JP4926506B2

JP4926506B2 - スナビング機能に優れる航空機の脚揚降用アクチュエータ

Info

Publication number: JP4926506B2
Application number: JP2006067407A
Authority: JP
Inventors: 鉄司佐藤
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2026-03-13
Also published as: JP2007239974A

Description

本発明は、モータとポンプとアクチュエータとコントローラとを一体化したＥＨＡ（ＥｌｅｃｔｒｏＨｙｄｒｏｓｔａｔｉｃＡｃｕｔｕａｔｏｒ）に関し、さらに詳しくは、航空機の脚揚降時の脚上げ位置および脚下げ位置における衝撃緩和を目的とするスナビング機能に優れるアクチュエータに関するものである。

従来、中型以上の航空機では油圧供給系統を装備し、その油圧力を利用してアクチュエータによる脚の揚降を行っている。脚揚降用アクチュエータの場合、脚上げ位置および脚下げ位置におけるピストンとシリンダの衝突による衝撃の緩和を目的として、ピストンの作動速度を減速させるスナビング機構が設けられている。

上記のスナビング機構は、通常、ピストンがシリンダボトムまたはグランドナットに衝突するのを防止するための衝撃緩和装置を、アクチュエータのシリンダ内部に備えることにしている。例えば、特許文献１には、航空機のランディングギア等に使用される油圧シリンダに関し、シリンダ内のピストンヘッドとシリンダボトムの間にさらにスナビングピストンを配置し、圧縮時のストロークエンドでのピストンの作動速度を減速制御する油圧シリンダが提案されている。

また、特許文献２には、同じく航空機ランディングギア等に使用される油圧シリンダに関し、シリンダボトムから所要ストローク間を移動できるスナビングピストンを配置して緩衝用油室を形成し、ピストン伸長時に所定量の流体を、オリフィスを介して緩衝用油室に導入し、圧縮時にピストンがスナビングピストンに当接した際に、オリフィスを通して所定量の流体を排出することで、ピストンの作動速度を減速制御する油圧シリンダが提案されている。このように、衝撃緩和を目的としたスナビング機構は種々提案されているが、いずれもアクチュエータのシリンダ内部に衝撃緩和装置を配置する構成となっている。

一方、アクチュエータ本体に関しては、近年、航空機に装備された油圧供給系統を廃し、燃費向上を図った全電動化の方向に向かっており、個々のアクチュエータが電力で自己完結的な作動を行えるようになれば、燃費向上と共に次世代の信頼性飛行システムとして注目されることになる。

現在では、このようなアクチュエータとして２種類のタイプが実用化されており、その一つがＥＨＡであり、もう一つがＥＭＡ（ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡｃｔｕａｔｏｒ）である。ＥＨＡは、アクチュエータ内部に油圧系統が存在しており、これを作動させる油圧ポンプ用のモータには外部から電力で動力が供給される。一方、ＥＭＡは、電気モータで作動させる構造であり、完全に油圧系統を排除したものとなっている。

ＥＨＡとＥＭＡを比較した場合、油圧系統を内在させないことから、ＥＭＡの方がシンプルな構造となり、小型化、軽量化の面でより有利であるとされている。しかし、航空機用に高い信頼性が要求されるアクチュエータでは、ＥＨＡが多く採用されているように、現在の技術レベルではＥＭＡで高い信頼性を確保できないため、ＥＨＡの採用が主流となっている（例えば、特許文献３）。

このような状況に伴って、ＥＨＡは様々な分野において開発および研究が進められている。しかし、航空機の脚揚降用アクチュエータに関しては、信頼性の要求レベルが比較的低い小型航空機向けにＥＭＡを用いたアクチュエータは既に提案されているが、ＥＨＡを用いたアクチュエータは未だ開発の過程であり、適正な構造について提案されていない。

特開平０７−２０８４１０号公報特開平０８−６１３１０号公報特開２００２−５４６０４号公報

上述の通り、従来から提案される航空機の脚揚降用アクチュエータのスナビング機構は、アクチュエータのシリンダ内部に衝撃緩和装置を配置することで、ピストンとシリンダが衝突する際の衝撃を緩和するという目的を達成してきた。

