WO2016132785A1 - 航空機の脚揚降用電動油圧アクチュエータシステム - Google Patents

航空機の脚揚降用電動油圧アクチュエータシステム Download PDF

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WO2016132785A1
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hydraulic
electric motor
leg
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hydraulic pump
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正悟 萩原
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住友精密工業株式会社
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Definitions

  • the technology disclosed herein relates to an electro-hydraulic actuator system for lifting and lowering aircraft legs.
  • Patent Document 1 describes an electro-hydraulic actuator (EHA) system used for lifting and lowering an aircraft leg.
  • EHA electro-hydraulic actuator
  • This system includes a hydraulic actuator, a hydraulic circuit, a hydraulic pump, an electric motor, and a controller.
  • the controller controls the operation of the electric motor, the hydraulic oil is supplied from the hydraulic pump to the hydraulic actuator via the hydraulic circuit.
  • the hydraulic actuator is extended or contracted, the leg is stored in the storage chamber or the leg is expanded from the storage chamber.
  • the controller feeds back the rotation speed of the electric motor and the current supplied to the electric motor, and controls the operation of the electric motor so that the rotation speed of the electric motor becomes the target rotation speed.
  • Aircraft leg lifting / lowering requires storage and deployment within a predetermined time range, and it must be avoided that the time required for leg storage and deployment becomes too long.
  • the technology disclosed herein has been made in view of the above points, and an object thereof is to suppress variation in operation of hydraulic actuators due to environmental changes in an aircraft hydraulic system for lifting and lowering legs.
  • Aircraft may take off in areas with high temperatures such as over 50 ° C and land in areas with low temperatures such as -10 ° C or lower. On the other hand, it may take off from a low temperature area and land in a high temperature area.
  • the temperature range in which an EHA system mounted on an aircraft is used is significantly wider than that of general hydraulic equipment. Due to the wide temperature range used, the EHA system mounted on an aircraft is characterized in that the viscosity of the hydraulic oil varies greatly from a low viscosity to a high viscosity.
  • the aircraft leg lifting mechanism is used only when the aircraft is taking off and landing, and is not used during flight exposed to extremely low outside temperatures.
  • the EHA system is a system in which each system independently operates a hydraulic actuator in place of the hydraulic supply system installed in the current aircraft. Therefore, when an EHA system is applied to an aircraft leg lifting mechanism, the EHA system is stopped during flight. Therefore, when the aircraft is landing, when the leg lifting EHA system is operated, it is activated. The oil temperature has dropped significantly.
  • the EHA system itself may be applied to various aircraft systems, particularly when the EHA system is applied to a leg lifting mechanism, the temperature of the hydraulic oil may be extremely low during operation. There are special circumstances.
  • the aerodynamic load that accompanies the operational state of the aircraft acts on the legs and doors, and in turn on the hydraulic actuators that move them.
  • the direction and size change depending on the traveling speed. This is also one of the factors that cause variations in the operation of the hydraulic actuator when only the rotational speed feedback control of the electric motor is performed in the leg lifting / lowering EHA system.
  • the technology disclosed herein relates to an aircraft hydraulic lift actuator system for lifting and lowering an aircraft leg, the system including at least one hydraulic actuator configured to retract and deploy an aircraft leg; A hydraulic circuit connected to the hydraulic actuator and configured to supply and discharge hydraulic fluid to and from the hydraulic actuator, and to boost the hydraulic fluid supplied to the hydraulic actuator via the hydraulic circuit A hydraulic pump configured as described above, an electric motor coupled to the hydraulic pump and configured to drive the hydraulic pump, and a command related to retracting the leg or a command related to deployment of the leg. A controller configured to control the operation of the electric motor and a sensor for detecting a discharge pressure of the hydraulic pump , Comprising a.
  • the controller feeds back the discharge pressure detected by the sensor when receiving a command for retracting the leg or a command for deploying the leg, and the discharge pressure of the hydraulic pump is The operation of the electric motor is controlled so as to achieve the target discharge pressure.
  • a hydraulic actuator configured to retract and deploy an aircraft leg opens and closes a hydraulic actuator that lifts and lowers the leg (so-called gear actuator) and / or a door of a storage chamber that stores the leg. Includes hydraulic actuators (so-called door actuators). Further, a hydraulic actuator (so-called down-lock release actuator) for releasing the mechanism for fixing the leg-lowering state may be included.
  • the hydraulic pump is driven when the controller operates the electric motor.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump is supplied to the hydraulic actuator via the hydraulic circuit.
  • the hydraulic actuator expands or contracts, and the aircraft leg is stored in the storage room, or the leg is deployed from the storage room.
  • the controller feeds back the discharge pressure of the hydraulic pump detected by the sensor when receiving a command for retracting the legs of the aircraft or a command for deploying the legs, and the discharge pressure of the hydraulic pump becomes the target discharge pressure.
  • the operation of the electric motor is controlled.
  • the discharge pressure of the hydraulic pump is targeted regardless of the viscosity of the hydraulic oil, in other words, regardless of the leakage state of the hydraulic oil in the hydraulic pump. It becomes possible to maintain the discharge pressure.
  • the controller increases the rotation speed of the electric motor when the discharge pressure of the hydraulic pump is lower than the target discharge pressure, and decreases the rotation speed of the electric motor when the discharge pressure of the hydraulic pump is higher than the target discharge pressure.
  • the time required for retracting the leg and the time required for deploying the leg due to the viscosity of the hydraulic oil are prevented, and the time required for retracting the leg is kept within the target time range. And the time required to deploy the legs can be kept within the target time range.
  • the controller receives a pressure command of hydraulic oil supplied to the hydraulic actuator and a feedback signal of the discharge pressure detected by the sensor, and the discharge pressure of the hydraulic pump is changed to a target discharge pressure corresponding to the pressure command.
  • the pressure control block for outputting the rotational speed command of the electric motor, the rotational speed command from the pressure control block, and the rotational speed Fordback signal of the electric motor, the rotational speed of the electric motor .
