特表 2022-517761 ギア付き回転アクチュエータのためのフェイルセーフ弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-10

(54)【発明の名称】ギア付き回転アクチュエータのためのフェイルセーフ弁

(51)【国際特許分類】

   F15B 11/024 20060101AFI20220303BHJP

   B64C 13/42 20060101ALI20220303BHJP

【ＦＩ】

F15B11/024 Z

B64C13/42

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021539425

(86)(22)【出願日】2020-01-27

(85)【翻訳文提出日】2021-09-06

(86)【国際出願番号】 US2020015227

(87)【国際公開番号】W WO2020209924

(87)【国際公開日】2020-10-15

(31)【優先権主張番号】62/797,927

(32)【優先日】2019-01-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】507027656

【氏名又は名称】ムーグ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100117640

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 達己

(72)【発明者】

【氏名】ラーソン，ローウェル・バン・ルンド

(72)【発明者】

【氏名】シーラフ，ロバート・ジャスティン

【テーマコード（参考）】

3H089

【Ｆターム（参考）】

3H089AA60

3H089BB28

3H089CC08

3H089CC12

3H089CC13

3H089DB33

3H089DB43

3H089EE12

3H089EE23

3H089HH04

3H089JJ11

(57)【要約】

フェイルセーフ弁が、液圧回転モータによって動力供給されるギア付き回転アクチュエータを有する、薄い翼の航空機の操縦翼面作動システムのための「壁孔」によるフィルセーフ機能を提供する。フェイルセーフ弁が液圧回転モータに付随し、操縦翼面に機械的に接続され、電気制御および／または液圧の損失時に航空機操縦翼面を空気力学的にニュートラルなフェイルセーフ位置に戻すのを可能にする。フェイルセーフ弁が液圧システムから通常の指令圧力を受けると、フェイルセーフ弁が機能停止状態となり、作動システムが通常通りに動作する。しかし、液圧弁を制御するための電気的な指令能力の損失および／または液圧の損失があると、操縦翼面がそのフェイルセーフ位置から離れている場合にはフェイルセーフ弁が起動され、モータ液圧制御ラインのうちの１つをモータのためのケースリターンラインに接続する。結果として、故障事象時、操縦翼面が液圧的に動力供給されることになり、つまりそのフェイルセーフ位置まで空気力学的に漸進的に動かされることになる。
【選択図】図８Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定部材を基準として可動部材を変位させるための作動システムであって、前記可動部材がフェイルセーフ位置を有し、前記フェイルセーフ位置から離れるように変位可能であり、前記作動システムが、
前記可動部材を前記固定部材に接続するアクチュエータと、
液圧供給ライン、第１の液圧制御ライン、第２の液圧制御ライン、および液圧リターンラインを有する液圧システムと、
前記固定部材を基準として前記可動部材を変位させるために前記アクチュエータを駆動するように構成される、前記液圧システムによって動力供給される液圧回転モータであって、前記液圧回転モータが、前記第１の液圧制御ラインに液圧的に連通される第１の制御ポート、前記第２の液圧制御ラインに液圧的に連通される第２の制御ポート、および前記液圧リターンラインに液圧的に連通されるリターンポートを有する、液圧回転モータと、
前記液圧システムおよび前記液圧回転モータに液圧的に連通されるフェイルセーフ弁であって、前記フェイルセーフ弁が前記可動部材に動作可能に接続される、フェイルセーフ弁と
を備え、
前記フェイルセーフ弁が、前記液圧供給ライン内の液圧が所定の常圧以上であるときの非起動状態、および前記液圧供給ライン内の液圧が前記所定の常圧未満であるときの起動状態を有し、
前記フェイルセーフ弁が前記非起動状態にある場合、前記第１の液圧制御ラインが前記液圧回転モータの前記第１の制御ポートに液圧的に連通され、前記第２の液圧制御ラインが前記液圧回転モータの前記第２の制御ポートに液圧的に連通され、前記液圧回転モータの前記リターンポートが前記液圧リターンラインに液圧的に連通されて、前記液圧回転モータが通常通りに動作し、
前記フェイルセーフ弁が前記起動状態にあって前記可動部材が前記フェイルセーフ位置から離れている場合、前記第１の液圧制御ラインおよび前記液圧回転モータの前記第１の制御ポート、または前記第２の液圧制御ラインおよび前記液圧回転モータの前記第２の制御ポートが前記液圧リターンラインに液圧的に連通される
作動システム。

【請求項2】

前記アクチュエータがヒンジ軸を画定するギア付き回転アクチュエータであり、前記可動部材が前記固定部材を基準として前記ヒンジ軸を中心として両方の角度方向に角度的に変位可能であり、前記フェイルセーフ位置が前記ヒンジ軸を中心とした前記可動部材の所定の角度位置である、請求項１に記載の作動システム。

【請求項3】

前記固定部材が航空機の固定翼であり、前記可動部材が前記航空機の操縦翼面である、請求項２に記載の作動システム。

【請求項4】

前記フェイルセーフ弁が、コマンドスプール、前記液圧供給ラインに液圧的に連通されるコマンドポート、前記第１の液圧制御ラインおよび前記液圧回転モータの前記第１の制御ポートに液圧的に連通される第１の制御導管、前記第２の液圧制御ラインおよび前記液圧回転モータの前記第２の制御ポートに液圧的に連通される第２の制御導管、ならびに前記液圧リターンラインおよび前記液圧回転モータの前記リターンポートに液圧的に連通されるリターン導管を有し、
前記コマンドスプールが、前記第１の制御導管および前記第２の制御導管が前記リターン導管に液圧的に連通されない非起動位置と、前記可動部材が前記フェイルセーフ位置から離れている場合における前記第１の制御導管および前記第２の制御導管の少なくとも一方が前記リターン導管に液圧的に連通される起動位置とを有し、
前記コマンドスプールが前記起動位置の方に付勢され、
前記液圧供給ライン内の液圧が前記所定の常圧以上である場合に前記コマンドスプールが前記液圧供給ライン内の液圧により前記非起動位置で維持され、
前記液圧供給ライン内の液圧が所定の常圧未満である場合に前記コマンドスプールが付勢力により前記起動位置で維持される
請求項１に記載の作動システム。