しかし、アクチュエータの開発段階においては、新たなアクチュエータの開発に際し、衝撃緩和装置を試作して試験を行う必要があるが、所定の衝撃緩和を達成できない場合には、衝撃緩和装置を新たに製作することが必要になる。さらに、開発状況によっては、このような試作および試験が複数回繰り返されることもある。このため、航空機の脚揚降用アクチュエータを新規に開発する場合には、航空機の製造コストの上昇や、開発期間の長期化というリスクを伴うことになる。

また、航空機の実飛行に際しては、機体に作用する空力状態は一様ではなく、脚上げの際に、脚上げの方向と同方向に風荷重が作用する状態や、脚上げの方向と反対方向に風荷重が作用する状態も想定される。しかし、従来の油圧供給系統を利用した脚揚降用アクチュエータでは、機体に作用する空力条件に対応して、アクチュエータへのエネルギー供給量を制御することができないので、例えば、脚上げの方向と同方向に風荷重が作用する場合には、風荷重の影響により必要以上の速度で脚上げが行われることになる。

上記の場合、所定の速度以上で脚上げを行う必要はないため、アクチュエータへのエネルギー供給量から脚に作用する風荷重に相当するエネルギー供給量を減少させるのが望ましい。このように、機体に作用する空力条件に対応し、アクチュエータへのエネルギー供給量を制御できれば、エネルギーの有効利用およびアクチュエータの作動速度の制御が可能となるが、その実現のためには、新たなシステムの構築が必要となる。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、従来の衝撃緩和装置によらない変位センサを開発することにより、開発段階における製造コストの上昇等のリスクを回避し、さらに航空機の実飛行に際し、機体に作用する様々な空力条件に対応でき、エネルギー最小の最適な脚揚降が可能となるアクチュエータを提供することを目的としている。

本発明者らは、脚揚降用アクチュエータに最適なスナビング機能について種々の検討を行った。その結果、アクチュエータのスナビングは、従来のようにアクチュエータの作動速度をシリンダボトムまたはグランドナットにおいて衝撃緩和装置を用いて減速させる方法で行うのではなく、ピストンの任意の摺動位置における作動速度を制御することが有効であり、このようなシステムが、モータの回転数の変化によりピストンのストローク速度を制御できることを利点とするＥＨＡと変位センサを組み合わせることにより実現可能であることを知見した。

本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記（１）〜（２）のスナビング機能を有する航空機の脚揚降用アクチュエータを要旨としている。
（１）シリンダ式のアクチュエータ本体と、前記アクチュエータ本体のシリンダ内を摺動するピストンとからなるアクチュエータであって、モータと、前記モータの回転に応じて流体を供給するポンプと、前記ピストンの運動に応じて前記モータの回転を制御するコントローラと、前記ピストンの運動に応じて生ずる流量差に対応し流体の供給量を調整するリザーバとを備え、前記ピストンの摺動位置に応じて信号を出力する変位センサを装備し、前記信号に対応して前記コントローラが前記モータの回転を制御することにより、前記ピストンの任意の摺動位置における作動速度の制御が可能であり、さらに前記コントローラが、前記変位センサの信号により検出した前記ピストンの摺動位置がスナビングを行うストロークである場合に前記変位センサの信号により検出した前記ピストンの摺動位置に従って前記モータの回転数を制御し、前記ピストンの作動速度を減速させる制御機能、および、ストローク全体において、風荷重によって変化する前記ピストンの作動速度を前記変位センサの信号により検出した前記ピストンの摺動位置を用いて算出し、当該算出した作動速度に応じて前記モータの回転数を選択して前記ピストンの作動速度を所定の速度とする制御機能を備えるスナビング機能に優れる航空機の脚揚降用アクチュエータ。
（２）上記（１）に記載のスナビング機能に優れる航空機の脚揚降用アクチュエータにおいて、前記変位センサとしてＬＶＤＴを用いれば、制御装置への組み込みが容易であり、装置全体としてコンパクトな設計が可能となるので望ましい。

