(57)【要約】  本発明は、航空機（１）の少なくとも１つの液圧回路（２）における作動液の温度を調整する装置及び方法を提供する。この場合、作動液の温度（Ｔ）は、同温度が常に例えばおよそ２０℃である調整可能な最低温度限界値（Ｔｍｉｎ）よりも高くなるように調整される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機（１）の少なくとも１つの液圧回路（２）における作動液の温度を調整するシステムにおいて、
前記航空機（１）の外周には、調整可能な最低温度限界値（Ｔｍｉｎ）を超えるように前記作動液を加熱するために、少なくとも１つの制御弁（２３）をそれぞれ備える複数の補助液圧消費ユニット（４）が設けられ、
前記航空機（１）の運動時に、前記制御弁（２３）が閉弁され、
前記作動液の温度が調整可能な理論温度値（Ｔｓｏｌｌ）を超えたときに、前記補助液圧消費ユニット（４）の前記制御弁（２３）が閉弁される
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記最低温度限界値（Ｔｍｉｎ）は、およそ２０℃に設定されている
ことを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記補助液圧消費ユニット（４）の各前記バルブ（２３）は、中央又は局部温度制御システム（２１）によって制御可能である
ことを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記補助液圧消費ユニット（４）は、航空機（１）の翼部又は尾部に設置されている
ことを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記理論温度値（Ｔｓｏｌｌ）は、およそ３５℃に設定されている
ことを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、
少なくとも１つの熱交換器（２０）が設けられ、該熱交換器（２０）は、前記作動液の温度が調整可能な最高温度限界値（Ｔｍａｘ）を超えないように前記作動液を冷却する
ことを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムにおいて、
前記最高温度限界値（Ｔｍａｘ）は、およそ７０℃に設定されている
ことを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記液圧回路（２）には、前記作動液を加熱するための少なくとも１つの制御可能な加熱システムが設けられている
ことを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムにおいて、
前記加熱システムは、前記作動液の温度が前記最低温度限界値（Ｔｍｉｎ）よりも低くなったときに前記作動液を加熱する
ことを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムにおいて、
前記加熱システムは、局部又は中央温度制御システム（２１）によって制御可能である
ことを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項３又は１１に記載のシステムにおいて、
前記温度制御システム（２１）は、前記作動液の温度を記録するための温度センサ（２５）に接続されている
ことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
航空機（１）の少なくとも１つの液圧回路（２）における作動液の温度を調整する方法において、
前記作動液の温度が調整可能な最低温度限界値（Ｔｍｉｎ）よりも低くなったときに、前記作動液を加熱するために、液圧消費ユニット（４）の制御弁（２３）が温度制御システム（２１）によって開弁され、
前記航空機（１）の運動時に、前記制御弁（２３）が閉弁され、
前記作動液の温度が調整可能な理論温度値（Ｔｓｏｌｌ）を超えたときに、前記補助液圧消費ユニット（４）の制御弁（２３）が閉弁される
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
熱交換器（２０）は、前記作動液の温度が調整可能な最高温度限界値（Ｔｍａｘ）を超えないように前記作動液を冷却する