【請求項5】

前記フェイルセーフ弁が、弁ハウジング、前記弁ハウジングを通って延在する弁軸、および前記弁ハウジングを基準として移動可能であるメータリングスプールを有し、
前記メータリングスプールが前記可動部材に接続され、その結果、前記弁軸を中心とした前記メータリングスプールの回転位置が前記固定部材を基準とした前記可動部材の位置によって決定され、
前記メータリングスプールが、前記可動部材の前記フェイルセーフ位置に対応する、前記弁軸を中心としたヌル回転位置を有する
請求項１に記載の作動システム。

【請求項6】

前記フェイルセーフ弁が前記起動状態にある場合、前記メータリングスプールが、前記第１の液圧制御ラインおよび前記液圧回転モータの前記第１の制御ポートを前記液圧リターンラインに液圧的に連通させるために前記ヌル回転位置から離れるように前記弁軸を中心として第１の回転方向に回転可能であり、
前記フェイルセーフ弁が前記起動状態にある場合、前記メータリングスプールが、前記第２の液圧制御ラインおよび前記液圧回転モータの前記第２の制御ポートを前記液圧リターンラインに液圧的に連通させるために前記ヌル回転位置から離れるように前記弁軸を中心として前記第１の回転方向の反対の第２の回転方向に回転可能である
請求項５に記載の作動システム。

【請求項7】

前記メータリングスプールがトランスミッション機構により前記可動部材に接続される、請求項５に記載の作動システム。

【請求項8】

前記アクチュエータがヒンジ軸を画定するギア付き回転アクチュエータであり、前記可動部材が前記固定部材を基準として前記ヒンジ軸を中心として両方の角度方向に角度的に変位可能であり、前記弁軸が前記ヒンジ軸と平行である、請求項５に記載の作動システム。

【請求項9】

前記フェイルセーフ弁が、弁ハウジング、前記弁ハウジングを通って延在する弁軸、および前記弁ハウジングを基準として前記弁軸に沿って変位可能であるメータリングスプールを有し、
前記メータリングスプールが前記可動部材に接続され、その結果、前記弁軸に沿う前記メータリングスプールの軸方向位置が前記固定部材を基準とした前記可動部材の位置によって決定され、
前記メータリングスプールが、前記可動部材の前記フェイルセーフ位置に対応するヌル軸方向位置を有する
請求項１に記載の作動システム。

【請求項10】

前記フェイルセーフ弁が前記起動状態にある場合、前記メータリングスプールが、前記第１の液圧制御ラインおよび前記液圧回転モータの前記第１の制御ポートを前記液圧リターンラインに液圧的に連通させるために前記ヌル軸方向位置から離れるように前記弁軸に沿って第１の軸方向に変位可能であり、
前記フェイルセーフ弁が前記起動状態にある場合、前記メータリングスプールが、前記第２の液圧制御ラインおよび前記液圧回転モータの前記第２の制御ポートを前記液圧リターンラインに液圧的に連通させるために前記ヌル軸方向位置から離れるように前記弁軸に沿って前記第１の軸方向の反対の第２の軸方向に変位可能である
請求項９に記載の作動システム。

【請求項11】

前記メータリングスプールがトランスミッション機構により前記可動部材に接続される、請求項９に記載の作動システム。

【請求項12】

固定部材を基準として可動部材を変位させるための作動システムを動作させる方法であって、前記可動部材がフェイルセーフ位置を有し、前記フェイルセーフ位置から離れるように変位可能であり、前記作動システムが、前記可動部材を前記固定部材に接続するアクチュエータ、液圧システム、および前記固定部材を基準として前記可動部材を変位させるために前記アクチュエータを駆動するように構成される、前記液圧システムによって動力供給される液圧回転モータを備え、前記方法が、
Ａ）前記液圧システムおよび前記液圧回転モータに液圧的に連通されるフェイルセーフ弁を提供するステップと、
Ｂ）前記フェイルセーフ弁と前記可動部材との間で機械的に接続させるステップと、
Ｃ）前記液圧供給ライン内の液圧が所定の常圧以上である場合、前記液圧システムの第１の液圧制御ラインと前記液圧回転モータの第１の制御ポートとの間、前記液圧システムの第２の液圧制御ラインと前記液圧回転モータの第２の制御ポートとの間、および前記液圧システムのリターンラインと前記液圧回転モータのリターンポートとの間、に液圧的に連通させるステップと、
Ｄ）前記液圧供給ライン内の液圧が前記所定の常圧以下であり、前記可動部材が前記フェイルセーフ位置から離れている場合、前記液圧回転モータの前記第１の制御ポートと前記液圧システムの前記リターンラインとの間に、または前記液圧回転モータの前記第２の制御ポートと前記液圧システムの前記リターンラインとの間に液圧的に連通させるために前記機械的な接続により前記フェイルセーフ弁を動作させるステップと
を含む
方法。

【請求項13】

前記フェイルセーフ弁が、前記機械的な接続により前記可動部材に接続されるメータリングスプールを備え、前記メータリングスプールが前記可動部材の前記フェイルセーフ位置に対応するヌル位置を有し、前記方法が、前記機械的な接続を変更することにより前記メータリングスプールの前記ヌル位置を調整するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記アクチュエータがヒンジ軸を画定するギア付き回転アクチュエータであり、前記可動部材が前記固定部材を基準として前記ヒンジ軸を中心として両方の角度方向に角度的に変位可能であり、前記フェイルセーフ位置が前記ヒンジ軸を中心とした前記可動部材の所定の角度位置である、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記固定部材が航空機の固定翼であり、前記可動部材が前記航空機の操縦翼面である、請求項１４に記載の作動システム。

