JP5711543B2

JP5711543B2 - 油圧アクチュエータシステム

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Publication number: JP5711543B2
Application number: JP2011007759A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　一行; 一行鈴木; 伊藤　浩二; 浩二伊藤
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2031-01-18
Also published as: EP2476613A2; US20120181383A1; EP2476613A3; JP2012148636A

Description

本発明は、航空機の翼に設けられた可動部を動かすための油圧アクチュエータシステムに関する。

航空機には、その飛行姿勢や飛行方向を変えたり、その受ける揚力を変えたりするための複数の可動部が翼に設けられる。当該可動部として、例えば主翼には、離着陸時に高揚力を発生させるためのフラップ、機体のローリングのためのエルロンが設けられる。これらの可動部を動かすための油圧アクチュエータとしては、例えば特許文献１に記載されたものがある。

ここで、従来技術に係る油圧アクチュエータシステム１００を図４に示している。図４に示したように、油圧アクチュエータシステム１００は、航空機の翼に設けられた可動部を動かす複数の１系油圧アクチュエータ５１（Ｎｏ．１系統アクチュエータ）および複数の２系油圧アクチュエータ５２（Ｎｏ．２系統アクチュエータ）、ならびに、翼に対する可動部の角度などを検出するためのＬＶＤＴ５３（変位センサ）などを具備してなる。油圧アクチュエータ（５１、５２）、およびＬＶＤＴ５３は翼に配置される。

１系油圧アクチュエータ５１と２系油圧アクチュエータ５２とは、異なる油圧源に接続される。図示を省略するコントローラが、ＬＶＤＴ５３などからの信号をもとに、１系油圧アクチュエータ５１および２系油圧アクチュエータ５２を制御する。なお、油圧アクチュエータを複数の系統に分けているのは、仮に１つの油圧源が故障したとしても、他の系統の油圧源で可動部を動かせるようにするためである。ここで、従来技術に係る油圧アクチュエータシステム１００では、図４に示すように、１系油圧アクチュエータ５１と２系油圧アクチュエータ５２とを分けて、それぞれ、まとめて翼に配置している。

特開２０００−６５０１１号公報

１系油圧アクチュエータ５１と２系油圧アクチュエータ５２とは、異なる油圧源に接続されるため、１系油圧アクチュエータ５１のピストンロッドの移動速度と、２系油圧アクチュエータ５２のピストンロッドの移動速度との間にはどうしても差が生じてしまう。１系油圧アクチュエータ５１と２系油圧アクチュエータ５２とを同時に動作させると、ピストンロッドの移動速度の差により、油圧アクチュエータの動作が互いに干渉する。この現象は、ＦｏｒｃｅＦｉｇｈｔと呼ばれている。

前記したように、従来技術に係る油圧アクチュエータシステム１００では、１系油圧アクチュエータ５１と２系油圧アクチュエータ５２とを分けて、それぞれ、まとめて配置しているため、翼および可動部へのＦｏｒｃｅＦｉｇｈｔの影響が大きい。

一方で、航空機の翼を従来よりも薄くしたいというニーズがある。航空機の翼を単純に薄くすると翼の疲労強度が低下する。ここで、繰り返し動く油圧アクチュエータ（５１、５２）による翼および可動部へのＦｏｒｃｅＦｉｇｈｔの影響を小さく抑えることができれば、翼の疲労強度低下をある程度許容することができる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、航空機の翼および可動部への油圧アクチュエータによるＦｏｒｃｅＦｉｇｈｔの影響を従来よりも抑えることができる油圧アクチュエータシステムを提供することである。

本発明は、航空機の翼に設けられた可動部を動かすための油圧アクチュエータシステムであって、前記可動部に連結される複数の第１油圧アクチュエータおよび複数の第２油圧アクチュエータを備え、前記第１油圧アクチュエータは、前記翼に設けられるとともに第１油圧源に接続されており、前記第２油圧アクチュエータは、前記第１油圧アクチュエータと並列に前記翼に設けられるとともに第２油圧源に接続されており、複数の前記第１油圧アクチュエータと複数の前記第２油圧アクチュエータとが同じ可動部を動作させるように交互に配置されることを特徴とする、油圧アクチュエータシステムである。

この構成によると、第１油圧アクチュエータと第２油圧アクチュエータとを、航空機の翼の所定箇所に混在させて設けることにより、異なる油圧源に接続される油圧アクチュエータ同士の間隔が従来よりも小さくなる。ここで、力のモーメントは、力の大きさと距離とに比例して大きくなる。異なる油圧源に接続される油圧アクチュエータ同士の間隔が小さくなることで、同一の油圧原に接続される油圧アクチュエータを全てまとめて配置する場合（図４参照）に比して、翼および可動部へのＦｏｒｃｅＦｉｇｈｔによるモーメントは小さくなる。すなわち、航空機の翼および可動部の疲労強度へのＦｏｒｃｅＦｉｇｈｔの影響を従来よりも抑えることができる。

