JP5905294B2 - 航空機アクチュエータの油圧システム - Google Patents

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Description

本発明は、航空機の舵面を駆動する油圧作動式のアクチュエータを有するとともにこのアクチュエータに対して圧油を供給する、航空機アクチュエータの油圧システムに関する。
航空機においては、動翼(操縦翼面)として形成されて、補助翼(エルロン)、昇降舵(エレベータ)、方向舵(ラダー)等として構成される舵面が設けられている。そして、このような舵面を駆動するアクチュエータとして、油圧作動式のアクチュエータがよく用いられている。尚、特許文献1に開示されているように、航空機では、例えば、1つの舵面に2つの油圧作動式のアクチュエータが取り付けられ、この2つのアクチュエータによって舵面が駆動されている。
上記のようなアクチュエータに対しては、航空機の機体に設置された油圧源である機体側油圧源から圧油が供給される。そして、特許文献1に開示されているように、1つの舵面を駆動する2つのアクチュエータに対しては、機体に設置された別系統の機体側油圧源からそれぞれ圧油が供給される。
また、特許文献1においては、機体側油圧源の機能の喪失又は低下が発生した場合に、2つのアクチュエータのうちの一方のアクチュエータに対して圧油を供給することが可能な油圧システム(LBHA104)が開示されている。この油圧システムは、機体側油圧源とは独立して設けられたポンプを含むローカルポンプユニット(LPU71)と、上記の一方のアクチュエータと、を備えて構成されている。また、この油圧システムのローカルポンプユニットは、エルロン又はエレベータとして設けられた1つの舵面を駆動する2つのアクチュエータのうちの一方のアクチュエータから排出される圧油を昇圧し、その一方のアクチュエータに対して供給可能に設けられている。そして、このローカルポンプユニットは、機体側油圧源において圧力低下が生じてその機能の喪失又は低下が発生したときに運転が行われるように構成されている。
また、特許文献2においては、航空機に搭載された電子機器を冷却する冷却機器が開示されている。この冷却機器は、機体の外部の空気を電子機器まで誘導して冷却した後に外部へと排出する機構として構成されている。このため、この冷却機器によると、冷却機器の大型化の抑制が可能となる。
米国特許第7600715号明細書 特開平10−30857号公報
航空機において機体側油圧源の機能の喪失又は低下が発生した場合であっても、特許文献1に開示されたようなローカルポンプユニットを備える油圧システムを作動させることによって、1つの舵面に対応して設けられた複数のアクチュエータのうちの1つを駆動し、舵面を駆動することができる。しかし、機体側油圧源の機能の喪失時又は低下時には、上記の油圧システムの連続運転が行われることになるため、この油圧システムの温度が上昇することになる。
また、特許文献1に開示された上記の油圧システムでは、1つの舵面に対応して設けられた複数のアクチュエータのうちの1つを駆動することで舵面を駆動するため、高圧の仕様のポンプが必要となる。このため、上記の油圧システムにおける油の内部漏洩に伴うポンプ及びそれを駆動する電動モータでの仕事量の増大を招き、更に温度の上昇を招き易くなってしまうという問題がある。従って、油圧システムの温度上昇を抑制するため、上記の油圧システム全体としての発熱量に応じた冷却能力を有する冷却機器が必要となる。しかしながら、油圧システムにおける発熱量が多くなると、油圧システムの冷却用の冷却機器の大型化も招くことになる。
一方、特許文献2においては、前述のように、航空機に搭載された電子機器を冷却する冷却機器が開示されている。しかしながら、この冷却機器は、機体の外部の空気を冷却対象の機器まで誘導した後に外部へと排出する機構として構成されている。このため、大型化が抑制されるものの、航空機の飛行の際における抵抗が増大することになる。よって、油圧システムを冷却するための機器として特許文献2に開示された冷却機器が設けられると、航空機の機体効率が低下してしまうことになる。
また、近年においては、燃費向上のための機体の効率向上を目的として翼の薄型化を図る薄翼化の対応が図られることが望まれている。そして、薄翼化された翼の内部に油圧システムを設置するためには、その油圧システムの小型化が非常に重要となる。また、機体燃費向上の観点からも、油圧システムの小型化による軽量化が図られることが求められる。更に、油の内部漏洩に伴う効率の低下が抑制されて油圧システム全体としての発熱が抑制され、冷却機器の小型化或いは削減が図られる必要がある。
本発明は、上記実情に鑑みることにより、1つの舵面を駆動する複数のアクチュエータを備える航空機アクチュエータの油圧システムにおいて、機体側油圧源の機能の喪失時又は低下時であってもアクチュエータを駆動可能であって、機体効率の低下を防止できるとともにシステム全体としての発熱を抑制でき、システム構成の小型化を図ることができる、航空機アクチュエータの油圧システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための第1発明に係る航空機アクチュエータの油圧システムは、航空機の舵面を駆動する油圧作動式のアクチュエータを有するとともにこのアクチュエータに対して圧油を供給する、航空機アクチュエータの油圧システムに関する。そして、第1発明に係る航空機アクチュエータの油圧システムは、前記航空機の機体に設置された機体側油圧源からの圧油が供給されることで作動し、1つの前記舵面を駆動する複数の前記アクチュエータと、前記舵面が設けられる翼の内部に設置され、前記機体側油圧源の機能の喪失又は低下が発生したときに前記アクチュエータに対して圧油を供給可能なバックアップ用油圧ポンプと、を備え、1つの前記舵面を駆動する複数の前記アクチュエータに対しては、同じ機体側油圧源からの圧油が供給され、1つのバックアップ用油圧ポンプが、1つの前記舵面を駆動する複数の前記アクチュエータに対して圧油を供給することを特徴とする。
この構成によると、航空機アクチュエータの油圧システムが、同じ機体側油圧源から圧油が供給されるとともに1つの舵面を駆動する複数のアクチュエータを備える油圧システムとして設けられる。そして、この油圧システムでは、機体側油圧源の機能の喪失又は低下が発生した場合であっても、翼の内部に設置された1つのバックアップ用油圧ポンプから、上記の複数のアクチュエータに対して圧油が供給され、複数のアクチュエータを駆動することができる。
また、上記の構成によると、1つの舵面を駆動する複数のアクチュエータが、バックアップ用油圧ポンプから供給される圧油によって同時に駆動される。このため、機体側油圧源の機能の喪失時又は低下時に単独のアクチュエータによって舵面を駆動する従来技術とは異なり、バックアップ用油圧ポンプが低圧の仕様であっても、複数のアクチュエータによって高出力で舵面を駆動することができる。このため、油圧システムにおける油の内部漏洩に伴うバックアップ用油圧ポンプ及びそれを駆動する電動モータでの仕事量を低減することができる。
