JPS6053202B2

JPS6053202B2 - 機械液圧式サ−ボ装置

Info

Publication number: JPS6053202B2
Application number: JP50037063A
Authority: JP
Inventors: ダブリユ− ミユ−レンデイクジヨン
Original assignee: Pneumo Corp
Current assignee: Pneumo Corp
Priority date: 1974-05-24
Filing date: 1975-03-28
Publication date: 1985-11-25
Also published as: JPS50149895A; DE2514513C2; US3956971A; DE2514513A1; CA1034017A; IL46773A; IL46773A0

Description

【発明の詳細な説明】本発明は機械的フィードバック装置を有する機械液圧式
サーボ装置、特に航空機の操縦桿と動翼との間を連結す
る操舵装置に使用する機械液圧式サーボ装置に関するも
のである。

この種の機械液圧式サーボ装置としては、動翼を保持す
るピストンに動翼側から負荷が加わつて、ピストンが動
かされようとすると、リンク機構によりこの動きを弁に
伝え、弁を作動させ、上記ピストンの動きを補正するよ
うにピストンに液圧を加えるフィードバック補正装置が
あり、航空機操縦系統のサーボ装置として広く使用され
ている。

近年になつて、軍用機操縦系統故障の時にも動翼が構造
的に飛行可能状態を保つことを要求されるようになつた
。

この解決法として、サーボ装置のリンク機構内にバイア
ス装置を組合せるものが）ある。この装置は故障又は被
弾のために、操縦席とサーボ装置との間のリンク装置の
連結が離れた時は、バイアス装置によつてサーボ装置を
中立位置に保持し、動翼を所定の位置に保持するもので
ある。５このようにバイアス装置を設けたサーボ装置
は、操縦席とサーボ装置との間のリンク装置が故障して
いない時、即ちバイアス装置が働いていない時はよいが
、故障又は被弾のためこのリンク装置の連結が離れてし
まうと、バイアス装置がサーボ装置を中立位置に保持す
るが、次の理由によつてサーボ装置は不安定になる。

即ち動翼に負荷が加わつた時、そのエネルギはサーボ装
置の一部の構造部材及びピストンに作用する加圧流体の
歪エネルギとして貯えられ、これ等構造部材及ひ加圧流
体は一種の振動系を構成しており、これ等を総合した固
有振動数で振動しようとする。

一方このサーボ装置は負荷に抗してピストンを一定位置
に保持するため加圧流体をこのピストンのシリンダ内に
流入させるから、上記の固有振動数て振動しようとする
傾向と、シリンダ内に流入しようとする加圧流体との相
互作用によりこのサーボ装置は不安定になる。本発明の
目的は航空機の操舵装置のような主制御装置が故障した
時、バイアス装置によつて、動翼を中立位置に保持した
時、フィードバック作用によつて弁が作動する以前にサ
ーボ装置の振動系の固有振動数における振動を吸収し、
安定な状態て作動し得る機械液圧式サーボ装置を得るに
ある。

この目的を達成するため本発明装置はフィードバック作
用によつて作動弁が作動する以前に所定の限定された僅
かな屈撓運動を行う限定可撓装置と、作動弁の作用を減
衰させる減衰装置とを具えることを特徴とする。

