МОТОРИЗОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ОТКРЫВАНИЯ И/ИЛИ ЗАКРЫВАНИЯ ДВЕРИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
MOTORIZED DEVICE FOR OPENING AND/OR CLOSING AIRCRAFT DOOR

Дверь летательного аппарата, в частности, дверь, предназначенная для прохода пассажиров во время посадки или высадки, открывается и закрывается особым образом. Как правило, открывание такой двери происходит в три фазы: сначала дверь разблокируют. Во второй фазе дверь приподнимают, чтобы освободить ее, по заранее определенной траектории. Наконец, предусмотрена третья фаза собственно открывания, во время которой дверь «поворачивается» или, точнее, освобождает вход за счет кругового поступательного движения. Закрывание двери происходит в обратном порядке по отношению к ее открыванию.
В документе ЕР-0465785 описана кинематика для двери самолета, при которой указанная дверь поворачивается наружу для открывания и возвращается посредством поворота в конструкцию фюзеляжа для закрывания, после чего приводится в положение механической блокировки относительно конструкции фюзеляжа. В описанной двери передача усилий, создаваемых внутренним давлением кабины, происходит через упоры или через рычаги, и дверь во время операции поворота удерживается через направляющую опору с одним концом вблизи фюзеляжа и с другим концом вблизи двери. Предусмотрены электрические двигатели, выполненные с возможностью управления при помощи программы для функций поворота, закрывания и блокировки, а также для обратных функций таким образом, чтобы различные функции действовали согласованно, благодаря записанным в памяти программам.
В данном случае предусмотрены несколько двигателей и, хотя указанным в этом известном документе техническим результатом является уменьшение массы, присутствие этих двигателей и соответствующих механизмов делает систему управления тяжелой и сложной.
Во вступительной части документа WO 2012110569 указано известное техническое решение, касающееся систем открывания двери летательного аппарата с усилителями. Затем в документе предложена система двери для летательного аппарата или космического летательного аппарата, содержащая дверь и привод, предназначенный для приведения в действие двери. Привод содержит приводной механизм, который перемещает дверь относительно летательного аппарата или космолета, устройство обнаружения, которое определяет данные движения двери и/или привода, блок управления приводом, который управляет приводом на основании данных движения, а также гнездо привода, окружающее приводной механизм привода и блок управления приводом.
В варианте осуществления, описанном в этом известном документе и показанном на чертеже, предусмотрена ручная разблокировка и ручная блокировки двери. Кроме того, моторизованной является только собственно операция открывания (и закрывания).
Задача изобретения состоит в создании моторизованного устройства открывания и/или закрывания двери летательного аппарата, являющегося более простым по сравнению с существующими устройствами, в котором, в частности, применяется ограниченное количество двигателей.
Так, при помощи одного и того же двигателя устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяет осуществлять перемещение рассматриваемой двери по существу в вертикальном направлении и круговое поступательное движение. В данном случае следует предусматривать относительно быстрое вертикальное перемещение, одновременно избегая слишком резкого открывания двери.
Предпочтительно устройство в соответствии с изобретением позволяет удерживать дверь в открытом положении и предпочтительно также в любом промежуточном положении.
В связи с этим объектом настоящего изобретения является моторизованное устройство открывания и/или закрывания двери летательного аппарата, содержащее электрический двигатель.
Согласно настоящему изобретению, моторизованное устройство дополнительно содержит:
- средства соединения с дверью, и
- приводные средства, содержащие систему винт/гайка с винтом, вращаемым двигателем, при этом указанные приводные средства выполнены с возможностью непрерывного и последовательного приведения в действие средств соединения с дверью поступательным движением в заранее определенном направлении и затем движением вращения.
Таким образом, заявленное решение позволяет осуществлять двойное движение двери при помощи одного двигателя. В данном случае под двигателем следует понимать приводные средства, действующие на один и тот же вал. В авиации, как правило, электрические системы являются избыточными. Например, применяют два двигателя, установленные друг за другом, или два двигателя, установленные в одном картере, с разными обмотками.
