KR101921574B1 - 항공기 회전익 모션 제어 및 계장화 모션 제어 유체 장치 - Google Patents

항공기 회전익 모션 제어 및 계장화 모션 제어 유체 장치 Download PDF

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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/51—Damping of blade movements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • B64D2045/0085—Devices for aircraft health monitoring, e.g. monitoring flutter or vibration

Abstract

모션 제어를 제공하고 유체 장치 내측의 하나 이상의 유체 특성에 대한 무선 감지를 제공하는 항공기 회전익 모션 제어 유체 장치가 제공된다. 무선 감지 시스템은 제 1 및 제 2 항공기 회전익 모션 제어 유체 장치 본체들 중의 하나 이상에 통합된다. 상기 무선 감지 시스템은 하나 이상의 유체 챔버 근처에서 감지하는 하나 이상의 유체 특성 센서 및 상기 유체 특성 센서에 의해 만들어진 측정을 원격지로 무선으로 전달하는 통신 장치를 포함한다.

Description

항공기 회전익 모션 제어 및 계장화 모션 제어 유체 장치 {AIRCRAFT ROTARY WING MOTION CONTROL AND INSTRUMENTED MOTION CONTROL FLUID DEVICE}
본 출원은 2011년 4월 7일자 출원된 발명의 명칭이 "항공기 회전익 모션 제어 및 계장화 모션 제어 유체 장치"인 미국 가출원 번호 61/473,021호의 이득을 주장하며, 이는 인용에 의해 본 출원에 포함된다.
본 발명은 일반적으로 모션 제어 유체 장치들 및 모션 제어 유체 장치들 내의 유체 특성들을 모니터링하는 것에 관한 것이다.
본 출원에서 흥미 있는 모션 제어 유체 장치들은 항공기 회전익 부재들과 같은 두 개의 구조물들 사이의 상대적인 모션을 제어하기 위해서, 두 개의 구조물들 사이에 부착되도록 구성되는 것들이다. 그와 같은 모션 제어 유체 장치는 유체를 함유하는 하나 이상의 챔버를 포함한다. 모션 제어 유체 장치는 또한, 상대적인 모션 하에 있는 두 개의 표면들에 접합되는 하나 이상의 탄성중합체를 포함할 수 있다. 모션 제어 유체 장치는 부착 구조물로부터의 진동들과 같은 외란(disturbance)이 모션 제어 유체 장치에 가해질 때, 하나 이상의 챔버 내의 유체에 대한 제어 모션(및 존재한다면, 하나 이상의 탄성중합체의 구속 모션)을 경유하여 모션 포스(motion force)를 발생한다. 모션 제어 유체 장치의 구성에 따라서, 모션 제어 포스는 가해진 외란을 완화시키거나 가해진 외란을 격리시키는데 사용될 수 있다. 몇몇 경우들에서, 모션 제어 유체 장치는 장치 내에 일정한 압력을 유지하고 그에 의해 장치 내에 비정상적으로 높거나 낮은 압력들을 피하기 위한 용적 보상기를 포함할 수 있다. 그와 같은 장치들의 안정성은 장치들 내의 압력과 같은 유체 특성들을 모니터링함으로써 평가될 수 있다.
일 양태에서, 항공기 회전익 모션 제어를 제공하고 제 1 항공기 회전익 부재와 제 2 항공기 사이의 상대적인 모션을 제어하는 유체 장치가 제공된다. 유체 장치는 제 1 유체 장치 본체와, 제 2 유체 장치 본체와, 하나 이상의 유체 챔버와, 하나 이상의 탄성중합체, 및 무선 감지 시스템을 포함한다. 제 2 유체 장치 본체는 제 1 유체 장치 본체에 이동가능하게 커플링되며, 제 1 유체 장치 본체 및 제 2 유체 장치 본체는 각각 이들 사이에 대향 표면을 가진다. 제 1 및 제 2 유체 장치 본체들 중의 하나의 내측에는 하나 이상의 유체 챔버가 있다. 제 1 및 제 2 유체 장치 본체들의 대향 표면들 사이에는 하나 이상의 탄성 중합체가 접합된다. 무선 감지 시스템은 제 1 및 제 2 유체 장치 본체들 중의 하나 이상에 통합되며, 무선 감지 시스템은 유체 챔버 근처에서 감지하는(in sensing proximity) 하나 이상의 유체 특성 센서 및 유체 특성 센서에 의해 만들어진 측정을 원격지(remote location)로 무선으로 전달하기 위한 통신 장치를 포함한다.
다른 양태에서, 두 개의 구조물들 사이의 제어된 상대적인 모션을 제공하기 위한 계장화 모션 제어 유체 장치가 제공된다. 계장화 모션 제어 유체 장치는 제 1 유체 장치 본체와, 제 2 유체 장치 본체와, 하나 이상의 유체 챔버와, 하나 이상의 탄성 중합체, 및 무선 감지 시스템을 포함한다. 제 2 유체 장치 본체는 제 1 모션 제어 유체 장치 본체에 이동가능하게 커플링된다. 제 1 유체 장치 본체 및 제 2 유체 장치 본체 중의 하나의 내측에 한정된 하나 이상의 유체 챔버가 있다. 제 1 유체 장치 본체 및 제 2 유체 장치 본체 중의 하나 이상에 통합되는 무선 감지 시스템이 있으며, 그 무선 감지 시스템은 유체 챔버 근처에서 감지하는 하나 이상의 유체 특성 센서 및 유체 특성 센서에 의해 만들어진 측정을 원격지로 무선으로 전달하기 위한 통신 장치를 포함한다.
