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Dokumentenidentifikation DE60310036T2 16.05.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001478836
Titel GETRIEBELOSER ELEKTROANTRIEB FÜR EINEN SCHUBUMKEHRER UND DEMENTSPRECHENDES ANTRIEBSYSTEM
Anmelder Honeywell International Inc., Morristown, N.J., US
Erfinder AHRENDT, J., Terry, Mesa, AZ 85206, US;
JOHNSON, T., Andrew, Scottsdale, AZ 85251, US;
LANGSTON, A., Todd, Chandler, AZ 85248, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 60310036
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 25.02.2003
EP-Aktenzeichen 037193240
WO-Anmeldetag 25.02.2003
PCT-Aktenzeichen PCT/US03/05589
WO-Veröffentlichungsnummer 2003072922
WO-Veröffentlichungsdatum 04.09.2003
EP-Offenlegungsdatum 24.11.2004
EP date of grant 29.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.05.2007
IPC-Hauptklasse F02K 1/76(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schubumkehreraktuator und insbesondere einen elektrischen Schubumkehreraktuator ohne Getriebe und ein Schubumkehreraktuatorsystem, das den Aktuator enthält.

Beim Landen von düsenangetriebenen Flugzeugen reichen die Landungsgetriebebremsen und beaufschlagte aerodynamische Zuglasten (beispielsweise Klappen, Spoiler usw.) des Flugzeugs möglicherweise nicht aus, um das Flugzeug in dem erforderlichen Abschnitt der Landebahnlänge abzubremsen. Daher enthalten die Düsentriebwerke der meisten Flugzeuge Schubumkehrer, um die Anhaltekraft des Flugzeugs zu verstärken. Beim Ausfahren lenken die Schubumkehrer den rückwärtigen Schub des Düsentriebwerks in eine vorwärts gerichtete Richtung um, um das Flugzeug abzubremsen. Da der Düsenschub nach vorwärts gerichtet wird, bremst der Düsenschub auch das Flugzeug bei der Landung ab.

Allgemein sind verschiedene Schubumkehrermodelle bekannt und das jeweils eingesetzte Modell hängt, zumindest teilweise, von dem Triebwerkhersteller, der Triebwerkkonfiguration und der verwendeten Antriebstechnologie ab. Die vor allem bei Turbofan-Düsentriebwerken verwendeten Schubumkehrermodelle lassen sich in drei allgemeine Kategorien teilen: (1) Schubumkehrer vom Kaskadentyp, (2) Schubumkehrer vom Targettyp und (3) Schubumkehrer mit Schwingtür. Jedes dieser Modelle verwendet einen unterschiedlichen Typ von beweglicher Schubumkehrerkomponente, um die Richtung des Düsenschubs zu verändern.

Schubumkehrer vom Kaskadentyp werden normalerweise bei Düsentriebwerken mit einem hohen Bypass-Verhältnis verwendet. Dieser Typ von Schubumkehrer ist auf dem Umfang des Mittelabschnitts des Triebwerks angeordnet und, wenn er ausgefahren ist, leitet den Luftstrom durch eine Vielzahl von Kaskadenblättern und lenkt ihn dadurch um. Die beweglichen Komponenten des Schubumkehrers in dem Kaskadenmodell enthalten verschiedene translatorische Hülsen oder Kappen ("transcowls"), die ausgefahren werden, um die Kaskadenblätter freizulegen.

Umkehrer vom Targettyp, die auch als Muschelschalenumkehrer bezeichnet werden, werden in der Regel in Düsentriebwerken mit einem geringen Bypass-Verhältnis eingesetzt. Die Schubumkehrer vom Targettyp verwenden zwei Türen als die beweglichen Schubumkehrerkomponenten, um den gesamten Düsenschub, der von dem rückwärtigen Teil des Motors kommt, zu blockieren. Diese Türen werden an dem rückwärtigen Teil des Motors montiert und können den Hinterteil der Triebwerksgondel bilden.

Schubumkehrer mit Schwingtüren können vier Türen an der Triebwerksgondel als die beweglichen Schubumkehrerkomponenten verwenden. In der ausgefahrenen Position erstrecken sich diese Türen von der Gondel nach außen, um den Düsenschub umzulenken.

Schubumkehrer werden wie oben erwähnt hauptsächlich eingesetzt, um die Anhaltekraft des Flugzeugs zu verstärken und dadurch den Anhalteabstand während des Landens zu verringern. Somit werden Schubumkehrer hauptsächlich während des Landeprozesses ausgefahren, um das Flugzeug zu verlangsamen. Wenn die Schubumkehrer danach nicht mehr benötigt werden, kehren sie in ihre Ursprungs- oder Anklappposition zurück.

Die Bewegung der beweglichen Schubumkehrerkomponenten in jedem der oben beschriebenen Modelle erfolgte in der Vergangenheit durch hydraulische oder pneumatische Aktuierungssysteme. Hydraulische Systeme können hydraulische Steuerungen oder Leitungen, die mit dem Hydrauliksystem des Flugzeugs verbunden sind, hydraulische Aktuatoren, die mit den beweglichen Komponenten verbunden sind, und elektrisch oder hydraulisch gesteuerte Verriegelungsmechanismen enthalten. Pneumatische Systeme enthalten eine oder mehrere Steuerungen, die an einem oder mehreren pneumatischen Motor gekoppelt sind, der mit den beweglichen Komponenten des Schubumkehrers über Aktuatoren gekoppelt ist.

In jüngerer Vergangenheit wurde die Aktuierung von Schubumkehrern jedoch durch elektrische (oder elektromechanische) Systeme gesteuert. Diese Systeme enthalten eine oder mehrere elektronische Steuereinheiten, die den Betrieb eines oder mehrerer Elektromotoren steuern. Die Elektromotoren sind über Reduktionsgetriebe mit einem oder mehreren Schubumkehreraktuatoren gekoppelt, die den Motoren einen effizienteren Betrieb bei hohen Umdrehungszahlen ermöglichen. In einigen Fällen können die Motoren ohne zwischengeschaltete Reduktionsgetriebe über zusammengesetzte Gewindespindeln gekoppelt sein.

