JP5808794B2 - 飛行制御アクチュエータにおける主荷重経路の破損を検出するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、飛行制御アクチュエータにおける故障の検出に関するものである。特に、それは、航空機の飛行制御アクチュエータの主荷重経路の破損の検出と、当該アクチュエータの副荷重経路への負荷の移転に関するが、これに限られない。

従来、このようなアクチュエータは、２つの機械的な荷重経路である主荷重経路と副荷重経路を有し、後者は、通常、主荷重経路に破損が生じた結果として、主荷重経路が働かないときに、負荷を引き継ぐように設計されている。

このようなアクチュエータの一般的な構造が模式的に図１に示されている。

主荷重経路１の作用において、荷重は例えば複数のボール又は複数のローラーを有する中空のネジ２を通過する。

この特徴は、荷重引き受け安全ロッド３をその内部に収納し（いわゆる、「フェイルセイフバー」）、その端部に溝を形成し、かついくらかの遊びをもってネジ２に接続することを可能とする。

この構造は、組立品の応力と回転の伝達における連続性を与える一方で、ネジそのものが破壊される場合に、ネジの要素の軸分離を防ぐ。

ネジ２はハイプライマリクリップ４と呼ばれる取付け部材によってその一端で終端され、それにより航空機の構造体５に接続されている。

主荷重経路１が故障した場合、すなわち、主荷重経路１の要素が破損した場合、負荷は副荷重経路１０、特に、その端部がハイセカンダリークリップ８と呼ばれる副荷重経路の取付け部材８の雌型内に配置される雄型７（例えば、球）である安全ロッド３によって引き継がれる。

ハイセカンダリークリップ自体は、主荷重経路１をサポートするために使用されるものとは異なる飛行機取付け部材９により航空機に接続されている。

飛行制御アクチュエータにおいて主荷重経路における破断を検出し、負荷を副荷重経路に移転するための、多数の機構が先行技術において知られている。

ＦＲ２８５８０３５はハイセカンダリークリップに対する安全ロッドの自由端の相対的な並進運動を検出するように構成された検出システムを開示している。

ＥＰ１５５７５８８はハイセカンダリークリップの部品間のせん断力の検出に基づいた、主荷重経路から副荷重経路への荷重伝達を検出するための装置を開示している。

ＥＰ１９７２５４９は、副荷重経路を取り付けるための取付けネジや副荷重経路のための取付けクレビス等の、副荷重経路の高い取付けを与える部品上で伝達される負荷を検出することができ、かつそれらに負荷がかかっていることを検出することができるセンサを含む解決策を開示している。

しかしながら、これまで提案された解決策には、それらが飛行制御アクチュエータのハイセカンダリークリップにおいて特殊かつ複雑な実装を必要とするという欠点を有する。

その上、それらはハイセカンダリークリップに巨大で重量のある検出ケーブルの配置を必要とする。これらの解決策は航空機の重量を増加させる。

またいくつかの解決策では、アクチュエータの部品間の境界面にセンサを配置するので、アクチュエータの部品間の遊びの増加を必要とし、それは組立品の振動上の安定性に対して害を及ぼす。アクチュエータの部品間の遊びは用語「フラッター」として当業者に知られており、航空機における厳しい仕様の管理下におかれる。

最後に、これまでに提案された解決策は測定信号の大量の電子的処理を必要とし、それらの信頼性には改善の余地がある。

本発明は、先行技術の解決策の欠点を修正することを目的としている。

この目的を達成するため、本発明は飛行制御アクチュエータにおける主荷重経路の破損を検出するための装置であって、前記アクチュエータが回転中空ネジを備える主荷重経路と、該ネジを貫通する荷重引き受け安全ロッドを備える副荷重経路とを有し、前記装置が前記ネジの角度位置を表す情報を測定するために前記ネジに接続された位置センサと、前記主荷重経路の破断時に前記ネジに対する前記ロッドの相対的な移動が起こった場合に前記ネジ位置センサを切り離すことが可能な分離機構と、を備えることを特徴とする装置を提案する。