다음은 첨부 도면들의 도형들에 대한 설명이다. 도형들은 반드시 축척대로 도시된 것이 아니며, 도형들에 대한 어떠한 특징들 및 어떠한 뷰(view)들은 명료함 및 간결함을 위해서 척도상 과장되거나 개략적으로 도시될 수 있다.
도 1a는 모션 제어 유체 장치용 무선 감지 시스템의 블록 선도를 예시하며,
도 1b는 모션 제어 유체 장치용 수동형 무선 감지 시스템의 블록 선도를 예시하며,
도 1c는 에너지 저장 장치에 의해 동력을 받는 모션 제어 유체 장치용 능동형 무선 감지 시스템의 블록 선도를 예시하며,
도 1d는 에너지 수확기술(energy harvesting)에 의해 동력을 받는 모션 제어 유체 장치용 다른 능동형 무선 감지 시스템의 블록 선도를 예시하며,
도 2a는 계장화 댐퍼들을 합체한 항공기 회전익 시스템의 3차원 뷰를 예시화하며,
도 2b는 계장화 댐퍼의 횡단면 뷰를 예시하며,
도 2c는 도 2b의 계장화 댐퍼의 확대 부분을 예시하며,
도 3a는 에너지 수확기술에 의해 동력을 받는 능동형 무선 감지 시스템을 포함한 댐퍼의 2차원 뷰를 예시하며,
도 3b는 에너지 수확기술에 의해 동력을 받는 무선 감지 시스템을 포함한 계장화 댐퍼의 횡단면도를 예시하며,
도 3c는 에너지 수확기술에 의해 동력을 받는 능동형 무선 감지 시스템을 포함한 계장화 댐퍼의 2차원 뷰를 예시하며,
도 4는 무선 감지 시스템을 합체한 계장화 유체 스트럿 격리기를 예시하며,
도 5는 무선 감지 시스템을 합체한 계장화 유체 마운트를 예시한다.
도 1a는 모션 제어 유체 장치가 항공기와 같은 호스트(host)에 부착되기 이전 및/또는 이후에 모션 제어 유체 장치의 안정성을 모니터링하기 위한 시스템(100)의 블록 선도를 도시한다. 모션 제어 유체 장치는 그의 안정성이 모니터링될 수 있도록 계장화된다. 모션 제어 유체 장치는 액체 또는 가스일 수 있는 유체를 함유한 하나 이상의 모션 제어 유체 장치 챔버(102), 및 무선 감지 시스템(104)을 포함한다. 무선 감지 시스템(104)은 하나 이상의 모션 제어 유체 장치 챔버(102) 근처에서 감지하는 하나 이상의 유체 특성 센서(105a)를 포함한다. 용어 "근처에서 감지하는(sensing proximity)"는 하나 이상의 유체 특성 센서(105a)가 하나 이상의 모션 제어 장치 챔버(102) 내의 유체 특성을 측정할 수 있는, 즉 유체 특성 센서(105a)와 유체 챔버 사이에 유체 연통 경로가 있는 곳에 설치되는 것을 의미한다. 바람직하게, 무선 감지 시스템(104)은 적어도 압력 센서 및 선택적으로 온도 센서를 포함한다. 상기 시스템(100)은 무선 감지 시스템(104)으로부터 데이터를 수집 및 저장하기 위해 원격지에 무선 판독기(106)를 포함한다. 여기서, "원격"은 무선 감지 시스템(104)의 판독 범위에 따라서 무선 감지 시스템(104)으로부터 몇 피트(few feet) 또는 여러 피트(several feet)일 수 있다. 무선 판독기(106)는 휴대 장치 또는 장착 장치로서 실시될 수 있다. 무선 판독기(106)는 독립형 장치일 수 있거나 제어기 시스템(107)에 커플링될 수 있다. 계장화 모션 제어 유체 장치가 예를 들어, 항공기에 부착되면, 항공기의 내장 제어 시스템은 제어기 시스템(107)으로서의 역할을 할 수 있다.
도 1b는 도 1a의 무선 감지 시스템(104)의 실시예로서의 무선 감지 시스템(104a)을 도시한다. 무선 감지 시스템(104a)은 모션 제어 유체 장치 챔버(102) 내의 하나 이상의 유체 특성을 측정하기 위한, 하나 이상의 유체 특성 센서(105a), 예를 들어 압력 센서(108) 및 온도 센서(110)를 포함한다. 무선 감지 시스템(104)은 무선 감지 시스템(104)의 작동을 제어하기 위한 마이크로제어기(112)를 더 포함한다. 마이크로제어기(112)는 프로세서(114) 및 메모리(116)를 가진다. 마이크로제어기(112)는 또한, 구체적으로 도시되지 않은 입력 및 출력 포트들을 가진다. 프로세서(114)는 센서(108,110)들로부터의 신호들을 컨디셔닝하기 위한 로직(logic)과, 메모리(116)로부터의 데이터를 복구하기 위한 로직, 및 무선 통신을 위한 로직을 처리하도록 구성될 수 있다. 메모리(116)는 무선 감지 시스템(104a)을 식별하기 위한 고유 식별자를 포함할 수 있으며 무선 감지 시스템(104a)의 작동에 관한 데이터를 저장하는데 사용될 수 있다. 센서(108,110)들은 마이크로 제어기(112)에 커플링된다. 무선 감지 시스템(104a)은 판독기(106)와 무선 통신하기 위한 안테나(118)를 포함한다. 안테나(118)는 마이크로제어기(112)에 커플링된다.