ここで、1つの舵面を出力仕様が同じ2つのアクチュエータが駆動する油圧システムの形態を例にとって、バックアップ用油圧ポンプの吐出圧力と油圧システムにおける油の内部漏洩によるエネルギーの損失との関係について説明する。2つのアクチュエータのうちの1つに対して所定の吐出圧力のバックアップ用油圧ポンプで圧油を供給する従来の形態と、2つのアクチュエータの両方に対して上記の所定の吐出圧力の半分の吐出圧力のバックアップ用油圧ポンプで圧油を供給する前述の構成に基づく形態とは、同じ出力で舵面を駆動することができる。一方、油圧システムにおける油の内部漏洩量は、ポンプの吐出圧力の平方根と作動するアクチュエータの数とに比例する。そして、油圧システムでのエネルギーの損失は、油の内部漏洩量とポンプの吐出圧力との積に比例する。このため、前述の構成に基づく形態は、従来の形態と比較すると、油の内部漏洩量については、ポンプの吐出圧力が半減するものの作動するアクチュエータの数が2倍となるため、約1.41倍程度となる。しかし、前述の構成に基づく形態は、従来の形態と比較すると、ポンプの吐出圧力が半分となるため、油圧システムでのエネルギーの損失は、約0.71倍程度となる。即ち、エネルギーの損失が、29%程度低減されることになる。
よって、前述の構成によると、油の内部漏洩に伴う効率の低下が抑制され、油圧システム全体としての発熱を抑制することができる。そして、前述の構成によると、油圧システムでの発熱が抑制されるため、油圧システムを冷却するために翼内に設けられる冷却機器の小型化或いは削減を図ることができる。これにより、油圧システム全体としての小型化を図ることができ、薄翼化された翼の内部に油圧システムを設置することができる。また、冷却機器の小型化或いは削減を図ることができるため、機体或いは翼の外部の空気を冷却対象の機器まで誘導した後に外部へと排出する冷却機器が不要となる。このため、機体効率の低下も防止されることになる。
従って、前述の構成によると、1つの舵面を駆動する複数のアクチュエータを備える航空機アクチュエータの油圧システムにおいて、機体側油圧源の機能の喪失時又は低下時であってもアクチュエータを駆動可能であって、機体効率の低下を防止できるとともにシステム全体としての発熱を抑制でき、システム構成の小型化を図ることができる。
第2発明に係る航空機アクチュエータの油圧システムは、第1発明の航空機アクチュエータの油圧システムにおいて、複数の前記アクチュエータとして設けられ、前記機体側油圧源である第1の機体側油圧源からの圧油が供給されることで作動し、前記舵面として設けられた第1の舵面を駆動する複数の第1のアクチュエータと、複数の前記アクチュエータとして設けられ、前記第1の機体側油圧源とは異なる前記機体側油圧源である第2の機体側油圧源からの圧油が供給されることで作動し、前記舵面として設けられるとともに前記第1の舵面と対で作動するよう設けられた第2の舵面を駆動する複数の第2のアクチュエータと、前記バックアップ用油圧ポンプとして設けられ、前記第1の舵面が設けられる翼の内部に設置され、前記第1の機体側油圧源の機能の喪失又は低下が発生したときに複数の前記第1のアクチュエータに対して圧油を供給可能な第1のバックアップ用油圧ポンプと、前記バックアップ用油圧ポンプとして設けられ、前記第2の舵面が設けられる翼の内部に設置され、前記第2の機体側油圧源の機能の喪失又は低下が発生したときに複数の前記第2のアクチュエータに対して圧油を供給可能な第2のバックアップ用油圧ポンプと、を備えていることを特徴とする。
特許文献1に開示された油圧システムの場合、1つの舵面を駆動する複数のアクチュエータに対しては、機体側に設置された別系統の機体側油圧源からそれぞれ圧油が供給される。このため、1つの舵面を駆動する複数のアクチュエータが設けられる翼内の領域と機体側油圧源が設置された機体との間に、多くの配管系統が必要となる。即ち、機体側油圧源からアクチュエータまで圧油を送るための配管系統と、アクチュエータから排出された油を機体側油圧源まで戻すための配管系統とが、複数の機体側油圧源のそれぞれに対応して、翼内に設置されることが必要となる。このため、配管系統を設置するために必要な翼の内部のスペースの増大を招いてしまうことになる。とくに、薄翼化された翼の内部においては、多くの配管系統を設置するためのスペースを確保することが困難となる。
これに対し、上記の構成によると、第1の舵面を駆動する複数の第1のアクチュエータは、第1の機体側油圧源からの圧油により作動し、第1の機体側油圧源の機能の喪失時又は低下時には、第1のバックアップ用油圧ポンプからの圧油により作動する。一方、第2の舵面を駆動する複数の第2のアクチュエータは、第2の機体側油圧源からの圧油により作動し、第2の機体側油圧源の機能の喪失時又は低下時には、第2のバックアップ用油圧ポンプからの圧油により作動する。このため、1つの舵面を駆動する複数のアクチュエータが設けられるそれぞれの翼内の領域と機体側油圧源が設置された機体との間には、1つの機体側油圧源に対応した配管系統のみが設置されることになる。このため、配管系統を設置するために必要な翼の内部のスペースを削減することができる。これにより、薄翼化された翼の内部であっても、配管系統を設置するためのスペースを容易に確保することができる。
本発明によると、1つの舵面を駆動する複数のアクチュエータを備える航空機アクチュエータの油圧システムにおいて、機体側油圧源の機能の喪失時又は低下時であってもアクチュエータを駆動可能であって、機体効率の低下を防止できるとともにシステム全体としての発熱を抑制でき、システム構成の小型化を図ることができる。
本発明の実施形態に係る航空機アクチュエータの油圧システムが適用される航空機の一部を示す模式図である。 図1に示す航空機アクチュエータの油圧システムを含む油圧回路を模式的に示す油圧回路図である。 航空機アクチュエータの油圧システムの航空機への適用形態に関する変形例を説明するための図であって、航空機の一部を示す模式図である。
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。尚、本発明の実施形態は、航空機の舵面を駆動する油圧作動式のアクチュエータを有するとともにこのアクチュエータに対して圧油を供給する航空機アクチュエータの油圧システムとして広く適用することができるものである。
図1は、本発明の実施形態に係る航空機アクチュエータの油圧システム(1、1a、1b)が適用される航空機100の一部を示す模式図である。また、図1では、航空機100の機体101の胴体部分の一部と一対の主翼(102a、102b)とが図示されている。尚、図1の模式図では、各主翼(102a、102b)についての中途部分の図示が省略されている。