図面につき本発明を説明する。

第１図は本発明による機械液圧式サーボ装置を示し、図
示の例では航空機の動翼制御用とし、本体Ａを連結部１
２によつて支持部Ｂに固着する。

本体Ａに形成したシリンダー１６内にピストン１４が摺
動する。ピストンロッド２０は枢着ピン２２、リンク装
置２４を介して制御部材２６に連結する。この場合の制
御部材は動翼である。作動弁Ｃは流体通路３０，３２に
よつてシリンダー１６の両端に連結してピストン１４を
右または左に動かして制御部材即ち動翼２６を所要の角
度とする。作動弁Ｃの弁スプール３６は流体通路３０，
３２の一方に高圧の加圧流体を供給し、他方の通路を大
気圧に連通させる。弁Ｃの弁スプール３６に結合したリ
ンク４２をピン４４によつてリンク４６に枢着し、リン
ク４６をピン５０によつてリンク５２に枢着する。リン
ク５２をピン５４によつて加算リンク５６に枢着する。
加算リンク５６の一端は枢支部５８によつてピストンロ
ッド２０に結合し、他端は結合部６０によつて入力リン
ク６２及びバイアス装置Ｄに結合する。リンク４６の中
間部をピン６６によつてリンク６４に枢着する。リンク
６４は補助制御装置Ｅに結合して後述する通り作動弁Ｃ
を動かす。リンク６４をフィードバック装置Ｆに結合す
る。結合部６０は”バイアス装置Ｄとサーボ装置との入
力点となる。ピストン１牡シリンダー１６、作動弁Ｃ１
バイアス装置Ｄ、補助制御装置Ｅ１フィードバック装置
Ｆは本体Ａの一部を形成し、又は本体Ａに取付ける。補
助制御装置Ｅはピン５０の周りにリンク４６を回動して
リンク４２、弁スプール３６を動かすことができるモー
タで構成する。航空機の操縦室に取付けた操縦制御装置
によつて入力リンク６２を第１図の右又は左に動かし、
加算リンク５６を結合部５８を中心として回動させ、こ
れによつてリンク５２を右又は左に動かす。

これによつて弁スプール３６を動かしてピストン１４の
一方の面に液圧を供給してピストン１４を動かす。ピス
トン１４が動けば結合部５８と加算リンク５６は共に動
いて結合部６０の動きに対する機械的フィードバック作
用を生じ、ピストン１４が所要位置となつた時は作動弁
Ｃは中立位置１Ｓ′戻り、動翼２６は所要角度となる。
操縦席とリンク６２との間の機械的操縦装置が故障又は
被弾のために不作動になつた時、即ちリンク６２が消滅
したのと同様の状態になつた時は、バイアス装置Ｄは結
合部６０を受動位置に動かす。受動位置とはピストンを
所定位置に動かしてそこに保持するよう作動弁Ｃを適正
に制御する位置である。機械的操舵装置が故障すると、
バイアス装置Ｄはその強力なばねにより結合部６０を中
立位置に押圧し、この状態で作動弁Ｃを制御し、上記の
所定位置にピストン１４を動かしてその位置にピストン
１４を保持する。この所定位置は補助制御装置Ｅの作用
によつて変更することができる。このようにして航空機
を飛行状態に保つために必要な角度に制御部材即ち動翼
２６を保つ。従つて航空機は飛行状態に保持される。バ
イアス装置はまた固定点の役割を果たす。ここに固定点
とはバイアス装置Ｄの力が連結部６０とリンク５６，５
２の位置を保持するのに十分強いことを意味し、このよ
うに固定点の作用があるため補助制御装置はリンク４６
を結合部５０の周りに回動させることができ、補助制御
装置によつてリンク４６を動かして作動弁を位置決めし
、制御部材即ち動翼２６を位置決めすることができる。
しかし、これはスプール３６を動かすのに必要なりがバ
イアス装置Ｄの力より小さい場合に限られる。後に説明
する本発明による限定可撓装置と減衰装置とを取除いて
考えると第１図の装置は従来の装置を示しており、機械
的制御装置即ち入力リンク６２が故障すると、バイアス
装置Ｄが作用して結合部６０と作動弁Ｃとを受動位置に
動かし、ピストン１４は好適な受動位置に保持される。
この作動の後、動翼２６に作用する負荷はサーボシステ
ム内の慣性質量、例えば動翼２６の質量にエネルギを与
える。更に結合部２２，１２及び支持体Ｂは負荷を受け
て変形するから一種の振動系として振動する傾向にある
。入力リンク６２が故障した時、動翼２６に例えば垂直
下方に作用する空気の負荷はピストン１４を右に引張る
。この力は加算リンク５６に伝えられ、スプール３６を
シフトし、導管３２を開いて、液圧流体をピストン１４
が上記のように引張られるのに抗するようにピストン１
４に作用させる。従つて、このサーボシステム内に大き
なエネルギが貯えられると同時に、作動弁Ｃにより液圧
流体がピストン１４に作用するから、この振動系に振動
を発生する傾向と、ピストンに作用する液圧のエネルギ
とが加わつて、このサーボシステムを不安定なものにす
る。これに反し、本発明によれば、入力リンク６２が故
障した時、この振動系の固有振動数で生ずる小さな振動
や力に起因して作動弁Ｃが作動するのを制限することに
よつてこのサーボシステムを安定化する。第２図にバイ
アス装置Ｄの一例を示し、クランク７０をピン７４によ
つて回転自在の軸７２に取付ける。