무선 감지 시스템(104a)은 수동형이다. 이런 경우에, 도 1a의 판독기(106)에 대응하는 판독기(106a)는 안테나(118)로 전자기 파들을 송신함으로써 무선 감지 시스템(104a)에 동력을 공급한다. 안테나(118)가 전자기 파들을 수신할 때, 마이크로제어기(112)를 활성화하는 전기 에너지가 마이크로 제어기(112) 내에 유도된다. 마이크로제어기(112)는 차례로, 센서(108,110)들로 동력을 제공할 수 있다. 무선 감지 시스템(104a)은 또한, 메모리(116)에 저장된 정보 및 센서(108,110)들에 의해 만들어진 측정들을 판독기(106a)로 송신하기 위해서 안테나(118)를 사용한다. 메모리(116)에 저장된 정보는 통상적으로, 무선 감지 시스템(104a)을 위한 고유 식별자와 같은 일정한 데이터 및 교정 상수들을 포함할 것이다. 그와 같은 수동형 장치의 판독 범위는 짧은, 통상적으로 몇몇 피트이다. 바람직하게, 안테나(118)는 (저속 무선 개인 영역 네트워크들을 위한)IEEE 802.15.4 표준 또는 (블루투스 장치들을 위한)IEEE 802.15.1 표준에 근거한 것과 같은 저-동력 무선 통신 프로토콜을 사용하여 판독기(106a)와 통신한다. 일 실시예에서, IEEE 802.15.4 표준에 근거한 RFID 프로토콜이 판독기(106a)와 안테나(118) 사이의 저-동력 무선 통신을 위해 사용된다.
무선 감지 시스템(104a)은 모션 제어 유체 장치 내의 단일 장소에 장착될 단일 장치 본체에 제공되거나 모션 제어 유체 장치 내의 다중 장소들에 장착될 다중 장치 본체들에 제공될 수 있다. 후자의 경우에, 적절한 연결부들이 다중 장치 본체들 내의 무선 감지 시스템 구성요소들 사이에 만들어질 필요가 있을 것이다. 무선 감지 시스템(104)이 단일 장치 본체 또는 다중 장치 본체들 내에 제공될 것인가에 무관하게, 무선 감지 시스템(104a)(즉, 센서(108,110)들)의 감지 부분은 하나 이상의 모션 제어 유체 장치(102) 근처에서 감지할 필요가 있을 것이다. 바람직하게, 각각의 장치 본체는 계장화 모션 제어 유체 장치가 사용될 환경에 적합한 재료로 만들어진다. 안테나(118)를 함유하는 임의의 장치 본체는 전자기 파들에 투과되어서, 판독기(106a)가 무선 감지 시스템(104a)과 통신될 수 있어야 한다. 각각의 장치 본체의 형상은 장치 본체가 모션 제어 유체 장치 내에 통합될 것을 근거로 하여 선택될 수 있다. 적합한 장치 본체 형상들의 예들은 원통형, 관형, 곡선형, 및 평탄형이다.
도 1c는 도 1a의 무선 감지 시스템(104)의 다른 실시예로서의 무선 감지 시스템(104b)을 도시한다. 무선 감지 시스템(104b)은 모션 제어 유체 장치 챔버(102) 내의 하나 이상의 유체 특성을 측정하기 위한, 하나 이상의 유체 특성 센서(105b), 예를 들어 압력 센서(128) 및 온도 센서(130)를 포함한다. 무선 감지 시스템(104b)은 무선 감지 시스템(104b)의 작동을 제어하기 위한 마이크로제어기(140)를 더 포함한다. 마이크로제어기(140)는 프로세서(142) 및 메모리(144)를 가진다. 마이크로제어기(142)는 또한, 구체적으로 도시되지 않은 입력 및 출력 포트들을 가진다. 프로세서(142)는 센서(128,130)들로부터의 신호들을 컨디셔닝하기 위한 로직과, 메모리(144)에 데이터를 저장하고 메모리로부터 데이터를 복구하기 위한 로직, 및 무선 통신을 위한 로직을 처리하도록 구성될 수 있다. 메모리(144)는 무선 감지 시스템(104b)을 식별하기 위한 고유 식별자를 포함할 수 있으며 무선 감지 시스템(104b)의 작동과 관련된 데이터를 저장하는데 사용될 수 있다. 센서(128,130)들은 마이크로 제어기(140)에 커플링된다. 무선 감지 시스템(104b)은 마이크로제어기(140)에 커플링될 수 있는 디스플레이(134)를 포함할 수 있다. 프로세서(142)는 또한, 무선 감지 시스템(104b)의 상황 또는 센서(128,130)들에 의해 수집된 데이터와 같은 정보를 또는 무선 감지 시스템(104b)의 작동과 관련된 다른 정보를 선택적인 디스플레이(134) 상에 디스플레이하기 위한 로직을 처리하도록 구성될 수 있다.