主翼102aには、航空機100の舵面を構成する動翼(操縦翼面)として、エルロン(補助翼)103aが設けられている。同様に、主翼102bには、航空機100の舵面を構成する動翼(操縦翼面)として、エルロン(補助翼)103bが設けられている。そして、図1に例示するように、主翼102aにおけるエルロン103aは、複数(本実施形態では、2つ)のアクチュエータ(11a、11b)によって駆動されるように構成されている。また、主翼102bにおけるエルロン103bも、複数(本実施形態では、2つ)のアクチュエータ(11a、11b)によって駆動されるように構成されている。
主翼102aの内部には、エルロン103aを駆動するアクチュエータ(11a、11b)と、それらのアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給するように構成された油圧装置12とが設置されている。同様に、主翼102bの内部には、エルロン103bを駆動するアクチュエータ(11a、11b)と、それらのアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給するように構成された油圧装置12とが設置されている。
そして、本発明の1つの実施形態に係る航空機アクチュエータの油圧システム1a(以下、単に「油圧システム1a」とも称する)は、主翼102aの内部に設置された複数のアクチュエータ(11a、11b)及び油圧装置12を備えて構成されている。油圧システム1aは、エルロン103aに対応して設けられている。即ち、油圧システム1aは、舵面であるエルロン103aを駆動する油圧作動式のアクチュエータ(11a、11b)を有するとともにこれらのアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給する油圧システムとして設けられている。
また、本発明の他の実施形態に係る航空機アクチュエータの油圧システム1b(以下、単に「油圧システム1b」とも称する)は、主翼102bの内部に設置された複数のアクチュエータ(11a、11b)及び油圧装置12を備えて構成されている。油圧システム1bは、エルロン103bに対応して設けられている。即ち、油圧システム1bは、舵面であるエルロン103bを駆動する油圧作動式のアクチュエータ(11a、11b)を有するとともにこれらのアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給する油圧システムとして設けられている。
また、本発明の更に他の実施形態に係る航空機アクチュエータの油圧システム1(以下、単に「油圧システム1」とも称する)は、油圧システム1a及び油圧システム1bを備えて構成されている。このため、油圧システム1は、舵面であるエルロン(103a、103b)のそれぞれを複数で駆動する油圧作動式のアクチュエータ(11a、11b)を各舵面に対応して備えるとともに各舵面に複数で対応するアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給する油圧システムとして設けられている。
本実施形態においては、各主翼(102a、102b)のそれぞれに設置される油圧システム1a及び油圧システム1bは、同様に構成されたアクチュエータ(11a、11b)及び油圧装置12を有しており、同様に構成されている、そこで、以下の説明においては、一方の主翼102aに設置される油圧システム1aについて説明する。そして、他方の主翼102bに設置される油圧システム1bに関する油圧システム1aと同様の構成についての説明を省略する。
図2は、エルロン103aに対応して設けられた油圧システム1aを含む油圧回路を模式的に示す油圧回路図である。図2に示すように、複数のアクチュエータ(11a、11b)のそれぞれは、エルロン103aに連結されており、エルロン103aを駆動可能なシリンダ機構を備えて構成されている。また、アクチュエータ11aには、そのシリンダ機構の作動を制御するための制御弁17aが備えられている。同様に、アクチュエータ11bには、そのシリンダ機構の作動を制御するための制御弁17bが備えられている。
そして、アクチュエータ(11a、11b)におけるシリンダ機構は、シリンダ15、ピストン16aが設けられたロッド16、等を備え、シリンダ15内がピストン16aによって2つの油室(15a、15b)に区画されて構成されている。また、アクチュエータ11aにおいては、シリンダ15における各油室(15a、15b)は、制御弁17aを介して後述の機体側油圧源104及びリザーバ回路106に対して連通可能に構成されている。また、アクチュエータ11bにおいては、シリンダ15における各油室(15a、15b)は、制御弁17bを介して機体側油圧源104及びリザーバ回路106に対して連通可能に構成されている。尚、油圧システム1bにおけるアクチュエータ(11a、11b)は、後述の機体側油圧源105及び機体側油圧源105に対応するリザーバ回路(図示せず)に対して連通可能に構成されている。
図1に示す機体側油圧源104は、圧油を供給する機体側油圧ポンプ104a、通過する油を冷却する熱交換器を有して機体側油圧ポンプ104aから供給する圧油を冷却する油冷却装置(図示せず)、等を備えて構成されている。この機体側油圧源104は、機体101側に(機体101の内部に)設置された油圧源として設けられている。
また、図1に示す機体側油圧源105も、機体側油圧源104と同様に、圧油を供給する機体側油圧ポンプ105a、通過する油を冷却する熱交換器を有して機体側油圧ポンプ105aから供給する圧油を冷却する油冷却装置(図示せず)、等を備えて構成されている。この機体側油圧源105は、機体101側に(機体101の内部に)設置された油圧源として設けられている。尚、機体側油圧源104及び機体側油圧源105のそれぞれは、互いに独立した系統として設けられている。
機体側油圧源104は、一対のエルロン(103a、103b)のうちの一方のエルロン103aに対応している。機体側油圧源104からの圧油が供給されることで、1つの舵面であるエルロン103aを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)が作動する。即ち、機体側油圧源104は、エルロン103aに対応する油圧システム1aにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)に対して、圧油を供給可能に接続されている。そして、機体側油圧源104は、エルロン103bに対応する油圧システム1bにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)に対しては、接続されていない。