  • a motor rotation speed control block that outputs a supply current command for the electric motor, a supply current command from the motor rotation speed control block, and the electric motor so that a target rotation speed corresponding to the rotation speed command is obtained.
  • the supply current to the electric motor corresponds to the supply current command.
  • the includes a current control block supplies current to the electric motor may be.
  • This configuration is equivalent to applying feedback control based on the discharge pressure of the hydraulic pump to the electric hydraulic actuator system for lifting and lowering the aircraft legs that performs feedback control based on the rotational speed of the electric motor and the supply current value. .
  • the pressure in the hydraulic actuator is prevented from becoming too high.
  • the time required for storing the legs and the time required for deploying the legs due to the viscosity of the hydraulic oil are prevented, and the time required for retracting the legs and the deployment of the legs are prevented. Each time can be kept within the target time range.
  • the feedback control based on the discharge pressure of the hydraulic pump prevents the pressure in the hydraulic actuator from becoming too high.
  • the aircraft leg lift mechanism it is possible to prevent variations in the expansion and contraction operations of the hydraulic actuator.
  • FIG. 1 is an explanatory perspective view illustrating a leg lifting mechanism.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the leg lifting EHA system.
  • FIG. 3 is a diagram comparing the leg retracting operation according to the comparative example and the leg retracting operation according to the example when the temperature of the hydraulic oil is normal temperature (20 ° C.).
  • FIG. 4 is a diagram comparing the leg retracting operation according to the comparative example and the leg retracting operation according to the example when the temperature of the hydraulic oil is high (70 ° C.).
  • FIG. 5 is a diagram comparing the leg retracting operation according to the comparative example and the leg retracting operation according to the example when the temperature of the hydraulic oil is low ( ⁇ 55 ° C.).
  • FIG. 1 illustrates a leg lifting mechanism to which the EHA system 1 is applied.
  • the lifting / lowering mechanism that stores the leg 11 in the body 12 and deploys from the body 12 includes a gear actuator 21 for lifting and lowering the leg 11 and a door 14 of the storage chamber 13 that houses the leg 11. It is assumed that at least a door actuator 22 for opening and closing is included.
  • These actuators 21 and 22 operate sequentially when the legs 11 are retracted and deployed. Specifically, when the leg 11 is retracted, the door actuator 22 opens the door 14 and then the gear actuator 21 lifts the leg 11.
  • the leg lifting mechanism may further include a down lock release actuator for releasing the mechanism that fixes the leg lowering state.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the EHA system 1.
  • the EHA system 1 supplies the hydraulic oil to the gear actuator 21 and the door actuator 22 via the gear actuator 21, the door actuator 22, the hydraulic circuit 33 connected to the gear actuator 21 and the door actuator 22, and the hydraulic circuit 33.
  • a hydraulic pump 32, an electric motor 31 connected to the hydraulic pump 32, an EHA controller 4 that controls the operation of the electric motor 31, and a pressure sensor 34 that detects the discharge pressure of the hydraulic pump 32 are provided.
  • the hydraulic circuit 33 is configured to selectively supply hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 32 to the gear actuator 21 or the door actuator 22.
  • the hydraulic circuit 33 is also configured to discharge hydraulic oil from the gear actuator 21 and the door actuator 22.
  • the specific configuration of the hydraulic circuit 33 is not particularly limited, and various configurations can be employed as appropriate.
  • the hydraulic pump 32 is a pump that boosts the hydraulic oil supplied to the gear actuator 21 and the door actuator 22.
  • the hydraulic pump 32 may be, for example, a constant capacity hydraulic pump. Specific examples include a swash plate type and an oblique axis type piston pump, a gear pump, a screw pump, and a vane pump.
  • the hydraulic pump 32 may also be a variable displacement hydraulic pump.
  • the electric motor 31 is coupled to the hydraulic pump 32 and is configured to drive the hydraulic pump 32.
  • the electric motor 31 may be a three-phase motor, for example. As will be described later, the operation of the electric motor 31 is controlled by the EHA controller 4, whereby the drive of the hydraulic pump 32 is controlled.
  • the pressure sensor 34 detects the discharge pressure of the hydraulic pump 32. As the pressure sensor 34, an arbitrary configuration can be adopted as appropriate. The pressure sensor 34 outputs the detected discharge pressure to the EHA controller 4 as a feedback signal.
  • the EHA controller 4 includes a pressure control block 41, a motor rotation speed control block 42, and a current control block 43.
  • the pressure control block 41 is configured to receive a pressure command output from a system on the aircraft body side and a discharge pressure feedback signal from the pressure sensor 34.
  • the pressure command corresponds to the pressure of the hydraulic oil to be supplied to each of the gear actuator 21 and the door actuator 22 that sequentially operate when the leg 11 is stored and deployed.
  • the pressure control block 41 outputs a rotational speed command of the electric motor 31 by, for example, PI control so that the discharge pressure of the hydraulic pump 32 becomes a target discharge pressure based on the pressure command.
  • the motor rotation speed control block 42 is configured to receive a rotation speed command from the pressure control block 41 and receive the rotation speed of the electric motor 31 as a feedback signal.
  • the motor rotation speed control block 42 outputs a supply current command for the electric motor 31 by, for example, PI control so that the rotation speed of the electric motor 31 becomes a target rotation speed based on the rotation speed command.
  • the current control block 43 is configured to receive a supply current command from the motor rotation speed control block 42 and to receive a supply current value to the electric motor 31 as a feedback signal.
  • the current control block 43 supplies current to the electric motor 31 by, for example, PI control so that the supply current to the electric motor 31 becomes the target supply current based on the supply current command.
  • the EHA controller 4 includes a pressure feedback loop based on the discharge pressure of the hydraulic pump 32, a motor rotational speed feedback loop based on the rotational speed of the electric motor 31, and a current feedback loop based on the supply current of the electric motor 31. Three feedback loops are included.
  • the EHA controller 4 when the EHA controller 4 receives a pressure command relating to the storage of the leg 11 or the deployment of the leg 11 from the system on the aircraft body side, the discharge pressure of the hydraulic pump 32 is set to the target discharge.
