NL8120344A - - Google Patents

Description

812 OS 4 4 κ I Aandrijfsysteem voor een stuuroppervlak van een vliegtuig.

| _ j

Technisch veld. j

De uitvinding houdt in hoofdzaak verhand met i het veld van hydraulische aandrijfsystemen en meer in het bijzoii- I der met een aandrijfsysteem voor sturing van vluchtstuuroppervlak- ; 5 ken van een vliegtuig. : I Ac ht er gr ondt ec hni ek.

| Typische stuursystemen voor vluchtstuuropper- ! i I vlakken van een vliegtuig gebruiken overvloedige hydraulische j j aandrijvingen voor het bereiken van de noodzakelijke betrouw- ! 10 baarheid. Overvloedigheid wordt hetzij verkregen door het gebruï- ; ken van een aantal aandrijvingen of door het koppelen van \ hydraulische cilinders in tandnm met een gemeenschappelijke zuigerstang. De meeste bekende werkwijzen gebruiken een of meer j | hydraulisch aangedreven servokleppen van het lineaire spoeltype i 15 voor het sturen van de stroom van hydraulisch fluïdum naar de | aandrijving. Indien de piloot van het vliegtuig de betreffende ί sturing m het vluchtstation beweegt, wordt een klep die gekop-

j I

i peld is met de sturing door de mechanische koppeling, geopend enl ! i j drijft hydraulisch fluïdum via een leiding die met de servoklep | i 20 is gekoppeld, de spoel aan, waardoor een tweede bron van ! ! i ! hydraulisch fluïdum in staat wordt gesteld om te stromen naar i ; de aandrijving. Dergelijke systemen zijn zwaar vanwege de nood zaak van het hebben van hydraulische leidingen die lopen naar .het aantal van servokleppen alsmede hydraulische leidingen voor : 25 het aandrijven van de aandrijvingen.

In de zogenoemde "draadvlieg systemen" wordt, indien de piloot de sturingen beweegt, een elektrisch signaal i opgewekt dat elektro/hydraulische kleppen aandrijft die zijn gemonteerd in de buurt van de primaire servokleppen. Uiteraard 30 is een dergelijk systeem lichter van gewicht, aangezien het mechanische koppelsysteem naar het vluchtstation is vervallen. Typische systemen die gebruik maken van deze benadering, zijn beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.338.138, 8120344 - 2 -

I I

I Redundant Control System van Wood, en 3.5^-3.6^-1 Control for j j Spoilers and Like Aerodynamic Actuators of Aircraft door j | H. Deplante en anderen. Het nadeel van dergelijke systemen is, j I . . i . dat voor het bereiken van de nodige betrouwbaarheid, de systemen ί 5 zeer ingewikkeld worden, groot van afmeting, en duur in het

| vervaardigen en bij het onderhoud. Bijvoorbeeld vereist het US

Airforce F-16 vliegtuig drie elektromechanische aandrijvingen die i drie afzonderlijke servokleppen van het lineaire spoeltype aan drijven, met drie controlekleppen en mechanische terugkoppeling, i 10 die op zijn beurt een enkelvoudige tandamaandrijving stuurt, i De ruimteveer is zelfs ingewikkelder, doordat hij gebruik maakt van een viervoudig overvloedig systeem.

!

Met de komst van zeer betrouwbare elektronische j systemen en in het bijzonder de ontwikkeling van digitale elek- j i 15 tronische componenten en circuits, tezamen met moderne magne- i ; i | tische materialen, is het mogelijk geworden om gebruik te maken van wat gewoonlijk "direkte aandrijfsystemen" worden genoemd.