本発明は、次の特徴を単独で取り入れる又は併用するにより、有利に補完される。

装置は、位置センサによって測定された情報と、分離機構から独立している第２位置センサにより測定されたネジの角度位置を表している情報とを比較するように構成された計算機を備える。

計算機は、比較が所定の閾値より大きいか、あるいは小さいときに、主荷重経路における破断を検出するように構成されている。

分離機構は、ロッドがネジ又は主荷重経路の他の要素の破損時にロッドによりネジにかかる機械的負荷に相当する所定の力をネジにかけた場合に、ネジ位置センサを切り離すことができる。

分離機構は破断可能ピンを備える。

破断可能ピンは、主荷重経路の破断時にロッドにより加工物にかかる機械的負荷に相当する所定の負荷で破断するように較正されている断面を有する。

破断可能ピンは、該ピンが破損した場合に所定の抜き取り荷重を受け、ピンのネジからの抜き取りを可能にする。

位置センサは角度位置センサである。

また、本発明は中空回転ネジを備える主荷重経路と、該ネジを貫通する荷重引き受け安全ロッドを備える副荷重経路であって、前記主荷重経路が破断した場合に該主荷重経路にかかる力を引き継ぐことが可能な副荷重経路とを備える飛行制御アクチュエータであって、前記アクチュエータが、上述したように、前記主荷重経路における破断を検出するための装置を備えることを特徴とする飛行制御アクチュエータである。

本発明は多くの長所を有する。

本発明の一つの長所は簡易かつ安価な解決策を提供することである。

本発明の他の長所は航空機の重量をほとんど増加させない、軽量な解決策を提供することである。

本発明のもう１つの特徴は改善された信頼性を有する解決策を提供することである。

本発明のもう１つの特徴はアクチュエータの部品間の遊びの減少を可能にすることである。

最後に、本発明のもう１つの特徴は過酷な環境条件下での検出を可能にすることである。

本発明の他の特徴及び長所は以下の説明により明らかにされるが、それらは純粋に例示であって発明を限定するものではなく、付随する図面への参照とともに読まれなければならない。

飛行制御アクチュエータの概念を説明する概略図である。 本発明の検出装置及び飛行制御アクチュエータの概略図である。 主荷重経路が破損した場合における、本発明の検出装置及び飛行制御アクチュエータの概略図である。 発明の飛行制御アクチュエータの実施形態の概略図である。 主荷重経路が破損した場合における、本発明の検出装置及び飛行制御アクチュエータの実施形態の概略図である。

図２には、本発明にかかる主荷重経路破損検出装置１３と、そのような破損検出装置１３を備えた、本発明にかかる飛行制御アクチュエータ１２が示されている。

本発明は、同様に、検出装置、そのような検出装置を備えた飛行制御アクチュエータ、及びそのような飛行制御アクチュエータを備えた航空機に関連する。

前述したように、飛行制御アクチュエータ１２は主荷重経路１と副荷重経路１０を備えている。

該アクチュエータ１２は、例えば、航空機の可変水平制御面（図示せず）を制御するためのＴＨＳＡ型アクチュエータである。

主及び副荷重経路は多数の要素を備えており、これらの要素のいくつかのみが説明される。主及び副荷重経路を備える飛行制御アクチュエータの構造は概ね、当業者に周知である。

主荷重経路１はその一端がハイプライマリクリップ４と呼ばれる取付け部材において終端する回転中空ネジ２を備え、それを介して航空機の構造体５に接続されている。

一般に、主荷重経路１はまた、ネジに組み合わされることによってネジと協働し、制御される表面に接続されるナット（図示せず）を備える。

ネジ２はモータにより回転制御され、それは上述したナットが並進移動することを可能にし、後者はこの目的のために回転しないようにされている。それにより、ナットの並進運動は可変水平面に伝達することが望まれる方向角の制御を可能にする。