ハウジング８０に軸受７６，７８によつて軸７２を回転
自在に支承する。加算リンク５６をピン６０によつてば
ねロッド１４４に枢着し、加算リンク５６とばねロッド
１４４がピン６０の周りに回動することとができるよう
にする。第３図に示す通り、軸７２に固着した２叉部材
８４にローラー８６，８８を支承する。ハウジング８０
にリテーナー９２によつてばねカートリッジ９０の肩部
９４を支持する。カートリッジ９０の他方の肩部９６を
ハウジング８０の止めに接触させることもできる。カー
トリッジ９０内に位置するスリーブ１０２内にロッド部
材１０４を収容する。ロッド部材１０４は外方に突出し
たフランジ１０６と、離間した１対のローラー１０８と
を有する。中空のスライド部材１１２内にローラー１０
８を収容する。スライド部材１１２の端面をそれぞれロ
ーラー８６，８８に圧着する。スリーブ１０２内のコイ
ルばね１１８はロッド部材１０４のフランジ１０６とス
ライド部材１１２の肩部１２０との間にばね力を作用し
てスライド部材１１２を第３図の左方にローラー８６，
８８に押圧し、前述したリンク６２の不作動状態に際し
てクランク７０を所定の受動位置に回動させる。リンク
６２が故障していない場合はリンク６２によつてクラン
ク７０、軸７２を回転させ、ローラー８６又は８８がば
ね１１８に抗してスライド部材１１２を往復動させる。
バイアス装置Ｄ内には潤滑液を供給する。機械的操縦装
置に故障を生じ入力リンク６２が働かなくなつた時は、
バイアス装置Ｄは強いばね１１８によつてクランク７０
を所定の受動位置に動かす。

制御部材即ち動翼２６に作用する負荷は加算リンク５６
を介してフィードバック作用により作動弁Ｃを作動させ
る。これはばね１１８の力に抗して結合部６０が動こう
とするよりも作動弁Ｃのスプールは一層容易にシフトで
きるからであ・る。従つて、制御部材即ち動翼２６は希
望する位置に保持される。本発明によれば、加算リンク
５６とバイアス装置Ｄとの間に限定可撓装置を設け、強
力なばね１１８が撓む前に結合部６０の限定された運動
を生ずる。その構造を第２図につき・説明する。限定可
撓装置の実施例を第２図に示し、クランク７０に長いソ
ケット即ち円筒部１３０を設ける。

ソケット１３０の中心部に長いばねロッド１３２を通す
。ばねロッド１３２の外向きのフランノジ１３４の外径
はソケット１３０の内径にほぼ等しくして、このフラン
ジ１３４をソケット１３０の上端に接触させる。ばねロ
ッド１３２の上端のおねじ１３６をソケット１３０の上
端の孔１３８に通し、ロックワッシャ１４０とナット１
４２とによつてばねロッド１３２をクランク７０に固着
する。ばねロッド１３２の小直径部１４４はソケット１
３０の全長の大部分に延在し、ソケット１３０の下端付
近では僅かに大きな直径の部分１４６とソケット１３０
の内径との間に所定の限定間隙１４８を形成する。