一方、機体側油圧源105は、一対のエルロン(103a、103b)のうちの他方のエルロン103bに対応している。機体側油圧源105からの圧油が供給されることで、1つの舵面であるエルロン103bを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)が作動する。即ち、機体側油圧源105は、エルロン103bに対応する油圧システム1bにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)に対して、圧油を供給可能に接続されている。そして、機体側油圧源105は、エルロン103aに対応する油圧システム1aにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)に対しては、接続されていない。
上記のように、本実施形態では、1つの舵面であるエルロン103aを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)に対しては、同じ機体側油圧源104からの圧油が供給される。そして、1つの舵面であるエルロン103bを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)に対しては、同じ機体側油圧源105からの圧油が供給される。尚、航空機100においては、機体側油圧源104及び機体側油圧源105が、エルロン(103a、103b)以外の動翼を駆動するアクチュエータ(図示せず)に対しても圧油を供給するように構成されている。
図2に示すリザーバ回路106は、圧油として供給された後にエルロン103aに対応するアクチュエータ(11a、11b)から排出される油(作動油)が流入して戻るタンク(図示せず)を有するとともに、機体側油圧源104に連通するように構成されている。即ち、リザーバ回路106は、主翼102aに設置されたアクチュエータ(11a、11b)に接続されるとともに、機体側油圧源104に接続されている。これにより、リザーバ回路106に戻った油が機体側油圧源104で昇圧され、油圧システム1aのアクチュエータ(11a、11b)に供給される。尚、機体側油圧源104から独立した系統として構成された機体側油圧源105に対しても、リザーバ回路106と同様に設けられてリザーバ回路106から独立した系統として構成されるリザーバ回路(図示せず)が連通するように設けられている。
アクチュエータ11aの制御弁17aは、機体側油圧源104に連通する供給通路104b及びリザーバ回路106に連通する排出通路106aと、アクチュエータ11aのシリンダ15における油室(15a、15b)との接続状態を切り替えるバルブ機構として設けられている。この制御弁17aは、例えば、電気油圧サーボ弁(EHSV)として設けられ、比例的にスプール(図示せず)の位置を切り替え可能に構成されている。そして、制御弁17aは、アクチュエータ11aの動作を制御するアクチュエータコントローラ14aからの指令信号に基づいて駆動される。
また、アクチュエータ11bの制御弁17bは、供給通路104b及び排出通路106aと、アクチュエータ11bのシリンダ15における油室(15a、15b)との接続状態を切り替えるバルブ機構として設けられている。そして、制御弁17bは、制御弁17aと同様に構成され、例えば、電気油圧サーボ弁(EHSV)として設けられ、比例的にスプール(図示せず)の位置を切り替え可能に構成されている。そして、制御弁17bは、アクチュエータ11bの動作を制御するアクチュエータコントローラ14bからの指令信号に基づいて駆動される。
また、制御弁17aがアクチュエータコントローラ14aからの指令信号に基づいて切り替えられることで、供給通路104bから油室(15a、15b)の一方に圧油が供給され、油室(15a、15b)の他方から排出通路106aに油が排出される。これにより、シリンダ15に対してロッド16が変位し、エルロン103aが駆動される。また、図示が省略されているが、アクチュエータ11aには、そのシリンダ機構と制御弁17aとの間において、油室(15a、15b)間の連通状態(モード)を切り替えるモード切替弁が設けられている。尚、制御弁17bの作動については、アクチュエータコントローラ14bからの指令信号に基づいて制御弁17bが作動する点を除き、上述した制御弁17aと同様であるため、説明を省略する。
尚、アクチュエータコントローラ14aは、制御弁17aを介してアクチュエータ11aのシリンダ機構の作動を制御するコントローラとして設けられている。そして、アクチュエータコントローラ14bは、制御弁17bを介してアクチュエータ11bのシリンダ機構の作動を制御するコントローラとして設けられている。そして、アクチュエータコントローラ14a及びアクチュエータコントローラ14bは、エルロン103aの作動を指令する更に上位のコンピュータであるフライトコントローラ13からの指令信号に基づいて、アクチュエータ(11a、11b)を制御するように構成されている。また、フライトコントローラ13は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)、メモリ、インターフェース等を備えて構成されている。
次に、油圧システム1aにおける油圧装置12について説明する。油圧システム1aの油圧装置12は、エルロン103aを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給するように構成されている。油圧装置12は、主翼102aの内部に設置されている。そして、油圧装置12は、バックアップ用油圧ポンプ18、電動モータ19、ドライバ20、逆止弁(21、22)、リリーフ弁23、等を備えて構成されている。
バックアップ用油圧ポンプ18は、主翼102aの内部に配置され、例えば、斜板を有する可変容量式の油圧ポンプとして構成されている。このバックアップ用油圧ポンプ18は、その吸込み側が排出通路106aに連通するように接続され、その吐出側が逆止弁21を介して供給通路104bに圧油を供給可能に連通するように接続されている。
また、バックアップ用油圧ポンプ18は、機体側油圧源104の機能(圧油供給機能)の喪失又は低下が発生したときに複数のアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給可能な油圧ポンプとして設けられている。即ち、バックアップ用油圧ポンプ18は、機体側油圧源104の機体側油圧ポンプ104aの故障或いは油漏れ等によって機体側油圧源104の機能の喪失又は低下が発生したときに複数のアクチュエータ(11a、11b)に圧油を供給可能に構成されている。
また、本実施形態では、1つのバックアップ用油圧ポンプ18が、1つの舵面としてのエルロン103aを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給するように構成されている。そして、バックアップ用油圧ポンプ18の最大吐出圧力の仕様は、同じ出力仕様の2つのアクチュエータ(11a、11b)がバックアップ用油圧ポンプ18からの圧油によって同時に駆動される際にエルロン103aを駆動するために必要とされる駆動力を確保可能なように、設定される。