In zulke systemen zijn de servokleppen die worden gebruikt voor ! i het sturen van de aandrijvingen, direkt gekoppeld met elektro- i 20 mechanische aandrijvers; bijvoorbeeld koppelmotoren met perma nente magneet. Een voorbeeld van dit systeemtype kan worden gevonden in het Amerikaanse octrooischrift 2.826.896, Manually Controlled Electro-Hydraulic System for Aircraft van S.G. Glaze : en anderen. Glaze maakt gebruik van twee hydrocilinders in j | 25 tandem gekoppeld door een gemeenschappelijke uitgaande as. De ! twee servokleppen zijn gekoppeld met elke cilinder en een kop- pelmotor is gekoppeld met de einden van de spoelen door middel van een mechanisch koppelsysteem. Dit systeem heeft verschillende nadelen. Omdat de spoelen niet mechanisch met elkaar zijn 30 gekoppeld, moet elke koppelmotor voldoende groot worden gedimen sioneerd teneinde de mogelijkheid te hebben om eventuele deel1- zitten, tjes te breken die in de spoelkleppenblijven,;,/zouden kunnen, hetgeen: tot gevolg heeft dat deze klemlopen. Het gebruik van mechanische koppeling vereist, dat vier servokleppen moeten wor-35 den gebruikt voor het bereiken van de betrouwbaarheid van een 8120344 - 3 - viervoudig overvloedig systeem (zoals op de veer is toegepast), j j Verder is tengevolge van het gehruiken van | ) i tolerantie steil mechanische koppeling tussen de koppelmotor en de spoel, het nulpunt van de spoel moeilijk te bereiken. Dit! | 5 kan een groot probleem te weeg brengen indien spoelkleppen van het lijn op lijntype worden toegepast. Bovendien hebben koppel-! j motoren met permanente magneet zoals beschreven door Glaze 1

I I

een beperkte uitgang door ijzerverzadiging aan het pooloppervlak; I . , j en dus, mdien een hoge uitgangskracht vereist is, wordt de 10 koppelmotor nogal groot en veroorzaakt belangrijke verpakkings-: en gewichtsproblemen. Een ander probleem met dit type van kop- : pelmotor is, dat er geen praktische manier bestaat voor het instellen van het mechanische nulpunt en dus moet de instelling j worden gedaan door mechanismen in de servoklep. ; ] ; I 15 Andere pogingen bij direkte aandrijving maken! | gebruik van dergelijke inrichtingen als stemwikkelingen voor ; ; ! het aandrijven van de spoel. Maar het toepassen van stemwikke- j lingen vereist een nogal ingewikkeld mechanisch koppelsysteem tussen de lineaire spoelklep en wikkeling, en dus worden problem ! 20 men ondervonden bij het inrichten van het nulpunt voor de spoel;

I ..... . . I

; Dit is m het bijzonder een probleem bij systemen van het j

j dubbele type, waarin dubbele spoelen en dubbele stemwikkelingenJ

worden toegepast. i : Het is daarom een eerste oogmerk van de uit- ; 25 vinding om een vereenvoudigd, lichtgewicht, direkt drijvend aan drijfsysteem te leveren voor het positioneren van een stuur-oppervlak van een vliegtuig.

Een verder oogmerk van de uitvinding is het leveren van een direkt aandrijvend aandrijfsysteem voor het 30 sturen van een stuuroppervlak van een vliegtuig dat betrouw baarheid kan bereiken gelijk aan conventionele viervoudig overvloedige aandrijvingen.

Een nog ander oogmerk van de uitvinding is het leveren van een direkt aandrijvend aandrijfsysteem voor 35 het sturen van een stuuroppervlak van een vliegtuig dat de ser- 8120344 » - k - I j vokleppen en de servoklep-aandrijfmechanismen integreert in het j I j

[ lichaam van de aandrijving. I

Samenvatting van de uitvinding.