【請求項16】

ステップＤが、前記操縦翼面が前記フェイルセーフ位置から第１の角度方向に変位させられる場合に前記液圧回転モータの前記第１の制御ポートと前記液圧システムの前記リターンラインとの間で液圧的に連通させるステップ、および前記操縦翼面が前記フェイルセーフ位置から前記第１の角度方向とは反対の第２の角度方向に変位させられる場合に前記液圧回転モータの前記第２の制御ポートと前記液圧システムの前記リターンラインとの間で液圧的に連通させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、参照によりその開示全体が本明細書に組み込まれている、２０１９年１月２８日に出願した米国仮特許出願第６２／７９７，９２７号の優先権を主張するものである。

【0002】

[0002]本発明は航空機操縦翼面のための作動システムなどの、作動システムのフェイルセーフ動作に関する。

【背景技術】

【0003】

[0003]航空機の飛行操縦翼面を位置決めするための飛行制御作動システムの設計では、液圧回路内の電気作動式弁への電力の損失および／または液圧回路内の液圧の損失などの、作動システムの故障の発生時に、操縦翼面（例えば、固定翼に移動可能に設置されるフラップまたはスラット）をニュートラルな位置または中心の「ヌル」フェイルセーフ（ｎｕｌｌ ｆａｉｌｓａｆｅ）位置に戻してそこで維持することが望ましい。飛行制御作動システムが操縦翼面を動かすのに線形液圧アクチュエータに依存する場合、故障モードにおいては、操縦翼面をセンタリングすることは単純な方式で行われている。線形液圧アクチュエータが、シリンダチャンバを２つのチャンバへと分割するピストンをシリンダチャンバ内に有する。ピストンを第１の軸方向に動かすために、加圧された液圧流体が第１の制御ライン（本明細書では「Ｐ１」と称される）を通して第１のチャンバの中に供給され、第２のチャンバ内の液圧流体が第２の制御ライン（本明細書では「Ｐ２」と称される）を通してシリンダチャンバから流れ出ることが可能となり、それによりピストンが変位させられる。理解されるように、第１のチャンバのボリュームが増大し、第２のチャンバのボリュームが減少する。逆に、ピストンを第１の軸方向とは反対の第２の軸方向に動かす場合、加圧された液圧流体が第２の制御ラインＰ２を通して第２のチャンバの中に供給され、第１のチャンバの中の液圧流体が第１の制御ラインＰ１を通してシリンダチャンバから流れ出ることが可能となる。故障モードにおいて操縦翼面をセンタリングすることは「壁孔（ｈｏｌｅ－ｉｎ－ｔｈｅ－ｈｏｌｅ（ＨＩＴＷ））」ポートを使用して単純な方式で行われている。ＨＩＴＷポートは、線形液圧アクチュエータの液圧シリンダの壁を通る形で、壁の軸方向中間位置のところに設けられる。通常の動作条件で線形液圧アクチュエータがその意図される移動範囲で動作する場合、ＨＩＴＷポートがピストンによって閉じられる。しかし、故障事象が発生すると、ピストンが一方向またはもう一方の方向に過移動してそれによりＨＩＴＷポートがピストンの高圧側に開き、その結果、液圧流体が液圧リターンラインに逃げる。リターンラインからの液圧により、液圧マニホルドがピストンの低圧側を液圧的に塞ぐことができ、それにより線形液圧アクチュエータのピストンを中央ヌル位置の方に強制的に移動させ、中央ヌル位置で、ピストンが再びＨＩＴＷポートを遮断してピストンが液圧的にロックされる。

【0004】

[0004]回転液圧アクチュエータとも称される液圧回転モータは線形液圧アクチュエータと類似の方式で動作するが、シリンダを基準として線形的に動くピストンの代わりにステータを基準とした軸を中心に回転するロータを有する。一対の液圧制御ラインＰ１およびＰ２が、モータハウジング内の対応するポートにより、液圧回転モータのそれぞれの可変チャンバに連通される。ロータを第１の方向に回転させる場合、加圧された流体が第１の制御ラインＰ１によりモータに供給され、流体が第２の制御ラインＰ２によりモータから離れることが可能となる。第１の方向の反対の第２の方向にロータを逆回転させる場合、加圧された流体が第２の制御ラインＰ２によりモータに供給され、流体が第１の制御ラインＰ１によりモータから離れることが可能となる。

【0005】

[0005]Ｌｅｂｒｕｎらの米国特許第５，９８３，７８２号が、線形液圧アクチュエータとは対照的である回転液圧アクチュエータに合うように適合されるＨＩＴＷの概念の代替のバージョンを教示している。より具体的には、Ｌｅｂｒｕｎらは２つの可変ボリュームサブチャンバへと各々分割される弓形チャンバを画定するそれぞれの放射羽根を有する外側ステータおよび内側ロータを有する回転液圧アクチュエータを開示している。サブチャンバが、上で説明した制御ラインＰ１およびＰ２に類似の第１および第２の制御ラインに接続され、液圧流れが制御ライン内で選択的に制御され得、それによりロータがステータを基準として反対の第１および第２の回転方向に回転する。フェイルセーフモードにおいてロータをそのヌル位置の方に回転させるための戻り圧力を提供するために、Ｌｅｂｒｕｎらの図１の参照符号２２によって示されるＨＩＴＷポートがステータ内に設けられる。