В моторизованном устройстве в соответствии с изобретением средства соединения с дверью содержат, например, поворотный кронштейн.
В предпочтительном варианте осуществления, заявленное устройство представляет собой моторизованное устройство открывания и/или закрывания двери летательного аппарата, связанной с поворотным кронштейном, содержащее электрический двигатель, закрепленный на опоре и соединенный с винтом с возможностью приводить его во вращение, при этом с указанным винтом взаимодействует гайка системы винт/гайка, которая приводит в поступательное движение поворотный кронштейн. Моторизованное устройство дополнительно содержит:
- систему сцепления, содержащую первую деталь сцепления, неподвижно соединенную с винтом, и вторую деталь сцепления, ответную первой детали сцепления и перемещающуюся относительно нее между положением сцепления, в котором первая деталь сцепления приводит в движение вторую деталь сцепления, и, по меньшей мере, одним положением разъединения, в котором обе детали сцепления отделены друг от друга, и
- редуктор, содержащий входную деталь, называемую входным валом, неподвижно соединенную со второй деталью сцепления, и выходную деталь, приводимую во вращение входным валом с понижающим передаточным отношением и называемую выходным венцом, при этом выходной венец связан с поворотным кронштейном с возможностью приводить его во вращение.
Такое сочетание системы сцепления (или соединения) с редуктором представляет особый интерес. Она позволяет использовать относительно высокую скорость вращения для осуществления фаз разблокировки и подъема двери (во время открывания) и одновременно поддерживать высокую скорость вращения винта, а также получать меньшую скорость вращения для фазы собственно открывания, избегая, таким образом, слишком резкого открывания двери, причем все это происходит в течение интервала времени, соответствующего времени, которое обычно тратят для открывания двери, или еще короче.
Кроме того, предложенную кинематику можно за счет этого модулировать и адаптировать для любой двери летательного аппарата, независимо от ее размера, веса и т.д.
Для облегчения маневра и ограничения крутящего момента, необходимого на уровне используемого двигателя, предпочтительно система винт/гайка, используемая в моторизованном устройстве в соответствии с изобретением, является системой винт/гайка с элементами качения, например, шариковой или роликовой системой винт/гайка. За счет этого можно уменьшить массу всего устройства.
Можно, например, предусмотреть систему сцепления типа кулачкового сцепления. Такое сцепление идеально подходит для данного применения: оно является надежным, имеет небольшую массу и невысокую себестоимость.
Для получения необходимых понижающих передаточных отношений предпочтительно редуктор содержит эпициклоидную передачу. Можно также предусмотреть и другие типы редукторов. Тем не менее, предпочтение отдается системам с более высоким понижающим передаточным отношением (превышающим 50, если рассматривать соотношение между входной скоростью и выходной скоростью). В данном случае, согласно предпочтительному варианту осуществления, редуктор содержит первое кольцо с зубьями, второе кольцо, диаметр которого отличается от диаметра первого кольца и зубья которого имеют такой же размер, что и зубья первого кольца, и являются с ними концентричными, при этом второе кольцо имеет деформирующуюся стенку, и редуктор дополнительно содержит элемент создания деформации, деформирующий второе кольцо таким образом, чтобы, по меньшей мере, в двух положениях зубья обоих колец входили в зацепление, разделенных, по меньшей мере, одним положением, в котором зубья не входят в зацепление, распространяя по контуру второго кольца волну деформации, приводящую к относительному вращению второго кольца относительно первого. Такой редуктор соответствует, например, редуктору, описанному в документе FR-1146998.
Для повышения точности заявленного устройства оно предпочтительно содержит также конструкцию, неподвижную относительно опоры двигателя, и направляющие средства между поворотным кронштейном и неподвижной конструкцией. В предпочтительном варианте осуществления эти направляющие средства содержат паз и палец соответствующей формы для перемещения скольжением в указанном пазу. Паз может быть выполнен как на неподвижной конструкции, так и на поворотном кронштейне.