安全ロッド３は中空ネジ２の内部を貫通する。安全ロッドは副荷重経路１０の要素の一つである。

一般的に、前記ロッド３はセカンダリハイクリップと呼ばれる、副荷重経路の取付け部材８の雌球型内でいくらかの遊びをもって配置される球状ヘッド７によって終端している。前記セカンダリハイクリップ８自体は主荷重経路１を支持するために使用されているものとは異なる航空機取付け部材９によって航空機に接続されている。

セカンダリハイクリップの取り付け自体は周知であり、特に、取付けクレビス及びネジを利用する機構によって達成される。

「正常な」動作では、荷重を担うのは主荷重経路１である。

主荷重経路１が故障した場合、特に、ハイプライマリクリップ４やネジ２等の主荷重経路１を構成する要素のうちの１つが破損した場合、副荷重経路１０が荷重を引き継ぐ。

この故障は、パイロットに知らせるため、かつ、必要に応じて地上で、又は可能であれば飛行中に、メンテナンス操作を開始するために、検出されなければならない。

主荷重経路破損検出装置１３はこのような故障を検出することができる。

主荷重経路破損検出装置１３は、ネジ２の角度位置を表す情報を測定するためにネジ２に接続された位置センサ１５を備える。

一実施形態において、センサ１５は角度位置センサ１５である。この場合、ネジの角度位置を表す情報は角度位置そのものである。

角度位置センサ１５は、ネジ２の角度位置及び／又はその角度変位を測定するように構成されている。これは角度変位及び／又は角度位置決めを伴ってもよく、それは選択された規則に応じて絶対値であってもよいし、あるいは相対値であってもよい。したがって、センサ１５とネジ２が接続されている場合、センサ１５はネジ２の角度位置を測定する。

角度位置センサ１５は、例えば、ＲＶＤＴ（回転式可変差動トランス）型の能動式電気（誘導）回転変位測定センサであってもよい。

他の角度位置センサを使用することもできる。

あるいは、これにはＬＶＤＴ（リニア可変差動トランス）型のリニア変位測定センサ等のリニア位置センサを含んでもよい。

その場合、リニア位置センサ１５は、例えば、ネジ２の回転運動を並進運動に変換するボールネジ型の機構を介してネジ２に接続される。

したがって、リニア位置センサ１５は線形であるが、ネジ２の角度位置を表す位置又は変位を測定する。

ネジ２の角度位置を表す情報を測定することが可能である任意のセンサ１５を使用することができる。すなわち、測定された情報（例えば、位置）はネジ２の角度位置に相関しており、前記角度及び位置を導き出すことを可能にする。

本発明によれば、主荷重経路破損検出装置１３は、主荷重経路１の破断時にネジ２に対するロッド３の相対的な変位が起こった場合に、ネジ２を位置センサ１５から切り離すことが可能な分離機構１７を備える。

したがって、前記切り離しはセンサ１５とネジ２間の接続の切断をもたらす。

分離機構１７は主荷重経路１が破損した場合にのみ、ネジ２とセンサ１５の間の接続を切り離すように較正される。

実際、主荷重経路１の要素が破損した場合、荷重を引き継ぐのは副荷重経路１０である。

特に、ロッド３はネジ２に対する相対的な変位であって、一方向か他方向の並進運動における、ネジ２に実質的に平行な方向の変位を起こす。ロッド３のネジ２に対する前記相対変位は分離機構１７によって検出され、それはネジ２と位置センサ１５との間の接続の切断をもたらす。前記切断は、ロッド３のネジ２に対する相対変位がシミュレーションによって又はその場の測定によって既知となる、主荷重経路１の破断に対応する所定の閾値を超えた時点で引き起こされる。実際の目的は、主荷重経路１の破断の結果として生ずるものではないネジ２とロッド３との間の相対運動による偽検出を避けることである。閾値を超えるロッド３のネジ２に対する相対移動だけが、主荷重経路１の破損に相当する。