Die Größe und das Gewicht der heutigen elektrischen Schubumkehreraktuierungssysteme sind zwar für große kommerzielle Düsenflugzeuganwendungen geeignet, lassen sich jedoch möglicherweise nicht gut an kleinere Düsenflugzeuganwendungen, wie Geschäftsdüsenflugzeuge, anpassen. Die Reduktionsgetriebe zwischen den Elektromotoren und Aktuatoren können beispielsweise eine erhöhte Systemgröße und Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen kleinen Düsensystemen aufweisen. Dies liegt zum Teil daran, dass die dem System zugeordneten Aktuierungs- und Erfassungskomponenten individuelle und nicht eingebaute Einrichtungen sind, die ein gewisses Gewicht und Raumumfang aufweisen. Ein kleineres elektrisches Aktuierungssystem kann daher schwerer und größer als ein herkömmliches nicht elektrisches Aktuierungssystem sein. Ein derartiges herkömmliches elektrisches Aktuierungssystem kann daher aufgrund seiner Größe und seines Gewichts unpraktisch und ineffizient sein.

Es besteht daher ein Bedarf an einem elektrischen Schubumkehrersystem, das in der Größe an kleine Flugzeuganwendungen angepasst werden kann und das leichtgewichtige und kompakte elektrische Aktuatoren enthält, und das die Aktuierungs- und Erfassungskomponenten in einer einzigen Aktuierungsbaugruppe enthalten kann. Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eines oder mehrerer dieser Bedürfnisse.

Dementsprechend stellt die Erfindung ein System zum Steuern der Bewegung einer Schubumkehreranordnung für ein Düsentriebwerk bereit, wobei das System Folgendes umfasst:

eine Steuerung, die gekoppelt ist, um Befehlssignale zu empfangen, und die in Reaktion darauf funktionsfähig ist, selektiv Betätigersteuersignale zuzuführen; und

mindestens zwei Aktuatoren, die jeweils funktionsfähig sind, um den Schubumkehrer zwischen einer angeklappten Position und einer ausgefahrenen Position zu bewegen, wobei jeder Aktuator Folgendes aufweist:

einen Elektromotor mit einer Ausgangswelle, wobei der Elektromotor elektrisch gekoppelt ist, um die Aktuatorsteuersignale von der Steuerung zu empfangen und die Ausgangswelle in Reaktion darauf in einer Anklapprichtung und einer Ausfahrrichtung zu drehen,

eine drehbar montierte Dehnschraube mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende an die Ausgangswelle des Elektromotors gekoppelt ist, um dadurch in der Anklapprichtung und der Ausfahrrichtung gedreht zu werden, und

eine Walzenmutteranordnung, die an der Dehnschraube montiert ist, wobei die Walzenmutter ferner einen Verbinder aufweist, der zum Koppeln an die Schubumkehranordnung konfiguriert ist,

wobei während des Gebrauchs des Systems die Drehung der Dehnschraube in der Anklapprichtung die Translation ihrer zugeordneten Walzenmutteranordnung in Richtung auf das zweite Ende der Dehnschraube und des Schubumkehrers in die angeklappte Position bewirkt, und wobei die Drehung der Dehnschraube in der Ausfahrrichtung die Translation ihrer zugeordneten Kugelmutter in Richtung auf das erste Ende der Dehnschraube und des Schubumkehrers in Richtung auf die ausgefahrene Position bewirkt,

wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass an jedem Aktuator das erste Ende der Schraubenwinde an die Ausgangswelle ohne Zwischengetriebe gekoppelt ist.

Aus der US-Patentschrift Nr. 5960626 ist ein elektronisches Steuersystem für einen Umkehrer für ein Turbodüsentriebwerk bekannt, das eine elektromechanische Antriebseinrichtung und eine Verriegelungseinrichtung enthält, die mittels einer elektronischen Steuerschaltung gesteuert werden.

Die vorliegende Erfindung stellt ein elektronisches Schubumkehreraktuierungssystem bereit, das elektrische Aktuatoren enthält, die leichtgewichtig und/oder kompakt sein können. Die Aktuatoren können die Aktuierungs- und Erfassungskomponenten in einer einzigen Aktuierungsbaugruppe enthalten. Die Aktuatoren können daher in verhältnismäßig kleinen Düsenflugzeuganwendungen eingesetzt werden.

Andere unabhängige Merkmale und Vorteile des bevorzugten Aktuierungssystems werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, die beispielhaft die Grundsätze der Erfindung veranschaulichen.

In den Zeichnungen ist:

1 eine Seitenansicht eines Düsentriebwerks, wobei ein Abschnitt seines Gehäuses entfernt worden ist, welches den getriebelosen Umkehrerretraktor der vorliegenden Erfindung verwenden kann;

2 eine vereinfachte, weggeschnittene Perspektivansicht des Auslassabschnitts eines Düsentriebwerks entlang der Linie 2-2 aus 1, welche eine beispielhafte Ausführungsform der getriebelosen elektrischen Aktuatoren der vorliegenden Erfindung und den Schubumkehrer vom Targettyp in seiner ausgefahrenen Position zeigt;

3 eine Perspektivansicht eines beispielhaften getriebelosen elektrischen Aktuators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

4 eine auseinandergezogene Perspektivansicht des in 3 gezeigten beispielhaften getriebelosen elektrischen Aktuators;

5 eine Endansicht des in 3 gezeigten beispielhaften getriebelosen elektrischen Aktuators, wobei ein Endabschnitt des Gehäuses entfernt worden ist, und wobei die Schubumkehrer angeklappt sind und sich der Aktuator in einer verriegelten Position befindet;