Для ограничения усилий в редукторе можно предусмотреть также, чтобы заявленное устройство содержало конструкцию, неподвижную относительно опоры двигателя, содержащей паз, параллельный винту системы винт/гайка, а также палец, выполненный с возможностью перемещения скольжением в указанном пазу и закрепленный на выходном венце. Таким образом, противодействующее реактивное усилие во время поворота кронштейна передается на неподвижную конструкцию, а не на редуктор.
Для осуществления блокировки системы моторизованное устройство в соответствии с изобретением предпочтительно содержит разъединяемые средства блокировки, которые действуют, например, на винт системы винт/гайка или на ведущий вал электрического двигателя. При действии на ведущий вал электрического двигателя получают максимальное понижающее передаточное отношение для осуществления блокировки. Согласно предпочтительному варианту осуществления этих средств блокировки, они содержат первый диск сцепления, неподвижно соединенный с ведущим валом, второй диск сцепления, заблокированный во вращении и расположенный напротив первого диска сцепления, средства подпружинивания, действующие на второй диск сцепления для обеспечения сцепления между первым диском сцепления и вторым диском сцепления, а также катушку, действующую на второй диск сцепления с преодолением усилия средств подпружинивания, когда на нее подают электрический ток. В этом варианте осуществления, если происходит отключение электрического питания, система блокируется, и обеспечивается ее защита.
Объектом настоящего изобретения является также дверь летательного аппарата, которая, согласно изобретению, содержит описанное выше моторизованное устройство.
Детали и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые схематичные чертежи.
На фиг. 1 показан вариант осуществления моторизованного устройства в соответствии с настоящим изобретением, вид спереди;
на фиг. 2 частично показано моторизованное устройство, изображенное на фиг. 1, вид в перспективе;
на фиг. 3 детально показаны направляющие средства, применяемые в моторизованном устройстве, показанном на фиг. 1 и 2, увеличенный вид в перспективе под углом, отличным от фиг. 2;
на фиг. 4 представлена схема, иллюстрирующая направляющие средства, показанные на фиг. 3;
на фиг. 5 детально показаны средства блокировки, которые можно применять с моторизованным устройством, изображенным на фиг. 1-3, вид в продольном разрезе.
На фиг. 1 показано моторизованное устройство, предназначенное для открывания и закрывания не показанной двери летательного аппарата. Специалисту известна такая дверь, описанная во вступительной части настоящего документа. Речь идет о двери, которая открывается и закрывается круговым поступательным движением. Дверь летательного аппарата закрывает проход, образованный в фюзеляже летательного аппарата. Для освобождения этого прохода дверь располагается сбоку от прохода, выполненного в фюзеляже, и снаружи от этого фюзеляжа.
Открывание такой двери летательного аппарата происходит в три отдельные фазы. Во время первой фазы или фазы разблокировки происходит разблокировка двери. Во время второй фазы или фазы подъема дверь приподнимают, отводя ее по определенной траектории, обычно с направлением при помощи ролика. Последняя фаза или фаза поворота соответствует собственно открыванию двери. Во время этой фазы дверь совершает круговое поступательное движение примерно на 110-130°. Для осуществления этого движения дверь установлена на поворотном кронштейне. Он установлен с возможностью поворота, с одной стороны, вокруг по существу вертикальной оси, связанной с фюзеляжем летательного аппарата, и, с другой стороны, вокруг по существу вертикальной оси, связанной с дверью. Этот поворотный кронштейн, поддерживающий дверь, связан, например, с направляющей тягой, образуя параллелограмм и направляя, таким образом, дверь в ее движении открывания.
На фиг. 1 показана часть поворотного кронштейна 2, типа описанного выше поворотного кронштейна. Этот поворотный кронштейн 2 связан с описанным ниже моторизованным устройством.
Моторизованное устройство содержит, прежде всего, двигатель 4, систему винт/гайка и редуктор 6. Двигатель 4 закреплен на опоре 8, жестко соединенной с фюзеляжем летательного аппарата. На этой опоре 8 установлена также неподвижная конструкция, в дальнейшем называемая картером 10, предназначенным, в частности, для крепления и удержания моторизованного устройства.
