２４４に作用してプランジャ２４４によりスライド２４２に印加された圧力Ｐおよびコイルばね２４６の付勢力に打ち勝つ。その時点で、スライド２４２および２４３はいずれも、第１の位置から第２の位置へと左にシフトまたは移動して、したがってモード選択弁２４０の設定をバイパス設定からアシスト設定に変更する。モード選択弁２４０がバイパス設定にあるとき、第１のアクチュエータ２１６の伸張用管路２２６および後退用管路２３０は、第２のアクチュエータ２１８の伸張用管路２２８および後退用管路２３２のそれぞれと流体連通する。したがって、アクチュエータ２１６および２１８の両方により作動力が提供される。

次に図７を参照すると、デルタ圧力検知弁２６０の断面図が示される。デルタ圧力検知
２６２は、図６に示すデルタ圧力検知弁２６０と実質的に同一であり得るが、弁２６２のＣｙｌ ＥｘｔおよびＣｙｌ Ｒｅｔが逆になるか、または入れ替わっている。すなわち、デルタ圧力検知弁２６２のＣｙｌ ＥｘｔおよびＣｙｌ Ｒｅｔは、図７に示すように左および右に位置せずに、それぞれ右および左に現れる。圧力値および相対面積（Ａ）が、図７において限定ではなく単に例示のために提示されていることに注意されるべきである。システム２１０が使用されている特定の用途に依存して、他の圧力値および相対面積を用いてよい。

デルタ圧力検知弁２６０は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能なスライド２７０を含む。デルタ圧力検知弁２６０はさらに、プランジャ２７５と、スライド２７０を第１の位置に付勢するための付勢デバイス２７６（コイルばね、油圧等）とを含む。図示するように、スライド２７０が第１の位置にあるときに、弁２６０は閉じた設定に置かれる。

デルタ圧力検知弁２６０は、ポート２６１および２６３と、圧力ポートＰと、リターンポートＲと、制御ポートＣとを含む。ポート２６１および２６３は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように制御弁２３８に流体工学的に接続される。圧力ポートＰは、システム２１０の圧力ソースＰ（すなわちタンク２２０およびポンプ２２２）に流体工学的に接続される。リターンポートＲは、システム２１０のリターンソースＲ（すなわちタンク２０）に流体工学的に接続される。

圧力ポートＰおよびリターンポートＲを用いて、スライド２７０に油圧による付勢を与える。ばね２７６もまた、油圧がない状態でもプランジャ２７５を介してスライド２７０に付勢を与える。デルタ圧力検知弁２６０が開いているとき、制御ポートＣは、弁２６０が規定する実質的に環状のチャンバ２８０を介して圧力ポートＰに流体工学的に接続される。

加えて、デルタ圧力検知弁２６０はまた、複数のランド部も規定する。図７に示す実施例において、デルタ圧力検知弁２６０は、その各々を介してラップの漏れが生じるランド部２７２および２７４を規定する。

作動中に、デルタ圧力検知弁２６０および２６２がいずれも閉じているときに第１のアクチュエータ２１６によって作動力が提供される。しかしながら、デルタ圧力検知弁２６０および２６２のいずれかが全開する度に（すなわち、弁２６０のポート２６１と２６３、または弁２６２のポート２６５と２６７との内部の差圧が、対応するデルタ圧力検知弁２６０または２６２に対するクラッキング圧力を超えたとき）、第１および第２のアクチュエータ２１６および２１８によって作動力が提供される。したがって、第１のアクチュエータ２１６が高圧に耐えなければならないときに第２のアクチュエータ２１８が加圧される。

別の形態において、この発明はまた、航空機の飛行制御面に作動力を提供する方法も提供する。好ましい一実施例においてこの方法は、モード選択弁４０および電磁弁４８を用いて第２のアクチュエータ１８用のバイパスモードとアシストモードとの選択を積極的に制御するステップを含み、この選択は、第１のアクチュエータ１６全体の内部の差圧に少なくとも部分的に基づき、この方法はさらに、第２のアクチュエータ１８がバイパスモードにあるときに第１のアクチュエータ１６を用いて航空機の飛行制御面に作動力を提供するステップと、第２のアクチュエータ１８がアシストモードにあるときに第１および第２のアクチュエータ１６および１８を用いて航空機の飛行制御面に作動力を提供するステップとを含む。