所定の閾値未満の場合、分離機構１７はネジ２と位置センサ１５との間の接続を切断せず、それは偽検出を回避する。

したがって、特定の実施形態において、分離機構１７はロッド３のネジ２に対する（あるいは逆の）相対運動を測定するセンサ又は一組のセンサを備えており、それは主荷重経路１が破断した場合にネジ２を位置センサ１５から切り離すことを可能にする。

他の実施形態においては、分離機構１７は、ロッド３が主荷重経路１の破断時にロッド３によりネジ２にかかる機械的力に相当する所定の負荷をネジ２にかけたときに、位置センサ１５をネジ２から切り離すように構成される。

この場合、主荷重経路１が破断した場合のネジ２のロッド３に対する相対変位はロッド３によってネジ２にかかる負荷によって間接的に検出される。

実際、主荷重経路における破断が起きた場合、ロッド３はネジ２に対して相対的に移動し、そこで、主荷重経路１に破断が起きた場合にネジ２を位置センサ１５から切り離すために分離機構１７によって使用される所定の閾値より大きい機械的負荷をネジ２に及ぼす。

装置１３は付加的に、位置センサ１５によって測定されたネジ２の角度位置を表す情報と、検出装置１３の第２位置センサ１９により測定されたネジ２の角度位置を表している情報とを比較するように構成された計算機１８を備える。

第２位置センサ１９によって測定されたネジ２の角度位置を表す情報は角度位置そのものであってもよい。

第２位置センサ１９は、それが分離機構１７を介してネジ２に接続されていない点でセンサ１５と異なる。したがって、第２位置センサ１９は分離機構１７から独立している。この違いを除いて、それはネジ２の角度位置を表す情報を測定することが可能な、同一の種類のセンサである。前記センサは、センサ１５に対して前述したように、角度、リニア、又は他の位置センサであってもよい。

これは、例えば、「正常」な動作においてネジ２の回転を制御し、従属装置として働かせる、航空機自体に属する角度位置センサであってもよい。

それは、有利には、特に、ネジ２に接続された、全ての飛行制御アクチュエータに存在する角度位置センサであってもよく、それによって新規のセンサの設置を不要にする。この種のセンサは主荷重経路１のネジ２を制御し、従属装置として働かせるために使用される。

有利には、位置センサ１５と第２位置センサ１９は単一かつ同一のマルチチャンネルセンサに組み込まれる。

したがって、本発明は単に検出装置１３、及び、特に分離機構１７を航空機に既に存在するアクチュエータに統合することにより、既存のセンサを使用することを可能にする。

計算機１８は専用の計算機であってもよいし、より有利には、アクチュエータ１２を搭載している航空機の計算機の一部であってもよい。

図３には、主荷重経路１の破損及び副荷重経路１０による荷重の引き継ぎが示されている。

この破損はプライマリハイクリップ４の位置に示されているが、アクチュエータの主荷重経路１に関係する任意の要素で発生してもよい。

前記破損の前に、すなわち「正常」動作中に、センサ１５はネジ２に接続され、ネジ２の角度位置を表わす情報を測定する。

さらに、ネジ２はパイロットが航空機と通信する飛行コマンドを介して、パイロットによって回転制御される。

ネジ２の角度位置を表わす情報は、分離機構１７を介してネジ２に接続されていないために主荷重経路１において破断が起きた場合でもそれの役目としてネジ２の角度位置を表わす情報を測定し続ける第２位置センサ１９によって測定される。