Двигатель 4 может быть электрическим двигателем любого известного типа. Предпочтительно речь идет о редукторном двигателе, включающем в себя щеточный двигатель, или бесщеточный двигатель, или бесколлекторный двигатель с внешним ротором. В данном случае предполагается, что он содержит картер и сквозной ведущий вал 5. При этом оба конца ведущего вала 5 остаются доступными. Один конец ведущего вала 5 может быть связан с редуктором, образуя, таким образом, редукторный двигатель. Как принято в авиации, из соображений безопасности следует дублировать электрические системы. С ведущим валом 5 связан также непоказанный второй двигатель. Этот второй двигатель может иметь отдельный картер или может быть встроен в тот же картер, что и двигатель 4.
Двигатель 4 вращает винт 12 системы винт/гайка, который установлен непосредственно на выходе редукторного двигателя. В дальнейшем предполагается, что винт 12 расположен вдоль вертикальной оси и что двигатель 4 находится в нижнем положении по отношению к винту 12.
Таким образом, винт 12 удерживается в нижнем положении двигателем 4 (закрепленным на своей опоре 8), в промежуточном положении промежуточным опорным подшипником 14, установленным в картере 10, и в верхнем положении упором 16, тоже выполненным в картере 10.
В данном случае винт 12 служит поворотной осью для поворотного кронштейна 2. Этот кронштейн содержит две проушины 18, внутри которых находится гайка, взаимодействующая с винтом 12. Эта гайка установлена таким образом, что может свободно вращаться вокруг оси винта 12 по отношению к поворотному кронштейну 2, но заблокирована в продольном направлении (по отношению к винту 12). Гайка установлена, например, в полости, выполненной в нижней проушине 18, при помощи двух шарикоподшипников и между двумя осевыми упорами.
На фиг. 1 показана также первая деталь сцепления, образующая упорный диск 20, выполненный в виде кольцевой детали, закрепленной на винте 12, с возможностью приведения во вращения вместе с ним, но удерживая осевое, в случае необходимости, регулируемое положение по отношению к неподвижному винту 12. Как показано на фигуре, этот упорный диск содержит, по меньшей мере, одну защелку 22, направленную в осевом направлении вниз. Предпочтительно предусмотрены, по меньшей мере, две защелки 22, равномерно распределенные вокруг винта 12. Такую защелку 22 называют также «храповиком».
Эта первая деталь сцепления предназначена для взаимодействия со второй деталью сцепления, показанной на фиг. 2. В дальнейшем эта вторая деталь сцепления будет называться подвижным диском 24. Этот диск имеет общую форму, подобную форме упорного диска 20, то есть форму диска с защелками 22. В данном случае защелки 22 ориентированы вверх таким образом, чтобы взаимодействовать с защелками 22 упорного диска 20. Каждая защелка 22 имеет прямой край и скошенный край, ориентированный в направлении вращения винта 12 для обеспечения плавного сцепления между двумя деталями сцепления.
Подвижный диск 24 тоже расположен вокруг винта 12, но не приводится им во вращение. Он предназначен для приведения во вращение упорным диском 20, что будет описано ниже.
Подвижный диск 24 закреплен на редукторе 6. Редуктор 6 может быть редуктором любого типа, который можно применять для данного случая. Из соображений габарита, а также передаваемого крутящего момент в данном случае следует выбирать редуктор в виде эпициклоидной передачи или в виде редуктора, выпускаемого в продажу под маркой Harmonic Drive (принцип работы которого описан в документе US-2,929,265 или FR-1146998).
Независимо от типа редуктора 6, предполагается, что он содержит входной вал, неподвижно соединенный с подвижным диском 24. Входной вал является, например, полым валом, который установлен вокруг винта 12 и на верхней фронтальной стороне которого закреплен (например, завинчен) подвижный диск 24. Редуктор 6 имеет понижающее передаточное отношение 1/N, и движение вращения входного вала передается на выходную деталь, называемую выходным венцом 26, установленным тоже вокруг винта 12 и вращающимся со скоростью вращения в N раз ниже, чем входной вал.