  • the electric motor 31 is controlled so as to be at a pressure. That is, the EHA controller 4 reduces the rotational speed of the electric motor 31 when the discharge pressure of the hydraulic pump 32 becomes higher than the target discharge pressure, and when the discharge pressure of the hydraulic pump 32 becomes lower than the target discharge pressure, The rotational speed of the electric motor 31 is increased.
  • the discharge pressure of the hydraulic pump 32 is set to the target discharge pressure. Can be maintained. In this way, it becomes possible to maintain the discharge pressure of the hydraulic pump 32 at the target discharge pressure regardless of the temperature state of the hydraulic oil, and to suppress variations in the expansion and contraction operations of the gear actuator 21 and the door actuator 22. It becomes possible.
  • an aerodynamic load according to the operational state of the aircraft acts on the leg 11 and the door 14, and the aerodynamic load acting on the gear actuator 21 and the door actuator 22 that move them is externally applied.
  • the direction and size change depending on the wind speed and the speed of the aircraft.
  • the rotation speed of the electric motor 31 and the feedback control of the supply current can be performed together to further suppress variations in the operations of the gear actuator 21 and the door actuator 22.
  • the time required to store the leg 11 and the time required to deploy the leg 11 can be kept within a predetermined time range.
  • the EHA controller 4 includes three feedback loops, that is, a pressure feedback loop, a motor rotational speed feedback loop, and a current feedback loop.
  • the rotational speed control of the electric motor 31 is performed.
  • the motor rotation speed feedback loop and the current feedback loop are omitted in FIG.
  • FIGS. 3 to 5 respectively show simulation results regarding the retracting operation of the legs 11 of the leg lifting / lowering EHA system 1.
  • 3 shows the simulation results when the temperature of the hydraulic oil is 20 ° C.
  • FIG. 4 shows the simulation results when the temperature of the hydraulic oil is 70 ° C.
  • FIG. 5 shows the temperature of the hydraulic oil. It is a simulation result at -55 ° C. 3 to 5, the left diagram relates to a comparative example, and the EHA controller 4 includes a motor rotation speed feedback loop and a current feedback loop, and does not include a pressure feedback loop.
  • a change in motor rotation speed (upper figure), a pressure change in the bore side oil chamber of the gear actuator 21 (middle figure), and a pressure change in the annulus side oil chamber of the door actuator 22 (lower figure) are shown.
  • the right figure relates to the embodiment, and when the EHA controller 4 includes a motor rotation speed feedback loop, a current feedback loop, and a pressure feedback loop (see FIG. 2), a change in the motor rotation speed (upper figure).
  • the pressure change in the bore side oil chamber of the gear actuator 21 (middle figure) and the pressure change in the annulus side oil chamber of the door actuator 22 (lower figure) are shown.
  • the door actuator 22 opens the door 14 (door opening), the gear actuator 21 lifts the leg 11 (gear-up), and the door actuator 22 closes the door 14 ( The doors are closed sequentially. Commands corresponding to the respective operations are input to the EHA controller 4.
  • the comparative examples shown in FIGS. 3 to 5 are compared.
  • feedback control of the motor rotation speed is performed.
  • a motor rotation speed command corresponding to the operation of the door actuator 22 is input to the EHA controller 4, and the EHA controller 4 controls the electric motor 31 so that the target motor rotation speed corresponding to the motor rotation speed command is obtained.
  • Control. When the temperature of the hydraulic oil is normal, the motor rotation speed is substantially constant during the door opening operation, as shown in the upper diagram on the left in FIG. Further, as shown in the lower diagram on the left side of FIG. 3, when hydraulic oil is supplied from the hydraulic pump 32, the pressure in the door actuator 22 increases.
  • a motor rotation speed command corresponding to the operation of the gear actuator 21 is input to the EHA controller 4, and the EHA controller 4 receives the target motor rotation speed corresponding to the motor rotation speed command.
  • the electric motor 31 is controlled.
  • the motor rotation speed is substantially constant at a rotation speed different from that during the door opening operation.
  • the middle diagram on the left in FIG. 3 when hydraulic oil is supplied from the hydraulic pump 32, the pressure in the gear actuator 21 increases.
  • a motor rotation speed command corresponding to the operation of the door actuator 22 is input to the EHA controller 4 so that the EHA controller 4 has a target motor rotation speed corresponding to the motor rotation speed command.
  • the electric motor 31 is controlled. As shown in the upper diagram on the left in FIG. 3, the motor rotation speed becomes substantially constant at a rotation speed different from that during the door opening operation and the gear-up operation. Further, as shown in the lower diagram on the left in FIG. 3, the pressure in the annulus oil chamber of the door actuator 22 decreases.
  • the leg 11 is retracted in a predetermined time range by performing a series of operations such as door opening, gear-up, and door closing.
  • the time required to store the leg 11 including the door opening operation, the gear-up operation, and the door closing operation when the hydraulic oil is high is significantly larger than that at normal temperature. It will be long.
  • discharge pressure feedback control of the hydraulic pump 32 is performed.
  • a pressure command corresponding to the operation of the door actuator 22 or the gear actuator 21 is input to the EHA controller 4 during the door opening operation, the gear-up operation, and the door closing operation.
  • the EHA controller 4 controls the electric motor 31 so that it becomes the target discharge pressure corresponding to each pressure command. That is, when the discharge pressure of the hydraulic pump 32 is low, the rotation speed of the electric motor 31 is increased, and when the discharge pressure of the hydraulic pump 32 is high, the rotation speed of the electric motor 31 is decreased. As a result, as shown in the upper diagrams of FIG. 3 right, FIG. 4 right, and FIG. To do.
