(57)【要約】【課題】フェイリング・ダウン状態になる、信号入力の働きを無効にするため適応される軸方向運動出力装置のフェイル・フィクスト状態を達成する装置を提供する。【解決手段】電気入力信号の喪失と同時に軸方向運動出力装置の軸方向位置を固定する装置であって、この装置は軸方向運動出力装置１２と結ばれ、軸方向運動出力装置１２が固定装置２４に対して自由に移動できる中立位置と、電気入力信号の喪失と同時に移動するのを防ぐため固定装置２４が十分な力をもって軸方向運動出力装置１２と摩擦的に係合する固定位置との間を運動するように適応される固定装置２４を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気入力信号の喪失と同時に軸方向運動出力装置の軸方向位置を固定する装置であって、前記軸方向運動出力装置と結ばれ、前記軸方向運動出力装置が固定装置に対して自由に移動できる中立位置と、電気入力信号の喪失と同時に移動するのを防ぐため固定装置が十分な力をもって前記軸方向運動出力装置と摩擦的に係合する固定位置との間を運動するように適応される固定装置を備える装置。
【請求項２】
さらに、前記固定装置を前記中立位置から前記固定装置まで運動させる手段を備える請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記固定装置が前記軸方向運動出力装置の外周部を取り囲む材料からなるリングであり、前記材料の軸方向の圧縮により前記リングが半径方向内側に向けた力を前記軸方向運動出力装置の前記外周部に作用させるように前記軸方向運動出力装置の直径周りに拘束される請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記固定装置を運動させる手段が軸方向に向けた圧縮力を前記材料からなるリングに作用させるように構成される固定ピストンを備える請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記固定ピストンが圧力調節される高圧流体源と流体連通している請求項４記載の装置。
【請求項６】
電気入力信号の喪失と同時に前記圧力調節される高圧流体源が前記固定ピストンに流体動力を作用させ、前記固定ピストンが前記材料からなるリングに圧縮力を作用させる請求項５記載の装置。
【請求項７】
電気入力信号の喪失と同時に軸方向運動出力装置の軸方向位置を固定する装置であって、
予め決められた方法で圧力が加えられたとき、前記軸方向運動出力装置の軸の外面と摩擦的に係合するように適応され、構成され、前記軸方向運動出力装置の軸と係合する固定要素と、
前記固定要素に圧力を加えるピストンと、
通常の動作範囲と電気入力信号の喪失と同時にその要素が作動する故障位置とを有する電気的に作動する要素と
を備え、故障位置において前記電気的に作動する要素が前記ピストンへの加圧流体の流動を可能にする装置。
【請求項８】
前記固定要素が環状要素である請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記固定要素が金属、合成樹脂またはエラストマから製作される請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記固定要素が軸方向に加えられる荷重に応じて変形し、前記軸方向運動出力装置に対して半径方向に膨張し、前記軸方向運動出力装置と摩擦的に係合し、前記軸方向運動出力装置を固定する請求項７記載の装置。
【請求項１１】
前記電気的に作動する要素が前記軸方向運動出力装置の位置を制御している圧力を調節する可変流量制御装置である請求項７記載の装置。
【請求項１２】
前記電気的に作動する要素が可動フラッパ・アームを有するトルク・モータである請求項７記載の装置。
【請求項１３】
前記電気的に作動する要素に与えられる電気入力信号の喪失と同時にスプリングが前記フラッパ・アームを故障位置に駆動するように構成される請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記軸方向運動出力装置の軸が燃料計量要素を備える請求項７記載の装置。
【請求項１５】
前記軸方向運動出力装置の軸が外部装置を動作させるように適応され、構成される請求項７記載の装置。
【請求項１６】
流体流量を調節するために油圧系統に流量制限要素が設けられる請求項７記載の装置。
【請求項１７】