主荷重経路１における破断が起きた場合、荷重を引き継ぐのは副荷重経路１０である。

この場合、ロッド３は主荷重経路１の破壊を示す所定の閾値特性を超える、ネジ２に対する相対的な変位を起こす。

この閾値を超える変位が起きた場合、分離機構１７はネジ２と位置センサ１５との間の接続の切断を引き起こす。

その結果、センサ１５はネジ２の角度位置を表す情報を測定しなくなる。

そして、位置センサ１５は０又は一定である信号を測定し、それは主荷重経路１の破断の検出及びそれによる故障の検出を可能にする。

有利には、この故障は位置センサ１５によって測定された角度位置を表わす情報と、第２位置センサ１９によって測定されたネジ２の角度位置を表わす情報とを比較することにより検出される。

実際、主荷重経路１が破断した場合には、第２のセンサ１９はネジ２の角度位置及び該位置決めにおける変動を表わす情報を測定し続ける。
計算機１８が前記信号と分離機構１７によってネジ２から切り離された位置センサ１５により測定された信号とを比較した場合、故障前にそれらの信号が等しいか少なくとも相関していたのに対し、それらが異なったものになることは明らかである。

有利には、計算機１８は位置センサ１５によって測定された情報と第２位置センサ１９によって測定された情報との間の比較が所定の閾値より大きい又は所定の閾値未満であるとき、破断を検出するように構成されている。

本発明はネジ２と安全ロッド３において故障を直接的に検出するものであり、副荷重経路のハイクリップ８や主荷重経路のハイクリップ４において故障を検出するのではないので、本発明は従来技術とは一線を画す。

本発明はアクチュエータの部品間に位置決めセンサを必要としないため、部品間の遊び（「フラッター」）を減少させることができ、それは非常に有利である。

実際、「フラッター」の仕様が非常に厳しいことは当業者に知られている。

さらに、提案された解決は単純かつ低コストである。

これは、特に、本発明が付加的なセンサをほとんど必要としないということに基づく。

また、もう１つの特徴は、セカンダリハイクリップにあるセンサと飛行機の計算機とを接続する外装ケーブルを必要とする特定の先行技術の解決策に比べて７キロ程度と、大幅な飛行機の重量の削減である。

さらに、必要な機器の簡易さにより、本発明は困難な屋外の条件下（低温...）で故障を検出することができる。

本発明による装置１３と飛行制御アクチュエータ１２の特定の実施形態が図４に示されている。

この実施形態では、分離機構１７は破断可能ピン２３を備えている。

前記破断可能ピン２３は、主荷重経路１における破断（ネジ又は主荷重経路１の他の要素の破損）が起きた時にロッド３によりネジ２にかかる機械的負荷に相当する所定の負荷で破断するように較正された断面を有する。

実際、本発明によれば、分離機構１７は、主荷重経路１における破断が起きた時のロッド３のネジ２に対する相対運動が起きた場合に、ネジ２をセンサ１５から切り離す。
前述したように、この変位はロッド３によってネジ２にかかる機械的負荷を引き起こし、それはロッド３のネジ２に対する相対運動に関する情報を得ることを可能にする。

前記破断可能ピン２３は、偽検出を防止するために、主荷重経路１の破断時にロッド３によってネジ２にかかる負荷未満では壊れないように較正される。この負荷閾値はシミュレーション及び／又はその場の測定によって既知となる。

ピン２３はネジ２とロッド３を通して拡張するスロットに配置されるか、又はこの目的のために溝状に形成された凹部に配置される。

さらに、前記破断可能ピン２３が破損した場合には、該ピン２３の軸が所定の抜き取り荷重を受け、該ピン２３がネジ２から抜き取られることを可能にする。
前記抜き取り負荷はピン２０によりネジ２に対して直角に作用する。

ピン２３はネジ２を、例えば、回転駆動される角度位置センサ等の、位置センサ１５を歯車列を介して駆動するピニオン２２に接続する。

主荷重経路１に破断が起きた場合、図５に示されるように、ロッド３はピン２３の破断を引き起こすピン２３の破損閾値以上の機械的負荷を作用させる。
ピン２３にかかるバネ荷重により、それはネジ３から切り離される。分離により、ピニオン２２は、特に軸受２１によって、回転自由となる。