I De uitvinding is een hydraulisch door fluïdum : ! 5 van kracht voorzien aandrijfsysteem voor het sturen van de stand van een stuuroppervlak van een vliegtuig in responsie op j I een aantal van overvloedige stuursignalen. Het systeem omvat | een tandemaandrijving die kan worden gemonteerd in het vliegtuig, j De tandemaandrijving omvat een huis met eerste en tweede cilin-j

J I

10 Iers, waarbij een zuiger beweegbaar binnen elk van de cilinders! is gemonteerd. Een zuigerstang verbindt de twee zuigers en kan j samenwerken met het stuuroppervlak. Twee roterende koppel-| . motoren die een gemeenschappelijke aandrijfas hebben, zijn aan-; j gebracht, die in staat zijn tot het ontvangen van het aantal j 15 van overvloedige elektrische stuursignalen. Eerste en tweede j roterende hydraulische servokleppen zijn direkt met de aandrijf-· j as gekoppeld en worden dus aangedreven door de koppelmotoren en zijn ingericht voor het sturen van de toevoer en afvoer van hydraulisch fluïdum uit de eerste respectievelijk tweede cilin-j 20 der.

Bij voorkeur zijn er vier stuursignalen en i de koppelmotoren zijn vierpolige borstelloze gelijkstroomkoppel-i | motoren met elke wikkeling erop gekoppeld met een verschil lend stuursignaal. Voor het bereiken van compactheid zijn de ' ; 25 koppelmotoren en.servokleppen binnen het huis in een lijn met de cilinders gemonteerd.

De nieuwe maatregelen waarvan wordt aangenomen dat zij karakteristiek voor de uitvinding zijn, zowel | wat zijn organisatie betreft en zijn werkwijze van werking, te- ; 30 zamen met verdere oogmerken en voordelen ervan, zullen beter . worden begrepen uit de volgende beschrijving in verband met de bijgaande tekeningen waarin een uitvoeringsvorm van de uitvinding waaraan thans de voorkeur wordt gegeven, bij wijze van voorbeeld is geïllustreerd. Het moet echter goed worden begre-35 pen, dat de tekeningen alleen maar zijn voor doeleinden van 8120344 - 5 - : 1 i illustratie en "beschrijving en niet de "bedoeling hehhen als een i beperking van de grenzen van de uitvinding. i i · !

Korte beschrijving van de tekeningen. j .! Figuur 1 is een zijaanzicht van een tandem- j 5 hydraulische aandrijving.

Figuur 2 is een dwarsdoorsnede van de aan- ! ,. drijving die is weergegeven in figuur 1 langs de lijnen 2-2.

j i

Figuur 3 iniperspectiëfceen exploded view van een paar koppelmotoren die door een as zijn gekoppeld met een 10 paar van roterende servokleppen.

Figuur b is een schematisch diagram van een j , . . ... 1 elektronisch stuursysteem voor de aandrijving die in figuur 1 | is weergegeven. j

Beschrijving van de voorkeur verdienende uit- ! I 15 voeringsvorm. j

In figuur 1 is een zijaanzicht weergegeven van een tandremhydraulische aandrijving die in hoofdzaak is aange- ; duid door verwijzingscijfer 10. In figuur 2 is een dwarsdoor- : snede weergegeven van de aandrijving 10 van figuur 1, langs de | 20 lijnen 2-2. Verwijzend naar de figuren 1 en 2 kan worden i | gezien, dat de aandrijving 10 een lichaam 12 bevat dat verdeeld ! ! is in twee cilinders, 1¼ en 16, die aan beide zijden zijn ge- : koppeld van een zuigerstanggeleiding 18. Zuigers 20 en 22 zijn i beweegbaar binnen de respectieve cilinders 1U en 16 gemonteerd ; : 25 en zijn samen gekoppeld door een zuigerstang 26. Zuigerstang 26; i ! eindigt in een stangeindlager 28, dat geschikt is voor koppeling met een stuuroppervlak van een vliegtuig. De slag van zuiger 20 wordt beperkt door afdichtorgaan 30 en zuigerstanggeleiding 18.

| De slag van zuiger 22 is uiteraard gelijk aan zuigerstang 26 30 en wordt bepaald door geleiding 18 en afdichtorgaan 3^ dat is vergrendeld op zijn plaats door van schroefdraad voorzien tegen-houdorgaan 36. Het lichaam 12 werkt met schroefdraad samen met het huis ko en wordt op zijn plaats vergrendeld door een grendel-moer k2. Terwijl een tandem-lineair-aandrijving is weergegeven 35 voor doeleinden van illustratie kan ook een tandem roterende 8120344 - 6 - aandrijving (niet weergegeven) worden toegepast.