Ｏリング１５０によつてソケット下端にごみ等の侵入を
防ぐ。ばねロッド１３２の二叉部１５２にピン６０によ
つてリンク５６，６２を枢支する。

ばねロッド１３２は一端を固着した長い片持梁であり、
ソケット１３０の上端のみでクランク７０に固着される
。それ故、二叉部１５２はソケット１３０に対して可動
となる。ばね１１８が圧縮される前にソケット１３０に
対しばねロッド１３２が曲がることによつて二叉部１５
２が位置をずらすようにばねロッド１３２の小直径部１
４４の直径と長さとを選択する。言いかえれば、ばね１
１８に比較し、ばねロッド１３２はばね力が小さい。機
械的操舵装置の故障に際して、上述のようにバイアス装
置Ｄによつて結合部６０を好適な受動位置に動かす。

ピストン１４を動かそうとする動翼２６に作用する荷重
は加算リンク５６を経て結合部６０及びピン５４を経て
作動弁Ｃに対して運動と力とを伝達する。このサーボ装
置の構成部材はこの力を受けて変形し、その固有振動数
において振動しようとするが、その振動を起こす前に作
動弁Ｃが作動するより早く限定可撓装置が撓むから、こ
の振動を吸収してしまう。このようにして、固有振動数
でのサーボ装置の振動を最小にお．さえることができる
。このようにロッド１３２が僅かに屈撓して移動した後
、ロッド１３２の部分１４６はソケット１３０の内壁に
当り、ばね１１８は圧縮され、作動弁Ｃが作動する。し
かし、この装置の振動系の固有振動数における僅かな振
動．はこの限定可撓装置によつて吸収され、作動弁Ｃの
スプールを動かして液圧供給を変化させることはない。
操舵制御装置の入力リンク６２が故障した状態で強力な
ばね１１８は補助制御装置Ｅによる作動弁Ｃの動きに対
して固定点を形成する。本発明の他の特長は、作動弁Ｃ
に減衰装置を設けて、上述の僅かな振動に際しては限定
可撓装置のみが動いて振動を吸収し、作動弁Ｃが作用し
ないようにすることである。減衰装置はサーボ装置の振
動系の固有振動数範囲の振動に際して、大きなりが作用
しなければ弁が動かないようにする。第４図に示す通り
、作動弁Ｃのハウジング１６０内の弁スリーブ１６２内
に弁スプール３６を摺動させる。クランク１６３はリン
ク４２とスプール３６とを結合してスプール３６を動か
す。弁ハウジング１６０内の一端に減衰装置Ｇを設ける
。図示の例では、カートリッジ１６４をハウジング１６
０の一端に取付ける。カートリッジ１６４内のノスリー
ブ１６６を作動弁Ｃの一端に固着する。外方のフランジ
１７０を有する円筒部材１６８をスリーブ１６６の外に
かぶせる。対向したスロット１７２をスリーブ１６６に
形成し、スロット１７２内にピン１７４を通す。ピン１
７４の両端は円筒部材１６８の孔に取付ける。弁スリー
ブ１６２にも対向するスロット１７６を形成し、ピン１
７４を通す。外向きのフランジ１８０を有する他の円筒
部材１７８をスリーブ１６６にかふせる。ピン１８２は
ス罎ント１７２，１７６内を通り、両端を円筒部材１７
８の孔に固着する。円筒部材１６８，１７８にかぶせた
滑動部材１８４，１８６の間にはね１９０を介挿し、滑
動部材１８４，１８６を夫々フランジ１７０，１８０に
押圧する。このようにして円筒部材１６８，１７８が互
に最も離れた位置にある時はピン１７４，１８２は夫々
スロット１７２，１７６の端部に接触する。弁スリーブ
１６２をピン１７４又は１８２に作用させ、円筒部材１
６８を左に動かし又円筒部材１７８を右に動かし、共に
ばね１９０を圧縮する。減衰装置ＧのピストンＨを弁ス
リーブ１６２内に位置させる。ピン２０２をピストンＨ
の孔、弁スリーブ１６２のスロット及びスリーブ１６６
の孔に通す。これによつて、ピストンＨはスリーブ１６
２に対して固着され、弁スリーブ１６２はピン２０２に
対して限定された長さの範囲で滑動可能となる。ピスト
ンＨに形成したスロット２０４はスロット１７２，１７
６と一致し、ピン１７４，１８２はスロット１７２，１
７６，２０４を通る。ピストンＨの外周面にシール２０
６を設け、シール２０６の両側に開口した一方向弁２０
７，２０８を設ける。ボート２１０，２１２によつて、
一方向弁２０７，２０８と室２１４，２１５との間を連
通させる。室２１５は室２１４の延長部である。室２１
４の内径と、ピストン部材Ｈの外径との間の間隙が室２
１４と室２１５との間を連通させている。弁スプール３
６が第４図の左方に動こうとしても、一方向弁２０７、
は室２１５からの液圧流体に抵抗して、スプール３６の
動きの速度の関数としてスプール３６の動きに対する抵
抗を生ずる。