  • EHA system for lifting and lowering legs 11 Leg 21 Gear actuator (hydraulic actuator) 22 Door actuator (hydraulic actuator) 31 Electric motor 32 Hydraulic pump 33 Hydraulic circuit 34 Pressure sensor 4 EHA controller 41 Pressure control block 42 Motor rotation speed control block 43 Current control block

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Abstract

　航空機の脚揚降用電動油圧アクチュエータシステム（１）は、脚（１１）の格納及び展開を行うように構成された、少なくとも１つの油圧アクチュエータ（２１、２２）と、油圧回路（３３）と、油圧ポンプ（３２）と、電動モータ（３１）と、脚の格納に係る指令、又は、脚の展開に係る指令を受けたときに、電動モータの作動を制御するように構成されたコントローラー（４）と、油圧ポンプの吐出圧を検出するセンサ（３４）と、を備える。コントローラーは、指令を受けたときに、センサが検出した吐出圧をフィードバックしかつ、油圧ポンプの吐出圧が目標吐出圧となるように、電動モータの作動を制御する。

Description

航空機の脚揚降用電動油圧アクチュエータシステム
　ここに開示する技術は、航空機の脚揚降用電動油圧アクチュエータシステムに関する。
　特許文献１には、航空機の脚の揚降に用いる電動油圧アクチュエータ（Electro Hydrostatic Actuator：ＥＨＡ）システムが記載されている。このシステムは、油圧アクチュエータと、油圧回路と、油圧ポンプと、電動モータと、コントローラーとを備えている。コントローラーが電動モータの作動を制御することによって、油圧ポンプから、油圧回路を介して、油圧アクチュエータに作動油が供給される。油圧アクチュエータが伸長動作又は収縮動作をすることによって、脚が格納室に格納したり、脚が格納室から展開したりする。コントローラーは、電動モータの回転速度及び電動モータへの供給電流をフィードバックしかつ、電動モータの回転速度が目標回転速度となるように、電動モータの作動を制御する。
特許第５６０６０４４号公報
　航空機の脚の揚降に対しては、所定の時間範囲内で格納及び展開を行うことが要求され、脚の格納及び展開に要する時間が長くなり過ぎることは回避しなればならない。
　特許文献１に記載しているような脚揚降用ＥＨＡシステムにおいて、電動モータの回転速度フィードバック制御を行うと、航空機の使用環境によって、脚の格納に要する時間、及び、脚の展開に要する時間のばらつきが大きくなることに、本願発明者は気づいた。また、場合によっては、油圧アクチュエータ内の圧力が高くなり過ぎることにも、本願発明者は気づいた。
　ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、航空機の脚揚降用電動油圧システムにおいて、環境変化による油圧アクチュエータの動作ばらつきを抑制することある。
　航空機は、例えば５０℃を超えるような気温の高い地域を離陸して、－１０℃以下のような気温の低い地域に着陸するようなことがある。また、逆に気温の低い地域を離陸して、気温の高い地域に着陸することもある。航空機に搭載されるＥＨＡシステムが使用される温度範囲は、一般的な油圧機器と比べて、大幅に広い。使用される温度範囲が広いことに起因して、航空機に搭載されるＥＨＡシステムは、作動油の粘度が低粘度から高粘度まで大きく変化するという特徴がある。
　本願発明者が検討した結果、次のような事項が判明した。すなわち、作動油の温度が大幅に低くなることによって作動油の粘度が高くなると、油圧ポンプ内における作動油の漏れが少なくなる結果、油圧ポンプの吐出量が、高粘度のときと比較して増えてしまう。特許文献１に記載されているＥＨＡシステムのように、電動モータの回転速度フィードバック制御だけを行うと、極低温時に、油圧ポンプの吐出量が増えすぎてしまう。その結果、油圧アクチュエータ内の圧力が高くなってしまう場合がある。
　逆に、作動油の温度が大幅に高くなることによって作動油の粘度が低くなると、油圧ポンプ内における作動油の漏れが多くなる結果、油圧ポンプの吐出量が、低粘度のときと比較して減ってしまう。これにより、電動モータの回転速度フィードバック制御だけを行うと、高温時には、アクチュエータの伸長動作、及び、収縮動作が、遅くなってしまう。その結果、特許文献１に記載の航空機の脚揚降用ＥＨＡシステムは、温度環境によって、脚の格納に要する時間、及び脚の展開に要する時間が大きくばらついてしまう。
　また、航空機の脚の揚降機構は、航空機の離陸時、及び、着陸時にのみ使用され、極低外気温に曝される飛行中は使用されない。一方で、ＥＨＡシステムは、現行の航空機に装備されている油圧供給系統に代わって、個々のシステムが独立して油圧アクチュエータを動作させるシステムである。従って、航空機の脚の揚降機構にＥＨＡシステムを適用した場合、当該ＥＨＡシステムは飛行中には停止しているシステムであるから、航空機の着陸時に、脚揚降ＥＨＡシステムを動作させるときには、作動油の温度は大幅に低下していることになる。ＥＨＡシステム自体は、航空機の各種システムに適用される場合があるが、特に脚揚降機構にＥＨＡシステムを適用する場合には、動作時に作動油の温度が極めて低温になっている場合があるという特有の事情がある。
　さらに、脚の揚降機構においては、航空機の運航状態に伴う空力荷重が、脚やドアに作用し、ひいては、それらを動かす油圧アクチュエータに作用するが、空力荷重は、外部の風力や、航空機の進行速度によって、その方向や大きさが変化する。このこともまた、脚揚降用ＥＨＡシステムにおいて電動モータの回転速度フィードバック制御だけを行う場合に、油圧アクチュエータの動作のばらつきを招く要因の１つである。