電気入力信号の喪失と同時に軸方向運動出力装置を固定する方法であって、
軸方向運動出力装置の軸と係合する固定要素を準備し、ここで、前記固定要素は予め決められた方法で圧力が前記固定要素に加えられたとき、前記軸の外面と摩擦的に係合するように適応され、構成されており、
前記固定要素に圧力を加えるピストンを準備し、
通常の動作範囲と電気入力信号の喪失と同時にその要素が作動する故障位置とを有する電気的に作動する要素を準備し、ここで、故障位置において前記電気的に作動する要素は前記ピストンへの加圧流体の流動を可能にしており、
前記電気的に作動する要素が故障位置にあるとき、前記固定要素が前記軸の外面と摩擦的に係合し、前記軸の軸方向移動を拘束するように加圧流体流を前記ピストンに対して切り換える
ことを含む方法。
【請求項１８】
さらに、前記固定要素に軸方向に向けた荷重を加え、前記固定要素を軸方向運動出力装置に対して半径方向に膨張させ、前記軸方向運動出力装置と摩擦的に係合させ、前記軸方向運動出力装置の軸方向位置を固定することを含む請求項１７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）
本出願は２００５年５月２７日に出願された米国仮特許出願番号６０／６８５，３５８号に対する優先権を請求する。明細書の開示は参照してその全体を取り入れる。
【０００２】
本発明は油圧装置の制御に関する。より詳しくは、本発明はガスタービン・エンジン用計量装置に係り、特にガスタービン・エンジンの燃料計量装置で使用される軸方向運動出力装置のための固定装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
油圧軸方向運動出力装置はエンジン燃料計量装置の重要な部分である。典型的には、航空機用途では、軸方向に作動するピストンのようなサーボ制御による軸方向運動出力出力装置が燃料を計画し、可変形態駆動装置を位置決めするため使用される。これらの装置は、典型的には刻々変化する電気入力信号で働く電気−油圧装置を用いて駆動される。必要とされる安全装置として電気入力信号の故障に際してはしばしば軸方向運動出力装置の位置を“くぎ付け”状態にする必要が生じる。これは、典型的には“フェイル・フィクスト”（fail fixed）と呼ばれる。
【０００４】
これらは刻々変化する信号入力に効くので、出力装置の傾向が低い入力信号に応答した位置へと誤作動する。これは、一般には“フェイリング・ダウン”（failing down）と呼ばれ、最後に与えられた指令位置の計量燃料が航空機の安全な制御に重要である場合には好ましい状態といえない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
“フェイリング・ダウン”状態になる、減衰しつつある信号入力の働きを無効にするため適応される軸方向運動出力装置の“フェイル・フィクスト”状態を達成する装置を提供することは望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は電気入力信号の故障が発生したとき、軸方向運動出力装置と摩擦的に、そうでなければ物理的に係合し、減衰しつつある電気入力信号を無効にすることによって燃料計量装置の“フェイル・フィクスト”状態を達成するように適応され、構成される新規で、有用な装置に向けられる。
【０００７】
本発明は燃料計量装置に入る電気入力信号の喪失と同時にサーボ制御軸方向運動出力装置の軸方向位置を固定する装置に向けられる。この装置は軸方向運動出力装置と動作可能に結ばれる固定装置を備える。この装置は出力装置が固定装置に対して自由に移動できる中立位置と、固定装置が電気入力信号の喪失と同時に出力装置の移動を防ぐため十分な力をもって出力装置と摩擦的に、そうでなければ物理的に係合する固定位置との間を運動するように適応される。
【０００８】
本発明の一実施例では、固定装置は金属、弾性体、合成樹脂材のような膨張可能な、そうでなければ変形可能な材料からなるリングであり、このリングは固定装置の軸圧力が材料を通して出力装置の外周部に半径方向内側に向けた力を作用させ、出力装置の軸方向位置を固定するように出力装置の外周部を取り囲み、外径周りを拘束する。本発明の一実施例では、このリングは軸方向に加えられた荷重によって圧縮されたとき、半径方向内側に膨張するのを助長する方法で外径周りに拘束する、一般には環状形態を有する変形可能な金属リングである。