別の好ましい方法の実施例において、この方法は、モード選択弁２４０ならびにデルタ圧力検知弁２６０および２６２を用いて、第２のアクチュエータ２１８用のバイパスモードとアシストモードとの選択を制御するステップを含み、この選択は、デルタ圧力検知弁２６０および２６２全体の内部の差圧に少なくとも部分的に基づき、この方法はさらに、第２のアクチュエータ２１８がバイパスモードにあるときに第１のアクチュエータ２１６を用いて航空機の飛行制御面に作動力を提供するステップと、第２のアクチュエータ２１８がアシストモードにあるときに第１および第２のアクチュエータ２１６および２１８を用いて航空機の飛行制御面に作動力を提供するステップとを含む。

したがって、この発明は、航空機の通常の状態および非常時の状態における作動要件に合致するのに十分な作動力を提供しながらも作動液の流量および馬力の必要量が実質的に減少する、補強型飛行制御作動システムを提供する。実際に、この発明は、従来のＰＣＵに少なくとも匹敵する（すなわち実質的に等しい）最大無負荷速度および失速させるための負荷を提供するのに必要な作動液の流量が実質的に少ない。加えて、この発明は、相対的に単純であり、実現が容易であり、安価である。

この発明が提供する、作動液の必要量の低下により、エンジンから抽出される馬力が減少し、油圧ポンプが一層小型かつ軽量になり、作動液の配給管路および配管の直径が一層小さくなる。この発明はまた、内部の流体の流路および構成要素のサイズを、流量がより少なくなるように決定することにより、マニホールドのサイズの縮小も可能にする。したがって、この発明は、飛行制御システムにおいてコストおよび重量の両方を削減し、このことは、重量に対してますます敏感になっている商用航空機の開発に特に有用であり得る。この発明はまた、ＰＣＵの作動中における油圧系の過渡事象も減らし、このことは次いで、過渡事象を制動するためだけにアキュムレータを増設する必要性を減らす。

この発明は、飛行実証されかつ完成した航空機技術を用いているため、この発明は極めて信頼可能な手法になり得る。たとえば、この発明は、既存の油圧ポンプ、油圧シール、電磁式モード切換、アルミニウムマニホールド、および３０００ｐｓｉの油圧系と共に用いることができる。

この発明は、航空機の飛行形態に依存してアクチュエータの作用領域を決定するのではなく、むしろ、内部のＰＣＵ圧力に依存しているため、航空機の中でも特に亜音速の商用航空機で用いるのに良く適する。加えて、多くの航空機は、中に飛行制御アクチュエータを実装するのに極めて小さなエンベロープしか提供しない、極めて薄い主翼を有する。しかしながら、この発明は理想的にも、薄い主翼内での設置に適する。なぜなら、この発明により、複数のアクチュエータが直列または並列に積重ね可能になるためである。この発明はまた、機械的なシステムアーキテクチャ、従来のシステムアーキテクチャ、パワー・バイ・ワイヤのシステムアーキテクチャ、およびフライ・バイ・ワイヤのシステムアーキテクチャを含む広範囲なシステムアーキテクチャとの適合性をも有する。

この発明は、航空機が操縦される態様（たとえば特に、直接、遠隔、自動、またはそれらの組合せ等）に関係なく、広範囲の制御面（たとえば以下のものに限定されないが、特に補助翼、昇降舵、方向舵、スポイラ、フラッペロン）の任意のもの、および広範囲の航空機（たとえば以下のものに限定されないが、特に戦闘用ジェット機、商用ジェット機、個人用ジェット機、プロペラ航空機）の任意のものに適用可能であることが企図される。したがって、この明細書で飛行制御面および航空機に対して行なった特定の言及は、この発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、飛行制御面または航空機の特定の形態／種類の単なる１つとして解釈されるべきである。

この発明の説明は、本質的に単に例示であり、この発明、その用途または使途を限定す
るようには意図されない。したがって、この発明の主題から逸脱しない変更例は、この発明の範囲内にあるものと意図される。このような変更例は、この発明の精神および範囲からの逸脱とは考えられない。

この発明の第１の好ましい実施例に従った、直列に位置付けられた２つのアクチュエータを備えた補強型飛行制御面作動システムの概略図である。 この発明の第２の実施例に従った、並列に位置付けられた２つのアクチュエータを有する補強型ＰＣＵを示す上面ブロック図である。 図２に示す補強型ＰＣＵの側面ブロック図である。 図１に示すモード選択弁の側面断面図である。 この発明の第２の好ましい実施例に従った、補強型飛行制御面作動システムの概略図である。 この発明の第２の好ましい実施例に従った、補強型飛行制御面作動システムの概略図である。 図５Ｂに示すモード選択弁の側面断面図である。 図５Ｂに示すデルタ圧力検知弁の側面断面図である。

Claims (20)