무선 감지 시스템(104b)은 도 1a의 판독기(106)에 대응하는 판독기(106b)와 적어도 일 방향으로 통신하기 위한 송수신기(136)를 포함한다. 무선 감지 시스템(104b)은 센서 측정들을 송수신기(136)를 경유하여 판독기(106b)로 송신하며 판독기(106b)로부터 송수신기(136)를 경유하여 명령들을 수신한다. 무선 감지 시스템(106b)이 판독기(106b)로 송신한 데이터는 센서(128,130)들에 의해 만들어진 측정들을 포함하며 메모리(144) 내에 저장된 고유 식별자를 포함할 수 있다. 센서 측정들은 실시간으로 송신되거나 송신되지 않을 수 있다. 전송된 데이터는 센서 측정들이 만들어지는 때를 나타내기 위한 타임스탬프들을 포함할 수 있다. 송수신기(136)는 IEEE 802.15.4 표준에 근거한 것 또는 IEEE 802.15.1 표준에 근거한 것 또는 IEEE 1902.1 표준에 근거한 것과 같은 임의의 적합한 저-동력 양방향 능동형 무선 통신 프로토콜을 사용하여 판독기(106b)와 통신할 수 있다. 일 예로서, 능동형 RFID, ZigBee(등록상표), 또는 블루투스(등록상표) 프로토콜이 사용될 수 있다. 무선 감지 시스템(104b)은 능동형이다. 이는 마이크로 제어기(140)에 동력을 공급하기 위한 에너지 저장 장치(132)를 포함하며, 저장 장치는 차례로, 송수신기(136) 및 센서(128,130)들에 동력을 제공할 수 있다. 에너지 저장 장치(132)는 배터리일 수 있다. 연속적인 동력 공급은 무선 감지 시스템(104b)이 자율적이고 연속적으로 작동하는 것을 허용할 것이다. 무선 감지 시스템(104b)은 모션 제어 유체 장치 챔버(102) 내의 하나 또는 그보다 많은 유체 특성들을 자율적으로 또는 도 1a의 제어기 시스템(107)과 같은 제어기 시스템에 의해 요구된 대로 측정할 것이며, 여기서 제어기 시스템은 판독기(106b)를 통해서 무선 감지 시스템(104b)과 통신한다. 제어기 시스템은 무선 감지 시스템(104b)으로부터 수신된 데이터에 기초하여 하나 또는 그보다 많은 액션들을 수행할 수 있다.
무선 감지 시스템(104b)은 측정들을 만들 수 없는 슬립 모드(sleep mode)를 가질 수 있다. 측정들을 만들기 위해서 슬립 모드를 주기적으로 종료할 수 있거나, 제어기 시스템(107)(도 1a에서)과 같은 제어기 시스템으로부터 그렇게 하기 위한 지령을 수신할 때 측정들을 만들기 위해서 슬립 모드를 종료할 수 있다. 저-동력 무선 통신과 함께 슬립 모드의 사용은 에너지 저장 장치(132)의 수명을 연장할 수 있다. 바람직하게, 무선 감지 시스템(104b)은 모션 제어 유체 장치 내의 챔버들 중 어느 것으로부터의 유체 또는 압력의 누출 없이 에너지 저장 장치(132)를 교체하는 것을 용이하게 하도록 모션 제어 유체 장치를 구성하고 그와 통합된다. 무선 감지 시스템(104b)의 판독 범위는 도 1b에 설명된 수동형 무선 감지 시스템(104a)의 판독 범위보다 더 길어야 한다. 이는 판독기(106b)가 무선 감지 시스템(104b)과 통신하도록 놓일 수 있는 경우에 더 많은 융통성을 허용할 것이다. 무선 감지 시스템(104b)은 (도 1b에서)무선 감지 시스템(104a)에 대해 전술한 바와 같이 모션 제어 유체 장치 내의 다중 장소들에 장착될 다중 장치 본체들에 또는 모션 감지 제어 장치 내의 단일 장소에 장착될 단일 장치 본체에 제공될 수 있다.
도 1d는 도 1a의 무선 감지 시스템의 다른 실시예로서의 무선 감지 시스템(104c)을 도시한다. 무선 감지 시스템(104c)은 센서(128c,130c)와, 프로세서(144c) 및 메모리(142c)를 포함한 마이크로제어기(140c)와, 선택적 디스플레이(134c), 및 송수신기(136c)와 같은 무선 감지 시스템(104b)의 많은 특징들을 공유한다. 에너지 수확기(162)는 동력을 마이크로제어기(140c)로 제공하기 위해서 마이크로제어기(140c)에 커플링된다. 에너지 수확기(162)는 수확기가 위치되는 환경으로부터 에너지를 수확하며 다양한 형태들을 취할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 수확기(162)는 미사용된 열을 사용가능한 전기 에너지로 변환하는 열 에너지 수확기이다. 제한들 없이, 적합한 열 에너지 수확기의 일 예는 미국 오레곤주 소재의 퍼페투와(Perpetua) 파워 소스 테크놀로지스, 인코포레이티드로부터의 가요성 열전 필름(thermoelectric film)(FTF)이다. FTF 에너지 수확기는 제베크 효과(Seebeck effect)에 근거하며 이질성 재료들 전역에 걸친 온도 차이들을 전기 전위 또는 전압으로 변환하는 열전 발전기들을 포함한다. FTF 에너지 수확기가 마이크로제어기(140c)와 같은 장치에 연결될 때, 이러한 전압 차이는 장치로의 전류 유동 및 재생가능한 동력의 전달을 유발할 것이다. 열 에너지 수확기의 다른 예는 펠티에(Peltier) 열 에너지 수확기이다. 다른 실시예에서, 에너지 수확기(162)는 미사용된 기계적 진동을 사용가능한 전기 에너지로 변환하는 진동 에너지 수확기이다. 적합한 진동 에너지 수확기들은 영국 싸우스햄톤 소재의 퍼페툼(Perpetuum) 리미티드로부터 이용가능하다. 다른 실시예에서, 에너지 수확기(162)는 변형 에너지 수확기이다.