　本願発明者は、前述した、航空機の脚揚降用ＥＨＡシステムに特有の新規な課題に気づいたことにより、ここに開示する技術を完成するに至った。具体的に、ここに開示する技術は、航空機の脚揚降用電動油圧アクチュエータシステムに係り、このシステムは、航空機の脚の格納及び展開を行うように構成された、少なくとも１つの油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに接続されかつ、前記油圧アクチュエータに対して作動油の供給及び排出をするように構成された油圧回路と、前記油圧回路を介して前記油圧アクチュエータに供給する前記作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、前記油圧ポンプに連結されかつ、前記油圧ポンプを駆動するように構成された電動モータと、前記脚の格納に係る指令、又は、前記脚の展開に係る指令を受けたときに、前記電動モータの作動を制御するように構成されたコントローラーと、前記油圧ポンプの吐出圧を検出するセンサと、を備える。
　そして、前記コントローラーは、前記脚の格納に係る指令、又は、前記脚の展開に係る指令を受けたときに、前記センサが検出した前記吐出圧をフィードバックしかつ、前記油圧ポンプの前記吐出圧が目標吐出圧となるように、前記電動モータの作動を制御する。
　ここで、航空機の脚の格納及び展開を行うように構成された油圧アクチュエータは、脚を揚降する油圧アクチュエータ（いわゆる、ギヤアクチュエータ）、及び／又は、脚を格納する格納室のドアを開閉する油圧アクチュエータ（いわゆる、ドアアクチュエータ）を含む。また、脚降ろし状態を固定する機構を解除するための油圧アクチュエータ（いわゆる、ダウンロックリリースアクチュエータ）を含んでもよい。
　この構成によると、コントローラーが、電動モータを作動することに伴い、油圧ポンプが駆動をする。油圧ポンプから吐出される作動油は、油圧回路を介して、油圧アクチュエータに供給される。これにより、油圧アクチュエータが伸長動作又は収縮動作をし、航空機の脚が格納室に格納する、又は、脚が格納室から展開する。
　コントローラーは、航空機の脚の格納に係る指令、又は、脚の展開に係る指令を受けたときには、センサが検出した、油圧ポンプの吐出圧をフィードバックし、油圧ポンプの吐出圧が目標吐出圧となるように、電動モータの作動を制御する。このように、油圧ポンプの吐出圧フィードバック制御を行うことにより、作動油の粘度の高低に拘わらず、言い換えると、油圧ポンプ内の作動油の漏れの状態に拘わらず、油圧ポンプの吐出圧を目標吐出圧に維持することが可能になる。コントローラーは、油圧ポンプの吐出圧が目標吐出圧よりも下がると、電動モータの回転速度を高くし、油圧ポンプの吐出圧が目標吐出圧よりも上がると、電動モータの回転速度を低くする。こうして、油圧アクチュエータに供給される作動油の圧力を所定圧力に維持するから、油圧アクチュエータ内の圧力が高くなり過ぎることが防止される。
　また、作動油の粘度の高低に起因して、脚の格納に要する時間がばらつくこと、及び、脚の展開に要する時間がばらつくことが防止され、脚の格納に要する時間を目標の時間範囲内に収めることが可能になると共に、脚の展開に要する時間を目標の時間範囲内に収めることが可能になる。
　前記コントローラーは、前記油圧アクチュエータに供給する作動油の圧力指令と、前記センサが検出した吐出圧のフィードバック信号とを受けて、前記油圧ポンプの吐出圧が、前記圧力指令に対応する目標吐出圧となるように、前記電動モータの回転速度指令を出力する圧力制御ブロックと、前記圧力制御ブロックからの回転速度指令と、前記電動モータの回転速度フォードバック信号とを受けて、前記電動モータの回転速度が、前記回転速度指令に対応する目標回転速度となるように、前記電動モータの供給電流指令を出力するモータ回転速度制御ブロックと、前記モータ回転速度制御ブロックからの供給電流指令と、前記電動モータへの供給電流フィードバック信号とを受けて、前記電動モータへの供給電流が、前記供給電流指令に対応する目標供給電流となるように、前記電動モータに電流を供給する電流制御ブロックと、を含んでいる、としてもよい。
　この構成は、電動モータの回転速度、及び、供給電流値に基づくフィードバック制御を行う航空機の脚揚降用電動油圧アクチュエータシステムに対して、油圧ポンプの吐出圧に基づくフィードバック制御を加えることに相当する。この構成によると、前述したように、油圧アクチュエータ内の圧力が高くなり過ぎることが防止される。また、作動油の粘度の高低に起因して、脚の格納に要する時間がばらつくこと、及び、脚の展開に要する時間がばらつくことが防止され、脚の格納に要する時間及び脚の展開に要する時間をそれぞれ、目標の時間範囲内に収めることが可能になる。
　以上説明したように、前記の航空機の脚揚降用電動油圧アクチュエータシステムによると、油圧ポンプの吐出圧に基づくフィードバック制御を行うことにより、油圧アクチュエータ内の圧力が高くなり過ぎることが防止されると共に、航空機の脚揚降機構において、油圧アクチュエータの伸長動作及び収縮動作のばらつきを防止することができる。
図１は、脚の揚降機構を例示する斜視説明図である。 図２は、脚揚降用ＥＨＡシステムの構成を示すブロック図である。 図３は、作動油の温度が常温（２０℃）のときの、比較例に係る脚の格納動作と、実施例に係る脚の格納動作とを比較する図である。 図４は、作動油の温度が高温（７０℃）のときの、比較例に係る脚の格納動作と、実施例に係る脚の格納動作とを比較する図である。 図５は、作動油の温度が低温（－５５℃）のときの、比較例に係る脚の格納動作と、実施例に係る脚の格納動作とを比較する図である。