1. 航空機の飛行制御面に作動力を提供するための装置であって、
   第１のアクチュエータと、
   バイパスモードおよびアシストモードを含む第２のアクチュエータとを備え、前記第２のアクチュエータのモードは、前記第１のアクチュエータ全体の内部の差圧に基づき、前記装置はさらに、
   前記第２のアクチュエータ用の前記バイパスモードおよび前記アシストモードのいずれかを選択するためのモード選択弁と、
   電磁弁とを備え、前記電磁弁は、前記電磁弁に通電することにより、前記モード選択弁に対し、前記第２のアクチュエータ用の前記モードの他方を選択させるように前記モード選択弁に動作上関連付けられており、
   前記第１のアクチュエータは、前記第２のアクチュエータが前記バイパスモードにあるときに前記航空機の飛行制御面に前記作動力を提供し、
   前記第１および第２のアクチュエータは、前記第２のアクチュエータが前記アシストモードにあるときに前記航空機の飛行制御面に前記作動力を提供する、装置。
2. 前記第２のアクチュエータ用の前記モードの前記他方は、前記アシストモードを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記第２のアクチュエータ用の前記モードの前記他方は、前記バイパスモードを含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記電磁弁は、前記第１のアクチュエータ全体の前記内部の差圧が対応する期間に亘って最大圧力値を超えると通電し、
   前記電磁弁は、前記第１のアクチュエータ全体の前記内部の差圧が所定の期間に亘って最小圧力値よりも下に下がると通電を解除される、請求項１に記載の装置。
5. 前記第１のアクチュエータ全体の前記内部の差圧を求めるために配置される差圧センサをさらに備える、請求項１に記載の装置。
6. 前記第１のアクチュエータは、伸張用流体管路および後退用流体管路を含み、
   前記差圧センサは、前記第１のアクチュエータの前記伸張用流体管路と前記後退用流体管路との間に配置される、請求項５に記載の装置。
7. 航空機の飛行制御面に作動力を提供するための装置であって、
   第１のアクチュエータと、
   バイパスモードおよびアシストモードを含む第２のアクチュエータとを備え、前記第２のアクチュエータのモードは、前記第１のアクチュエータ全体の内部の差圧に基づき、前記装置はさらに、
   前記第２のアクチュエータ用の前記バイパスモードおよび前記アシストモードのいずれかを選択するためのモード選択弁と、
   少なくとも１つのデルタ圧力検知弁とを備え、前記少なくとも１つのデルタ圧力検知弁は、前記少なくとも１つのデルタ圧力検知弁全体の内部の差圧が最大圧力値を超えると開き、かつ前記デルタ圧力検知弁を開くことにより、前記モード選択弁に対し、前記第２の
   アクチュエータ用の前記モードの他方を選択させるように前記モード選択弁に動作上関連付けられており、
   前記第１のアクチュエータは、前記第２のアクチュエータが前記バイパスモードにあるときに前記航空機の飛行制御面に前記作動力を提供し、
   前記第１および第２のアクチュエータは、前記第２のアクチュエータが前記アシストモードにあるときに前記航空機の飛行制御面に前記作動力を提供する、装置。
8. 前記第２のアクチュエータ用の前記モードの前記他方は、前記アシストモードを含む、請求項７に記載の装置。
9. 前記第２のアクチュエータ用の前記モードの前記他方は、前記バイパスモードを含む、請求項７に記載の装置。
10. 前記少なくとも１つのデルタ圧力検知弁は、
    第１のデルタ圧力検知弁全体の内部の差圧が最大圧力値を超えると開くように設定される第１のデルタ圧力検知弁と、
    第２のデルタ圧力検知弁全体の内部の差圧が最大圧力値を超えると開くように設定される第２のデルタ圧力検知弁とを備える、請求項７に記載の装置。
11. 航空機の飛行制御面に作動力を提供するための装置であって、
    第１のアクチュエータと、
    バイパスモードおよびアシストモードを含む第２のアクチュエータと、
    前記第２のアクチュエータ用の前記バイパスモードおよび前記アシストモードの選択を制御するための手段とを備え、前記第２のアクチュエータに対するモード選択は、前記第１のアクチュエータ全体の内部の差圧に基づき、
    前記第１のアクチュエータは、前記第２のアクチュエータが前記バイパスモードにあるときに前記航空機の制御面に前記作動力を提供し、
    前記第１および第２のアクチュエータは、前記第２のアクチュエータが前記アシストモードにあるときに前記航空機の飛行制御面に前記作動力を提供する、装置。
12. 飛行制御面と、
    第１のアクチュエータと、