무선 감지 시스템(104c)은 무선 감지 시스템(104c)을 작동시키기 위한 동력이 에너지를 수확함으로써 제공되는 것을 제외하면, (도 1c의)무선 감지 시스템(104b)에 대해 전술한 것과 동일한 방식으로 기능을 한다. 에너지 수확기(162)는 마이크로제어기(140c)에 직접적으로 동력을 공급할 수 있거나 동력 저장 장치(164)에 수확된 에너지를 저장하며 그 후에 마이크로제어기(140c)로 동력을 제공할 수 있으며, 여기서 마이크로제어기(140c)는 그 후에 동력을 필요에 따라 무선 감지 시스템(104c)의 다른 구성요소들로 분배할 수 있다. 동력 저장 장치(164)는 커패시터, 슈퍼 커패시터, 또는 화학적 배터리의 형태일 수 있다. 통상적으로, 무선 감지 시스템(104c)은 모션 제어 유체 장치 내의 다중 장소들에 장착될 다중 장치 본체들에 제공될 것이다. 이는 하나 이상의 모션 제어 유체 장치 챔버(102) 내의 하나 또는 그보다 많은 유체 특성들을 측정할 수 있는 곳에 무선 감지 시스템(104c)[예를 들어, 센서(128c,130c)]의 감지 부분이 있을 필요가 있는 반면에, 수확하도록 구성되는 환경 에너지의 형태를 수확할 수 있는 곳에 에너지 수확기(162)가 있어야 할 필요가 있기 때문이다.
도 2a는 회전 블레이드(202)들의 진동들을 제어하도록 항공기 회전익 시스템(201)에 부착되는 모션 제어 유체 장치의 형태인 복수의 계장화 댐퍼(200a)들을 도시한다. 회전익 시스템(201)은 허브(203)를 가진다. 회전 블레이드(202)들은 연동장치(204)들에 의해서 허브(203)에 커플링된다. 각각의 댐퍼(200a)들은 연동장치(204)들 중에 하나에 커플링되는 한 단부 및 허브(203)에 커플링되는 다른 단부를 가진다. 이러한 배열에 의해서, 회전 블레이드(202)들의 회전 중의 회전 블레이드(202)들 내의 외란들은 댐퍼(200a)들로 전달된다. 댐퍼(200a)들은 허브(203)가 회전 블레이드(202)들로부터의 진동들을 거의 보이지 않도록 진동들을 감쇠시킬 것이다.
도 2b는 도 2a의 댐퍼(200a)들 중의 어느 하나로서의 역할을 할 수 있는 계장화 댐퍼(200)를 도시한다. 댐퍼(200)는 외측 댐퍼 본체(212) 및 내측 댐퍼 본체(214)를 가진다. 외측 댐퍼 본체(212)는 또한 제 1 유체 장치 본체(212)로서 공지된다. 내측 댐퍼 본체(214)는 또한 제 2 유체 장치 본체(214)로서 공지된다. 내측 댐퍼 본체(214)는 외측 댐퍼 본체(212)의 외측 댐퍼 본체 내측 공동(216) 내부에 부분적으로 수용된다. 내측 댐퍼 본체(214)는 가이드 부싱(224,226)들에 의해서 외측 댐퍼 본체(212)에 대해 그리고 외측 댐퍼 본체 내측 공동(216) 내의 축방향 모션을 위해 지지된다. 피스톤(244)은 외측 댐퍼 본체(212)와 내측 댐퍼 본체(214) 사이에 배열된다. 내측 댐퍼 본체(214), 또는 제 2 유체 장치 본체(214)는 외측 댐퍼 본체(212), 또는 제 1 유체 장치 본체(212)에 이동가능하게 커플링되며, 외측 댐퍼 본체(212), 또는 제 1 유체 장치 본체(212), 및 내측 댐퍼 본체(214), 또는 제 2 유체 장치 본체(214)는 각각 이들 사이에 대향 표면을 가진다.
작업 유체 챔버(246)는 피스톤(244)의 한 측면 상에 생성되며, 다른 작업 유체 챔버(248)는 피스톤(244)의 다른 측면 상에 생성된다. 챔버(246,248)들의 용적들은 외측 댐퍼 본체(212)에 대한 피스톤(244)의 축방향 모션에 의해 변경될 수 있다. 작업 유체 챔버(246,248)들은 액체 실리콘과 같은 댐핑 유체로 채워진다. 유동로는 작업 유체 챔버(246,248)들 사이로 댐핑 유체를 펌핑하기 위해 피스톤(244)을 통해 연장하며, 여기서 댐퍼(200)에 의해 제공된 댐핑력은 유동로를 통해 펌핑된 유체 양과 관련이 있다. 일 실시예에서, 댐퍼(200)는 리드-래그(lead-lag) 댐퍼이고 내측 댐퍼 본체(214)와 피스톤(244) 사이의 스프링 연결부를 통해서 리드-래그 댐핑을 달성한다. 바람직하게, 스프링 연결부는 내측 댐퍼 본체(214)와 피스톤(244) 사이에 직렬로 배열되는 하나 이상의 스프링 요소(254)를 포함하며, 여기서 용어 "직렬로 배열되는"은 바람직하게, 피스톤(244)이 하나 이상의 스프링 요소(254)의 변형을 통해서 내측 댐퍼 본체(214)에 대해 이동될 수 있음을 의미한다.