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
加熱システムは、前記作動液の温度が前記最低温度限界値（Ｔｍｉｎ）よりも低くなったときに、前記作動液を加熱する
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の少なくとも１つの液圧回路における作動液の温度調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機において例えば方向舵やバルブ等、種々の部品が液圧制御されている。航空機において、冗長性をもつ理由で種々の液圧消費装置に作動液を供給する多数の液圧回路が設けられることがある。その液圧は、ポンプにより発生する。一般的には、液圧装置は、部分的に且つ広く分岐する管網によりポンプに連結されている。
【０００３】
例えば作動油からなる作動液は、種々の液圧回路の液圧パイプに存在している。なお、例えば水等、環境適合性のある液体を利用することもできる。作動液は、同作動液の作動温度Ｔに基づく粘度を有している。この粘度は、作動液の濃度の尺度である。作動液の粘度が高いときほど、同作動液の濃度が大きくなる一方、作動液の粘度が低いときほど、同作動液の濃度が小さくなる。温度の上昇に伴い、作動液の粘度又は濃度が低下する。更に、温度が上昇することに伴い、作動液において酸が発生し、そして作動液が低温になった後においてもその酸が存在する。その結果作動液は、化学腐食性がより強くなり、例えばポンプや液圧パイプ等の部品を機械的に破壊する。図１に示されるように、液圧回路における作動液の耐用時間は、その温度が１００℃を超えてから大幅に短縮される。作動液の作動可能時間又は寿命は、高温において急激に短縮される。更に、高温状態が長時間に渡って維持される場合、作動液の化学腐食性或いは活性は、液圧回路における全ての作動液を交換しなければならない高いレベルに達する。少量の汚染された作動液或いは腐食性の高い作動液であっても、相対的に短い期間内で液圧回路における全ての作動液の全体的な老化を招く。高い作動温度に加えて、高い水の割合も液圧回路における作動液の老化を促進する。システムの耐久性が配慮される限り、作動液の温度は、液圧回路におけるポンプの最長寿命に関するパラメータのうち、最も重要な１つである。
【０００４】
そのため、従来技術によれば、航空機における熱交換器の従来の液圧システムは、作動液の温度を温度限界値、例えば９５℃以下に維持するように使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常の稼働時、具体的には飛行時には、特に大気の高い層において外部温度が相対的に低いため、作動液の温度はこのような高温に達することが滅多にない。
作動液の温度が低いときほど、同作動液の粘度或いは濃度が高くなる。図２は、作動液の粘度υと同作動液の温度Ｔとの関係を示している。図２のグラフに示されるように、作動液の温度Ｔの増大に伴い、同作動液の粘度υが低下する。温度が略「−１５」℃である際に、作動液の粘度υは比較的に高い。
【０００６】
液圧パイプにおける圧力低下量Δｐは、パイプを流れる液体の体積流量、パイプの内径、液体の長さ及び粘度υによって決められる。この場合、体積流量、粘度及び長さは、圧力低下量に直接的に比例しており、即ち、これらパラメータの１つが大きいときほど、圧力低下量が大きくなる。その内径には、間接的に比例する対応関係、即ち内径が小さいときほど、圧力低下量が大きくなる関係が適用される。
【０００７】
従来の航空機の液圧システムにおいて、液圧パイプの直径は、低温の作動液の高い粘度により圧力低下量が相対的に大きい場合であっても、例えば昇降舵或いは方向舵等の液圧部品にエネルギを供給するための十分の圧力を確保できる十分に高い値に設定されている。しかし、液圧パイプの直径ｄが大きいときほど、液圧パイプにおける作動液の量が多くなるとともに、液圧回路におけるパイプ及び作動液の重量が大きくなる。
【０００８】
そのために、本発明の目的は、小径の液圧パイプを採用した場合であっても、航空機の液圧駆動部品を確実に駆動することのできる装置及び方法を提供することにある。