【0006】

[0006]上で説明したＨＩＴＷポートは、加圧された動作流体を閉じ込めるステータまたはシリンダを通る形で設けられる。上で説明したＨＩＴＷポートの欠点は、フェイルセーフモード中のヌル位置のロケーションを決定するアクチュエータ内でのポートのロケーションが固定され、変更され得ないことである。したがって、液圧線形アクチュエータまたは液圧回転アクチュエータのヌル位置が、アクチュエータの製造後、容易に調整され得ず、アクチュエータが、設計されたヌル位置を有する特定の用途にしか適さない。

【0007】

[0007]Ｌｅｂｒｕｎらによって開示される回転液圧アクチュエータに特有の別の短所は、ステータを基準としたロータの回転モーションの範囲が３６０度未満の角度に制限されることである。したがって、ロータを継続的に回転させることが可能ではない。一部の航空機は抵抗を低減するために薄い翼を使用する必要があり、したがって、従来の線形液圧アクチュエータの代わりにギア付き回転アクチュエータ（ＧＲＡ：ｇｅａｒｅｄ ｒｏｔａｒｙ ａｃｔｕａｔｏｒ）によって駆動される非常に薄い（つまり、高さの低い）後縁操縦翼面（ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｕｒｆａｃｅ）を必要とする。ギア付き回転アクチュエータが操縦翼面ヒンジ軸に直接に取り付けられ、液圧回転モータが同じ軸上に位置し、ＧＲＡを複数回の回転で継続的に駆動する。Ｌｅｂｒｕｎらによって教示される回転液圧アクチュエータは、その角度モーションの範囲が制限されることを理由として、この種の用途には適さない。ＧＲＡを使用することで空気抵抗を低減することが補助されるが、これまで、操縦翼面をヌルフェイルセーフ位置で安全に平衡状態にするためのＨＩＴＷの構造部を提供する方法は存在しない。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

[0008]本開示は、液圧線形アクチュエータの代わりに液圧回転モータによって供給される液圧電力を使用して可動部材が作動するような作動システムにおいて利用される。一用途で、可動部材が、液圧回転モータによって動力供給されるＧＲＡにより、固定翼を基準として作動する飛行操縦翼面である。本開示は、稼働中の液圧モータ内に固定のポートを必要とすることなく、故障事象時に飛行操縦翼面を空気力学的にニュートラルである位置つまりヌルフェイルセーフ位置まで戻すための同様のＨＩＴＷ機能を提供する。故障事象は、例えば、液圧マニホルドを制御するための電気的な指令能力の損失および／または液圧の損失である可能性がある。

【0009】

[0009]本開示の実施形態によると、フェイルセーフ弁がＧＲＡに動力供給する液圧回転モータに付随し、さらに、操縦翼面に機械的に接続される。フェイルセーフ弁が液圧式飛行制御システムから通常の指令圧力（ｃｏｍｍａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を受けると、フェイルセーフ弁が機能停止状態となり、飛行制御システムが通常モードで動作する。しかし、フェイルセーフ弁に対しての液圧指令圧力の損失があると、操縦翼面がそのヌル位置つまりニュートラルなフェイルセーフ位置から離れている場合にはフェイルセーフ弁が起動され、モータ液圧制御ライン（つまり、Ｐ１またはＰ２）のうちの１つを液圧回転モータのためのケースリターンラインＲに接続する。結果として、故障事象時、操縦翼面が液圧的に動力供給されることになり、つまりそのフェイルセーフ位置まで空気力学的に漸進的に動かされる（ｒａｔｃｈｅｔ（ｅｄ））ことになる。

【0010】

[0010]フェイルセーフ弁が、固定される部材を基準とした操縦翼面の位置によりメータリングスプールの回転位置または軸方向位置を決定するような形で操縦翼面に直接にまたは関節的に接続されるメータリングスプールを有することができ、メータリングスプールが可動部材のフェイルセーフ位置に対応するヌル位置を有する。メータリングスプールがそのヌル位置から第１の方向に変位させられると、フェイルセーフ弁が第１の制御ラインＰ１をドレンリターンラインＲに連通させる。逆に、メータリングスプールがそのヌル位置から第２の反対方向に変位させられると、フェイルセーフ弁が第２の制御ラインＰ２をドレンリターンラインＲに連通させる。

【0011】

[0011]Ｌｅｂｒｕｎらによって提案される解決策とは異なり、ＧＲＡに動力供給する液圧回転モータが複数回の回転で自由に動作することができる。その理由は、液圧回転モータ内の物理的なＨＩＴＷに角度的制限が課されないからである。さらに、可動部材をメータリングスプールに接続するためのトランスミッション機構を再構成することにより、操縦翼面または他の可動部材のフェイルセーフ位置が多様な用途のために容易に変更され得る。

【0012】

[0012]次に、添付図面を参照する以下の詳細な説明で、開示される実施形態の性質および動作形態をより完全に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1A】[0013]フェイルセーフ弁を非起動状態で示している、本開示の実施形態によるフェイルセーフ弁を組み込む液圧式飛行作動システムを示す概略図である。

【図1B】[0014]フェイルセーフ弁を起動状態で示している、図１Ａと同様の概略図である。

【図2】[0015]液圧回転モータおよび液圧回転モータによって駆動されるギア付き回転アクチュエータ（ＧＲＡ）に従って組み立てられるフェイルセーフ弁を示す斜視図である。

【図3】[0016]フェイルセーフ弁、液圧回転モータ、およびＧＲＡの一部分を示す立面図である。

【図4】[0017]フェイルセーフ弁、液圧回転モータ、およびＧＲＡを示す端面図である。

【図5】[0018]フェイルセーフ弁がその非起動状態にあり、図４の線５－５に概して沿うフェイルセーフ弁を示す断面図である。

【図6】[0019]フェイルセーフ弁の、弁アーム、スリーブ、およびメータリングスプールを示す一部透視斜視図である。

【図7】[0020]フェイルセーフ弁がその起動状態にあり、フェイルセーフ弁のメータリングスプールおよび弁アームがそのヌル位置にある、フェイルセーフ弁を示す断面図である。