    バイパスモードおよびアシストモードを含む第２のアクチュエータとを備え、前記第２のアクチュエータのモードは、前記第１のアクチュエータ全体の内部の差圧に基づき、さらに、
    前記第２のアクチュエータ用の前記バイパスモードおよび前記アシストモードのいずれかを選択するためのモード選択弁と、
    電磁弁とを備え、前記電磁弁は、前記電磁弁に通電することにより、前記モード選択弁に対し、前記第２のアクチュエータ用の前記モードの他方を選択させるように前記モード選択弁に動作上関連付けられており、
    前記第１のアクチュエータは、前記第２のアクチュエータが前記バイパスモードにあるときに前記航空機の飛行制御面に前記作動力を提供し、
    前記第１および第２のアクチュエータは、前記第２のアクチュエータが前記アシストモードにあるときに前記航空機の飛行制御面に前記作動力を提供する、航空機。
13. 前記電磁弁は、前記第１のアクチュエータ全体の前記内部の差圧が対応する期間に亘って最大圧力値を超えると通電し、
    前記電磁弁は、前記第１のアクチュエータ全体の前記内部の差圧が所定の期間に亘って最小圧力値よりも下に下がると通電を解除される、請求項１２に記載の航空機。
14. 前記第１のアクチュエータ全体の前記内部の差圧を求めるために配置される差圧センサをさらに備える、請求項１２に記載の航空機。
15. 前記第１のアクチュエータは、伸張用流体管路および後退用流体管路を含み、
    前記差圧センサは、前記第１のアクチュエータの前記伸張用流体管路と前記後退用流体管路との間に配置される、請求項１４に記載の航空機。
16. 前記第２のアクチュエータ用の前記モードの前記他方は、前記アシストモードを含む、請求項１２に記載の航空機。
17. 飛行制御面と、
    第１のアクチュエータと、
    バイパスモードおよびアシストモードを含む第２のアクチュエータとを備え、前記第２のアクチュエータのモードは、前記第１のアクチュエータ全体の内部の差圧に基づき、さらに、
    前記第２のアクチュエータ用の前記バイパスモードおよび前記アシストモードのいずれかを選択するためのモード選択弁と、
    少なくとも１つのデルタ圧力検知弁とを備え、前記少なくとも１つのデルタ圧力検知弁は、前記少なくとも１つのデルタ圧力検知弁全体の内部の差圧が最大圧力値を超えると開き、かつ前記デルタ圧力検知弁を開くことにより、前記モード選択弁に対し、前記第２のアクチュエータ用の前記モードの他方を選択させるように前記モード選択弁に動作上関連付けられており、
    前記第１のアクチュエータは、前記第２のアクチュエータが前記バイパスモードにあるときに前記航空機の飛行制御面に前記作動力を提供し、
    前記第１および第２のアクチュエータは、前記第２のアクチュエータが前記アシストモードにあるときに前記航空機の飛行制御面に前記作動力を提供する、航空機。
18. 前記少なくとも１つのデルタ圧力検知弁は、
    第１のデルタ圧力検知弁全体の内部の差圧が最大圧力値を超えると開くように設定される第１のデルタ圧力検知弁と、
    第２のデルタ圧力検知弁全体の内部の差圧が最大圧力値を超えると開くように設定される第２のデルタ圧力検知弁とを含む、請求項１７に記載の航空機。
19. 航空機の飛行制御面に作動力を提供する方法であって、
    モード選択弁を用いて第２のアクチュエータ用のバイパスモードおよびアシストモードのいずれかを選択するステップと、
    電磁弁に通電して、前記モード選択弁に対し、前記第２のアクチュエータ用の前記モードの他方を選択させるステップと、
    前記第２のアクチュエータが前記バイパスモードにあるときに前記第１のアクチュエータを用いて前記航空機の飛行制御面に前記作動力を提供するステップと、
    前記第２のアクチュエータが前記アシストモードにあるときに前記第１および第２のアクチュエータを用いて前記航空機の飛行制御面に前記作動力を提供するステップとを含む、方法。
20. 航空機の飛行制御面に作動力を提供する方法であって、
    モード選択弁を用いて第２のアクチュエータ用のバイパスモードおよびアシストモードのいずれかを選択するステップと、
    デルタ圧力検知弁を開き、前記モード選択弁に対し、前記第２のアクチュエータ用の前記モードの他方を選択させるステップと、
    前記第２のアクチュエータが前記バイパスモードにあるときに前記第１のアクチュエータを用いて前記航空機の飛行制御面に前記作動力を提供するステップと、
    前記第２のアクチュエータが前記アシストモードにあるときに前記第１および第２のアクチュエータを用いて前記航空機の飛行制御面に前記作動力を提供するステップとを含む、方法。

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