Binnenboring h6 van huis' 1+0 zijn twee ro- ! j ? j terende servokleppen 1+8 en 1+9 gemonteerd. De servokleppen 1+8 ' j en 1+9 omvatten spoelen 50 en 51 die draaibaar in respectieve ! 5 huizen 56 en 58 zijn gemonteerd en.daarin, zijn vergrendeld door: j deksels 59 en 60. De spoelen 50 en 51 zijn gekoppeld met een gemeenschappelijke van een spie voorziene aandrijfas 5*+· Ook | zijn binnenboring 1+6 van huis 1+0 twee roterende koppelmotoren i 8 62 en 63 gemonteerd die respectieve rotors 66 en 68 hebben die 10 ook op as 5h zijn gekoppeld. De koppel-motoren zijn bij voor- ‘ | keur vierpolige gelijkstroomkoppelmotoren. De wikkelingen 69 en; I TO van koppelmotoren 62 en 63 zijn binnen respectieve vasthoud-j organen 71 en 72 gemonteerd. De boring 1+6 is afgedicht door ! middel van een van schroefdraad voorzien tegenhoudorgaan 73 15 dat een stangeindlager 7I+ opneemt voor het koppelen aan vlieg- ! j tuigstelsel (niet weergegeven). De bijzondere opstelling die is; I weergegeven is niet een noodzakelijkheid, bijvoorbeeld zouden j i de koppelmotoren en servokleppen ook versprongen kunnen zijn. |

Een mechanische aanslag (niet weergegeven) | 20 is opgenomen voor het beperken van de rotatie van de spoelen j | tot de waarde die noodzakelijk is voor het openen van de poorten.

! Verder zijn centreermiddelen (niet weergegeven) aangebracht ! voor het centreren van de koppelmotoren. De centreermiddelen kunnen de vorm hebben van een veer of een elektrisch stuurcir- 25 cuit dat in staat is om de hoekstand van de rotor vast te stel len en,een terugkoppelsignaal te leveren aan de computer voor het elektronisch,instellen van de stand van de koppelmotoren.

In figuur 3 is in perspectief een exploded view weergegeven van.de twee servokleppen 1+8 en 1+9 5 dwars door-30 gesneden voor het tonen van inwendige gedeelten en de twee vier polige gelijkstroomkoppelmotoren 62 en 63. Nog steeds naar verwijzing naar de figuren 1 en 2 en aanvullend naar figuur 3, 1 kan worden gezien dat wikkelingen 69 en 70 van koppelmotoren 62

; I

en 63 in hoofdzaak zijn verdeeld in vier gescheiden kwadranten.

35 Wikkeling 69 omvat wikkelkwadranten 69a, 69b, 69c, 69d; terwijl 8120344 •v - 7 - wikkeling JO wikkelsecties 70a, 70b, 70c, 70d bevat. In dit ; geval kunnen dus vier afzonderlijke ingangssignalen worden toe-| gevoerd aan elke koppelmotor. Aangezien er vier wikkelingen ! i zijn heeft elke rotor vier polen. Elke pool bezit een permanenté | 5 magneet aangewezen door verwijzingscijfer 80 die aan de rotor ! 66 is bevestigd. Borstelloze gelijkstroomkoppelmótoren hebben j de voorkeur omdat zij eenvoudig zijn, geleidelijk werken, lineair en wrijvingsloos en levert hoog koppel bij lage gewichtsver-houdingen.