さらに、上記（１）または（２）に記載のスナビング機能に優れるアクチュエータを、航空機の脚揚降に使用すれば、脚上げ位置および脚下げ位置における衝撃緩和が達成できるとともに、航空機の実飛行による様々な空力条件に対応でき、エネルギー消費を最小にできる。

本発明において、「スナビング機能に優れる」とは、前述の通り、開発段階における製造コストの上昇等のリスクを回避し、さらに航空機の実飛行に際し、機体に作用する様々な空力条件に対応でき、エネルギー最小の最適な脚揚降を可能とすることを意味する。

本発明のスナビング機能に優れる航空機の脚揚降用アクチュエータによれば、最適な変位センサを装備することにより、アクチュエータの開発段階でスナビング機能に関する設計変更を行う場合でも、モータ回転数の制御を目的としたソフトウェアのパラメータを変更するだけで対応できるため、衝撃緩和装置の再製作等の工程を追加する必要がなく、工費削減および工程短縮が可能となる。

また、モータの回転数の制御により、アクチュエータの作動速度を自由に設定できるので、従来の衝撃緩和装置では達成できなかった、最適な衝撃緩和を実現することも可能である。

さらに、航空機の実飛行に際し、機体に作用する様々な空力条件に対して、アクチュエータの作動速度を逐次検出し、モータの回転数を制御することにより、最小のエネルギー消費量で、かつ最適な脚揚降も可能になる。

以下に、本発明のスナビング機能に優れる航空機の脚揚降用アクチュエータの実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明のスナビング機能に優れるアクチュエータの一例を示す斜視図である。本発明のアクチュエータは、例えば航空機の降着装置用として作動するＥＨＡ装置として使用される。同図に示すアクチュエータは、シリンダ式のアクチュエータ本体２と、アクチュエータ本体２のシリンダ３内を摺動するピストン４とからなり、モータ５、ポンプ６およびコントローラ７が装備されている。

アクチュエータ２に負荷が加わった場合、ポンプ６がモータ５の回転に応じてアクチュエータ本体２のシリンダ３内に流体を供給し、外部から加わる負荷に対向させる。このとき、シリンダ３に延伸運動を行わせるか圧縮運動を行わせるかは、延伸側へ流体を供給するか、または圧縮側へ流体を供給するかに依存するため、コントローラ７は、シリンダ３の運動に応じてモータ５の回転方向を切り換えるとともに、回転速度を調整する。

また、図１に示すアクチュエータでは、ポンプ６とアクチュエータ２を流体配管で接続する構成に替えて、油圧マニホールド（ＨｙｄｒａｕｌｉｃＭａｎｉｆｏｌｄ）８を設けている。油圧マニホールド８とは、直方体の金属の内部に油圧回路を構成する流路を形成したものであり、油圧回路をアクチュエータに直接接続しないで１カ所に集中させることにより、部品交換時の脱着を効率良く行うことができ、単体の部品を用いるよりも回路の小型化、軽量化の面で有利であり、しかも配管を少なくすることができるという大きなメリットがある。

本発明のアクチュエータに装備する変位センサは、特に限定するものではなく、直線型であっても回転型であっても構わない。適用可能な変位センサとしては、各種ポテンショメータ（ジョイスティック、回転型、直線型）や差動変圧器（ＬＶＤＴ、ＲＶＤＴ）等を適宜選択することができる。

ポテンショメータは可変抵抗器と同構造の変位センサであり、機械的な位置に比例した電気出力を得ることができる。しかし、一般的にポテンショメータは電流に弱く、特に、摺動接点に電流が流れると、接触部が発熱し抵抗面が焼損しノイズ発生の原因となるため、設計段階においてはその選択に注意が必要となる。

また、ＲＶＤＴ（ＲｏｔａｒｙＶａｒｉａｂｌｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）は、計量部の回転に伴い誘導電圧が生成され、回転変位に比例した周波数を出力する変位センサであり、ピストン先端のロッドエンド１０に直接設置または接続する必要がある。よってコントローラ７と接続するにはピストン４のストロークを考慮した長さの配線が必要となる。