【０００９】
本発明の一実施例では、装置はさらに固定装置を中立位置から固定位置まで運動させる手段を備える。固定装置を運動させる手段は、好ましくは膨張可能な、そうでなければ変形可能な材料からなるリングを、一般には軸方向に圧縮するように構成される固定ピストンを備える。この固定ピストンは、好ましくは通常の圧力に調節される高圧流体源と流体連通しており、加圧流体で作動する。電気入力信号の喪失と同時に通常の圧力に調節される高圧流体源が固定ピストンに流体動力を作用する。これは固定ピストンが膨張可能な、そうでなければ変形可能な材料からなるリングに軸方向に向けた圧縮力を掛け、そうでなければ加え、出力装置と摩擦的に係合し、出力装置が移動するのを防ぎ、したがって出力用ピストンを固定することができる。
【００１０】
本発明の別の様相に従って、電気入力信号の喪失と同時に軸方向運動出力装置の軸方向位置を固定するために固定要素と、ピストンと、電気的に作動する要素とを有する装置が提供される。この固定要素は軸方向運動出力装置の軸と係合するように構成され、予め決められた方法で圧力が固定要素に加えられたとき、軸の外面と摩擦的に係合するように適応され、構成される。固定要素は実質的に環状形態を有し、実施形態によって金属、合成樹脂またはエラストマから製作される。本発明の実施形態によって固定要素は作用させる軸方向に向けた荷重に応じて変形し、軸方向運動出力装置と摩擦的に係合し、軸方向位置を固定するため軸方向運動出力装置に対して半径方向に膨張するように構成される。
【００１１】
ピストンは固定要素に圧力を加えるため構成され、適応される。電気的に作動する要素は通常の動作範囲と、電気入力信号の喪失と同時に電気的に作動する要素が作動する故障位置とを有する。電気的に作動する要素は故障位置にあるとき、ピストンへの加圧流体の流動を可能にする。この電気的に作動する要素は軸方向運動出力装置の位置を制御している圧力を調節する、可変流量制御装置である。さらに、実施形態によって電気的に作動する要素は可動フラッパ・アームを有するトルク・モータとして構成してもよい。電気的に作動する要素にはスプリングが備えられ、電気的に作動する要素に入る電気入力信号の喪失と同時にフラッパ・アームを故障位置に駆動するように構成される。
【００１２】
軸方向運動出力装置の軸は燃料計量装置を備え、および／または外部装置を動作させるように適応され、構成される。望まれるのであれば、流体流量を調節するために油圧系統に流量制限要素が設けられる。
【００１３】
本発明の別の様相に従って、電気入力信号の喪失と同時に軸方向運動出力装置を固定する方法が提供される。この方法は固定要素と、ピストンと、電気的に作動する要素とを準備することを含む。
【００１４】
固定要素は軸方向運動出力装置の軸と係合するように構成され、圧力が予め決められた方法で固定要素に加えられたとき、軸の外面と摩擦的に係合するように適応され、構成される。ピストンは圧力を固定要素に加えるため構成され、適応される。電気的に作動する要素は通常の動作範囲と、電気入力信号の喪失と同時に電気的に作動する要素が作動する故障位置とを有する。電気的に作動する要素は故障位置にあるとき、ピストへの加圧流体の流動を可能にする。
【００１５】
本発明による方法はさらに電気的に作動する要素が故障位置にあるとき、加圧流体流をピストンに対して切り換えることを含む。この加圧流体流は固定要素が軸の外面と摩擦的に係合し、軸の軸方向への移動を阻止するためにピストンを駆動する。
【００１６】
本発明による方法はさらに実施形態によって軸方向に向けた荷重を固定要素に加え、固定要素を軸方向運動出力装置に対して半径方向に膨張させ、軸方向運動出力装置と摩擦的に係合させ、軸方向運動出力装置の軸方向位置を固定することを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
類似する符号が本発明の類似する構造的特徴または要素を表わす図面を参照すると、図１には典型的な燃料計量装置１０と共に本発明によるフェイル・フィクスト実施形態の断面図が示される。
【００１８】
図１を参照すると、燃料計量装置１０はピストン１４と、ピストン・ハウジング２０のピストン室１８内部に支持されたピストン軸１６と備えるサーボ制御軸方向運動出力装置１２とを備える。ピストン１４はガスタービン・エンジンへ供給する燃料を計量するように働く。特に、ろ過燃料ＰＦは高圧燃料源からピストン・ハウジング２０に流入する。計量燃料流Ｐｍは燃料管２２を通してエンジンへ配給するためピストン・ハウジング２０から流出する。ピストン・ハウジング２０を通過する燃料がピストン１４の密閉部で遮断されたとき、燃料管２２内の圧力を逃がすため風車式バイパス装置が備えられる。