即ちスプール３６の速度が速い程、抵抗が大きい。一方
向弁２０８は室２１４内の液圧が所定値以上になるのを
防ぐリリーフ弁として作用し、弁スプール３６に作用す
る抵抗力が過大になるのを防ぐ。ボート２１０、一方向
弁２０７を出た液は図示しない戻り通路を経て液溜に戻
る。弁スプール３６が第４図の右に動こうとする時は、
一方向弁２０８は室２１４に流入する液圧流体に抵抗し
、スプール３６の速度の関数としてのスプール３６の動
きを禁する。即ちスプール３６の速度が速い程、抵抗が
大きい。絞り弁２０７はリリーフ弁となり室２１５内の
負圧を防止し、即ち弁スプール３６に作用する抵抗力が
過大となるのを防ぐ。一方向弁２０７，２０８による弁
スプールを抑止する機能とリリーフ作用の機能を第６図
に示し、所定周波数範囲では一方向弁２０７，２０８の
減衰作用により弁スプール３６の動きを防ぐ。

従つて、加算リンク５６の振動は弁スプール３６の動き
を生することなく、限定可撓装置のばねロッド１３２の
動きとなる。上述した通り、機械的操縦装置が不作動と
なり、加算リンク５６に動翼からの力がフィードバック
された時に、減衰装置Ｇは弁スプール３６の．動きを防
ぐ。

これは所定周波数範囲ては減衰装置゛Ｇははねロッド１
３２の限定可撓装置よりも一層強力だからである。それ
故、ばねロッド１３２が曲がつて装置内の小振動を吸収
し、この後に弁スプール３６が動いて装置に液圧流体を
供給する。即ち、限定可撓装置が作用し終るまで減衰装
置は弁スプール３６が動くのを遅延させる。第５図は上
述の結合部６０における限定可撓装置の特性を示す。

結合部６０の動きを横軸に示し、ばねロッド１３２を動
かす力を縦軸に示す。・，◆、線は限定可撓装置のない
場合のバイアス装置を動かす力を示す。図の点線に示す
通り、クランク７０を動かすためには結合部６０に約２
．５ｋ９の力を作用させる必要がある。機械的操舵装置
が不作動となつた時に外力によつて加算リンク５６にこ
のようなりが作用した時は作動弁Ｃが作動してシリンダ
ー１６に加圧液を供給するため、前述した通り装置は不
安定となる。これに反し、本発明によつて限定可撓装置
を設けたため、その変位特性は第５図の実線で示される
。即ち、限定可撓装置のばねロッド１３２は０〜２．５
ｋ９の力に応答して撓み、ばねロッド下端部がソケット
１３０の内壁に接触して間隙１４８が零となつた後はバ
イアスノ装置によつてクランク７０が回動する。所定周
波数範囲では第６図に示す通り、作動弁Ｃを動かすに必
要とする力はばねロッド１３２を動かす力よりも大きい
。即ち、周波数の高い、振幅の小さい振動はすべて限定
可撓装置が吸収し、作動弁Ｃは動かない。それ故、作動
弁が供給する液圧流体が振動を増大させることはなく、
装置が不安定となることはない。第６図に作動弁減衰装
置Ｇの特性を示す。