本発明によれば、航空機の翼および可動部への油圧アクチュエータによるＦｏｒｃｅＦｉｇｈｔの影響を従来よりも抑えることができる油圧アクチュエータシステムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る油圧アクチュエータシステムの平面配置図である。図１に示した油圧アクチュエータシステムの油圧回路図である。図１に示したＡ−Ａ断面図の拡大図である。従来技術に係る油圧アクチュエータシステムの平面配置図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

航空機には、その飛行姿勢や飛行方向を変えたり、その受ける揚力を変えたりするための複数の可動部が翼に設けられる。当該可動部として、例えば主翼には、離着陸時に高揚力を発生させるためのフラップ、機体のローリングのためのエルロンが設けられる。また、水平尾翼には、機首の上げ下げのためのエレベータが設けられ、垂直尾翼には機体のヨーイングのためのラダーが設けられる。これらの可動部は、翼に対する取り付け角が変化したり翼に対して並進移動したりするように変位可能に取り付けられており、このように変位させることで航空機の飛行姿勢や飛行方向を変えたり高揚力を発生させたりする。本発明の油圧アクチュエータシステム（油圧アクチュエータ）は、これらの可動部を動かすためのシステム（アクチュエータ）である。

（油圧アクチュエータシステムの構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る油圧アクチュエータシステム１の平面配置図である。図２は、図１に示した油圧アクチュエータシステム１の油圧回路図である。

図１に示すように、本実施形態の油圧アクチュエータシステム１は、７台の１系油圧アクチュエータ２（２ａ〜２ｇ）と、７台の２系油圧アクチュエータ３（３ａ〜３ｇ）と、変位センサであるＬＶＤＴ４（差動トランス式変位計）とを具備してなる。なお、当然ながら、１系油圧アクチュエータ２（２系油圧アクチュエータ３）の数は、７台に限定されるものではない。

７台の１系油圧アクチュエータ２、７台の２系油圧アクチュエータ３、およびＬＶＤＴ４は、航空機の翼５に設けられる。７台の１系油圧アクチュエータ２および２系油圧アクチュエータ３にそれぞれ取り付けられた連結用部材２０に、例えばエルロンなどの可動部が取り付けられる。そして、７台の１系油圧アクチュエータ２および２系油圧アクチュエータ３で１枚の可動部（例えばエルロン）を動作させる。すなわち、図示を省略しているが、計１４台の油圧アクチュエータ（２ａ〜２ｇ、３ａ〜３ｇ）が、１枚の可動部（例えばエルロン）に取り付けられる。なお、ＬＶＤＴ４は、油圧アクチュエータ（２、３）が取り付けられた可動部（例えばエルロン）の変位を検出するための変位センサである。

本実施形態では、１系油圧アクチュエータ２と２系油圧アクチュエータ３とを交互に並べて並列に配置している。すなわち、１系油圧アクチュエータ２と２系油圧アクチュエータ３とを相互に１つ飛ばし毎に並べて配置している。そして、並列に並べられた計１４台の油圧アクチュエータ（２ａ〜２ｇ、３ａ〜３ｇ）の真ん中にＬＶＤＴ４を配置している。

次に、図２に示したように、１系油圧アクチュエータ２（２ａ〜２ｇ）は、いくつかの制御弁（スプール弁７、８など）を介して１系油圧ポンプＰ１（第１油圧源）に接続される。同様に、２系油圧アクチュエータ３（３ａ〜３ｇ）は、いくつかの制御弁（スプール弁７、８など）を介して、１系油圧ポンプＰ１（第１油圧源）とは別の２系油圧ポンプＰ２（第２油圧源）に接続される。なお、図２中において、油圧アクチュエータ（２、３）、スプール弁（７、８）などの各要素を結ぶ実線は油の経路を示し、点線は電気信号の経路を示す。

コントローラ６は、ＬＶＤＴ４からの電気信号を受けてスプール弁７の弁位置を、位置７ａ〜位置７ｃ間で制御することで、油圧アクチュエータ（２、３）のピストンロッド１３を制御する。スプール弁７は、いわゆる方向切換弁である。例えば、１系油圧ポンプＰ１からの圧油は、スプール弁７、８を経由して１系油圧アクチュエータ２（２ａ〜２ｇ）の一方の油室に供給される。これにより、ピストンロッド１３が動くことで、１系油圧アクチュエータ２（２ａ〜２ｇ）の他方の油室から排出された圧油は、スプール弁７、８を経由してタンクＴに戻される（２系側についても同様）。