　以下、航空機の脚揚降用の電動油圧アクチュエータ（ＥＨＡ）システムの実施形態を図面に基づいて説明する。ここで説明するＥＨＡシステムは例示である。図１は、ＥＨＡシステム１が適用される脚の揚降機構を例示している。脚１１を機体１２に格納しかつ、機体１２から展開する揚降機構は、ここでは、脚１１の揚降を行うためのギヤアクチュエータ２１、及び、脚１１を収容する格納室１３のドア１４を開閉するためのドアアクチュエータ２２を少なくとも含むとする。これらのアクチュエータ２１、２２は、脚１１の格納及び展開に際して順次、動作をする。具体的に、脚１１の格納時には、ドアアクチュエータ２２がドア１４を開け、その後、ギヤアクチュエータ２１が、脚１１を揚げる。そうして、脚１１が格納室１３内に格納されれば、ドアアクチュエータ２２がドア１４を閉じる。こうして、脚１１の格納に係る一連の動作が完了する。また、脚１１の展開時には、ドアアクチュエータ２２がドア１４を開け、その後、ギヤアクチュエータ２１が、脚１１を降ろす。そうして、脚１１が展開すれば、ドアアクチュエータ２２がドア１４を閉じる。尚、脚揚降機構は、脚降ろし状態を固定する機構を解除するためのダウンロックリリースアクチュエータをさらに含んでもよい。
　図２は、ＥＨＡシステム１の構成を示すブロック図である。ＥＨＡシステム１は、ギヤアクチュエータ２１と、ドアアクチュエータ２２と、ギヤアクチュエータ２１及びドアアクチュエータ２２に接続される油圧回路３３と、油圧回路３３を介してギヤアクチュエータ２１及びドアアクチュエータ２２に作動油を供給する油圧ポンプ３２と、油圧ポンプ３２に連結された電動モータ３１と、電動モータ３１の作動を制御するＥＨＡコントローラー４と、油圧ポンプ３２の吐出圧を検出する圧力センサ３４とを備えている。
　油圧回路３３は、油圧ポンプ３２から供給された作動油を、ギヤアクチュエータ２１、又は、ドアアクチュエータ２２に、選択的に供給するよう構成されている。油圧回路３３はまた、ギヤアクチュエータ２１、及び、ドアアクチュエータ２２から、作動油が排出されるように構成されている。油圧回路３３の具体的な構成については、特に限定はなく、様々な構成を、適宜採用することが可能である。
　油圧ポンプ３２は、ギヤアクチュエータ２１、及び、ドアアクチュエータ２２に供給する作動油を昇圧するポンプである。油圧ポンプ３２は、例えば定容量型の油圧ポンプとしてもよい。具体的には、斜板式や斜軸式のピストンポンプ、歯車ポンプ、スクリューポンプ、及びベーンポンプを例示することができる。油圧ポンプ３２はまた、可変容量型の油圧ポンプであってもよい。
　電動モータ３１は、油圧ポンプ３２に結合され、油圧ポンプ３２を駆動するように構成されている。電動モータ３１は、例えば三相モータとしてもよい。後述するように、電動モータ３１の作動がＥＨＡコントローラー４によって制御されることによって、油圧ポンプ３２の駆動が制御される。
　圧力センサ３４は、油圧ポンプ３２の吐出圧を検出する。圧力センサ３４は、任意の構成のものを適宜採用することが可能である。圧力センサ３４は、検出した吐出圧を、フィードバック信号としてＥＨＡコントローラー４に出力する。
　ＥＨＡコントローラー４は、圧力制御ブロック４１と、モータ回転速度制御ブロック４２と、電流制御ブロック４３と、を含んで構成されている。
　圧力制御ブロック４１は、航空機の機体側のシステムが出力した圧力指令を受けると共に、圧力センサ３４からの吐出圧フィードバック信号を受けるように構成されている。圧力指令は、脚１１の格納及び展開に際し、順次動作をするギヤアクチュエータ２１及びドアアクチュエータ２２のそれぞれに対して供給すべき作動油の圧力に対応する。圧力制御ブロック４１は、油圧ポンプ３２の吐出圧が、圧力指令に基づく目標吐出圧となるように、例えばＰＩ制御によって、電動モータ３１の回転速度指令を出力する。
　モータ回転速度制御ブロック４２は、圧力制御ブロック４１からの回転速度指令を受けると共に、電動モータ３１の回転速度をフィードバック信号として受けるように構成されている。モータ回転速度制御ブロック４２は、電動モータ３１の回転速度が、回転速度指令に基づく目標回転速度となるように、例えばＰＩ制御によって、電動モータ３１の供給電流指令を出力する。
　電流制御ブロック４３は、モータ回転速度制御ブロック４２からの供給電流指令を受けると共に、電動モータ３１への供給電流値をフィードバック信号として受けるように構成されている。電流制御ブロック４３は、電動モータ３１への供給電流が、供給電流指令に基づく目標供給電流となるように、例えばＰＩ制御によって、電動モータ３１に電流を供給する。
　このように、ＥＨＡコントローラー４は、油圧ポンプ３２の吐出圧に基づく圧力フィードバックループと、電動モータ３１の回転速度に基づくモータ回転速度フィードバックループと、電動モータ３１の供給電流に基づく電流フィードバックループとの、３つのフィードバックループを含んで構成されている。
　この構成のＥＨＡシステム１によると、ＥＨＡコントローラー４が、航空機の機体側のシステムから、脚１１の格納、又は、脚１１の展開に関する圧力指令を受けたときには、油圧ポンプ３２の吐出圧が目標吐出圧となるように、電動モータ３１が制御される。つまり、ＥＨＡコントローラー４は、油圧ポンプ３２の吐出圧が目標吐出圧よりも高くなったときには、電動モータ３１の回転速度を下げ、油圧ポンプ３２の吐出圧が目標吐出圧よりも低くなったときには、電動モータ３１の回転速度を上げる。
　これにより、周囲の気温が極低温であって、作動油の温度低下によってその粘度が高くなったときには、油圧ポンプ３２内の作動油の漏れが少なくなるものの、油圧ポンプ３２の吐出圧に係る圧力フィードバック制御を行うことによって、油圧ポンプ３２の吐出圧が高くなり過ぎることを防止することが可能になる。特に極低外気温に曝される航空機の飛行中には、脚揚降用のＥＨＡシステム１は停止していて作動油の温度が大きく低下するため、着陸時には、作動油の温度が大きく低下した状態で、脚１１の展開を行わなければならない場合があるが、その場合でも、油圧ポンプ３２の吐出圧が高くなり過ぎることを防止することが可能になる。これにより、ギヤアクチュエータ２１及びドアアクチュエータ２２内の圧力が高くなり過ぎることを未然に回避することが可能になる。