本発明は、航空機の少なくとも１つの液圧回路における作動液の温度を調整する装置及び方法を提供し、作動液の温度は、調整可能な最低温度限界値を超える範囲まで調整可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る装置の一実施形態では、航空機の外周における補助液圧消費ユニットは、作動液を加熱するように利用される。
この実施形態の利点は、作動液が内部摩擦によって加熱されることから、作動液を加熱するためにシステムの内部エネルギのみを供給すればよい、といったことである。作動液を加熱するために液圧消費ユニットを利用することも、信頼性が極めて高い。
【００１０】
調整可能な最低温度限界値を超えるように作動液を加熱することにより、液圧回路の液圧パイプにおいて圧力損失が低減され、或いは一定に維持され、小径の液圧パイプが採用されることが可能である。小径の液圧パイプを採用することにより、液圧回路における作動液の体積、従ってその総重量も低下する。これは、より軽量になる航空機の燃料の低減につながる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】作動液の作動時間を同作動液の温度の関数として表示するグラフを示す。
【図２】従来技術における作動液の粘度を同作動液の温度の関数として表示するグラフを示す。
【図３】本発明に係る装置が作動液の温度調整に使用される航空機内における液圧回路の一例示的実施形態を示す。
【図４】航空機の液圧回路における作動液の温度を調整するための本発明に係る装置の一例示的実施形態を示す。
【図５】例えば図４による本発明の装置において採用される制御弁の接続特性を表示するグラフを示す。
【図６】航空機の液圧回路における作動液の温度を調整するための本発明装置の作動モードを表示するグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図３に示されるように、航空機１の内部において、少なくとも１つの液圧回路２が設けられており、該航空機１の外壁は、点線によって示されている。液圧回路２は、航空機１の内部における液圧部品の液圧駆動のために設けられている。例えば、液圧回路２は、着陸装置を引き込める又は下げる制御弁を制御する。例えば翼の後端部における補助翼、航空機１の後端部における昇降舵、方向舵及びスポイラ等により、航空機１の更なる制御可能な部品が構成されている。スポイラは、垂直降下の速度を制限するとともに、上昇を少なくする。翼の外端における補助翼は、バンキング、即ち航空機がその前後軸の周りに回動する動作（いわゆる横揺れ）を制御する。昇降舵は、ピッチ角を変更することにより、左右軸周りの航空機の前後傾斜を制御する。その前後傾斜は、縦揺れ又は回転とも称される。方向舵は、上下軸周りの垂直制御を実行する。その垂直制御は、偏揺れとも称される。機械的に又は液圧的に制御される部品により、航空機は１つの軸の周りに、又は２つ以上の軸の周りに同時に回転することができる。これら液圧部品の全てにより、液圧消費ユニットが構成されている。
【００１３】
航空機１の動作を制御するための液圧消費ユニットは、図３において絞り弁３として示されている。図３に示される例示的実施形態において、液圧消費ユニット３は、航空機１の右翼Ｒ及び左翼Ｌに配置されている。図３に示される実施例において、航空機１の右翼Ｒには、４つの液圧消費ユニット３−１，３−２，３−３，３−４が設けられている。例えば、航空機１の左翼Ｌにも、４つの液圧消費ユニット３−５，３−６，３−７，３−８が設けられている。翼に設けられた液圧消費ユニット３−１〜３−８として、例えばスポイラを採用することができる。図３に示される例示的実施形態において、航空機１の尾部に機械的消費ユニット３−９，３−１０を更に設けることができる。
【００１４】