댐퍼(200)는 외측 댐퍼 본체 내측 공동(216)의 말단부들 근처에 또는 말단부들에 배열되는 탄성중합체 링(230,232)들과 같은 하나 또는 그보다 많은 탄성중합체 링들을 포함한다. 탄성중합체 링(230,232)들은 외측 댐퍼 본체(212) 및 내측 댐퍼 본체(214)와 결합하며 외측 댐퍼 본체(212) 및 내측 댐퍼 본체(214) 사이에 시일들을 제공한다. 탄성중합체 링(230,232)들은 외측 댐퍼 본체(212) 및 내측 댐퍼 본체(214)에 바람직하게 부착되고, 접합되고, 또는 이와는 달리 고정되어서, 이들은 외측 댐퍼 본체(212)와 내측 댐퍼 본체(214) 사이에 비-활주식 시일들을 제공한다. 보조 유체 챔버(234,236)들은 각각, 탄성중합체 링(230,232)들에 인접하게 위치된다. 보조 유체 챔버(234,236)들의 용적들은 탄성중합체 링(230,232)들이 외측 댐퍼 본체(212)에 대해 이동하는 내측 댐퍼 본체(214)의 결과로써 전단변형될 때 변경된다. 보조 유체 챔버(234,236)들은 댐핑 유체로 각각 채워진다. 별개로 식별되지 않는 백필(backfill) 포트(들) 및 밸브(들)은 보조 유체 챔버(234,236)들로부터 작업 유체 챔버(228)로의 유체 유동을 허용할 수 있다. 백필 포트(들) 및 밸브(들)은 작업 유체 챔버(246,248)들로부터 보조 유체 챔버(234,236)들로의 동적인 유체 유동을 방지함으로써 탄성중합체 링(230,232)들이 작업 유체 챔버(246,248)들 내측의 동적 압력으로부터 격리된다.
댐퍼(200)는 또한, 내측 댐퍼 본체(214)의 내측 챔버(217) 내에 용적 보상기(238)를 포함한다. 실시예에서, 용적 보상기(238)는 유체 챔버(239) 및 유체 챔버(240)를 포함한다. 유체 챔버(239,240)들은 이동가능한 배리어(243)에 의해 분리될 수 있다. 유체 챔버(239)는 내측 댐퍼 본체(214) 내의 포트(242)에 연결되며 포트(242) 내의 충전 밸브(245)를 통해서 질소와 같은 가스로 충전될 수 있다. 유체 챔버(240)는 유체 채널(253)들을 경유하여 보조 유체 챔버(234,236)들에 연결된다. 용적 보상기(238)의 단부에 있는 포트(241)는 고체 구조물들에 의해 점유되지 않은 댐퍼(200) 내의 공간들을 댐핑 유체로 채우는데 사용된다. 가스로 충전되는 유체 챔버(239)를 제외한, 전술한 모든 챔버들은 댐핑 유체로 채워진다. 플러그(255)는 댐퍼(200) 내측에 댐핑 유체를 포함하도록 포트(241)를 밀봉하는데 사용된다. 댐퍼(200) 내의 댐핑 유체는 댐퍼(200)가 사용 중에 각각, 가열되고 냉각됨에 따라 팽창 및 수축한다. 용적 보상기(238)의 유체 챔버(239) 내의 가스는 댐핑 유체의 팽창 및 수축을 허용하도록 압축 가능하다. 용적 보상기(238)는 일정한 압력이 댐핑 유체에 가해질 수 있게 허용하여 댐퍼(200) 내부의 댐핑 유체의 공동화 또는 과도한 압력 증대가 회피된다.
댐퍼(200)의 계장화는 댐퍼(200)에 대한 무선 감지 시스템의 통합으로부터 나온다. 무선 감지 시스템은 댐퍼(200) 내의 챔버들 중의 어느 하나의 하나 또는 그 초과의 유체 특성들이 측정될 수 있도록 댐퍼(200)에 통합된다. 그 후 무선 감지 시스템의 출력은 댐퍼(200)의 안정성을 평가하는데 사용될 수 있다. 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 전술한 무선 감지 시스템들 중의 어느 것이 댐퍼(200)에 통합될 수 있다. 일 실시예에서, 댐퍼(200)의 계장화는 포트(242) 내의 충전 밸브(245)에 무선 감지 시스템(260)(도 2c에서)을 통합하는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 무선 감지 시스템(260)은 충전 밸브(245)에 통합되는 단일 장치 본체에 제공된다. 대체 실시예에서, 무선 감지 시스템(260)의 적어도 감지 부분은 충전 밸브(245)에 통합되며, 무선 감지 시스템의 나머지 구성요소들의 일부 또는 모두는 댐퍼(200)의 다른 부분들에 통합된다. 무선 감지 시스템(260)의 감지 부분은 충전 밸브(245)에 인접한 유체 챔버(239) 내의 하나 또는 그 초과의 유체 특성들을 측정하는데 사용될 수 있다. 바람직하게, 무선 감지 시스템(260)의 감지 부분은 유체 챔버(239) 내의 적어도 압력을 그리고 선택적으로 온도를 측정할 수 있다. 측정들은 주기적으로 또는 연속적으로 만들어질 수 있다. 판독기는 위에서 이미 설명된 대로 데이터를 수집하는데 사용될 수 있다. 도 2b 및 도 2c에 예시된 바와 같이, 무선 감지 시스템(260)은 외측 댐퍼 본체(212), 또는 제 1 유체 장치 본체(212)에 통합된다. 하나 이상의 유체 특성 센서(105)를 포함하는 무선 감지 시스템(260)은 유체 특성 센서(105)에 의해 만들어진 측정을 원격지로 무선으로 전달하기 위한 통신 장치 및 유체 챔버에 통합되며 이들 근처에서 감지한다. 통신 장치는 안테나(118) 또는 송수신기(136,136c)일 수 있다. 바람직하게, 통신 장치는 IEEE 802.15.1, IEEE 802.15.4 및 IEEE 1902.1로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 IEEE 표준에 근거한 하나의 무선 통신 프로토콜과 같은 저-동력 무선 통신 프로토콜을 사용한다.