» i | io Onder druk gebracht hydraulisch fluïdum uit leiding 90 Is gekoppeld met de servoklep 48 via poort 9"! en ! afvoer daaruit op leiding 92 via poort 94. Poort 96 in huis 56 van servoklep 48 is gekoppeld met doorgang 98 in huis 40, die i ! op zijn beurt het gedeelte 100 koppelt van de cilinder (aan zij- j i i 15 de 101 van zuiger 20). Poort 102 in huis 56 is gekoppeld met doorgang 1θ4 in het huis 4θ. Een uitwendige buis 106 verbindt | ! doorgang 104 met een doorgang (niet weergegeven) in geleiding 1Ö | die koppelt naar gedeelte 107. van de cilinder 114 (aan zijde j 108 van zuiger 20). Onder druk gebracht hydraulisch fluïdum uit ! | 20 leiding 109 wordt gekoppeld naar de servoklep 4-9 via poort 110 ; | en daarvan afgevoerd naar leiding 111 via poort 112. Poort 113 in huis 58 is gekoppeld met doorgang 114 in huis 4o. Een uitwen-· | dige buis 116 koppelt de doorgang 114 met doorgang 118 in de j geleiding.32. Doorgang 118 koppelt op zijn beurt met gedeelte I : 25 122 van cilinder 16 (aan zijde 123 van zuiger 22) via doorgang : : 122. Poort 124 in huis 58 is gekoppeld met doorgang 126 in huis ; | 40. Een uitwendige buis 130 koppelt doorgang 126 met doorgang (niet weergegeven) in eind 132 tot gedeelte 14o van cilinder 16 (aan zijde 141 van zuiger 22).

30 Indien de spoelen 50 en 51 kloksgewijze wor den geroteerd stroomt dus banen tussen poort 94 en doorgang 102 via doorgang 142 en tussen poort 112 en doorgang 126 via doorgang 144 zijn geopend. Gelijktijdig stroombanen zullen ook zijn geopend uit poort 91 naar doorgang 98 en van poort 110 naar . 35 doorgang 114. Dit zal gedeelten 100 en 122 van respectieve 8120344 % .-8- [ I ; cilinders 1V en 16 toestaan om te worden Toelast terwijl ge-I deêlten 107 en 1^0 worden afgevoerd hetgeen tot gevolg heeft 1 dat de zuigerstang 26 zich uitzet. Indien de spoelen 50 en 51 | tegen-kloksgewijs worden geroteerd stroombanen tussen poort ! | 5 en doorgang 98 zullen worden geopend ook via doorgang 146 en tussenpoort 111 en doorgang 11k via doorgang 1 b-8 worden veroorzaakt. Gelijktijdig zullen stroombanen worden geopend tussen poorten 91 en doorgang 102 en tussen poort 110 en doorgang 126. ; Dit zal natuurlijk de gedeelten 107 en ikO toestaan respectieve 10 cilinders 1 b- en 16 te belasten terwijl gedeelten 100 en 122 I ^ i | worden afgevoerd hetgeen tot gevolg heeft dat zuigerstang 26 j | terugtrekt. j j j

In figuur k is een schematische presentatie j gegeven van een elektronisch stuursysteem voor de aandrijving j 15 10. Vliegtuigtasteringangen (zoals vliegtuigaanvalshoek, toe- j | rental en dergelijke) aangeduid door verwijzingscijfer 150 en ; pilootingangsstuursignalen 152 worden gekoppeld met een computer 15k. De uitgang van de computer worden gevoed naar versterkers j | 156a, 156b, 156c en 15éd, die op zijn beurt de uitgangssignalen j 20 levert naar.de koppelmotoren. Voor een juiste betrouwbaarheid wordt het uitgangssignaal van elke versterker gevoed naar een wikkeling van elke koppelmotor. De aandrijving 10 is gemonteerd' I tussen vliegtuigstelsel 160 via stangeindlager 7^· en naar i stuuroppervlak 162 via stangeindlager 28 en zuigerstang 26.