図１に示すアクチュエータでは、変位センサとしてＬＶＤＴ（ＬｉｎｅａｒＶａｒｉａｂｌｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）９を用いている。ＬＶＤＴ９は差動変圧器であり、機械的変位量を電気信号に直接変換する変位センサである。同図に示すように、ＬＶＤＴ９はプローブ９ａとケース９ｂとで構成され、プローブ９ａの摺動に合わせてケース９ｂ内のコアが変位し、当該コアの変位量に比例した交流電圧が発生する。このため、本発明のアクチュエータは、ピストン４の摺動方向とＬＶＤＴ９の線形位置検出方向を合わせ、ＬＶＤＴのケース９ｂをアクチュエータ本体２に固定し、ＬＶＤＴのプローブ９ａをピストン４に連結することにより、容易に、かつスペースを取らず設置することができ、しかも摺動変位量の検出精度に優れる。

次に、本発明のスナビング機能に優れる航空機の脚揚降用アクチュエータの動作を説明する。

図２は、本発明のスナビング機能に優れるアクチュエータの一実施形態を示す断面構成図であり、同（ａ）はシリンダの圧縮運動を示す図であり、同（ｂ）はシリンダが延伸運動を示す図である。図２（ａ）および（ｂ）に示すアクチュエータは、シリンダ式のアクチュエータ本体２と、アクチュエータ本体のシリンダ３内を摺動するピストン４とからなり、モータ５、ポンプ６、コントローラ７およびリザーバ１１が装備されている。

アクチュエータに負荷が加わった場合、ポンプ６がモータ５の回転に応じてアクチュエータ本体２のシリンダ３内に流体を供給し、外部から加わる負荷に対向させる。このため、ポンプ６は、アニュラス側油室１３およびリザーバ１１と接続する流体配管とポンプ部位６ａで、ボア側油室１２と接続する流体配管とポンプ部位６ｂでそれぞれ接続している。

また、変位センサとしてＬＶＤＴ９を使用し、ピストン４の摺動方向とＬＶＤＴ９の線形位置検出方向を合わせて、ＬＶＤＴのケース９ｂをアクチュエータ本体２に固定し、ＬＶＤＴのプローブ９ａをピストン４に連結している。

図２（ａ）に示すように、シリンダ３が圧縮運動を行う場合には（同図の白抜き矢印）、コントローラ７からの信号でポンプ部位６ｂが入り側に、ポンプ部位６ａが出側になるようにモータ５の回転が切り換えられる。その状態で、ボア側油室１２、アニュラス側油室１３およびリザーバ１１の流体が解放される。

流体用のポンプ６の作動により、ボア側油室１２の流体がアニュラス側油室１３に供給されるが、流体の一部は流体配管を通してリザーバ１１に貯留される。このようにして、アニュラス側油室１３に流体が十分に供給されると、外部からの負荷に抗するように、ピストン４が圧縮側へ移動する。

ピストン４がシリンダ３内を摺動し、シリンダボトム１４に接近すると、アクチュエータ２に装備したＬＶＤＴ９がピストン４の摺動位置を逐次検出し、信号をコントローラ７に送信する。コントローラ７は、ＬＶＤＴ９より送信された信号からピストン４の任意の摺動位置における摺動速度を計算し、プログラムの設定に従ってモータ５の回転数を制御し、ピストン４の摺動速度を減速させる。これにより、最適な衝撃緩和が達成される。

また、図２（ｂ）に示すように、シリンダ３が延伸運動を行う場合には（同図の黒抜き矢印）、コントローラ７からの信号でポンプ部位６ａが入り側に、ポンプ部位６ｂが出側になるようにモータ５の回転が切り換えられる。その状態で、ボア側油室１２、アニュラス側油室１３およびリザーバ１１の流体が解放される。

流体用のポンプ６の作動により、アニュラス側油室１３およびリザーバ１１に貯留された流体がボア側油室１２に供給される。このようにして、ボア側油室１２に流体が十分に供給されると、外部からの負荷に抗するように、ピストン４が延伸側へ移動する。