　また逆に、周囲の気温が高温であって、作動油の温度上昇によりその粘度が下がって油圧ポンプ３２内の作動油の漏れが多くなったときでも、油圧ポンプ３２の吐出圧を目標吐出圧に維持することが可能になる。こうして、作動油の温度状態の高低に拘わらず、油圧ポンプ３２の吐出圧を目標吐出圧に維持することが可能になり、ギヤアクチュエータ２１及びドアアクチュエータ２２の伸長動作及び収縮動作のばらつきを抑制することが可能になる。
　また、脚１１の揚降機構に対しては、航空機の運航状態に伴う空力荷重が脚１１やドア１４に作用し、それらを動かすギヤアクチュエータ２１及びドアアクチュエータ２２に作用する空力荷重は、外部の風力や、航空機の進行速度によって方向や大きさが変化する。前述の通り、吐出圧のフィードバック制御によって、油圧ポンプ３２の吐出圧を目標吐出圧に維持することにより、ギヤアクチュエータ２１及びドアアクチュエータ２２に作用する空力荷重の方向や大きさに拘わらず、ギヤアクチュエータ２１及びドアアクチュエータ２２を安定的に動作させることが可能になり、それらの動作のばらつきが抑制される。
　そうして、吐出圧のフィードバック制御に加えて、電動モータ３１の回転速度及び供給電流のフィードバック制御を併せて行うことにより、ギヤアクチュエータ２１及びドアアクチュエータ２２の動作のばらつきをさらに抑制することが可能となり、脚１１の格納に要する時間、及び、脚１１の展開に要する時間をそれぞれ、所定の時間範囲内に収めることができる。
　尚、前記の構成では、ＥＨＡコントローラー４は、圧力フィードバックループと、モータ回転速度フィードバックループと、電流フィードバックループとの、３つのフィードバックループを含んで構成されているが、電動モータ３１の回転速度制御については、フィードフォワード制御を採用してもよい。この構成を採用する場合、図２において、モータ回転速度フィードバックループと、電流フィードバックループとは省略される。
　次に、航空機の脚揚降用ＥＨＡシステム１について行った実施例について説明する。図３～５はそれぞれ、脚揚降用ＥＨＡシステム１の脚１１の格納動作に関するシミュレーション結果を示している。この内、図３は、作動油の温度が２０℃のときのシミュレーション結果であり、図４は、作動油の温度が７０℃のときのシミュレーション結果であり、図５は、作動油の温度が－５５℃のときのシミュレーション結果である。図３～５の各図において、左図は、比較例に係り、ＥＨＡコントローラー４を、モータ回転速度フィードバックループと電流フィードバックループとを含んで構成し、圧力フィードバックループを含まない構成のときの、モータ回転速度の変化（上図）、ギヤアクチュエータ２１のボア側油室内の圧力変化（中図）、及び、ドアアクチュエータ２２のアニュラス側油室内の圧力変化（下図）を示す。右図は、実施例に係り、ＥＨＡコントローラー４を、モータ回転速度フィードバックループと電流フィードバックループと圧力フィードバックループとを含んで構成したとき（図２参照）の、モータ回転速度の変化（上図）、ギヤアクチュエータ２１のボア側油室内の圧力変化（中図）、及び、ドアアクチュエータ２２のアニュラス側油室内の圧力変化（下図）を示す。
　前述したように、脚１１の格納時には、ドアアクチュエータ２２がドア１４を開ける動作（ドア開）、ギヤアクチュエータ２１が脚１１を揚げる動作（ギヤアップ）、及び、ドアアクチュエータ２２がドア１４を閉める動作（ドア閉）が順次行われる。ＥＨＡコントローラー４には、それぞれの動作に対応する指令が入力される。
　先ず、図３～図５の各図に示す比較例同士を比較する。比較例は、前述の通り、モータ回転速度のフィードバック制御を行う。ドア開動作時には、ドアアクチュエータ２２の動作に対応するモータ回転速度指令がＥＨＡコントローラー４に入力され、ＥＨＡコントローラー４は、モータ回転速度指令に対応する目標モータ回転速度となるように、電動モータ３１を制御する。作動油の温度が常温のときには、図３左の上図に示すように、モータ回転速度は、ドア開動作の間、ほぼ一定である。また、図３左の下図に示すように、油圧ポンプ３２から作動油が供給されることによって、ドアアクチュエータ２２内の圧力が上昇する。
　ドア開動作に続くギヤアップ動作時にも同様に、ギヤアクチュエータ２１の動作に対応するモータ回転速度指令がＥＨＡコントローラー４に入力され、ＥＨＡコントローラー４は、そのモータ回転速度指令に対応する目標モータ回転速度となるように、電動モータ３１を制御する。図３左の上図に示すように、モータ回転速度は、ドア開動作時とは異なる回転速度で、ほぼ一定になる。また、図３左の中図に示すように、油圧ポンプ３２から作動油が供給されることによって、ギヤアクチュエータ２１内の圧力が上昇する。
　その後、ドア閉動作時にも同様に、ドアアクチュエータ２２の動作に対応するモータ回転速度指令がＥＨＡコントローラー４に入力され、ＥＨＡコントローラー４は、そのモータ回転速度指令に対応する目標モータ回転速度となるように、電動モータ３１を制御する。図３左の上図に示すように、モータ回転速度は、ドア開動作及びギヤアップ動作時とは異なる回転速度で、ほぼ一定になる。また、図３左の下図に示すように、ドアアクチュエータ２２のアニュラス側油室内の圧力は低下する。
　こうして、ドア開、ギヤアップ、及びドア閉の一連の動作が行われることによって、所定の時間範囲で、脚１１の格納が行われる。
　これに対し、図４左図に示すように、作動油の温度が高温のときにも、ドア開、ギヤアップ及びドア閉の各動作の際に、モータ回転速度指令がＥＨＡコントローラー４に入力され、ＥＨＡコントローラー４は、各指令に対応する目標モータ回転速度となるように、電動モータ３１を制御する。一方で、作動油の温度が高温であり、その粘度が低くなっている。このため、油圧ポンプ３２内の作動油の漏れが多くなり、油圧ポンプ３２の吐出量が、常温時よりも低下してしまう。これにより、図４左の中図に示すギヤアップ動作時に顕著であるが、ギヤアップ動作に要する時間が、常温時よりも長くなってしまう。その結果、電動モータ３１の回転速度フィードバック制御を行う比較例では、作動油の高温時に、ドア開動作、ギヤアップ動作及びドア閉動作を含む脚１１の格納に要する時間が、常温時よりも大幅に長くなってしまう。