6 eine Endansicht des in 3 gezeigten beispielhaften getriebelosen elektrischen Aktuators, wobei ein Endabschnitt des Gehäuses entfernt worden ist, und wobei die Schubumkehrer ausgefahren sind und sich der Aktuator in einer entriegelten Position befindet; und

7 eine vereinfachte schematische Darstellung der Funktionsweise eines beispielhaften Schubumkehrersteuersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Bevor mit der ausführlichen Beschreibung der die Erfindung umsetzenden Einrichtung fortgefahren wird, sei darauf hingewiesen, dass die beschriebene Ausführungsform nicht auf die Verwendung mit einem bestimmten Typ von Schubumkehrermodell beschränkt ist. Auch wenn die beschriebene Ausführungsform also zur Vereinfachung der Erläuterung so gezeigt und beschrieben wird, dass sie mit einem Schubumkehrer vom Targettyp implementiert ist, in dem zwei schwenkbar montierte Türen als die beweglichen Schubumkehrerkomponenten verwendet werden, kann sie mit jedem anderen Typ von Schubumkehrermodell verwendet werden.

Mit Bezugnahme nun auf 1 wird eine vereinfachte Seitenansicht einer Düsentriebwerksanordnung gezeigt. Ein derartiges Triebwerk ist als Gasturbinentriebwerk bekannt. Die Triebwerkanordnung 100 enthält eine Triebwerksgondel 302, die ein Düsentriebwerk 104 beherbergt. Dem Fachmann wird klar sein, dass der Einfachheit halber in 1 nicht das gesamte Düsentriebwerk 104 gezeigt wird, sondern nur der Abschnitt des Triebwerks 104, der von der Triebwerksgondel 102 vorragt. Bei diesem dargestellten Abschnitt handelt es sich um den Auslass des Düsentriebwerks, in dessen Nähe der Schubumkehrer und die Aktuatoren montiert sind.

Mit Bezugnahme nun auf 2, die eine weggeschnittene Perspektivansicht des Düsentriebwerks 104 bei ausgefahrenem Schubumkehrer entlang der Linie 2-2 von 1 bereitstellt, werden nun die Aktuatoren der vorliegenden Erfindung erläutert. Wie 2 zeigt, enthält der Auslassabschnitt des Düsentriebwerks 104 zwei sich rückwärtig erstreckende Arme 202 (von denen nur einer gezeigt wurde). Zwei Deflektortüren 204 fungieren als der Schubumkehrer des Düsentriebwerks und sind an jedem der Arme 202 schwenkbar montiert. Wenn sich der Schubumkehrer, wie in 1 gezeigt, in der angeklappten Position befindet, sind die Türen 204 im Wesentlichen bündig mit dem Auslassabschnitt 104 des Düsentriebwerks und bilden einen Teil davon. Wird der Schubumkehrer, wie in 2 gezeigt, ausgefahren, werden die Türen 204 nach außen geschwenkt und leiten den Auslass des Düsentriebwerks um. Somit wird der Auslass des Düsentriebwerks nach vorne gerichtet, um einen Umkehrschub zu erzeugen, der das Flugzeug bei der Landung verlangsamt.

An jedem der Ansatzarme 202 ist ein getriebeloser elektrischer Aktuator 206 montiert. Jeder der Aktuatoren 206, die im Folgenden eingehender erläutert werden, ist über zwei Verbindungen 208 mit den beiden Türen 204 gekoppelt. Ein Ende jeder der Verbindungen 208 ist schwenkbar an einem inneren Abschnitt 210 jeder der Türen 204 befestigt und das andere Ende jeder Verbindung 208 ist mit einem der Aktuatoren 206 verbunden. Diese Verbindung und die Betriebsweise der Aktuatoren 206 wird aus der folgenden Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der Aktuatoren 206 ersichtlicher.

Mit Bezugnahme nun auf die 3 und 4 wird der Aktuator 206 ausführlich beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform enthält der Aktuator 206 ein Gehäuse 302, das zur Kopplung des Aktuators 206 an den Auslassabschnitt des Düsentriebwerks dient. Das Gehäuse 302 enthält eine erste Seitenplatte 304, eine Oberplatte 306, eine Bodenplatte 308, eine erste Endplatte 310, eine zweite Endplatte 312 und eine zweite Seitenplatte 305 (siehe 4). Die erste Seitenplatte 304 enthält Montagestreifen 311, die zur Montage des Aktuators 206 an den Ansatzarmen 202 dienen. Es versteht sich, dass der Aktuator 206 in dem Düsentriebwerk 104 installiert werden könnte, ohne von dem Gehäuse 302 umfasst zu werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die zweite Seitenplatte 305 des Gehäuses 302 in 3 nicht dargestellt ist, so dass jede der verschiedenen Komponenten, die den Aktuator 206 bilden und die in dem Gehäuse 302 montiert sind, in ihren installierten Konfigurationen deutlicher dargestellt werden. Jede dieser verschiedenen Komponenten wird nun eingehender beschrieben.