尚、仮に、2つのアクチュエータ(11a、11b)のうちの一方のみの1つのアクチュエータによってエルロン103aを駆動する際に必要な駆動力を確保するために必要となる油圧ポンプの最大吐出圧力が3000psi(20.7MPa)とする。この場合、バックアップ用油圧ポンプ18の最大吐出圧力は、同じ出力仕様の2つのアクチュエータ(11a、11b)がバックアップ用油圧ポンプ18からの圧油によって同時に駆動されるため、エルロン103aを駆動するために必要とされる駆動力を確保可能なように、1500psi(10.3MPa)に設定されることになる。
また、前述した逆止弁21は、バックアップ用油圧ポンプ18から複数のアクチュエータ(11a、11b)へ向かう方向の油の流れを許容してその逆方向の油の流れを規制する逆止弁として設けられている。また、供給通路104bには、バックアップ用油圧ポンプ18の吐出側の油路、即ち、逆止弁21の下流側の油路が接続する箇所の上流側(同油路が接続する箇所よりも機体側油圧ポンプ104a側)において、逆止弁22が設けられている。この逆止弁22は、機体側油圧ポンプ104aから複数のアクチュエータ(11a、11b)へ向かう方向の油の流れを許容してその逆方向の油の流れを規制する逆止弁として設けられている。
また、排出通路106aには、バックアップ用油圧ポンプ18の吸込み側の油路が接続する箇所の下流側(同油路が接続する箇所よりもリザーバ回路106側)において、複数のアクチュエータ(11a、11b)から排出された油の圧力が上昇した際にリザーバ回路106へ圧油を排出するリリーフ弁23が設けられている。また、このリリーフ弁23には、供給通路104bに連通するとともにバネが配置されたパイロット圧室が設けられている。供給通路104bから供給される圧油の圧力が所定の圧力値よりも低下すると、パイロット圧油として供給通路104bから上記のパイロット圧室に供給されている圧油の圧力(パイロット圧)も所定の圧力値より低下し、排出通路106aがリリーフ弁23によって遮断されることになる。
上記のように、油圧装置12では、上述した逆止弁(21、22)及びリリーフ弁23が設けられていることにより、機体側油圧源104の機能の喪失時又は低下時に、複数のアクチュエータ(11a、11b)から排出された油をリザーバ回路106に戻すことなくバックアップ用油圧ポンプ18で昇圧できる。そして、油圧装置12では、その昇圧された圧油を複数のアクチュエータ(11a、11b)に供給可能となる。
電動モータ19は、バックアップ用油圧ポンプ18とともに主翼102a内に設置されている。そして、電動モータ19は、バックアップ用油圧ポンプ18に対して、カップリング等を介して連結され、このバックアップ用油圧ポンプ18を駆動するように構成されている。この電動モータ19は、ドライバ20を介して、フライトコントローラ13からの指令信号に基づいて運転状態が制御される。尚、ドライバ20は、フライトコントローラ13からの指令信号に基づいて電動モータ19へ供給される電流及び電動モータ19の運転速度(回転速度)を制御してこの電動モータ19を駆動するように構成されている。
尚、フライトコントローラ13は、機体側油圧源104の吐出圧力又は供給通路104bを通過する圧油の圧力を検知する圧力センサ(図示せず)に対して、その圧力センサで検知された圧力検知信号が入力されるように接続されている。フライトコントローラ13は、上記の圧力検知信号に基づいて、機体側油圧源104の機能の喪失又は低下を検知するように構成されている。そして、フライトコントローラ13は、機体側油圧源104の機能の喪失又は低下を検知すると、ドライバ20を制御して電動モータ19を起動し、バックアップ用油圧ポンプ18の運転を開始させる。これにより、複数のアクチュエータ(11a、11b)に対する圧油の供給が行われることになる。
尚、フライトコントローラ13は、機体側油圧源104の機能の喪失又は低下が発生したタイミングに加え、更に、航空機100が離陸態勢に入ったタイミング及び着陸態勢に入ったタイミングでバックアップ用油圧ポンプ18を起動させるように構成されていてもよい。この場合、離陸段階或いは着陸段階で急激に機体側油圧源104の機能の喪失又は低下が生じても、既にバックアップ用油圧ポンプ18は運転されているため安全な飛行を確保することができる。
次に、油圧システム1aの作動について説明する。機体側油圧源104の機能の喪失及び低下が発生していない状態では、バックアップ用油圧ポンプ18の運転は行われない。この状態では、各アクチュエータ(11a、11b)のシリンダ機構に対しては、各制御弁(17a、17b)を介して機体側油圧源104からの圧油が油室(15a、15b)の一方に供給され、油室(15a、15b)の他方から油が排出されて制御弁(17a、17b)を介してリザーバ回路106に戻されることになる。また、各アクチュエータコントローラ(14a、14b)からの指令信号に基づいて各制御弁(17a、17b)の接続状態が切り替えられることで、圧油の供給及び排出が行われる油室(15a、15b)の切り替えが行われる。そして、各アクチュエータ(11a、11b)の油室(15a、15b)への圧油の給排が行われることで、各シリンダ15に対して各ロッド16が変位して複数のアクチュエータ(11a、11b)が作動し、エルロン103aが駆動される。
一方、機体側油圧源104の機能の喪失及び低下が発生すると、フライトコントローラ13からの指令信号に基づいて、ドライバ20が制御されて電動モータ19の運転が開始され、バックアップ用油圧ポンプ18の運転が開始される。そして、各アクチュエータ(11a、11b)のシリンダ機構に対しては、各制御弁(17a、17b)を介してバックアップ用油圧ポンプ18からの圧油が油室(15a、15b)の一方に供給され、油室(15a、15b)の他方から圧油が排出されて各制御弁(17a、17b)を介してバックアップ用油圧ポンプ18に吸い込まれて昇圧されることになる。また、各アクチュエータコントローラ(14a、14b)からの指令信号に基づいて各制御弁(17a、17b)の接続状態が切り替えられることで、圧油の供給及び排出が行われる油室(15a、15b)の切り替えが行われる。これにより、複数のアクチュエータ(11a、11b)が作動してエルロン103aが駆動される。
以上説明したように、本実施形態によると、航空機アクチュエータの油圧システム1aが、同じ機体側油圧源104から圧油が供給されるとともに1つの舵面であるエルロン103aを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)を備える油圧システムとして設けられる。そして、この油圧システム1aでは、機体側油圧源104の機能の喪失又は低下が発生した場合であっても、主翼102aの内部に設置された1つのバックアップ用油圧ポンプ18から、複数のアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油が供給され、複数のアクチュエータ(11a、11b)を駆動することができる。