: 25 Terugkoppelsignalen evenredig met de' stuuroppervlak 162 stand worden teruggevoerd naar de computer. Verwijzend in het bijzon-; der naar figuur 2 kunnen deze overvloedige terugvoersignalen worden geleverd door een paar van positie-indicators binnen de aan-j drijving 10, in zijn algemeenheid aangeduid door verwijzingscij- I 30 fer 170.

Vanwege het toepassen van de unieke combina-! tie van overvloedige cilinders, roterende servokleppen en borstelloze gelijkstroomkoppelmotoren, het feit dat de koppelmotoren en servokleppen allen zijn gemonteerd op een gemeen-35 schappelijke as en vier stuursignalen worden geleverd met elke 8120344 - 9 - i ; koppelmotor gekoppeld aan elk signaal is de totale betrouwbaar-| heid aanzienlijk beter dan bestaande niet direkte aandrijven- [ j de viervoudig overvloedige systemen tengevolge van een verminde··· ! ring in onderdelen. Het moet echter worden opgemerkt, dat in I 5 sommige toepassingen minder dan vier. stuursignalen kunnen worden i gebruikt.

i „ I Een ander voordeel van deze combinatie is, i ί . „ ! ! dat indien de diameter van de motoren groter wordt gemaakt dan j | de diameters van de spoelen, een mechanisch voordeel wordt ver- 10 kregen waardoor de mogelijkheid toeneemt om deeltjes af te breken die worden gevangen in de servokleppen.

| Terwijl het aandrijfsysteem is beschreven met I verwijzing naar een bijzondere uitvoering, zal worden begrepen i j dat de uitvoeringsvorm slechts illustratief is aangezien er ! 15 verschillende variaties en wijzigingen mogelijk zijn die door j de deskundigen kunnen worden gemaakt. De uitvinding moet dus ! worden opgevat als te zijn beperkt slechts door het kader en het

! wezen van de aangehechte conclusies. J

ί Industriële toepassing. j 20 De uitvinding heeft toepassingen in aandrijf-! systemen die worden gebruikt voor het besturen van de plaatsing1 van stuuroppervlakken van een vliegtuig. i ! i 8120344

Claims (3)

1. Door een hydraulisch fluïdum aangedreven j ί aandrijfsysteem voor het sturen van de stand van een stuur- | oppervlak van een vliegtuig in responsie op een aantal van over i 5 vloedige stuursignalen omvattende: een tand^maandrijforgaan dat kan worden gemon- . teerd in het vliegtuig, j | omvattende: | een huis met eerste en tweede cilinders, 1. een zuiger die beweegbaar binnen elk van de ; j cilinders is gemonteerd, en ! j j een zuigerstang die de zuigers verbindt en j kan samenwerken met het stuuroppervlak,

2. Roterende koppelmotoren die een gemeen- 1. schappelijke aandrijfas hebben, waarbij elk van de roterende j i : koppelmotoren het aantal van overvloedige stuursignalen kan ont vangen , en eerste en tweede roterende servostuurkleppen j die zijn gekoppeld met de aandrijfas, welke eerste en tweede 2. servostuurkleppen de toevoer en afvoer kunnen besturen van het ; hydraulische fluidum uit de eerste respectievelijk tweede cilin-; der. ;

2. Aandrijfsysteem volgens conclusie 1, waarin er vier stuursignalen zijn. ; 25

3. Aandrijfsysteem volgens conclusie 2, j waarin de koppelmotoren gelijkstroomkoppelmotoren zijn met vier; wikkelingen en vier polen, en elk van de wikkelingen is gekoppeld met een verschillende van de overvloedige stuursignalen. Aandrijfsysteem volgens conclusie 3, 30 waarin de koppelmotoren en de servokleppen zijn gemonteerd bin nen het huis in lijn met de cilinders. 8120344