ピストン４がシリンダ３内を摺動し、グランドナット１５に接近すると、アクチュエータ２に装備したＬＶＤＴ９がピストン４の摺動位置を逐次検出し、信号をコントローラ７に送信する。その後は圧縮運動の場合と同様に、コントローラ７によりモータ５の回転数が制御され、ピストン４の摺動速度が減速し、最適な衝撃緩和が達成される。

上記の圧縮運動または延伸運動に対する衝撃緩和は、例えば、アクチュエータのストロークが５００ｍｍ前後であれば、スナビングを行うストローク（以下、「スナビングストローク」という）は２５〜５０ｍｍ程度でよい。この場合、スナビングストローク以外の区間を、ピストンが摺動している際は、モータの回転数を３０００回転／分とし、スナビングストロークでのモータの回転数を１０００回転／分に制御すれば、最適な衝撃緩和が達成される。さらに、スナビングストロークでのモータの回転数を１０００回転／分から除々に減少させ、最終的に停止（０回転／分）させることで、衝撃をより一層緩和することも可能である。

また、アクチュエータのストローク全体において、ピストンの任意の摺動位置における作動速度の制御が可能となる。このような構成とすれば、機体に作用する空力がどのように変化しても、例えば、脚上げ方向と同じ方向に風荷重が作用する場合でも、逐次ピストンの摺動速度が検知され、風荷重の影響を考慮してモータの回転数が選択されるので、エネルギー消費量を必要最小限に抑えることができ、かつ、最適な衝撃緩和も達成できる。

本発明のアクチュエータは、上述の作用が相俟って、航空機の脚揚降用として適用した場合に、優れたスナビング機能を発揮することができる。

これにより、航空機に使用されるアクチュエータとして優れたスナビング機能を発揮することができ、広く利用することができる。

本発明のスナビング機能に優れるアクチュエータの一例を示す斜視図である。本発明のスナビング機能に優れるアクチュエータの一実施形態を示す断面構成図であり、同（ａ）はシリンダの圧縮運動を示す図であり、同（ｂ）はシリンダが延伸運動を示す図である。

符号の説明

１．ＥＨＡ２．アクチュエータ
３．シリンダ４．ピストン
５．モータ６．ポンプ
６ａ、６ｂ．ポンプ部位７．コントローラ
８．油圧マニホールド９．ＬＶＤＴ
９ａ．プローブ９ｂ．ケース
１０．ロッドエンド１１．リザーバ
１２．ボア側油室１３．アニュラス側油室
１４．シリンダボトム１５．グランドナット

Claims

シリンダ式のアクチュエータ本体と、前記アクチュエータ本体のシリンダ内を摺動するピストンとからなるアクチュエータであって、
モータと、前記モータの回転に応じて流体を供給するポンプと、前記ピストンの運動に応じて前記モータの回転を制御するコントローラと、前記ピストンの運動に応じて生ずる流量差に対応し流体の供給量を調整するリザーバとを備え、
前記ピストンの摺動位置に応じて信号を出力する変位センサを装備し、前記信号に対応して前記コントローラが前記モータの回転を制御することにより、前記ピストンの任意の摺動位置における作動速度の制御が可能であり、
さらに前記コントローラが、前記変位センサの信号により検出した前記ピストンの摺動位置がスナビングを行うストロークである場合に前記変位センサの信号により検出した前記ピストンの摺動位置に従って前記モータの回転数を制御し、前記ピストンの作動速度を減速させる制御機能、および、ストローク全体において、風荷重によって変化する前記ピストンの作動速度を前記変位センサの信号により検出した前記ピストンの摺動位置を用いて算出し、当該算出した作動速度に応じて前記モータの回転数を選択して前記ピストンの作動速度を所定の速度とする制御機能を備えるスナビング機能に優れる航空機の脚揚降用アクチュエータ。
前記変位センサとしてＬＶＤＴを用いることを特徴とする請求項１に記載のスナビング機能に優れる航空機の脚揚降用アクチュエータ。