【００１９】
ピストン軸１６はピストン軸１６の位置を検出するために燃料計量装置１０の制御装置のフィードバック・センサとして使用される線形可変位置トランスデューサ（ＬＶＤＴ）と接続される。この位置トランスデューサは、たとえばチャネルのうちの１チャネルが故障した場合に冗長信号を制御装置に伝送する、２チャネル方式である。
【００２０】
ピストン・ハウジング２０内部に固定装置２４が装着される。本発明のこの実施例では、固定装置２４はピストン軸の外径周りに拘束される、一般には環状形態を有する、ピストン・ハウジング２０の内面によって圧縮可能な金属リングである。この固定装置２４はピストン１６が自由に動くことのできる、図１に示される中立状態から、ピストン１６が摩擦的に係合し、軸方向に移動するのを拘束する固定状態へと移行するように適応される。以下に議論されるように、固定装置の別の形式ないし形態が本発明の本質と範囲とから離れることなく、開示される装置に使用することができる。
【００２１】
また、ピストン・ハウジング２０内部に固定ピストン２６が装着される。以下により詳しく議論されるように、固定ピストン２６は電気入力信号の喪失と同時に固定装置２４をピストン軸１６と摩擦的に係合させるため固定装置２４（たとえば、金属リング）に軸方向に向けた圧縮力を加えるように適応され、構成される。換言すると、固定ピストン２６は図１に示される中立位置から、ピストン軸１６が軸方向の固定位置に固定される固定位置（図示せず）まで固定装置２４を変形させる。この中立位置から固定位置にかけての移行は、たとえばここに具体化されたような固定装置２４の変形を生じさせることで達成される。しかしながら、固定装置２４とピストン軸１６とを摩擦によって係合させる別の方法も本発明の範囲に含まれる。
【００２２】
燃料計量装置１０はさらにコイル３２とアーマチュア３４とを有するトルク・モータ３０を備える。アーマチュア２４はそこから延びるフラッパ・アーム３６を有する。このフラッパ・アーム３６は燃料室３８と動作可能に結ばれる。燃料室３８は流量制限サーボ系統４２を介して高圧油圧信号ＰＲと接続する上側入口ノズル４０と、流量制限サーボ系統４６を介して高圧油圧信号ＰＲと結ぶ下側入口ノズル４４とを備える。燃料室３８はさらに低圧流Ｐｊを再循環ジェット・ポンプ（図示せず）に戻す出口４８を備える。アーマチュア３４のフラッパ・アーム３６を上側入口ノズル４０方向に付勢するために燃料室３８にはバイアス・スプリング５０が配置される。
【００２３】
図１に示されるように、管５２はピストン・ハウジング２０と燃料室３８の上側入口ノズル４０と結ぶ高圧サーボ系統４２との間を流体連通している。特に、管５２はトルク・モータ３０への電気入力信号の喪失と同時にピストン・ハウジング２０に設けられた固定ピストン２６に流体動力を加えるためピストン・ハウジング２０の固定ピストン室２６ａと直接結ぶように設計される。
【００２４】
通常運転中、トルク・モータ３０に流れる電流は下側入口ノズル４４の後押しで圧力信号を変えるため変化し、望ましい燃料計量位置に合わせるようにピストン１４が上方または下方に移動する。この結果、燃料量Ｐｍを調節することができる。一方、上側入口ノズル４０は完全に開いたままである。それゆえ、通常運転中、高圧サーボ系統４２には圧力信号が発生せず、管５２内部の系統圧力Ｐｇは固定ピストン２６に油圧動力を作用するには不十分である。
【００２５】
燃料計量装置１０のトルク・モータ３０への電気入力信号が喪失すると同時にバイアス・スプリング５０が上側入口ノズル４０に向かってフラッパ・アーム３６を閉鎖位置に駆動する。同時に、管５２内部の系統圧力Ｐｇが流量制限サーボ系統４２の高圧信号ＰＲと等しくなり、油圧動力が固定ピストン２６に作用する。このとき、固定ピストン２６が固定装置２４に軸方向に向けた力を掛け、そうでなければ加える。これは固定装置２４に圧縮力を生じさせ、固定装置２４を弾性変形させる。この弾性変形により固定装置２４が半径方向に膨張し、固定装置２４が図１の中立状態からピストン軸１６を拘束する固定状態へと移行する。それゆえ、トルク・モータ３０への電気入力信号の喪失と同時にピストン軸１６の軸方向位置が固定され、したがって、軸方向運動出力装置１２の最後に与えられた指令通りの燃料計量位置を維持することができる。