In den Aktuatoren 206 ist ein Elektromotor 314 an das Gehäuse 302 nahe der ersten Endplatte 310 montiert und enthält eine Ausgabewelle 315 (in 4 gezeigt). Bei dem Elektromotor 314 kann es sich um eines der zahlreichen bekannten Wechselstrom-(AC)- oder Gleichstrom-(DC)-Motormodelle handeln. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Motor 314 jedoch ein Bürsten-DC-Motor. Nahe der ersten Endplatte 310 des Gehäuses 302 ist auch eine elektromagnetische Bremsenanordnung 316 montiert und an den Elektromotor 314 gekoppelt. Bei der elektromagnetischen Bremsenanordnung 316 kann es sich um eines der zahlreichen in dem Gebiet bekannten elektromagnetischen Bremsenmodelle handeln, die an den Motor 314 vorzugsweise eine Bremskraft anlegt, wenn die Bremsanordnung 316 vom Strom genommen wird, und die die Bremskraft entfernt, wenn sie mit Strom versorgt wird. Ein Geschwindigkeitssensor 318 kann zusätzlich an eines der sich drehenden Elemente des Aktuators gekoppelt sein, einschließlich des Motors 314, der elektromagnetischen Bremsenanordnung 316 und der (weiter unten beschriebenen) Dehnschraube 320, aber nicht darauf beschränkt. Der Geschwindigkeitssensor 318 dient zur Erfassung der Drehzahl und zur Bereitstellung eines Geschwindigkeitssteuerrückmeldesignals. Wie allgemein bekannt ist, können insbesondere verschiedene Geschwindigkeitssteuerschemata zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Motors verwendet werden. Einige Steuerschemata verwenden Rückmeldung von einem Geschwindigkeitssensor, während andere (so genannte sensorlose Geschwindigkeitssteuerschemata) keine Rückmeldung eines Geschwindigkeitssensors benötigen. Beide Arten von Steuerschemata sind im Stand der Technik bekannt und müssen daher nicht weiter beschrieben werden. Wird der Aktuator 206 und somit der Motor 314 jedoch mit Hilfe eines Steuerschemas mit Rückmeldung von einem Geschwindigkeitssensor gesteuert, so ist der Geschwindigkeitssensor 318 vorzugsweise enthalten. Wenn der Motor 314 jedoch mit Hilfe eines sensorlosen Geschwindigkeitssteuerschemas gesteuert wird, muss der Geschwindigkeitssensor nicht enthalten sein. Bei dem Geschwindigkeitssensor 318 kann es sich um einen der zahlreichen in dem Gebiet bekannten Geschwindigkeitssensoren handeln, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Tachometer und optischer Sensoren.

Die Ausgabewelle 315 des Elektromotors ist ohne zwischengeschaltete Getriebe an eine Dehnschraube 320 gekoppelt. Wie in der dargestellten Ausführungsform kann die Ausgabewelle 315 zusätzlich über eine flexible Kupplung 322 mit der Dehnschraube 320 gekoppelt sein. Alternativ kann die Ausgabewelle 315 des Elektromotors über eine gerippte Kupplung mit der Dehnschraube 320 gekoppelt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ausgabewelle 315 des Elektromotors jedoch direkt an die Dehnschraube 320 gekoppelt. In jedem Fall wird die Dehnschraube 320 aber direkt durch die Ausgabewelle 315 des Motors ohne Hilfe etwaiger zwischengeschalteter Getriebe gedreht. Mit Hilfe eines Paars von Lageranordnungen, einer ersten Lageranordnung 324 und einer zweiten Lageranordnung 326, die in dem Gehäuse 302 an gegenüberliegenden Enden der Dehnschraube 320 montiert sind, ist die Dehnschraube 320 drehbar montiert. Die Dehnschraube ist mit einem Gewinde mit einer verhältnismäßig feinen Gewindesteigung gefertigt. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Dehnschraube beispielsweise um eine Walzenschraube, die mit einer Gewindesteigung von etwa 0,078 Zoll (2,0 Millimeter) gefertigt ist. Wie allgemein bekannt ist, sind Walzenschrauben eine bestimmte Kategorie von Dehnschrauben, die mit einer so feinen Gewindesteigung gefertigt sind. Ein nichteinschränkendes Beispiel einer solchen Walzenschraube, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wird unter der Teilenummer RGTFS 20.2.258 von der Firma Ina Bearing hergestellt. Es ist außerdem klar, dass die Motorgröße und die Leistung verringert werden können, wenn die Steigung des Gewindes der Dehnschraube geringer wird. Die spezifische Gewindesteigung und Motorgröße werden so ausgewählt, dass sie die richtige Leistung des Systems bereitstellen und in den gewünschten Größenumfang des Aktuators passen.

Eine Walzenmutteranordnung 328 wird zwischen der ersten 324 und der zweiten 326 Lageranordnung an der Dehnschraube 320 befestigt. Wie eingehender in 4 gezeigt, enthält die Walzenmutteranordnung 328 eine Walzenmutter 402, die von einer Gehäuseanordnung umgeben wird, die in der dargestellten Ausführungsform ein Adaptergehäuse 404 und eine Endwand 406 enthält. Das Adaptergehäuse 404 enthält zwei Anschlussverbindungen 403, 405, die das Koppeln der Walzenmutteranordnung 328 an die Türen 204 des Schubumkehrers ermöglichen. In der in 3 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich eine Anschlussverbindung 403 durch einen ersten Translationsschlitz 332 in der Oberplatte 306 und die andere Anschlussverbindung 405 erstreckt sich durch einen zweiten Translationsschlitz 333 in der Bodenplatte 308. Die Schubumkehrerverbindungen 206 sind jeweils mit den Anschlussverbindungen 403, 405 verbunden. Die Translation der Walzenmutteranordnung 328 von nahe der zweiten Lageranordnung 326 zu nahe der ersten Lageranordnung 324 bewirkt somit, dass die Schubumkehrerverbindungen 206 die Türen 204 in die ausgefahrene Position bewegen, und die umgekehrte Translation der Walzenmutteranordnung 328 von nahe der ersten Lageranordnung 324 zu nahe der zweiten Lageranordnung 326 bewirkt, dass die Schubumkehrerverbindungen 206 die Türen 204 in die angeklappte Position bewegen. Es versteht sich, dass die Walzenmutteranordnung 328 in 4 zwar so dargestellt ist, dass sie aus getrennten Teilen besteht, aber aus einer einzigen, integralen Einheit bestehen kann. Es versteht sich weiter, dass die Walzenmutteranordnung 328 mehr oder weniger als die beiden Anschlussverbindungsabschnitte enthalten kann.