また、油圧システム1aによると、1つのエルロン103aを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)が、バックアップ用油圧ポンプ18から供給される圧油によって同時に駆動される。このため、機体側油圧源の機能の喪失時又は低下時に単独のアクチュエータによって舵面を駆動する従来技術とは異なり、バックアップ用油圧ポンプ18が低圧の仕様であっても、複数のアクチュエータ(11a、11b)によって高出力でエルロン103aを駆動することができる。このため、油圧システム1aにおける油の内部漏洩に伴うバックアップ用油圧ポンプ18及びそれを駆動する電動モータ19での仕事量を低減することができる。
ここで、1つのエルロン103aを出力仕様が同じ2つのアクチュエータ(11a、11b)が駆動する油圧システムの形態を例にとって、バックアップ用油圧ポンプの吐出圧力と油圧システムにおける油の内部漏洩によるエネルギーの損失との関係について説明する。2つのアクチュエータ(11a、11b)のうちの1つに対して所定の吐出圧力のバックアップ用油圧ポンプで圧油を供給する従来の形態と、2つのアクチュエータ(11a、11b)の両方に対して上記の所定の吐出圧力の半分の吐出圧力のバックアップ用油圧ポンプ18で圧油を供給する本実施形態の構成に基づく形態とは、同じ出力でエルロン103aを駆動することができる。一方、油圧システムにおける油の内部漏洩量は、ポンプの吐出圧力の平方根と作動するアクチュエータ(11a、11b)の数とに比例する。そして、油圧システムでのエネルギーの損失は、油の内部漏洩量とポンプの吐出圧力との積に比例する。このため、本実施形態の構成に基づく形態は、従来の形態と比較すると、油の内部漏洩量については、バックアップ用油圧ポンプ18の吐出圧力が半減するものの作動するアクチュエータ(11a、11b)の数が2倍となるため、約1.41倍程度となる。しかし、本実施形態の構成に基づく形態は、従来の形態と比較すると、バックアップ用油圧ポンプ18の吐出圧力が半分となるため、油圧システムでのエネルギーの損失は、約0.71倍程度となる。即ち、エネルギーの損失が、29%程度低減されることになる。
よって、本実施形態の構成によると、油の内部漏洩に伴う効率の低下が抑制され、油圧システム1a全体としての発熱を抑制することができる。そして、本実施形態の構成によると、油圧システム1aでの発熱が抑制されるため、油圧システム1aを冷却するために主翼102a内に設けられる冷却機器の小型化或いは削減を図ることができる。これにより、油圧システム1a全体としての小型化を図ることができ、薄翼化された主翼102aの内部に油圧システム1aを設置することができる。また、冷却機器の小型化或いは削減を図ることができるため、主翼102aの外部の空気を冷却対象の機器まで誘導した後に外部へと排出する冷却機器が不要となる。このため、機体効率の低下も防止されることになる。
従って、本実施形態の構成によると、1つのエルロン103aを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)を備える航空機アクチュエータの油圧システム1aにおいて、機体側油圧源104の機能の喪失時又は低下時であってもアクチュエータ(11a、11b)を駆動可能であって、機体効率の低下を防止できるとともにシステム全体としての発熱を抑制でき、システム構成の小型化を図ることができる。
尚、本実施形態では、油圧システム1bも、油圧システム1aと同様の効果を奏することができる。即ち、本実施形態の構成によると、1つのエルロン103bを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)を備える航空機アクチュエータの油圧システム1bにおいて、機体側油圧源105の機能の喪失時又は低下時であってもアクチュエータ(11a、11b)を駆動可能であって、機体効率の低下を防止できるとともにシステム全体としての発熱を抑制でき、システム構成の小型化を図ることができる。
次に、油圧システム1について説明する。油圧システム1は、図1に示すように、油圧システム1a及び油圧システム1bを含んで構成される。即ち、油圧システム1は、油圧システム1aにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)、油圧システム1bにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)、油圧システム1aにおける油圧装置12、油圧システム1bにおける油圧装置12、を備えて構成されている。
油圧システム1aにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)は、前述のように、1つのエルロン103aを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)として設けられている。そして、油圧システム1aにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)は、本実施形態における複数の第1のアクチュエータ(11a、11b)を構成している。複数の第1のアクチュエータ(11a、11b)は、本実施形態の第1の機体側油圧104を構成する機体側油圧源104からの圧油が供給されることで作動し、本実施形態における第1の舵面を構成する1つのエルロン103aを駆動する。
油圧システム1bにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)は、前述のように、1つのエルロン103bを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)として設けられている。そして、油圧システム1bにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)は、本実施形態における複数の第2のアクチュエータ(11a、11b)を構成している。複数の第2のアクチュエータ(11a、11b)は、第1の機体側油圧源104とは異なる本実施形態の第2の機体側油圧105を構成する機体側油圧源105からの圧油が供給されることで作動し、第1の舵面であるエルロン103aと対で作動するよう設けられた本実施形態における第2の舵面を構成する1つのエルロン103bを駆動する。
油圧システム1aにおける油圧装置12のバックアップ用油圧ポンプ18は、本実施形態における第1のバックアップ用油圧ポンプ18を構成している。この第1のバックアップ用油圧ポンプ18は、第1の舵面であるエルロン103aが設けられる主翼102aの内部に設置され、第1の機体側油圧源104の機能の喪失又は低下が発生したときに複数の第1のアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給可能に設けられている。