【図8A】[0021]メータリングスプールがそのヌル位置から第１の変位方向に変位させられた、フェイルセーフ弁を示す端面図である。

【図8B】[0022]液圧流れを示している、図８Ａの線８Ｂ－８Ｂに概して沿うフェイルセーフ弁を示す断面図である。

【図9A】[0023]メータリングスプールがそのヌル位置から離れて第２の変位方向に変位させられた、フェイルセーフ弁を示す端面図である。

【図9B】[0024]液圧流れを示している、図９Ａの線９Ｂ－９Ｂに概して沿うフェイルセーフ弁を示す断面図である。

【図10】[0025]操縦翼面とフェイルセーフ弁との間の１つの考えられるトランスミッション機構を示す概略側面図である。

【図11】[0025]操縦翼面とフェイルセーフ弁との間の１つの考えられるトランスミッション機構を示す概略側面図である。

【図12】[0025]操縦翼面とフェイルセーフ弁との間の１つの考えられるトランスミッション機構を示す概略側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

[0026]図１Ａおよび１Ｂが、例えばギア付き回転アクチュエータ（ＧＲＡ）１０により航空機の固定翼２に接続されるフラップまたはスラット３などの、航空機の操縦翼面を作動させるための液圧駆動式飛行制御作動システム１を概略的に示す。ＧＲＡ１０が、図１Ａおよび１Ｂに示されるように、単一の液圧回転モータによって駆動される単一入力ＧＲＡ、または一対の液圧回転モータ１２Ｌおよび１２Ｒによって駆動される二重入力ＧＲＡであってよい。液圧回転モータ１２Ｌ、１２Ｒが、主制御弁１４、バイパス弁１６、および閉止弁１８を有する液圧システムによって制御され得る。例えば、液圧システムが、ＧＲＡ１０の左側端部のところで液圧回転モータ１２Ｌを制御するためのＨｙｄ１で示される第１の液圧サブシステムおよびＧＲＡ１０の右側端部のところでもう一方の液圧回転モータ１２Ｒを制御するための第２の液圧サブシステムＨｙｄ２を有する二重冗長システムであってよい。より具体的には、第２の液圧サブシステムＨｙｄ２が液圧回転モータ１２Ｒの第１の制御ポートＣ１に液圧的に連通される第１の液圧制御ラインＰ１、液圧回転モータ１２Ｒの第２の制御ポートＣ２に液圧的に連通される第２の液圧制御ラインＰ２、および液圧回転モータ１２ＲのリターンポートＲＰに液圧的に連通されるケースドレンリターンラインＲを有する。

【0015】

[0027]本開示によると、液圧モータ１２Ｌ、１２Ｒおよび操縦翼面３のうちの少なくとも１つがフェイルセーフ弁２０に接続される。図１Ａおよび１Ｂでは、ＧＲＡ１０の右側端部の液圧モータ１２Ｒに従って１つのフェイルセーフ弁２０のみが示されるが、ＧＲＡ１０の左側端部の液圧モータ１２Ｌに従って別のフェイルセーフ弁が提供され得ることが理解されよう。

【0016】

[0028]図１Ａでは、フェイルセーフ弁２０がその非起動状態で示されている。フェイルセーフ弁２０がその非起動状態にある場合、通常、液圧式飛行制御作動システム１が動作しており、フェイルセーフ弁２０が機能していない。図１Ｂでは、フェイルセーフ弁２０がその起動状態で示されており、これは、液圧式飛行制御作動システムに故障が発生してそれにより液圧回転モータ１２Ｒへの液圧の損失が発生している、ことを意味する。フェイルセーフ弁２０の起動状態で、操縦翼面３がその空気力学的なヌル位置またはニュートラルなフェイルセーフ位置にない場合、フェイルセーフ弁２０が液圧モータ１２Ｒのための液圧制御ラインＰ１およびＰ２のうちの適切な一方を液圧モータのためのケースドレンリターンラインＲに接続し、それにより操縦翼面３がそのフェイルセーフ位置まで移動することが可能となる。

【0017】

[0029]図２～７が、フェイルセーフ弁２０および液圧回転モータ１２Ｒの１つの考えられる構成を示す。見ることができるように、第２の液圧サブシステムＨｙｄ２の液圧制御ラインＰ１およびＰ２が、フェイルセーフ弁２０のハウジング２１内の第１の制御ポート４１および第２の制御ポート４２にそれぞれ接続され、第２の液圧サブシステムＨｙｄ２の液圧供給ラインＳが弁ハウジング２１内のコマンドポート４３に接続され、第２の液圧サブシステムＨｙｄ２のケースドレンリターンラインＲが弁ハウジング内のリターンポート４４に接続される。描かれる実施形態では、フェイルセーフ弁２０が、第１の制御ポート４１および液圧モータ１２Ｒの第１の制御ポートＣ１に連通される第１の制御導管５１と、第２の制御ポート４２および液圧モータ１２Ｒの第２の制御ポートＣ２に連通される第２の制御導管５２と、リターンポート４４および液圧モータ１２ＲのリターンポートＲＰに連通されるリターン導管５４とを有することができる。したがって、コマンドポート４３が液圧供給ラインＳに液圧的に連通され、第１の制御導管５１が第１の液圧制御ラインＰ１および液圧回転モータ１２Ｒの第１の制御ポートＣ１に液圧的に連通され、第２の制御導管５２が第２の液圧制御ラインＰ２および液圧回転モータ１２Ｒの第２の制御ポートＣ２に液圧的に連通され、リターン導管５４が液圧リターンラインＲおよび液圧回転モータ１２ＲのリターンポートＲＰに液圧的に連通される。