【００２６】
図２を参照すると、可変形態装置と共に本油圧固定装置１００のフェイル・フィクスト実施形態の断面図が示される。この形態では、ピストン軸１１６は燃料ポンプの可変ガイド・ベーンの位置を制御するリンケージ（図示せず）と連結される。図に示されるように、ピストン軸１１６は燃料要求に従って位置を変えるべく移動する。可変形態アクチュエータまたは“ＶＧＡ”はピストン軸１１６が上述のリンケージを介して接続される別の要素を調節するように移動させる。図示のように、ピストンは収縮（“Ｒｅｔ”）または伸長（“Ｅｘｔ”）要求に従って動作する。図示のように、ピストン軸１１６のピストン・ハウジング１２０中心に近づく移動はリンケージが移動方向を変えるように構成されるので、ある長さの伸長を伴う。これは図２に示される特定の実施例の様相であり、いずれにせよ限定することは意図しない。当然、ピストン軸１１６が取り付けられるリンケージまたは他の機械的要素は、電気制御信号の喪失中、位置固定が必要とされ、または望まれる用途に適合するいずれかの望ましい形態である。
【００２７】
図２の実施例では、ピストン軸１１６は固定装置１２４および油圧駆動固定ピストン１２６と共にピストン・ハウジング１２０内部に配置される。本発明の上記の実施例で述べたように、トルク・モータ１３０への電気入力信号の喪失と同時にバイアス・スプリング１５０がフラッパ・アーム１３４を閉鎖位置に駆動し、このとき、管１５２内部に高圧信号を発生する。
【００２８】
同時に、管１５２内部の系統圧力Ｐｇ２がサーボ系統１４２の高圧信号ＰＲと等しくなり、油圧動力が固定ピストン１２６に働く。これは固定ピストン１２６が固定装置１２４に対して軸方向に力を加える。これは固定装置１２４に圧縮力を生じさせ、固定装置１２４を半径方向内側に膨張させ、図２に示す中立位置からピストン軸１１６に対して固定位置まで運動させる。したがって、トルク・モータへの電気入力信号の喪失と同時にピストン軸１１６の軸方向位置が固定され、リンケージを用いて動作可能に結ばれた可変ガイド・ベーンの最後に与えられた指令通りの燃料計量位置を維持することができる。
【００２９】
本発明の油圧固定装置が好ましい実施例について説明されたが、当業者は本発明の本質と範囲とから離れることなく、変形および／または変更をなし得ることを容易に理解する。たとえば、当業者は別の多くの装置がエラストマまたは合成樹脂パッドのような軸方向運動出力装置の位置を固定するため摩擦的に係合し、そうでなければ固定するのに利用できることを容易に理解する。ここで、エラストマまたは合成樹脂パッドはピストン・ハウジングの内面によってピストン軸に対して半径方向内側に膨張させる方法で拘束される。さらに、ここに開示されるフェイル・フィクスト実施形態が固定ピストンを含む必要がないことを予め見通し、この態様も本発明の範囲に含まれる。むしろ、本発明の装置がピストン軸の摩擦係合を助長するのに必要な圧縮力を与える、高圧油圧信号と直接連通させるエラストマもしくは合成樹脂つかみパッドまたは装置のような固定装置を単に備えることを予め見通す。本発明の固定装置が燃料計量以外で用いる流体計量のため、または燃料ポンプの可変ガイド・ベーンの制御以外の軸方向運動制御要素と共に利用できることを予め見通す。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は典型的な燃料計量装置と共に本発明の好ましい実施例に従う油圧固定装置のフェイル・フィクスト実施形態を示す断面図である。
【図２】図２は典型的な可変形態装置と共に本発明の好ましい実施例に従う油圧固定装置のフェイル・フィクスト実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０、１００…  燃料計量装置
１２…  軸方向運動出力装置
１４…  ピストン
１６、１１６…  ピストン軸
２４、１２４…  固定装置
２６、１２６…  固定ピストン
３０、１３０…  トルク・モータ
３４、１３４…  フラッパ・アーム
５０、１５０…  バイアス・スプリング
【図１】
2006329991.tif 000003
【図２】
2006329991.tif 000004
【外国語明細書】
2006329991000001.pdf