油圧システム1bにおける油圧装置12においても、油圧システム1aと同様のバックアップ用油圧ポンプ18が設けられている。そして、油圧システム1bにおける油圧装置12のバックアップ用油圧ポンプ18は、本実施形態における第2のバックアップ用油圧ポンプ18を構成している。この第2のバックアップ用油圧ポンプ18は、第2の舵面であるエルロン103bが設けられる主翼102bの内部に設置され、第2の機体側油圧源105の機能の喪失又は低下が発生したときに複数の第2のアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給可能に設けられている。
以上説明した油圧システム1も、油圧システム1a及び油圧システム1bと同様の効果を奏することができる。即ち、本実施形態の構成によると、1つのエルロン103aを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)と1つのエルロン103bを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)とを備える航空機アクチュエータの油圧システム1において、機体側油圧源(104、105)の機能の喪失時又は低下時であってもアクチュエータ(11a、11b)を駆動可能であって、機体効率の低下を防止できるとともにシステム全体としての発熱を抑制でき、システム構成の小型化を図ることができる。
また、油圧システム1によると、第1の舵面であるエルロン103aを駆動する複数の第1のアクチュエータ(11a、11b)は、第1の機体側油圧源104からの圧油により作動し、第1の機体側油圧源104の機能の喪失時又は低下時には、第1のバックアップ用油圧ポンプ18からの圧油により作動する。一方、第2の舵面であるエルロン103bを駆動する複数の第2のアクチュエータ(11a、11b)は、第2の機体側油圧源105からの圧油により作動し、第2の機体側油圧源105の機能の喪失時又は低下時には、第2のバックアップ用油圧ポンプ18からの圧油により作動する。このため、1つの舵面であるエルロン103a又は103bを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)が設けられる主翼102a内又は主翼102b内の領域と機体側油圧源(104、105)が設置された機体101との間には、1つの機体側油圧源104又は105に対応した配管系統のみが設置されることになる。このため、配管系統を設置するために必要な主翼(102a、102b)の内部のスペースを削減することができる。これにより、薄翼化された主翼(102a、102b)の内部であっても、配管系統を設置するためのスペースを容易に確保することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施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できる。例えば、次のような変形例が実施されてもよい。
(1)エレベータ、ラダー、フラッペロン等のエルロン以外の舵面を駆動するアクチュエータを有するとともにこのアクチュエータに対して圧油を供給する航空機アクチュエータの油圧システムが実施されてもよい。例えば、図3に示すような変形例が実施されてもよい。図3は、航空機アクチュエータの油圧システムの航空機100への適用形態に関する変形例を説明するための図であって、航空機100の一部を示す模式図である。
図3では、航空機100の機体101の後部と一対の水平尾翼(107a、107b)と垂直尾翼109とが図示されている。尚、垂直尾翼109については、機体101から分離した状態で模式的に示している。図3に示すように、変形例に係る航空機アクチュエータの油圧システム(2、2a、2b、3)は、水平尾翼(107a、107b)、垂直尾翼109に設置されている。尚、変形例に係る航空機アクチュエータの油圧システム(2、2a、2b、3)の説明においては、前述の実施形態と異なる点について説明し、前述の実施形態と同様に構成される要素については、図面において同一の符号を付すことで、又は同一の符号或いは名称を引用することで、説明を省略する。
航空機アクチュエータの油圧システム2a(以下、単に「油圧システム2a」とも称する)は、前述の実施形態の油圧システム1aと同様に、複数のアクチュエータ(11a、11b)及び油圧装置12を備えて構成されている。但し、油圧システム2aは、複数のアクチュエータ(11a、11b)が、水平尾翼107aに設けられた1つの舵面であるエレベータ(昇降舵)108aを駆動するアクチュエータとして構成されている点において、油圧システム1aとは異なっている。
油圧システム2aにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)及び油圧装置12は、水平尾翼107aの内部に設置されている。そして、油圧システム2aにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)は、1つの機体側油圧源104からの圧油が供給される。また、油圧システム2aにおける油圧装置12に1つ設けられたバックアップ用油圧ポンプ18が、1つのエレベータ108aを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給する。
航空機アクチュエータの油圧システム2b(以下、単に「油圧システム2b」とも称する)は、前述の実施形態の油圧システム1bと同様に、複数のアクチュエータ(11a、11b)及び油圧装置12を備えて構成されている。但し、油圧システム2bは、複数のアクチュエータ(11a、11b)が、水平尾翼107bに設けられた1つの舵面であるエレベータ(昇降舵)108bを駆動するアクチュエータとして構成されている点において、油圧システム1bとは異なっている。
油圧システム2bにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)及び油圧装置12は、水平尾翼107bの内部に設置されている。そして、油圧システム2bにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)は、1つの機体側油圧源105からの圧油が供給される。また、油圧システム2bにおける油圧装置12に1つ設けられたバックアップ用油圧ポンプ18が、1つのエレベータ108bを駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給する。
航空機アクチュエータの油圧システム2(以下、単に「油圧システム2」とも称する)は、油圧システム2a及び油圧システム2bを含んで構成される。即ち、油圧システム2は、油圧システム2aにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)、油圧システム2bにおける複数のアクチュエータ(11a、11b)、油圧システム2aにおける油圧装置12、油圧システム2bにおける油圧装置12、を備えて構成されている。