Выходной венец 26 закреплен на нижней проушине 18 и во время своего вращения приводит во вращение поворотный кронштейн 2. Для ограничения усилий, действующих на внутренний механизм редуктора 6, на периферии выходного венца 26 закреплен палец 28, направленный радиально наружу. Этот палец 28 заходит в паз, выполненный в ветви 30 картера 10. Ветвь 30, как и выполненный в ней паз, направлена вертикально, то есть параллельно винту 12.
Направление происходит между поворотным кронштейном 2 и картером 10, то есть между кронштейном и конструкцией, неподвижной относительно фюзеляжа летательного аппарата. Для реализации этого направления, как детально показано на фиг.3, на картере 10 (на фиг. 3 не показан) закреплен кулачок 32, установленный в направлении поворотного кронштейна 2, тогда как направляющая 34 закреплена на поверхности поворотного кронштейна 2 напротив кулачка 32. В представленном варианте осуществления кулачок 32 установлен так, чтобы направляющая 34 находилась между двумя проушинами 18 поворотного кронштейна 2.
Направляющая 34 содержит вертикальный паз 36 и горизонтальный бортик 38 в виде дуги окружности, который должен приходить в положение опоры на кулачок 32.
На фиг. 5 представлена система блокировки, которая предпочтительно расположена под двигателем 4, но которую можно, например, расположить между двигателем 4 и винтом 12 или которую можно расположить в промежуточном опорном подшипнике 14 или же в упоре 16.
В данном случае с одним концом ведущего вала 5, противоположным винту 12 предложено неподвижно соединить первый диск 40 сцепления, например, при помощи шпонки (не показана). Второй диск 42 соответствующего размера расположен напротив первого диска 40 сцепления, и на одном и/или на обоих дисках сцепления предусмотрены фрикционные накладки 44.
Второй диск 42 сцепления установлен в корпусе 45, закрепленном, например, на картере электрического двигателя 4 таким образом, чтобы он мог перемещаться в осевом направлении (в данном случае осевое направление определено ведущим валом 5 и винтом 12) по отношению к указанному корпусу 45, но без возможности поворота вокруг ведущего вала 5. Кроме того, второй диск 42 сцепления подпружинен пружиной 46 в направлении первого диска 40 сцепления, при этом пружина 46 опирается, например, на внутреннюю сторону корпуса 45.
На периферии второго диска 42 сцепления в корпусе 45 установлена катушка 48. Когда в этой катушке 48 циркулирует ток (достаточно сильный), он удерживает второй диск 42 сцепления на удалении от первого диска 40 сцепления, преодолевая усилие пружины 46.
Далее следует описание работы этого устройства открывания и закрывания двери летательного аппарата.
Двигатель 4 (редукционный двигатель) приводит во вращение шариковый винт 12. Чтобы двигатель 4 мог работать, систему блокировки деактивируют, пропуская ток через катушку 48 (фиг. 5).
Во время своего вращения шариковый винт 12 прежде всего вращает шариковую гайку, находящуюся в нижней проушине 18. Вращение винта 12 приводит к поступательному перемещению шариковой гайки. Поворотный кронштейн 2 увлекается поступательным движением вместе с шариковой гайкой и направляется системой направления, содержащей кулачок 32 и направляющую 34.
Подъем гайки и поворотного кронштейна 2 продолжается. Эта фаза подъема соответствует фазе разблокировки/подъема двери летательного аппарата. В ходе этой фазы дверь тоже направляется, например, направляющими средствами, предусмотренными на уровне дверного проема.
В конце фазы подъема поворотный кронштейн 2 поворачивается, обеспечивая открывание двери. В этот момент кулачок 32 выходит из паза 36 направляющей 34. Этот выход из паза 36 соответствует также началу сцепления между подвижным диском 24 и упорным диском 20. При этом защелки 22 сцепляются друг с другом. Упорный диск 20 и направляющая 34 расположены так, чтобы выход кулачка 32 из паза 36 совпал со сцеплением двух дисков.