本発明に係る液圧システムにおいて、航空機１の動作を制御するため、通常液圧消費ユニット３−ｉに加え、液圧回路２における作動液を加熱する補助液圧消費ユニット４が更に設けられている。補助液圧消費ユニット４は、例えば航空機１の外周に位置している。図３に示される例示的実施形態において、右翼Ｒには補助液圧消費ユニット４−１が設けられており、左翼Ｌには補助液圧消費ユニット４−２が設けられており、そして航空機１の尾部には第３の補助液圧消費ユニット４−３が設けられている。代わりに、中央部に設けられた補助液圧消費ユニット４により作動液を加熱することも可能である。液圧回路２は、液圧消費ユニット３，４に加え、作動液の液圧貯留タンク５を備えている。液圧貯留タンク５における作動油は、例えば５バール（０．５ＭＰａ）の圧力を有している。例えばモータ又は駆動装置によって駆動されるポンプ６は、液圧貯留タンク５における作動液を吸込み、高い圧力の状態で供給管を通じてフィルタ７に供給する。その作動液は、パイプ８を通じてフィルタ７から高い圧力で分配器９に供給される。分配器９において、作動液は２００バール（２０Ｍｐａ）を超える高い圧力Ｐを有している。作動液は、分配器９からパイプ１０，１１を通じて翼部における液圧消費ユニット３，４に供給される。更に、高圧状態の作動液は、パイプ１２を通じて航空機１の尾部に供給される。
【００１５】
作動液は、回収パイプ１３，１４を通じて液圧貯留タンク５に戻る。これらパイプにおける圧力の低下が再び記録される。液圧貯留タンク５は一定の圧力を有するため、液圧消費ユニット３，４の排出側の圧力が分配器の圧力よりも高くなければならない。その結果、液圧消費ユニットに接続された供給パイプと回収パイプとの間の圧力差は、液圧消費ユニット３，４に対して有効である。ここでは、およそ５バール（０．５ＭＰａ）の相対的に低い圧力を有する作動液は、収集ポイント１６に蓄積されて液圧パイプ１７及びフィルタ１８を通じて液圧貯留タンク５に戻る。ポンプ６において、フィルタ１９を通って熱交換器２０へガイドされるリーク流が発生する。なお、ポンプ６からパイプ７に排出される作動液は例えば６０℃の温度を有し、ポンプのリーク流の温度は、その温度よりも高く、例えば７０℃である。ポンプのリーク流は、熱交換器２０からフィルタ１８を通じて液圧貯留タンク５に戻される。
【００１６】
図３に示される例示的実施形態に見られるように、必要であれば、補助液圧消費ユニット４−１，４−２，４−３は、作動液の温度Ｔを常に最低温度限界値よりも高く維持できるように、液圧回路２における作動液を加熱する。これら液圧消費ユニット４は、航空機１の外周、即ち航空機１の翼部と尾部とに位置することが好ましい。図３に示される例示的実施形態において、その加熱は、補助液圧消費ユニット４における作動液の内部摩擦により実行される。図３に見られるように、液圧消費ユニット４は、例えば航空機１において環境温度により十分に冷却される箇所に配置される。環境温度Ｔａｕβｅｎは、航空機１が地面にある際には通常およそ「−４０℃」〜「５０℃」であり、飛行中には「−８０℃」よりも低くなることがある。
【００１７】
図４は、本発明に係る装置の例示的実施形態における液圧消費ユニット４の駆動態様を示している。この例示的実施形態において、局部温度制御システム２１が設けられており、該制御システム２１は、制御ケーブル２２により制御弁２３を駆動する。制御バルブ２３は、液圧消費ユニット４の近傍に配置されて液圧回路２の高圧側における作動液を加熱する。図４に示される実施形態において、局部温度制御システム２１は、ケーブル２４を介して作動液の局部温度Ｔを記録する温度センサ２５に接続されている。
【００１８】
本発明に係る装置において、温度センサ２５によって検出された作動液の温度Ｔが最低温度限界値よりも低くなったときに、液圧消費ユニット４の制御弁２３は、液圧回路における作動液の局部温度制御システム２１によって開弁される。ここで、その最低温度限界値は調整可能である。一実施形態では、最低温度限界値Ｔｍｉｎは、およそ「２０℃」に設定される。この最低温度限界値Ｔｍｉｎは、特にリン酸エステル作動液に対して適切である。他種の作動液に対応して、最低温度限界値Ｔｍｉｎを他の値に設定することができる。
【００１９】
一実施形態では、作動液の温度Ｔが調整可能な理論温度Ｔｓｏｌｌ、例えば３５℃を超えたときに、制御弁２３は、局部温度制御システム２１により閉弁される。
一実施形態では、制御弁２３は、局部温度制御システム２１により図５のグラフに基づいて駆動され、即ち、その駆動は履歴現象を有する。この履歴現象により、制御弁２３が頻繁に開閉されることが抑制される。
【００２０】
図４に示される例示的な実施形態は、分散的な温度制御システム２１を示している。一代替実施形態では、別の制御弁２３は、補助液圧消費ユニット４のために、例えば航空機の操縦室に設けられた中央制御システムによって駆動される。