横軸は振動の周波数を示し、縦軸は標準的な振幅の場合
の最大力を示す。最大減衰力は線２２０として示す通り
周波数の増加と共に著しく大きくなるが、本発明による
弁２０７，２０８を一方向弁として絞り弁とリリーフ弁
の機能をさせることによつて、線２２２に示す通り、最
大力が過度に増加することはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による機械液圧式サーボ装置の図、第２
図は第１図の２−２線に沿う断面図、第３図は第２図の
３−３線に沿う断面図、第４図は第１図の装置の作動弁
減衰装置の断面図、第５図は第２図の装置のばね特性を
示すグラフ、第６図は第４図の装置の特性を示すグラフ
である。Ａ・・・・・・本体、Ｂ・・・・・・フレーム、Ｃ・・
・・・・作動弁、Ｄ・・・・・・バイアス装置、Ｅ・・
・・・・補助制御装置、Ｆ・・・・・フィードバック装
置、Ｇ・・・・・・減衰装置、１４・・・・・ピストン
、１６・・・・シリンダー、２０・・・・・・ピストン
ロッド、２６・・・・・制御部材、動翼、３０，３２・
・・・・・流体通路、３６・・・・・・弁スプール、４
２，４６，５２・・・・・・リンク、５６・・・・・・
加算リンク、６０・・・連結部、６２・・・・・・入力
リンク、７０・・・・・・クランク、８４・・・・・二
叉部位材、８６，８８，１０８・・・・ローラ、１１２
・・・・・・スライド部材、１３０・・・・・ソケット
、１３２・・・・・・ばねロッド、１４８・・間隙、１
６４・・・・・・カートリッジ、１７２，１７６・・・
・・・スロット、２０７，２０８・・・・・・一方向弁
、２１４，２１５・・・・・・室。

Claims

【特許請求の範囲】

１制御部材２６を制御する機械液圧式サーボ装置であ
つて、前記制御部材２６を動かす複動液圧ピストンシリ
ンダ装置１４、１６と、この複動液圧ピストンシリンダ
装置に液圧を供給するよう作動し弁スプール３６を有す
る作動弁Ｃと、一端を入力リンク６２に枢着し他端を前
記複動液圧ピストンシリンダ装置のピストンロッド２０
に枢着した加算リンク５６と、前記加算リンクの動きに
よつて前記作動弁を作動させるため前記加算リンクと前
記作動弁Ｃとをリンクするリンク装置４２、４６、５２
と、前記入力リンク６２が故障のため外れた時前記加算
リンクと前記入力リンクとの間の連結部６０を中立位置
に保持する強いばねを有するバイアス装置Ｄとを有する
機械液圧式サーボ装置において、前記加算リンクが限定
された屈撓運動を行なえるよう前記バイアス装置に一端
を固着した長い片持粱のばねロッド１３２から成る限定
可撓装置を前記バイアス装置Ｄと前記加算リンク５６と
の間に設け、前記作動弁Ｃの前記弁スプール３６が一方
向に動くのを遅延させる一対の一方向弁２０７、２０８
であつて、一方の一方向弁が前記弁スプールの動きに抵
抗するように作用すれば他方の一方向弁はリリーフ弁と
して作用する一対の一方向弁から成る減衰装置Ｇを前記
作動弁Ｃが具えることを特徴とする機械液圧式サーボ装
置。