　また、図５左図に示すように、作動油の温度が低温のときには、粘度が高くなる。このため、油圧ポンプ３２内の作動油の漏れが少なくなり、油圧ポンプ３２の吐出量が、常温時よりも増えてしまう。これにより、図５左の下図に示すドア開動作時に顕著であるが、ドアアクチュエータ２２に過剰に作動油が供給されて、ドアアクチュエータ２２内の圧力が大幅に高くなってしまう（破線で囲んだ部分参照）。
　尚、図５左の上図に示すように、作動油の温度が低いときには、作動油の温度が常温のとき（図３左図）や、高温のとき（図４左図）とは異なり、ギヤアップ動作の間、電動モータ３１の回転速度が一定とならずに、回転速度が一時的に低下している。これは、電動モータ３１の回転速度フィードバック制御に加えて、電動モータ３１に供給するエネルギが設定した上限値を超えたときには、回転速度を低下させるトルクリミット制御を行っているためである。これにより、作動油の温度が低温のときの脚１１の格納に要する時間は、常温時よりも長くなっている。
　このような比較例に対して、実施例では、油圧ポンプ３２の吐出圧フィードバック制御を行う。ドア開動作時、ギヤアップ動作時、及び、ドア閉動作時のそれぞれにおいて、ドアアクチュエータ２２やギヤアクチュエータ２１の動作に対応する圧力指令がＥＨＡコントローラー４に入力される。ＥＨＡコントローラー４は、各々の圧力指令に対応する目標吐出圧となるように、電動モータ３１を制御する。つまり、油圧ポンプ３２の吐出圧が低いときには、電動モータ３１の回転速度を上げ、油圧ポンプ３２の吐出圧が高いときには、電動モータ３１の回転速度を下げる。これにより、図３右、図４右及び図５右の上図に示すように、電動モータ３１の回転速度は一定とはならず、電動モータ３１の回転速度は、各動作の期間中に変動する。
　図３右図と図４右図との比較から明らかなように、作動油が高温であって、その粘度が低いときには、油圧ポンプ３２内の作動油の漏れが多い分、電動モータ３１の回転速度が高く設定される。これにより、ドアアクチュエータ２２及びギヤアクチュエータ２１に、必要十分な作動油が供給されるようになる。特に図４右の中図に示すように、ギヤアップ動作に要する時間が、従来例と比較して大幅に短くなる。その結果、油圧ポンプ３２の吐出圧フィードバック制御を行う実施例では、作動油の高温時に、ドア開動作、ギヤアップ動作及びドア閉動作を含む脚１１の格納に要する時間が、常温時よりも大幅に長くなってしまうことが回避される。つまり、実施例は、脚１１の格納に要する時間のばらつきを抑制することができる。
　また、作動油が低温であるときには、前述したように、油圧ポンプ３２内の作動油の漏れが少なくなるが、図５右図に示すように、実施例では、電動モータ３１の回転速度を低くする。このことによって、ドアアクチュエータ２２やギヤアクチュエータ２１に過剰に作動油が供給されることを抑制して、図５右の下図に示すドア開動作時に顕著であるが、ドアアクチュエータ２２内の圧力が高くなってしまうことを回避することができる（破線で囲んだ部分参照）。
１　脚揚降用ＥＨＡシステム
１１　脚
２１　ギヤアクチュエータ（油圧アクチュエータ）
２２　ドアアクチュエータ（油圧アクチュエータ）
３１　電動モータ
３２　油圧ポンプ
３３　油圧回路
３４　圧力センサ
４　ＥＨＡコントローラー
４１　圧力制御ブロック
４２　モータ回転速度制御ブロック
４３　電流制御ブロック

Claims (2)

  1. 　航空機の脚の格納及び展開を行うように構成された、少なくとも１つの油圧アクチュエータと、
    　前記油圧アクチュエータに接続されかつ、前記油圧アクチュエータに対して作動油の供給及び排出をするように構成された油圧回路と、
    　前記油圧回路を介して前記油圧アクチュエータに供給する前記作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
    　前記油圧ポンプに連結されかつ、前記油圧ポンプを駆動するように構成された電動モータと、
    　前記脚の格納に係る指令、又は、前記脚の展開に係る指令を受けたときに、前記電動モータの作動を制御するように構成されたコントローラーと、
    　前記油圧ポンプの吐出圧を検出するセンサと、を備え、
    　前記コントローラーは、前記脚の格納に係る指令、又は、前記脚の展開に係る指令を受けたときに、前記センサが検出した前記吐出圧をフィードバックしかつ、前記油圧ポンプの前記吐出圧が目標吐出圧となるように、前記電動モータの作動を制御する航空機の脚揚降用電動油圧アクチュエータシステム。
  2. 　請求項１に記載の航空機の脚揚降用電動油圧アクチュエータシステムにおいて、
    　前記コントローラーは、
    　　前記油圧アクチュエータに供給する作動油の圧力指令と、前記センサが検出した吐出圧のフィードバック信号とを受けて、前記油圧ポンプの吐出圧が、前記圧力指令に対応する目標吐出圧となるように、前記電動モータの回転速度指令を出力する圧力制御ブロックと、
    　　前記圧力制御ブロックからの回転速度指令と、前記電動モータの回転速度フォードバック信号とを受けて、前記電動モータの回転速度が、前記回転速度指令に対応する目標回転速度となるように、前記電動モータの供給電流指令を出力するモータ回転速度制御ブロックと、
    　　前記モータ回転速度制御ブロックからの供給電流指令と、前記電動モータへの供給電流フィードバック信号とを受けて、前記電動モータへの供給電流が、前記供給電流指令に対応する目標供給電流となるように、前記電動モータに電流を供給する電流制御ブロックと、を含んでいる航空機の脚揚降用電動油圧アクチュエータシステム。
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