したがって、ピニオン２２はネジ２の回転に追従しなくなり、それはセンサ１５がネジ２の角度位置を表わす情報を測定しなくなることを意味し、かつ前記ネジ２から切り離され、それは主荷重経路１における破断の検出を可能とする。

計算機８は位置センサ１５によって測定された信号と第２位置センサ１９によって測定された信号と比較し、比較が所定の閾値より大きい（あるいは、場合に応じて、少ない）場合に、故障を検出する。

他の分離機構１７を作製することもできる。

本発明は、主荷重経路と、前述したように主荷重経路が破断した場合に負荷を引き継ぐことが可能な副荷重経路とを有する任意の飛行制御アクチュエータに適用される。

本発明はコスト、単純性、信頼度、及び統合に関して多数の長所を提供する

Claims (9)

1. 飛行制御アクチュエータにおける主荷重経路の破損を検出するための装置（１３）であって、
   前記アクチュエータが中空回転ネジ（２）を備える主荷重経路（１）と、
   該ネジ（２）を貫通する荷重引き受け安全ロッド（３）を備える副荷重経路（１０）とを有し、
   前記装置（１３）が前記ネジの角度位置を表す情報を測定するために前記ネジ（２）に接続された位置センサ（１５）と、
   前記主荷重経路（１）の破断時に前記ネジ（２）に対する前記ロッド（３）の相対的な変位が起こった場合に前記位置センサ（１５）をネジ（２）から切り離すことが可能な分離機構（１７）と、を備えることを特徴とする装置。
2. 前記位置センサ（１５）により測定された情報と、前記分離機構（１７）から独立した第２位置センサ（１９）によって測定され前記ネジ（２）の角度位置を表す情報と、を比較する計算機（１８）をさらに備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記比較が所定の閾値より大きいか又は所定の閾値未満である場合、前記計算機（１８）が前記主荷重経路（１）における破断を検出するように構成されている、請求項２に記載の装置。
4. 前記分離機構（１７）が、前記ロッド（３）が前記ネジ（２）又は前記主荷重経路（１）の他の要素の破損時にロッド（３）により前記ネジ（２）にかかる機械的負荷に相当する所定の負荷を前記ネジ（２）にかけた場合、前記位置センサ（１５）を前記ネジ（２）から切り離すことが可能である、請求項１乃至３の１つに記載の装置。
5. 前記分離機構（１７）が破断可能ピン（２３）を備える、請求項１乃至４の１つに記載の装置。
6. 前記破断可能ピン（２３）が、前記主荷重経路（１）の破損時に前記ロッド（３）により前記ネジ（２）にかかる機械的負荷に相当する所定の負荷で破断するように較正されている断面を有する、請求項５に記載の装置。
7. 前記破断可能ピン（２３）が、該ピン（２３）が破損した場合に所定の抜き取り荷重を受け、該ピン（２３）の前記ネジ（２）からの抜き取りを可能にする、請求項５又は６に記載の装置。
8. 前記位置センサ（１５）が角度位置センサ（１５）である、請求項１乃至７の１つに記載の装置。
9. 中空回転ネジ（２）を備える主荷重経路（１）と、該ネジ（２）を貫通する荷重引き受け安全ロッド（３）を備える副荷重経路（１０）であって、前記主荷重経路（１）に破断が起きた場合に該主荷重経路（１）にかかる負荷を引き継ぐことが可能な副荷重経路（１０）とを備える飛行制御アクチュエータ（１２）であって、
   前記アクチュエータ（１２）が、請求項１乃至８の１つに記載の、前記主荷重経路の破断を検出するための装置（１３）を備えることを特徴とする飛行制御アクチュエータ（１２）。

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