Eine Vielzahl von Positionssensoren ist zur Bereitstellung von Signalen in dem Gehäuse 320 montiert, die die Schubumkehrerposition repräsentieren. Insbesondere werden ein erster Nähesensor 334 und ein zweiter Nähesensor 336 verwendet, um Schubumkehrerpositionssignale zuzuführen. Bei dem ersten 334 und dem zweiten 336 Nähesensor handelt es sich vorzugsweise um Sensoren vom Wirbelstrom-Kill-Oszillator-Typ (ECKO), obwohl auch andere in dem Gebiet bekannte Arten von Sensoren, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Halleffektsensoren, optische Sensoren, Widerstandssensoren, RVDTs und LVDTs, je nach bestimmter Anwendung, entweder allein oder in Kombination verwendet werden könnten.

Eine erste Aktuatorzielmarke 338 und eine zweite Aktuatorzielmarke 340 sind jeweils zu beiden Seiten der Walzenmutter 328 montiert. Die erste Aktuatorzielmarke 338 und die zweite Aktuatorzielmarke 340 sind konfiguriert und bestehen jeweils aus einem für die spezifische Sensortechnologie geeigneten Material. Wenn sich die erste Aktuatorzielmarke 338 nahe des ersten Nähesensors 334 befindet, liefert der erste Nähesensor 334 ein elektrisches Ausgabesignal, das angibt, dass die Walzenmutter 328 und somit der Schubumkehrer eine vollständig ausgefahrene Position erreicht hat. Analog liefert der zweite Nähesensor 336 ein elektrisches Ausgabesignal, das angibt, dass die Walzenmutter 328 und somit der Schubumkehrer die angeklappte Position erreicht hat, wenn sich die zweite Aktuatorzielmarke 340 nahe des zweiten Nähesensors 336 befindet. Es sei darauf hingewiesen, dass obwohl die erste 338 und die zweite 340 Zielmarkenanordnung als Einstellbolzen 341 enthaltend gezeigt sind, die Zielmarkenanordnungen 338, 340 in einer bevorzugten Ausführungsform nicht einstellbar, sondern fest an der Walzenmutter 328 befestigt sind.

Der getriebelose elektrische Aktuator 206 enthält ferner einen Nähesensor 342 für die Schubumkehrertür, eine Vielzahl von Riegeln 344 und einen Riegelmagneten 346, die jeweils nahe der zweiten Endplatte 312 des Gehäuses 302 montiert sind. Bei dem Sensor 342 für die Schubumkehrertür handelt es sich, ähnlich wie bei dem ersten 334 und dem zweiten 336 Nähesensor, vorzugsweise um einen Sensor vom ECKO-Typ. An mindestens eine der Schubumkehrertüren 204 ist somit eine nicht gezeigte Zielmarke, ähnlich der ersten 338 und der zweiten 340 Aktuatorzielmarke, montiert. Der Sensor 342 für die Schubumkehrertür hat die Funktion, eine elektrische Indikation bereitzustellen, die angibt, ob die Schubumkehrertüren 204 angeklappt sind oder nicht. Genauer ausgedrückt, liefert der Sensor 342 für die Schubumkehrertür ein elektrisches Ausgabesignal, das angibt, dass sich der Schubumkehrer in der angeklappten Position befindet, wenn die Schubumkehrertür 204 mit der montierten Zielmarke in die Nähe des Sensors 342 für die Schubumkehrertür bewegt wird.

An der zweiten Endplatte 312 ist ein zweiter Verbinder 345 montiert. Der Verbinder 345 stellt die elektrische Schnittstelle zwischen dem Aktuator 206 und jeder äußeren Steuerausrüstung (weiter unten erläutert) bereit. Elektrische Leitungen (die in den 3 und 4 nicht gezeigt sind) zu und von allen elektrischen Komponenten in dem Aktuator 206 sind mit dem Verbinder 345 gekoppelt.

Mit Bezugnahme auf die 5 und 6 in Verbindung mit den 3 und 4 wird nun die Struktur und Funktion der Riegel 344 beschrieben. Wenn sich die Schubumkehrertüren 204 in der angeklappten Position befinden, werden die Riegel 344 in eine verriegelte Position (siehe 5) bewegt, um die Schubumkehrertüren 204 in die angeklappte Position zu bewegen. Die Riegel 344 werden im Gegensatz dazu in eine unverriegelte Position (siehe 6) bewegt, wenn die Schubumkehrertüren 204 in die ausgefahrene Position bewegt werden sollen, um die Bewegung der Schubumkehrertüren 204 zu ermöglichen.

Die Riegel 344 sind in dem Gehäuse 302 schwenkbar montiert und sind normalerweise durch ein Vorspannelement 502, wie die gezeigte Feder, in die unverriegelte Position vorgespannt und werden durch den Riegelmagneten 346 in der verriegelten Position gehalten. Der Riegelmagnet 346 enthält insbesondere einen beweglichen Steg 504, der sich von einem seiner Enden ertreckt. Wenn der Riegelmagnet 346 angeregt wird, wird der bewegliche Steg 504 von den Riegeln 344 weg bewegt. Dadurch bewirkt das Vorspannelement 502, dass die Riegel 344 in die unverriegelte Position geschwenkt werden und dadurch die Schubumkehrertüren 204 freigegeben werden. Wenn die Schubumkehrertüren 204 in die angeklappte Position bewegt werden, bewegen die Türen 204 die Riegel 344 in die verriegelte Position gegen die Vorspannkraft des Vorspannelements 502. Wenn die Riegel 344 die verriegelte Position erreichen, wird der Riegelmagnet 346 entladen. Da der bewegliche Steg 504 durch eine nicht gezeigte Feder in die ausgestreckte Position vorgespannt wird, erstreckt sich der bewegliche Steg 504, wenn der Riegelmagnet 346entladen wird, zu den Riegeln 344 und hält die Riegel in der verriegelten Position. In dem Gehäuse 302 ist ein Riegelnähesensor 506 montiert und liefert ein elektrisches Signal, das angibt, wenn die Riegel 344 die verriegelte Position erreicht haben. Der Riegelnähesensor 506 ist vorzugsweise von demselben Typ wie der des ersten 334 und zweiten 336 Nähesensors und des Nähesensors 342 für die Schubumkehrertür.