油圧システム2においては、油圧システム2aの複数のアクチュエータ(11a、11b)が、複数の第1のアクチュエータ(11a、11b)を構成している。複数の第1のアクチュエータ(11a、11b)は、第1の機体側油圧104を構成する機体側油圧源104からの圧油が供給されることで作動し、第1の舵面を構成する1つのエレベータ108aを駆動する。また、油圧システム2においては、油圧システム2bの複数のアクチュエータ(11a、11b)が、複数の第2のアクチュエータ(11a、11b)を構成している。複数の第2のアクチュエータ(11a、11b)は、第1の機体側油圧104とは異なる第2の機体側油圧源105を構成する機体側油圧源105からの圧油が供給されることで作動し、第1の舵面であるエレベータ108aと対で作動するよう設けられた第2の舵面を構成する1つのエレベータ108bを駆動する。
また、油圧システム2においては、油圧システム2aにおける油圧装置12のバックアップ用油圧ポンプ18が、第1のバックアップ用油圧ポンプ18を構成している。この第1のバックアップ用油圧ポンプ18は、第1の舵面であるエレベータ108aが設けられる水平尾翼107aの内部に設置され、第1の機体側油圧源104の機能の喪失又は低下が発生したときに複数の第1のアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給可能に設けられている。そして、油圧システム2においては、油圧システム2bにおける油圧装置12のバックアップ用油圧ポンプ18が、第2のバックアップ用油圧ポンプ18を構成している。この第2のバックアップ用油圧ポンプ18は、第2の舵面であるエレベータ108bが設けられる水平尾翼107bの内部に設置され、第2の機体側油圧源105の機能の喪失又は低下が発生したときに複数の第2のアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給可能に設けられている。
航空機アクチュエータの油圧システム3(以下、単に「油圧システム3」とも称する)は、前述の実施形態の油圧システム1bと同様に、複数のアクチュエータ(11a、11b)及び油圧装置12を備えて構成されている。但し、油圧システム3は、複数のアクチュエータ(11a、11b)が、垂直尾翼109に設けられた1つの舵面であるラダー(方向舵)110を駆動するアクチュエータとして構成されている点において、油圧システム1bとは異なっている。
油圧システム3における複数のアクチュエータ(11a、11b)及び油圧装置12は、垂直尾翼109の内部に設置されている。そして、油圧システム3における複数のアクチュエータ(11a、11b)は、1つの機体側油圧源105からの圧油が供給される。また、油圧システム3における油圧装置12に1つ設けられたバックアップ用油圧ポンプ18が、1つのラダー110を駆動する複数のアクチュエータ(11a、11b)に対して圧油を供給する。
上述の変形例のように、エレベータ、ラダー等のエルロン以外の舵面を駆動するアクチュエータを有するとともにこのアクチュエータに対して圧油を供給する航空機アクチュエータの油圧システムが実施されてもよい。
(2)前述の実施形態では、1つの舵面を駆動するアクチュエータが2つの場合を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。1つの舵面を駆動するアクチュエータが3つ以上設けられた航空機アクチュエータの油圧システムが実施されてもよい。
(3)航空機アクチュエータの油圧システムと機体側油圧源とを接続する油圧回路形態については、前述の実施形態で例示された形態に限らず、種々変更されて実施されてもよい。また、バックアップ用油圧ポンプと複数のアクチュエータとを接続する油圧回路形態についても、前述の実施形態で例示された形態に限らず、種々変更されて実施されてもよい。
本発明は、航空機の舵面を駆動する油圧作動式のアクチュエータを有するとともにこのアクチュエータに対して圧油を供給する、航空機アクチュエータの油圧システムとして、広く適用することができるものである。
1 航空機アクチュエータの油圧システム
100 航空機
101 機体
102a、102b 主翼(翼)
103a、103b エルロン(舵面)
104、105 機体側油圧源
11a、11b アクチュエータ
18 バックアップ用油圧ポンプ

Claims (2)

  1. 航空機の舵面を駆動する油圧作動式のアクチュエータを有するとともにこのアクチュエータに対して圧油を供給する、航空機アクチュエータの油圧システムであって、
    前記航空機の機体に設置された機体側油圧源からの圧油が供給されることで作動し、1つの前記舵面を駆動する複数の前記アクチュエータと、
    前記舵面が設けられる翼の内部に設置され、前記機体側油圧源の機能の喪失又は低下が発生したときに前記アクチュエータに対して圧油を供給可能なバックアップ用油圧ポンプと、
    複数の前記アクチュエータのそれぞれに対応して設けられ、それぞれ各アクチュエータを制御する複数の制御弁と、
    前記機体側油圧源および前記バックアップ用油圧ポンプと、前記複数の制御弁とを接続する圧油の供給通路とを備え、
    1つの前記舵面を駆動する複数の前記アクチュエータに対しては、同じ機体側油圧源からの圧油が供給され、
    1つのバックアップ用油圧ポンプが、1つの前記舵面を駆動する複数の前記アクチュエータに対して圧油を供給し、
    前記機体側油圧源および前記1つのバックアップ用油圧ポンプからの圧油は、前記供給通路の途中で分岐されて各制御弁に供給されることを特徴とする、航空機アクチュエータの油圧システム。
  2. 請求項1に記載の航空機アクチュエータの油圧システムであって、
    複数の前記アクチュエータとして設けられ、前記機体側油圧源である第1の機体側油圧源からの圧油が供給されることで作動し、前記舵面として設けられた第1の舵面を駆動する複数の第1のアクチュエータと、
    複数の前記アクチュエータとして設けられ、前記第1の機体側油圧源とは異なる前記機体側油圧源である第2の機体側油圧源からの圧油が供給されることで作動し、前記舵面として設けられるとともに前記第1の舵面と対で作動するよう設けられた第2の舵面を駆動する複数の第2のアクチュエータと、
    前記バックアップ用油圧ポンプとして設けられ、前記第1の舵面が設けられる翼の内部に設置され、前記第1の機体側油圧源の機能の喪失又は低下が発生したときに複数の前記第1のアクチュエータに対して圧油を供給可能な第1のバックアップ用油圧ポンプと、
    前記バックアップ用油圧ポンプとして設けられ、前記第2の舵面が設けられる翼の内部に設置され、前記第2の機体側油圧源の機能の喪失又は低下が発生したときに複数の前記第2のアクチュエータに対して圧油を供給可能な第2のバックアップ用油圧ポンプと、
    を備えていることを特徴とする、航空機アクチュエータの油圧システム。
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