무선 감지 시스템(들)은 충전 밸브(245) 이외의 댐퍼(200) 내의 어느 곳이나 위치될 수 있다. 예를 들어, 무선 감지 시스템(262)은 작업 유체 챔버(246) 내의 하나 또는 그 초과의 유체 특성들을 측정하기 위해서 외측 댐퍼 본체(212) 내의 포트에 장착될 수 있다. 다른 무선 감지 시스템(264)은 작업 유체 챔버(248) 내의 하나 또는 그 초과의 유체 특성들을 측정하기 위해서 외측 댐퍼 본체(212) 내의 포트에 장착될 수 있다. 댐퍼(200)로부터 유체의 누출을 피하기 위해서 이들 포트들의 각각에 적절한 시일이 제공되어야 한다. 또한, 유체 챔버(240) 내의 하나 또는 그 초과의 유체 특성들을 측정하기 위해서 포트(241) 내의 플러그(255)에 무선 감지 시스템(268)을 통합하는 것이 가능하다. 따라서, 충전 밸브(245) 또는 플러그(255)는 제 2 유체 장치 본체(214) 내의 포트(241) 내에 장착되며, 유체 특성 센서(105)는 충전 밸브(245) 또는 플러그(255)에 통합된다.
본 실시예에서, 유체 특성 센서(105)는 압력 센서(108,128)이다.
무선 감지 시스템(260,262,264,268)들은 동력을 위한 배터리 및/또는 에너지 수확기(162)를 사용할 수 있다. 에너지 수확기(162)가 사용될 때, 무선 감지 시스템(260,262,264,268)들은 수확된 에너지를 저장하기 위한 동력 저장 장치(164)를 사용한다.
무선 감지 시스템(260,262,264,268)들은 무선 감지 시스템(260,262,264,268)들의 작동을 제어하기 위한 마이크로제어기(112,140)를 포함한다.
일 실시예에서, 탄성중합체 링(230,232)들과 같은 하나 이상의 탄성중합체는 제 1 유체 장치 본체의 대향 표면과 제 2 유체 장치 본체의 대향 표면 사이에 장착되고 이들에 부착된다.
도 3a는 무선 감지 시스템의 부분들이 분배되어 있는, 즉 모두가 단일 장치 본체 내에 수용되지 않는(또한, 도 2a의 댐퍼(200a)들 중의 어느 하나로서 사용될 수 있는)계장화 댐퍼(300)를 도시한다. 본 실시예에서, 무선 감지 시스템의 단지 감지 부분만이 충전 밸브(302)에 통합된다. 무선 감지 시스템의 제어기 부분과 원격측정 부분은 댐퍼(300)의 본체 상에 장착되는 장치 본체(308) 내에 위치된다. 무선 감지 시스템에 동력을 공급하기 위한 에너지 수확기(304)는 또한, 댐퍼(300)의 본체 상에 장착된다. 전술한 바와 같은 동력 저장 장치가 또한, 장치 본체(308) 내에 위치될 수 있다.
도 3b는 무선 감지 시스템의 부분들이 분배되어 있는, 즉 모두가 단일 장치 본체 내에 수용되지 않는(또한, 도 2a의 댐퍼(200a)들 중의 어느 하나로서 사용될 수 있는) 댐퍼(310)의 다른 예를 도시한다. 본 실시예에서, 무선 감지 시스템의 감지 부분, 제어기 부분 및 원격측정 부분은 내측 댐퍼 본체(318)의 단부에 장착되는 충전 밸브(314)의 스템 캡(312) 내측에 통합된다. 에너지 수확기(316)를 함유하는 하우징(315)은 내측 댐퍼 본체(318)의 단부에 커플링된다. 에너지 수확기(316)는 케이블(318)에 의해 스템 캡(312) 내측의 무선 감지 시스템 구성요소들에 연결된다. 하우징(315)은 스템 캡(312) 내측의 무선 감지 시스템과의 무선 통신을 촉진시키기 위해 윈도우(320)(도 3c에서)를 포함할 수 있다. 댐퍼(300,310)들은 각각, 전술한 것과 유사한 구조물을 가질 수 있다. 이와는 달리, 댐퍼(300,310)들은 상이한 구조물, 즉 리드-랙 댐핑을 위한 스프링 연결부를 포함하지 않는 것을 가질 수 있다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하여 설명한 무선 감지 시스템은 또한, 댐퍼들 이외에 다른 모션 제어 유체 장치들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4는 무선 감지 시스템이 내부에 사용될 수 있는 지지 스트럿 격리기(400)를 도시한다. 본 발명의 목적을 위해서, 지지 스트럿 격리기는 챔버(402,404,406,408)들을 포함하며, 이들 중의 어느 것이 전술한 바와 같이 무선 감지 시스템을 경유하여 모니터링될 수 있다. 지지 스트럿 격리기(400)는 지지 스트럿 격리기 내측 부재(403)에 접합되는 관형 탄성중합체(401) 및 작동기 플런저(405)를 포함한다. 다른 관형 탄성중합체(407)가 지지 스트럿 격리기 외측 부재(409) 및 지지 스트럿 격리기 내측 부재(403)에 접합된다. 지지 스트럿 격리기 내측 부재(403)는 지지 스트럿 격리기 외측 부재(409)에 대해 이동할 수 있다. 일 실시예에서, 무선 감지 시스템(410)(또는 무선 감지 시스템의 적어도 감지 부분)은 챔버(402)에 인접한 충전 밸브(412)에 통합된다.