Упорный диск 20 приводится во вращение винтом 12. Это движение вращения продолжается, и упорный диск 20 увлекает за собой подвижный диск 24. Последний неподвижно соединен с входным валом редуктора 5, который, таким образом, приводится в действие. Выходной венец 26 тоже приводится во вращение, но с меньшей скоростью вращения. В качестве цифрового иллюстративного, но не ограничивающего примера можно, например, указать возможную скорость вращения винта 12 порядка 300 об/мин. Редуктор может иметь, например, понижающее передаточное отношение 1/50, если речь идет об эпициклоидной передаче. Таким образом, получают скорость вращения выходного венца 26 около 6 об/мин. Как было упомянуто выше во вступительной части, поворотный кронштейн 2 необходимо поворачивать примерно на 110-130°. Таким образом, открывание двери происходит примерно через 2-3 секунды после подъема двери.
Двигатель 4 или редукторный двигатель предпочтительно автоматически регулируется по положению и отключается, как только дверь достигает своего полностью открытого положения. Кроме того, прохождение тока в катушке 48 прерывается, поэтому пружина блокирует вращение винта 12, действуя на второй диск 42 сцепления.
Следует отметить, что во время открывания двери поворотный кронштейн 2 опирается на конструкцию летательного аппарата при помощи бортика 38, который опирается на кулачок 32. Таким образом, поворотный кронштейн 2 и, следовательно, соответствующая дверь поддерживаются в течение всего открывания двери, что позволяет избежать случайного падения вниз.
Описание операции закрывания двери опускается, поскольку она соответствует операции открывания, но происходит в обратном порядке.
Таким образом, при помощи только одного двигателя описанное выше моторизованное устройство обеспечивает моторизацию фаз блокировки/разблокировки, подъема/опускания и поступательного перемещения двери летательного аппарата во время ее открывания и закрывания.
Описанным устройством можно легко управлять вручную, в частности, в случаях отсутствия электрической функции (отключение электрического питания, неисправность и т.д.). Наличие шариковой системы винт/гайка облегчает ручное управление. Ручное управление можно осуществлять, например, при помощи рукоятки с квадратной головкой, которую можно было бы использовать для вращения винта системы винт/гайка.
Для обеспечения управления описанное устройство можно оборудовать различными датчиками. Так, например, с винтом системы винт/гайка, которая не обязательно должна быть шариковой, можно связать датчик положения (поворотный) для лучшего контроля фаз открывания и закрывания двери. В данном случае можно применять разные типы датчиков. В качестве неограничивающих примеров можно привести следующий список: резольвер, RVDT (английская аббревиатура от Rotary Variable Differential Transformer: вращающийся дифференциальный трансформатор), потенциометр.
Описанное устройство обладает всеми возможностями с точки зрения эффективности (время открывания и т.д.) и надежности даже в случае применения для экстренного открывания.
Из вышеизложенного понятно, что это моторизованное устройство позволяет существенно ограничить ручные усилия, прикладываемые экипажем летательного аппарата для открывания и закрывания двери. В данном случае все фазы открывания и закрывания происходят с участием двигателя.
Преимуществом предложенного настоящим изобретением решения является простая кинематика для обеспечения всех фаз открывания/закрывания.
Масса устройства сведена к минимуму, так как предложенная система имеет высокий КПД, и оптимизация понижающих передаточных отношений позволяет осуществлять моторизацию при помощи электрического двигателя, развивающего относительно слабый крутящий момент и, следовательно, имеет меньшую массу.
Система может автоматически регулироваться по положению и/или по скорости и/или по крутящему моменту двери. Может быть предусмотрена адаптация, например, в зависимости от различных фаз открывания и/или закрывания.
Разумеется, настоящее изобретение не ограничивается вариантом осуществления, описанным выше и представленным на чертежах, и его упомянутыми версиями. Оно охватывает также любой вариант осуществления, который специалист может предусмотреть, не выходя за рамки нижеследующей формулы изобретения.