【0018】

[0030]フェイルセーフ弁２０が、弁ハウジング２１の一方の端部から突出する弁アーム２２を有することができる。弁アーム２２が、操縦翼面３に接続されるトランスミッション機構（図示せず）に接続されるためのその突出部分上にクレビス２４を有することができる。ＧＲＡ１０のヒンジ軸１１を中心とした操縦翼面３の動きがトランスミッション機構により弁アーム２２に伝達され得、それにより弁アーム２２がフェイルセーフ弁２０のハウジングを基準としてその長手方向軸を中心として回転する。トランスミッション機構の実施例が図１０に関連して示されており、後で説明される。介在するトランスミッション機構を使用する代わりに、弁アーム２２が操縦翼面３に直接に接続されてもよい。

【0019】

[0031]フェイルセーフ弁２０が中心軸２５を画定するシャフト２３を有することができ、弁アーム２２が中心軸２５を中心として回転する。メータリングスプール２６が弁スリーブ２８内に収容され得、弁アーム２２に結合され得、それによりシャフト２３の軸２５を中心として弁アーム２２と共に回転する。弁軸２５を中心としたメータリングスプール２６の回転が弁スリーブ２８を基準としたものであり、弁スリーブ２８が弁ハウジング２１内の固定位置に留まる。メータリングスプール２６が、メータリングスプール２６の端部上に摺動可能に設置される有孔コマンドスプール３０に対してキーにより固定され得る。ばね３２がハウジング２１の栓付き端部に係合され、コマンドスプール３０を軸方向において図５および７の左側に付勢する。図２～７では、弁アーム２２およびメータリングスプール２６が、操縦翼面３のフェイルセーフ位置に対応するヌル回転位置（ｎｕｌｌ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）Ａ０のところで示される。描かれる実施形態では、メータリングスプール２６のヌル回転位置Ａ０が、図４で最も良好に見ることができるように、垂直方向に延在するクレビス２４を特徴とする。

【0020】

[0032]フェイルセーフ弁２０が、第１の制御導管５１とリターン導管５４との間の、または第２の制御導管５２とリターン導管５４との間の液圧的な連通を可能にするように構成されるが、これはフェイルセーフ弁がその起動状態にある場合のみである。例えば、メータリングスプール２６および弁スリーブ２８がそれぞれの通路６１および７１を画定することができ、その結果、メータリングスプール２６が弁軸２５を中心として第１の回転方向に回転させられてヌル回転位置Ａ０から離れると、メータリングスプール２６内の通路６１が弁スリーブ２８内の通路７１に重複する形で連通されるようになり、それにより図８Ｂを参照して後でより詳細に説明されるように液圧流体が第１の制御導管５１からリターン導管５４まで流れることが可能となる。同様に、メータリングスプール２６が弁軸２５を中心として第１の回転方向とは反対の第２の回転方向に回転させられてヌル回転位置Ａ０から離れると、メータリングスプール２６内の通路６２が弁スリーブ２８内の通路７２に重複する形で連通されるようになり、それにより図９Ｂを参照して後でより詳細に説明されるように液圧流体が第２の制御導管５２からリターン導管５４まで流れることが可能となる。液圧流体が、弁スリーブ２８を通る複数の径方向開口部７４を経由してリターン導管５４に到達することができる。

【0021】

[0033]図５では、フェイルセーフ弁２０がその非起動状態にあり、対して図７では、フェイルセーフ弁２０がその起動状態にある。フェイルセーフ弁２０の状態はコマンドスプール３０の軸方向位置によって決定され得る。液圧供給ラインＳ内の液圧が所定の常圧以上である場合、コマンドポート４３を通して供給される液圧が、ばね３２による付勢力に逆らってコマンドスプール３０を図５の右側に強制的に移動させるのに十分な大きさとなり、その結果、コマンドスプール３０がリターン導管５４につながる径方向開口部７４を遮断し、それにより一方で第１の制御導管５１とリターン導管５４との間のおよび他方で第２の制御導管５２とリターン導管５４と間の液圧的な連通を防止する。理解されるように、飛行制御作動システムの第２の液圧サブシステムＨｙｄ２の機能不良または故障により液圧供給ラインＳ内の液圧が失われると、コマンドポート４３のところの液圧が所定の常圧未満まで減少することになり、ばね３２がコマンドスプール３０を図７で見て軸方向において左側に変位させることになり、それによりリターン導管５４につながる径方向開口部７４の遮断を解除し、フェイルセーフ弁２０をその起動状態にする。

【0022】

[0034]次に、その起動状態にあるフェイルセーフ弁２０の動作をさらに説明するために、図８Ａ，８Ｂ、９Ａ、および９Ｂを参照する。フェイルセーフ弁２０がその起動状態にあるとき、メータリングスプール２６の回転位置が、フェイルセーフ弁２０により液圧制御ラインＰ１またはＰ２のいずれをドレンリターンラインＲに接続するかを決定することができる。メータリングスプール２６の回転位置が操縦翼面３の角度位置によって決定され得、メータリングスプール２６が、弁アーム２２と操縦翼面との間にある弁アーム２２および存在する場合の介在するトランスミッション機構を経由する形で操縦翼面３に接続されている。上で言及したように、操縦翼面３がそのフェイルセーフ位置から離れると、フェイルセーフ弁２０が、液圧制御ラインＰ１またはＰ２のうちの一方をドレンリターンラインＲに接続する。