Die getriebelosen elektrischen Aktuatoren 206 werden unter der Steuerung eines Schubumkehrersteuersystems betrieben. In 7 wird eine vereinfachte schematische Darstellung der Funktionsweise eines beispielhaften Schubumkehrersteuersystems dargestellt und wird nun ausführlicher beschrieben. Das Steuersystem 700 enthält vorzugsweise eine Mehrkanal-Motorsteuereinheit 702, obwohl ersichtlich ist, dass auch mehrere Motorsteuereinheiten 702 mit einzelnen Kanälen verwendet werden könnten. In jedem Fall ist die Motorsteuereinheit 702 mit einer Mehrkanaltriebwerkssteuerung 704 und mit mindestens zwei Aktuatoren 206 gekoppelt. Die Motorsteuereinheit 702 empfängt Befehle von der Triebwerkssteuerung 704 und liefert in Reaktion darauf Steuersignale an jeden Aktuator 206. Diese Steuersignale enthalten Signale zur Anregung des Motors 314 und der elektromagnetischen Bremsenanordnung 316, so dass bewirkt wird, dass die elektromagnetische Bremsenanordnung 316 ihre Bremskraft auf den Motor 314 entfernt und dass sich der Motor 314 in einer von zwei Richtungen, der Ausfahr- und der Anklapprichtung bewegt. Der erste 334 und der zweite 336 Nähesensor liefern Signale, die die Schubumkehrerposition repräsentieren, sowohl an die Motorsteuereinheit 702 als auch an die Triebwerkssteuerung 704.

Auch wenn sich das hier beschriebene Steuersystem 700 auf eine Ausführungsform richtet, in der die Aktuierungssteuersignale über die Triebwerkssteuerung 704 zugeführt werden, wird dem Fachmann klar sein, dass die Aktuierungssteuersignale auch direkt von der Flugzeugsteuerung kommen könnten.

Wie oben erwähnt wurde, werden die Riegel 344 des Schubumkehrers durch den beweglichen Steg 504 des Riegelmagneten in der verriegelten Position gehalten und normalerweise durch das Vorspannelement 502 in die unverriegelte Position vorgespannt. Die Triebwerkssteuerung 704 liefert auch Steuersignale, um die Riegelmagneten 346 gezielt anzuregen, wenn die Riegel 344 in die unverriegelte Position bewegt werden sollen. Als Reaktion darauf bewegen sich die beweglichen Stege 504 translatorisch von ihrer ausgefahrenen Position in ihre zurückgezogene Position, so dass sie die Bewegung der Riegel 344 durch die Vorspannelemente 502 in die unverriegelte Position ermöglichen. Die Riegelnähesensoren 506 führen der Motorsteuereinheit 702 jeweils ein Signal zu, das angibt, wenn sich die Riegel 344 in der verriegelten und der unverriegelten Position befinden. Analog liefern die Nähesensoren 342 für die Schubumkehrertüren der Motorsteuereinheit 702 jeweils ein Signal, das angibt, wenn die Schubumkehrertüren 204 die angeklappte Position erreicht haben.

Nach der strukturellen Beschreibung der Aktuatoren 206 und des Steuersystems 700 wird nun eine Beschreibung der Funktionsweise der Aktuatoren 206 und des Steuersystems 700 bereitgestellt. Dabei sollte gemeinsam auf die 3 bis 7 Bezug genommen werden. Außerdem ist diese Betriebsbeschreibung auf den Schubumkehrer ausgerichtet, der sich anfänglich in der angeklappten Position befindet, dann zu der ausgefahrenen Position und zurück in die angeklappte Position bewegt wird.

Zum Ausfahren der Schubumkehrertüren 204 aus der angeklappten Position gibt der Pilot einen Ausfahrbefehl in die Triebwerksteuerung 704 ein. Die Triebwerksteuerung 704 führt der Motorsteuerung 702 wiederum Befehlssignale zu und bewirkt auch die Anregung der Riegelmagneten 346. Bei Empfang des Befehls von der Triebwerksteuerung 704 regt die Motorsteuerung 702 den Motor 314 und die elektromagnetischen Bremsanordnungen 316 an, wodurch die Bremskraft auf die Motoren 314 entfernt wird. In einer Ausführungsform bewirkt die Triebwerksteuerung 704 zunächst die Drehung der Motoren 314 in die Anklapprichtung. Diese anfängliche Drehung der Motoren 314 und der Dehnschrauben 320 und somit die Translation der Walzenmuttern 328 in die Anklapprichtung bewirkt die Bewegung der Schubumkehrertüren 204 in die Anklapprichtung zu einer Bewegung, die "Überklapp"-Bewegung gegen die Riegel 344 genannt wird. Diese Überklappbewegung der Türen 204 gegen die Riegel 344 dreht die Riegel 344 aus dem Kontakt mit dem drehbaren Steg 504 des Riegelmagneten.

Wenn die Triebwerksteuerung 704 die Anregung der Riegelmagneten 346 bewirkt, werden die beweglichen Riegel 504 in ihre zurückgezogene Position bewegt. Dadurch bewegen die Vorspannelemente 502 ihre jeweiligen Riegel 344 in die unverriegelte Position, wodurch die Schubumkehrertüren 204 freigegeben werden. Die Drehung der Riegel 344 in die unverriegelte Position wird durch die Riegelnähesensoren 506 erfasst, die der Triebwerksteuerung 704 und der Motorsteuereinheit 702 entsprechende Signale zuführen.