なお、例えば、１系油圧ポンプＰ１が故障すると、油圧が低下して１系側のスプール弁８の弁位置が、位置８ａから、位置８ｂや位置８ｃに切り換わる。このとき、１系油圧アクチュエータ２（２ａ〜２ｇ）は、２系油圧ポンプＰで駆動される２系油圧アクチュエータ３（３ａ〜３ｇ）の動きに従動する（２系側についても同様）。

なお、図２では、１系油圧ポンプＰ１に接続される１系側のスプール弁７と、２系油圧ポンプＰ２に接続される２系側のスプール弁７とを別のバルブとして示しているが、これらの２つのバルブを１つのバルブ（スプール弁）として構成してもよい（スプール弁８についても同様）。

（油圧アクチュエータの構造）
次に、図３および図１を参照しつつ、油圧アクチュエータ（２、３）の構造について説明する。なお、２系油圧アクチュエータ３の構造と１系油圧アクチュエータ２の構造は同じである。

図３に示すように、１系油圧アクチュエータ２は、シリンダ９と、シリンダ９の開口を封止する封止部材１０と、シリンダ９の中に配置されるピストン１１と、ピストン１１の中空部に配置されるピストンロッド１３とを有する。

（シリンダ）
シリンダ９は翼５に設けられる。本実施形態では、翼５の一部にシリンダ９が形成されている。すなわち、翼５自体に計１４個のシリンダ９が形成されている。なお、必ずしも翼５自体にシリンダ９を形成する必要はなく、翼５とシリンダ９とを別体としてもよい。

シリンダ９は、その内部にピストン１１を収容するシリンダ本体部９ａと、シリンダ本体部９ａから延在する可動部連結用部９ｂとから構成される。可動部連結用部９ｂは、シリンダ本体部９ａから離れるにつれて厚みが増すように形成されており、その先端には連結用部材２０を取り付けるための孔９ｂ１が形成された取付部が設けられている。シリンダ本体部９ａの下面と可動部連結用部９ｂの下面とは段差なく連続するように形成されている。

（封止部材）
シリンダ９の開口に嵌め込まれる封止部材１０は、筒状の部材であって、外周にシールリング１７が取り付けられ、内周にはシールリング１８・１９が取り付けられている。シリンダ９と封止部材１０とでシリンダ室９ｃが区画形成される。

（ピストン）
ピストン１１は、シリンダ９の内壁に沿って直線運動（前進・後退運動）する部材である。このピストン１１は、中空とされており、外周がシリンダ９の内壁と摺動する有底（底部１４ａ）のピストン本体部１４と、ピストン本体部１４から延在する筒状のロッド収容部１５とで構成される。ピストン本体部１４の外周にはシールリング１６が取り付けられている。また、ピストン本体部１４には、その中空部を横切るようにピン１２が取り付けられている。ロッド収容部１５は、外周が封止部材１０の内壁と摺動するように形成されている。

ここで、ピストン本体部１４に底部１４ａを設けることで（有底のピストン本体部１４とすることで）、ピストン本体部１４およびロッド収容部１５でシリンダ室９ｃを２つの油室（９ｃ１、９ｃ２）に仕切っている。ピストン本体部１４に底部１４ａを設けることで、油室間で油漏れの少ない２つの油室（９ｃ１、９ｃ２）を形成することができる。２つの油室（９ｃ１、９ｃ２）に対して、１系油圧ポンプＰ１から圧油が給排されることで、ピストン１１とともにピストンロッド１３が動作する。

（ピストンロッド）
ピストンロッド１３の一端部にはピン１２が貫装され、ピストンロッド１３の他端部には、連結用部材２０を取り付けるための孔１３ａが形成された取付部が設けられている。ピストンロッド１３は、中実の棒状部材であり、ピン１２を支点にして揺動するようにされている。なお、ピン１２をピストン本体部１４に固定して、ピン１２の回りをピストンロッド１３が揺動するように構成してもよいし、ピン１２をピストンロッド１３に固定して、ピン１２とともにピストンロッド１３が揺動するように構成してもよい。

（連結用部材２０）
連結用部材２０は、翼５に設けられる可動部と１系油圧アクチュエータ２（または２系油圧アクチュエータ３）とを連結する部材である。連結用部材２０に設けられた下側の孔には、ブッシュ２３を介してピン２２が挿入される。連結用部材２０に設けられた上側の孔には、ブッシュ２４を介してピン２１が挿入される。ピン２２およびブッシュ２３で、シリンダ９の可動部連結用部９ｂと連結用部材２０とが相互に回動自在に連結される。また、ピン２１およびブッシュ２４で、ピストンロッド１３と連結用部材２０とが相互に回動自在に連結される。