다른 예에서, 도 5는 무선 감지 시스템이 내부에 사용될 수 있는 유체 마운트(500)를 도시한다. 유체 마운트(500)는 구조물(501,503)들에 부착된다. 본 발명의 목적을 위해, 유체 마운트(500)는 유체 챔버(502,504,506,508)들을 포함하며, 이들 중 어느 것이 전술한 바와 같이 무선 감지 시스템을 경유해서 모니터링될 수 있다. 유체 마운트(500)는 또한, 내측 및 외측 유체 마운트 본체(507,509)들의 대향 표면들 사이에 부착되는 탄성중합체 튜브(505)들을 포함한다. 내측 유체 마운트 본체(507)는 외측 유체 마운트 본체(509)에 대해 이동 가능하다. 일 예에서, 무선 감지 시스템(또는 무선 감지 시스템의 적어도 감지 부분)(512)은 유체 마운트(500)의 용적 보상기(514) 내의 포트에 장착된다. 정상적으로, 이러한 포트는 용적 보상기(514) 내의 액체 레벨을 모니터링하기 위한 투시 유리를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 무선 감지 시스템(518)은 충전 밸브(519)에 통합될 수 있다. 다른 예에서, 무선 감지 시스템은 예를 들어, 챔버(506,508)들 중의 어느 하나에 인접한 외측 유체 마운트 본체(509)에 통합될 수 있다. 에너지 수확기는 통합 무선 감지 장치들에 동력을 공급하기 위해서 도 4 및 도 5에 도시된 모션 제어 유체 장치들 중의 어느 하나에 장착될 수 있다.
본 발명이 한정된 수의 실시예들에 대해 설명되었지만, 본 개시의 이득을 취득한 본 기술분야의 당업자들은 여기에 개시된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 이탈하지 않은 다른 실시예들이 창안될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 단지, 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정되어야 한다.

Claims (21)

  1. 두 개의 구조물들 사이의 제어된 상대적인 모션을 제공하기 위한 계장화 모션 제어 유체 장치로서,
    제 1 유체 장치 본체와,
    상기 제 1 유체 장치 본체에 이동가능하게 커플링되는 제 2 유체 장치 본체와,
    상기 제 1 유체 장치 본체와 제 2 유체 장치 본체 중의 하나의 내측에 한정된 하나 이상의 유체 챔버, 및
    상기 제 1 유체 장치 본체와 제 2 유체 장치 본체 중의 하나 이상에 통합되는 무선 감지 시스템을 포함하며,
    상기 무선 감지 시스템은 상기 유체 챔버 근처에서 감지하는 하나 이상의 유체 특성 센서 및 상기 유체 특성 센서에 의해 만들어진 측정을 원격지로 무선으로 전달하는 통신 장치를 포함하는,
    계장화 모션 제어 유체 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 특성 센서는 압력 센서인,
    계장화 모션 제어 유체 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 무선 감지 시스템은 무선 감지 시스템에 동력을 공급하기 위한 배터리를 더 포함하는,
    계장화 모션 제어 유체 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 무선 감지 시스템은 무선 감지 시스템에 동력을 공급하는 에너지 수확기를 더 포함하는,
    계장화 모션 제어 유체 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 무선 감지 시스템은 에너지 수확기에 의해 수확된 에너지를 저장하는 동력 저장 장치를 더 포함하는,
    계장화 모션 제어 유체 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 무선 감지 시스템은 무선 감지 시스템의 작동을 제어하는 마이크로제어기를 더 포함하는,
    계장화 모션 제어 유체 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유체 장치 본체 내의 포트에 장착되는 밸브 또는 플러그를 더 포함하며, 상기 유체 특성 센서는 상기 밸브 또는 플러그에 통합되는,
    계장화 모션 제어 유체 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유체 장치의 대향 표면 및 제 2 유체 장치의 대향 표면 사이에 장착되고 상기 대향 표면들에 부착되는 하나 이상의 탄성중합체를 더 포함하는,
    계장화 모션 제어 유체 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신 장치는 안테나와 송수신기로부터 선택되는,
    계장화 모션 제어 유체 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신 장치는 저-동력 무선 통신 프로토콜을 사용하는,
    계장화 모션 제어 유체 장치.
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