【0023】

[0035]図８Ａおよび８Ｂでは、メータリングスプール２６が弁軸２５を中心として第１の回転方向に回転させられてそのヌル回転位置Ａ０から離れており、その結果、第１の液圧制御ラインＰ１とドレンリターンラインＲとの間の液圧的な連通が確立される。第１の制御ポート４１を通して第１の液圧制御ラインＰ１に連通される第１の制御導管５１が、通路７１および６１を通して、シャフト２３とメータリングスプール２６の内径との間に画定される環状通路６３に液圧的に連通される。環状通路６３がフェイルセーフ弁２０の内部に沿ってメータリングスプール２６の開口部６５まで軸方向に延在することができ、それにより液圧流体が通路６３から外に移動してばね３２を配置しているところの環状空間に入り、さらに弁スリーブ２８内の径方向開口部７４を通ってリターン導管５４に到達することが可能となる。液圧流体が、リターン導管５４からリターンポート４４を通ってドレンリターンラインＲまで移動する。

【0024】

[0036]図９Ａおよび９Ｂでは、メータリングスプール２６が弁軸２５を中心として第２の回転方向に回転させられてそのヌル回転位置から離れており、その結果、第２の液圧制御ラインＰ２とドレンリターンラインＲとの間の液圧的な連通が確立される。第２の制御ポート４２を通して第２の液圧制御ラインＰ１に連通される第２の制御導管５２が、通路７２および６２を通して、環状通路６３に液圧的に連通される。上で説明したように、環状通路６３が開口部６５につながっており、それにより液圧流体が通路６３から外に移動してさらに径方向開口部７４を通ってリターン導管５４に到達することが可能となる。液圧流体が、リターン導管５４からリターンポート４４を通ってドレンリターンラインＲまで移動する。

【0025】

[0037]例えば、操縦翼面３がそのフェイルセーフ位置から離れて上方に傾くときに第２の液圧サブシステムＨｙｄ２が電気供給を失うと、Ｈｙｄ２の閉止弁１８が電力なしで開状態から閉状態へ移ることからフェイルセーフ弁２０がコマンドポート４３のところで低下した圧力を受けるようになり、フェイルセーフ弁２０がその非起動状態からその起動状態に移行する。弁アーム２２およびメータリングスプール２６の位置、および通路６１および６２の離間構成により、流れ通路が開けられ、それにより第２の液圧制御ラインＰ２からのモータ制御圧力がドレンリターンラインＲまで誘導され、液圧モータ１２Ｒが第１の制御ポートＣ１のところで第１の液圧制御ラインＰ１からの全システム圧力を受け、それにより液圧回転モータを駆動して操縦翼面３をそのフェイルセーフ位置まで作動させる。操縦翼面３がそのフェイルセーフ位置から下方に傾く場合には逆のことが起こり、つまり、フェイルセーフ弁２０が第１の液圧制御ラインＰ１からのモータ制御圧力をドレンリターンラインＲまで誘導することができ、液圧回転モータ１２Ｒが第２の制御ポートＣ２のところで第２の液圧制御ラインＰ２からの全システム圧力を受け、それによりモータを駆動して操縦翼面３をそのフェイルセーフ位置の方に作動させる。操縦翼面がいずれかの方向からそのフェイルセーフ位置に到達すると、モータ制御圧力が均一化され、リターンラインＲへのポート（ｐｏｒｔｉｎｇ ｔｏ ｒｅｔｕｒｎ ｌｉｎｅ Ｒ）が閉じられ、それにより、操縦翼面３がそのフェイルセーフ位置で液圧的にロックされる。

【0026】

[0038]上で言及したように、ＧＲＡ１０が一対の液圧モータ１２Ｌおよび１２Ｒによって駆動され得る。以下の表が図１Ａおよび１Ｂに描かれる例示のシステムの種々のモードを表す。

【0027】

【表1】

【0028】

[0039]第１および第２の液圧サブシステム（Ｈｙｄ１およびＨｙｄ２）の両方が液圧動力を有し、主制御弁１４および閉止弁１８を動作させるための電力が存在する場合、飛行制御作動システム１がその通常の起動モードで動作することになり、それにより操縦翼面３の位置を制御する。

【0029】

[0040]第１の液圧サブシステムＨｙｄ１が液圧動力を有するが第２の液圧サブシステムＨｙｄ２が液圧動力を失っており、主制御弁１４および閉止弁１８を動作せるための電力が存在する場合、飛行制御作動システム１がバイパスモードで動作することになり、このバイパスモードでは、液圧回転モータ１２の第１および第２の液圧制御チャンバが互いに液圧的に連通され、その結果、液圧流体がこれらの２つのチャンバの間を自由に流れることができるようになり、それにより完全に機能的な第１の液圧サブシステムＨｙｄ１が、液圧回転オータ１２Ｌの動作のみにより、ＧＲＡ１０を能動的に駆動することが可能となり、ここでは液圧回転モータ１２Ｒからの抵抗が最小となる。

【0030】

[0041]逆に、第２の液圧サブシステムＨｙｄ２が液圧動力を有するが第１の液圧サブシステムＨｄ１が液圧動力を失っており、主制御弁１４および閉止弁１８を動作せるための電力が存在する場合、飛行制御作動システム１がバイパスモードで動作することになり、このバイパスモードでは、液圧回転モータ１２Ｌの第１および第２の液圧制御チャンバが互いに液圧的に連通され、その結果、液圧流体がこれらの２つのチャンバの間を自由に流れることができるようになり、完全に機能的な第２の液圧サブシステムＨｙｄ２が、液圧回転モータ１２Ｒの動作のみにより、ＧＲＡ１０を能動的に駆動することが可能となり、ここでは液圧回転モータ１２Ｌからの抵抗が最小となる。