（油圧アクチュエータシステムの動作）
１系油圧アクチュエータ２は１系油圧ポンプＰ１により駆動され、２系油圧アクチュエータ３は２系油圧ポンプＰ２により駆動される。１系油圧ポンプＰ１および２系油圧ポンプＰ２が故障していない場合は、いずれかの油圧ポンプを停止させておくのではなく、両系統の油圧ポンプをいずれも動作させて、１系油圧アクチュエータ２および２系油圧アクチュエータ３の両方で、翼に設けられた１つの可動部を動かす。このとき、コントローラ６からの信号で、１系油圧アクチュエータ２および２系油圧アクチュエータ３を同じように動かす。

本実施形態によると、７台の１系油圧アクチュエータ２（２ａ〜２ｇ）と、７台の２系油圧アクチュエータ３（３ａ〜３ｇ）とを、航空機の翼５の所定箇所に交互に配置しているため、異なる油圧源に接続される油圧アクチュエータ（２、３）同士の間隔が図４に示した従来のシステムのものよりも小さくなる。ここで、力のモーメントは、力の大きさと距離とに比例して大きくなる。異なる油圧源に接続される油圧アクチュエータ（２、３）同士の間隔が小さくなることで、同一の油圧原に接続される油圧アクチュエータを全てまとめて配置する場合（図４参照）に比して、翼および可動部へのＦｏｒｃｅＦｉｇｈｔによるモーメントは小さくなる。すなわち、航空機の翼および可動部の疲労強度へのＦｏｒｃｅＦｉｇｈｔの影響を従来よりも抑えることができる。結果として、航空機の翼を従来よりも薄くし得る。

ここで、航空機の翼を従来よりも薄くし得る効果については、油圧アクチュエータ（２、３）自体の構造からも得られる。本実施形態の油圧アクチュエータ（２、３）によると、ピストンロッド１３は、ピストン１１とともにピストン運動（前進・後退運動）するだけでなく、ピン１２の軸回りに揺動運動も行う。その結果、翼に設けられた可動部とピストンロッド１３とを連結するリンク機構の部品（リンク）を少なくすることができる。本実施形態では、連結用部材２０のみとすることができている。リンク機構の部品を少なくできることは、航空機の翼を従来よりも薄くすることに寄与する。

なお、特開２０００−６５０１１号公報（特許文献１）に記載の油圧アクチュエータ（流体シリンダ）によってもリンク機構の部品（リンク）を少なくできるが、この油圧アクチュエータのピストンロッド（ロッド）は、中空であるため、そのロッド径を比較的大きくしなければならない。一方、本実施形態のピストンロッド１３は、中実の棒状部材であり、ロッド径を小さくしたとしてもその強度を確保し易い（ピン１２を用いてロッドを揺動させるので中実の棒状部材を採用することができる）。この観点からも、本実施形態に係る油圧アクチュエータ（２、３）を採用したほうが航空機の翼を薄くすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

例えば、本実施形態では、１系油圧アクチュエータ２（２ａ〜２ｇ）と、２系油圧アクチュエータ３（３ａ〜３ｇ）とを、航空機の翼５の所定箇所に交互に（１つ飛ばしで）配置する例を示したが、必ずしも交互に配置しなくてもよい。図４に示したように、１系油圧アクチュエータ５１（２系油圧アクチュエータ５２）のみを全てまとめて配置するのではなく、例えば、２つ飛ばしでも、１系油圧アクチュエータと２系油圧アクチュエータとを翼の所定箇所に混在させて配置すれば、本発明の効果（ＦｏｒｃｅＦｉｇｈｔの影響低減効果）を得ることができる。

１：油圧アクチュエータシステム
２：１系油圧アクチュエータ（第１油圧アクチュエータ）
３：２系油圧アクチュエータ（第２油圧アクチュエータ）
４：ＬＶＤＴ
５：翼
９：シリンダ
１０：封止部材
１１：ピストン
１２：ピン
１３：ピストンロッド
Ｐ１：１系油圧ポンプ（第１油圧源）
Ｐ２：２系油圧ポンプ（第２油圧源）

Claims

航空機の翼に設けられた可動部を動かすための油圧アクチュエータシステムであって、
前記可動部に連結される複数の第１油圧アクチュエータおよび複数の第２油圧アクチュエータを備え、
前記第１油圧アクチュエータは、前記翼に設けられるとともに第１油圧源に接続されており、
前記第２油圧アクチュエータは、前記第１油圧アクチュエータと並列に前記翼に設けられるとともに第２油圧源に接続されており、
複数の前記第１油圧アクチュエータと複数の前記第２油圧アクチュエータとが同じ可動部を動作させるように交互に配置されることを特徴とする、油圧アクチュエータシステム。