Wenn die Motorsteuereinheit 702 das Signal von den Riegelnähesensoren 506 empfängt, das angibt, dass die Schubumkehrertüren 204 nicht mehr verriegelt sind, gibt sie danach Signale aus, die die Motoren 314 anregen, sich in die Ausfahrrichtung zu drehen. Dadurch drehen sich die Dehnschrauben 320, wodurch bewirkt wird, dass sich die zugeordneten Walzenmutteranordnungen 328 translatorisch in die ausgefahrene Position bewegen, welche die Schubumkehrertüren 204 in die ausgefahrene Position bewegen.

Wenn sich die Walzenmutteranordnungen 328 translatorisch von der angeklappten Position in die ausgefahrene Position bewegen, führen der erste 334 und der zweite 336 Nähesensor, die jeweils einem Aktuator 206 zugeordnet sind, sowohl der Triebwerkssteuerung 704 als auch der Motorsteuereinheit 702 entsprechende Positionssignale zu. Außerdem führen die Nähesensoren 342 für die Schubumkehrertüren jeweils der Motorsteuereinheit 702 ein Signal zu, das angibt, dass sich die Schubumkehrertüren 204 nicht mehr in der angeklappten Position befinden. Wenn die ersten 334 Nähesensoren an jedem Aktuator 206 angeben, dass sich die Walzenmutteranordnungen 328 und somit die Schubumkehrertüren 204 beinahe in der vollständig ausgefahrenen Position befinden, initiiert die Motorsteuereinheit 702 die Anhaltesequenz. Diese Anhaltesequenz enthält das Kurzschließen der Motoren 314, was elektromagnetisches Bremsen bereitstellt, und das Abstellen der Energieversorgung der elektromagnetischen Bremsanordnungen 316, was dazu führt, dass sie auf die Motoren 314 Bremskräfte ausüben, wobei beides das Anhalten der Drehung der Motoren 314 unterstützt.

Wenn die Schubumkehrertüren 204 nicht mehr angeklappt sein müssen, gibt der Pilot in die Triebwerkssteuerung 704 ein entsprechendes Signal ein. Die Triebwerkssteuerung 704 führt wiederum der Motorsteuerung 702 Befehlssignale zu, welche die Motoren 314 und die elektromagnetischen Bremsanordnungen 316 anregen, wodurch die Bremskraft von den Motoren 314 entfernt und bewirkt wird, dass sich die Motoren 314 in die Anklappvorrichtung bewegen. Dadurch drehen sich die Dehnschrauben 320, wodurch die translatorische Bewegung der zugeordneten Walzenmutteranordnungen 328 in die angeklappte Richtung bewirkt wird, welche die Bewegung der Schubumkehrertüren 204 in die Anklappposition bewirken.

Bei der translatorischen Bewegung der Walzenmutteranordnungen 328 von der ausgefahrenen in die angeklappte Position führen der erste 334 und der zweite 336 Nähesensor, die jeweils einem Aktuator 206 zugeordnet sind, sowohl der Triebwerkssteuerung 704 als auch der Motorsteuereinheit 702 entsprechende Positionssignale zu. Beim Annähern der Schubumkehrertüren 204 in die angeklappte Position führen die Nähesensoren 342 für die Schubumkehrertüren jeweils der Motorsteuereinheit 702 ein Signal zu, das angibt, dass sich die Schubumkehrertüren 204 in der angeklappten Position befinden. Außerdem treten die Schubumkehrertüren 204 in Kontakt mit den Riegeln 344, wodurch die Drehung der Riegel in die verriegelte Position bewirkt wird. Wenn die Riegelnähesensoren 506 an jedem Aktuator 206 angeben, dass sich die Riegel 344 in der verriegelten Position befinden, bewirkt die Motorsteuereinheit 704, dass die Riegelmagneten 346 entladen werden und die Motoren 314 und die elektromagnetischen Bremsanordnungen 316 durch die Motorsteuereinheit 702 entladen werden. Dadurch bewegen sich die beweglichen Stege 504 translatorisch in ihre ausgefahrene Position, wodurch die Riegel 344 in der verriegelten Position gehalten werden, und die elektromagnetischen Bremsanordnungen 316 beaufschlagen die Motoren 314 mit Bremskraft, wodurch die Drehung der Motoren 314 angehalten wird.

Es sei darauf hingewiesen, dass in einer bevorzugten Ausführungsform, in der die Motorsteuerung 702 ein Steuersystem mit Rückmeldung von einem Geschwindigkeitssensor implementiert, die Geschwindigkeitssensoren 318 in jedem Aktuator 206 auch der Motorsteuerung 702 Rückmeldesignale über die Motorgeschwindigkeit zuführen. Wenn die Motorsteuerung 702 alternativ ein sensorloses Geschwindigkeitssteuersystem implementiert, werden die Rückmeldesignale von den Geschwindigkeitssensoren 318 nicht verwendet.

Da die Dehnschraube ein Gewinde mit verhältnismäßig feiner Steigung aufweist, benötigen die unmittelbar vorhergehend beschriebenen elektrischen Aktuatoren und das Aktuierungssystem keine zwischen den Motor und die Dehnungsschraube geschalteten Getriebe, wodurch sie verhältnismäßig leichtgewichtig und kompakt werden. Der Aktuator kann auch alle Aktuierungs- und Erfassungskomponenten in einer einzigen Aktuierungsbaugruppe enthalten. Der Aktuator ist besonders in verhältnismäßig kleinen Düsenflugzeuganwendungen nützlich, kann jedoch in Flugzeugen verschiedener, großer und kleiner, Größen eingesetzt werden.