【0031】

[0042]両方の液圧サブシステムが液圧動力を失う場合、第１の液圧サブシステムＨｙｄ１が上述のバイパスモードで動作することになる。しかし、フェイルセーフ弁２０がその起動状態に移行することになり、その結果、第２の液圧サブシステム２が空気力学的荷重下で操縦翼面３をその空気力学的にニュートラルであるフェイルセーフ位置まで漸進的に動かすのを可能にする。電力が存在するかどうかにかかわらず、液圧サブシステムＨｙｄ１およびＨｄｙ２がそれぞれバイパスモードおよびラチェットモードで動作することになる。

【0032】

[0043]第２の液圧サブシステムＨｄｙ２が液圧動力を有するが、電力が失われている場合、第１の液圧サブシステムＨｙｄ１が上述したバイパスモードで動作することになる。フェイルセーフ弁２０がその起動状態に移行することになり、その結果、第２の液圧サブシステムＨｙｄ２が操縦翼面３に液圧的に動力供給してそのフェイルセーフ位置に到達させる。第１の液圧サブシステムＨｙｄ１が液圧動力を有するかどうかにかかわらず、液圧サブシステムＨｙｄ１およびＨｙｄ２がそれぞれバイパスモードおよびパワートゥフェイルセーフモードで動作することになる。

【0033】

[0044]操縦翼面３に対してのメータリングスプール２６および弁アーム２２の接続は、操縦翼面３のフェイルセーフ位置をメータリングスプール２６のヌル位置に対応させるように運動学的に設計され得る。例えば、図１０～１２に示されるように、トランスミッション機構８０が操縦翼面３を弁アーム２２（およびひいてはメータリングスプール２６）に機械的に結合し、その結果、図１１に示されるように操縦翼面３がその空気力学的にニュートラルである位置にある場合にメータリングスプール２６がそのヌル位置にくる。描かれる実施形態によって示されるように、操縦翼面３のフェイルセーフ位置が、ＧＲＡ１０の軸１１を中心とした枢動モーションの範囲における操縦翼面３の例えば中心角度位置などの中間の角度位置にあってよい。トランスミッション機構８０が、操縦翼面３のそのフェイルセーフ位置からの変位方向に応じて、弁アーム２２およびメータリングスプール２６を反対である第１および第２の方向に変位させてそのヌル位置から離すように構成され得る。結果として、示される実施形態では、操縦翼面３が図１０に示されるように第１の方向に変位させられてそのフェイルセーフ位置から離れる場合、トランスミッション機構８０が弁アーム２２およびメータリングスプール２６を第１の方向に変位させ、操縦翼面３が図１２に示されるように反対の第２の方向に変位させられてそのフェイルセーフ位置から離れる場合、トランスミッション機構８０が弁アーム２２およびメータリングスプール２６を反対の第２の方向に変位させる。トランスミッション機構８０が、そのフェイルセーフ位置から離れる操縦翼面３の変位に対しての所望の運動学的応答を提供する任意の構成を有することができ、その結果、弁アーム２２およびメータリングスプール２６がヌル位置から離れる対応する意図される変位を受けることになる。理解され得るように、トランスミッション機構８０が、操縦翼面３の位置とメータリングスプール２６との間で所望の対応関係を達成するために、多様な種類の歯車、歯車列、連結装置、連結システム、および他のトランスミッション構成要素を有することができる。図１０～１２に示されるトランスミッション機構８０が、ヒンジ軸１１から離間される枢動点８２Ａのところで操縦翼面３に枢動可能に結合される第１の端部と、クレビス２４に枢動可能に結合される第２の端部８２Ｂとを有する操縦翼面連結装置８２を有する。図１０～１２に示されるトランスミッション機構８０の構成は単に説明を目的としており、トランスミッション構成を、示される構成のみに限定することを意図されない。

【0034】

[0045]上述の図に描かれる実施形態では、メータリングスプール２６が両回転方向においてそのヌル回転位置から離れるように弁軸２５を中心として回転可能である。しかし、フェイルセーフ弁２０が、同様の機能を達成するために、メータリングスプール２６を、両方の軸方向においてヌル軸方向位置から離れるように弁軸に沿って軸方向に移動可能とするようにも設計され得ることが当業者には理解されよう。この種類の修正のために、トランスミッション機構８０および弁アーム２２が、メータリングスプールの軸方向位置をシフトすることを目的として、ヒンジ軸１１を中心とした操縦翼面３の角度モーションを、メータリングスプール２６に伝達される線形モーションへと変換するように、再構成され得る。例えば、トランスミッション機構が、角度モーションを線形モーションへと変換するためのベルクランク連結機械を有することができる。

【0035】

[0046]本開示の態様で、フィルセーフ弁２０または液圧回転モータ１２Ｒに対して構造的修正を一切行うのを必要とすることなく、単にトランスミッション機構８０を再構成することにより、作動する可動部材（例えば、操縦翼面３）のフェイルセーフ位置が多様な用途に適合するように調整され得る。可動部材のフェイルセーフ位置が中心の位置である必要はなく、その移動範囲の可動限界のところまたはその近くにあってもよい。この特徴により、従来技術の既存のＨＩＴＷのデザインに優る重要な利点が得られる。

【0036】

[0047]認識され得るように、本開示は、液圧線形アクチュエータの代わりに液圧回転アクチュエータによって動力供給されるＧＲＡを採用する液圧駆動式飛行制御作動システムなどの、液圧回転アクチュエータを採用する作動システムにおける、「ＨＩＴＷ」によるフェイルセーフ機能を提供するものである。本開示の解決策は、作動する部材の多種多様な移動範囲およびフェイルセーフ位置に合うように容易に適合され得る。

【0037】

[0048]本開示は例示の実施形態を説明するが、本詳細な説明は、本発明の範囲を、記載される特定の形態に限定することを意図されない。本発明は、当業者には容易に明らかとなり得るような、説明される実施形態の代替形態、修正形態、および均等物を包含することを意図される。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】

【国際調査報告】