【００２１】
図６は、本発明に係る温度調整装置の一実施形態を示すグラフである。
一実施形態では、液圧回路２の高圧側において液圧ポンプ６からの圧力は、およそ２１０バール（２１Ｍｐａ）である。図３に示される液圧回路２は、定圧回路である。作動液温度の最適作動状態点ＡＰは、およそ３５℃である。作動液の温度Ｔが２０℃よりも低くなるとすぐに、液圧消費ユニット４の制御弁２３が区域Iにおいて全開され、液圧回路２における作動液が内部摩擦により加熱される。区域IIに示されるように、２０℃〜３０℃の過渡範囲において、制御弁２３が部分的に開弁される。温度Ｔが３５℃を超えた場合に、液圧消費ユニット４における制御弁２３が全閉される。
【００２２】
一実施形態において、作動液を加熱するために補助液圧消費ユニット４の制御弁２３のみが設けられた場合には、該制御弁２３は、航空機１の飛行運動中に閉弁される。例えば、制御弁２３は、航空機１の離陸及び着陸段階において閉弁される。一実施形態では、分散的な温度制御システム２１がケーブルにより操縦室内に設けられた中央制御システムに接続されている。離陸及び着陸段階にわたって、制御弁２３が中央制御システムによって全閉される。これにより、飛行運動期間にわたって、飛行動作制御のために液圧消費ユニット３に常に十分な作動圧を確実に供給することができる。このように制御弁２３を閉弁しなければ、過度な作動液に対する加熱及びこれに起因する体積流量の増大により、他の液圧消費ユニット３に対して液圧システムの内圧が不足するおそれがある。
【００２３】
一実施形態では、制御システムは、液圧回路２内の圧力の低下を検出する。圧力の低下が発生すると、制御システムは、液圧消費ユニット４の制御弁２３を閉弁することにより、供給パイプ内の圧力を安定させる。図４に示されるように、この実施形態において、制御システム２１は、更に液圧パイプ内の圧力を検出するための温度センサに接続されている。制御システムが作動液の圧力Ｐ及び温度Ｔを示す信号を受信すると、図５のグラフに示されるように、作動液の作動状態が作動状態点ＡＰに到達するように調整される。
【００２４】
図３に示される熱交換器２０は、作動液の作動温度Ｔが温度上限値を超えないことを確保している。調整可能な最高温度限界値Ｔｍａｘは、例えばおよそ７０℃に設定されている。熱交換器２０は、作動液の温度Ｔがおよそ７０℃の最高温度限界値Ｔｍａｘを超えないように、作動液を冷却するようにしている。
【００２５】
一実施形態では、理論温度Ｔｓｏｌｌの最高温度限界値Ｔｍａｘと最低温度限界値Ｔｍｉｎとは、中央制御システムによって設定される。一実施形態では、これら温度値は、検出された外部温度Ｔａｕβｅｎの関数として設定される。
【００２６】
液圧回路２において、相対的に小径の液圧パイプを採用することができる。以下の式は、圧力低下量Δｐと温度に依存する作動液の粘度ｖとの関係を示している。
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【００２７】
ここで、「ｌ」は圧力パイプの長さ、「ｄ」は圧力パイプの直径、「η」は温度に依存する作動液の粘度、「ρ」は作動液の密度、ｖは作動液の体積流量である。
本発明に係る装置において作動液の粘度ηが温度調整により常に相対的に低いため、液圧パイプの直径ｄを相対的に小径に設定することができ、これに起因して液圧パイプにおいて過度な圧力低下量Δｐ発生することを抑制することができる。これに対応して、これら細い液圧パイプにおける作動液が少なくなり、本発明に係る温度調整により加熱段階の時間が相対的に短くなる。
【００２８】
およそ７０℃である相対的に低い最高温度限界値Ｔｍａｘにより、液圧回路における作動液の作動時間が相対的に長くなり、これにより、作動液の交換の間隔時間が相対的に長くなる。一代替実施形態では、加熱要素により作動液が加熱される。この場合、加熱システムは、作動液の温度Ｔが例えば２０℃の最低温度限界値Ｔｍｉｎよりも低くなったときに作動液を加熱する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2010530828.tif 000010
2010530828.tif 000011
2010530828.tif 000012