Anspruch[de]
System zum Steuern der Bewegung einer Schubumkehreranordnung für einen Düsenantrieb, wobei das System Folgendes umfasst:

Steuerung (702) die gekoppelt ist, um Befehlssignale zu empfangen, und die in Reaktion darauf funktionsfähig ist, selektiv Aktuatorsteuersignale zuzuführen; und

mindestens zwei Aktuatoren (206), die jeweils funktionsfähig sind, um den Schubumkehrer zwischen einer angeklappten Position und einer ausgefahrenen Position zu bewegen, wobei jeder Aktuator Folgendes aufweist

einen Elektromotor (314) mit einer Ausgangswelle (315), wobei der Elektromotor elektrisch gekoppelt ist, um die Aktuatorsteuersignale von der Steuerung (702) zu empfangen und die Ausgangswelle (315) in Reaktion darauf in einer Anklapprichtung und einer Ausfahrrichtung zu drehen,

eine drehbar montierte Dehnschraube (320) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende an die Ausgangswelle (315) des Elektromotors gekoppelt ist, um dadurch in der Anklapprichtung und der Ausfahrrichtung gedreht zu werden, und

eine Walzenmutteranordnung (328), die an der Dehnschraube (320) montiert ist, wobei die Walzenmutter (328) ferner einen Verbinder (404) aufweist, der zum Koppeln an die Schubumkehranordnung konfiguriert ist,

wobei während des Gebrauchs des Systems die Drehung der Dehnschraube (320) in der Anklapprichtung die Translation ihrer zugeordneten Walzenmutteranordnung (328) in Richtung auf das zweite Ende der Dehnschraube und des Schubumkehrers in Richtung auf die angeklappte Position bewirkt, und wobei die Drehung der Dehnschraube (320) in der Ausfahrrichtung die Translation ihrer zugeordneten Kugelmutter (328) in Richtung auf das erste Ende der Dehnschraube und des Schubumkehrers in Richtung auf die ausgefahrene Position bewirkt,

wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass in jedem Aktuator (206) das erste Ende der Dehnschraube (320) an die Ausgangswelle (315) ohne Zwischengetriebe gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (702) ferner funktionsfähig ist, selektiv Bremsensignale zuzuführen und wobei jeder Aktuator ferner Folgendes umfasst:

eine elektromagnetische Bremsenanordnung (318), die an den Elektromotor gekoppelt und elektrisch gekoppelt ist, um die Bremsensignale zu empfangen, und die funktionsfähig ist, um in Reaktion darauf den Elektromotor (314) selektiv anzuhalten.
System nach Anspruch 1, wobei jeder der Aktuatoren ferner umfasst:

mindestens einen Schubumkehrerpositionssensor (334, 336), der funktionsfähig ist, um Positionssignale zuzuführen, die eine Position des Schubumkehrers darstellen.
System nach Anspruch 3, wobei der Schubumkehrerpositionssensor einen ersten Positionssensor (334) und einen zweiten Positionssensor (336) umfasst, wobei der erste Positionssensor (334) an den Aktuator in der Nähe des ersten Endes der Dehnschraube gekoppelt ist und der zweite Positionssensor (336) an den Aktuator in der Nähe des zweiten Endes der Dehnschraube gekoppelt ist. System nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Dehnschraube (320) um eine Walzenschraube handelt, die eine Gewindesteigung von etwa 2,0 Millimeter (0,078 Zoll) aufweist. System nach Anspruch 1, wobei jeder Aktuator ferner umfasst:

einen Anklapppositionsschalter (342), der funktionsfähig ist, ein Schubumkehreanklappsignal zuzuführen, wenn sich der Schubumkehrer in der angeklappten Position befindet.
System nach Anspruch 1, wobei jeder Aktuator ferner umfasst:

mindestens einen Schubumkehrerriegel (344), der funktionsfähig ist, um sich selektiv zwischen einer verriegelten und einer nicht verriegelten Position zu bewegen.
System nach Anspruch 7, wobei jeder Riegel schwenkbar in der Nähe eines Endes des Aktuators montiert ist und wobei der Aktuator ferner umfasst:

ein Vorspannelement (502), das in der Nähe eines des mindestens einen Riegels (344) montiert ist und einen Abschnitt in angrenzendem Kontakt mit dem Riegel aufweist, um den Riegel so in die nicht verriegelte Position vorzuspannen.
System nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (702) ferner funktionsfähig ist, um Riegelsteuersignale zuzuführen, und wobei jeder Aktuator ferner umfasst:

einen Riegelmagneten (346) mit einem beweglichen Steg (504), wobei der Riegelmagnet gekoppelt ist, um die Riegelsteuersignale zu empfangen und funktionsfähig ist, um den Steg (504) in Reaktion darauf selektiv zu bewegen, so dass der Riegel (344) in Eingriff genommen und aus dem Eingriff gelassen wird.
System nach Anspruch 8, wobei jeder Aktuator ferner umfasst:

einen Riegelpositionsanzeiger (506), der an den Aktuator in der Nähe des mindestens einen Riegels (344) gekoppelt ist und der funktionsfähig ist, Riegelpositionssignale zuzuführen, die die verriegelte und nicht verriegelte Position darstellen.
System nach Anspruch 1, wobei die Dehnschraube (320) durch mindestens zwei Lageranordnungen (324, 326) drehbar montiert ist. System nach Anspruch 1, wobei jeder Aktuator ferner umfasst:

einen Geschwindigkeitssensor (316), der an den Elektromotor (314) gekoppelt ist und der funktionsfähig ist, ein Rückmeldesignal zu erzeugen, das die Umdrehungszahl des Elektromotors darstellt,

wobei die Steuerung (702) gekoppelt ist, um das Rückmeldesignal von dem Geschwindigkeitssensor (316) zu empfangen und die Aktuatorsteuersignale aufzubereiten, um die Umdrehungszahl des Elektromotors zu steuern.






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