БЛОК ПРИВОДА ДЛЯ ШАССИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ИНТЕГРИРОВАННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
DRIVE UNIT FOR AIRCRAFT LANDING GEAR WITH INTEGRATED COOLING

Настоящее изобретение относится в общем к блоку привода для шасси летательного аппарата и к шасси летательного аппарата, содержащему блок привода.
Более подробно, настоящее изобретение направлено на интеграцию охлаждающего средства для рассеивания тепла, производимого блоком привода и/или другими устройствами, ассоциированными с шасси, такими как тормозной блок шасси.
Летательный аппарат - также называемый воздушным судном в данном документе - использует свои основные двигатели, такие как газотурбинные, турбовентиляторные или турбовинтовые двигатели, для руления на земле, обычно на аэродроме или в зоне руления аэродрома. Поскольку основные двигатели воздушных судов не предназначены, чтобы эффективно работать в режиме малой мощности, который необходим во время операции руления, такое маневрирование летательного аппарата потребляет много топлива. Также основные двигатели производят шум, который увеличивает общее шумовое воздействие в аэропорту.
В качестве альтернативы, специальные транспортные средства, такие как авиационные тягачи или толкачи, могут быть использованы, чтобы тянуть или толкать воздушные суда для перемещения по земле. Однако поскольку такие специальные транспортные средства сами являются дорогостоящими, а также то, что их работа должна оплачиваться, и такие транспортные средства не доступны в больших количествах в большинстве аэропортов, они обычно используются только на коротких расстояниях, например, для операции буксировки от выхода на посадку в аэропорту. Таким образом, до настоящего времени основные двигатели все еще используются для большинства операций руления, что вызывает вышеописанные недостатки.
Решения для руления летательного аппарата уже известны. Например, DE 10 2008 006 295 A1 раскрывает электромотор, установленный на стойку шасси летательного аппарата. Электромотор содержит вал мотора, параллельный оси ходовых колес шасси. Вал мотора может двигаться в осевом направлении, чтобы зацепляться/расцепляться с конструкцией колес шасси летательного аппарата.
WO 2009/086804 A1 раскрывает мотор для привода колес шасси воздушного судна, в частности, колес передней опоры шасси, который располагается в основании стойки шасси или устанавливается в качестве мотора колесной ступицы в ступице или ободе колеса. Исключения тяжелой и сложной трансмиссии между мотором и колесом, мотор выполнен в виде гидравлического мотора или электромотора и снабжается энергией через стойку шасси.
WO 95/29094 показывает систему для привода шасси летательного аппарата, в которой оба колеса передней опоры шасси являются приводимыми в движение через различные редукторы или, в качестве альтернативы, по меньшей мере одно колесо каждого основного узла шасси приводится в движение электрическим или гидравлическим мотором, снабжаемым энергией посредством вспомогательной силовой установки (APU) летательного аппарата.
Хотя могут быть достигнуты улучшения с вышеупомянутыми подходами, было обнаружено, что, в частности для большого коммерческого летательного аппарата, эти подходы не приносят удовлетворительных результатов с точки зрения создания необходимой мощности для приведения в движение летательного аппарата без помощи основных двигателей. Отдельный аспект касается эффективного использования очень ограниченного пространства, доступного поблизости от колес в тележке шасси воздушного судна для таких приводов.
Были исследованы несколько мест для установки блока привода на одно или более колес тележки шасси воздушного судна, также называемой шасси. Блок привода может быть в общем установлен в местоположении установки внутри или снаружи относительно тележки шасси, т.е. видимом наблюдателю из тележки шасси, соответствующего колеса. Внутреннее местоположение установки является предпочтительным с точки зрения передачи механических сил в тележку шасси и для установления требуемых электрических, механических и любых других соединений. Однако интеграция блока привода во внутреннем местоположении установки сложна вследствие очень ограниченного пространства. Это, в частности, применяется в случаях, когда должен быть предусмотрен тормозной блок. Внешнее местоположение установки является предпочтительным относительно требования к пространству. Однако воздушные суда (например, воздушные суда, используемые на коротких маршрутах) зачастую оснащаются вентилятором тормоза в забортном местоположении установки, при этом в качестве вентилятора тормоза может быть использован блок нагнетания воздуха или блок вытяжного вентилятора, который формирует воздушный поток для охлаждения тормозного блока, ассоциированного с соответствующим колесом. Вентилятор тормоза является обязательным и не может быть убран. В меньшем летательном аппарате, имеющем только одно колесо, ассоциированное со стойкой тележки шасси, вентилятор тормоза может также быть установлен на той же стороне, что и тормозной блок, например, как показано в US 6,615,958 B1.
Наконец, кроме того, важно, что блок привода, ассоциированный с одним или более колесами, сам нуждается в активном охлаждении, поскольку такой блок привода содержит высокую плотность мощности, требуемую для движения воздушного судна, подавая крутящий момент к ассоциированному колесу. Предпочтительно охлаждение блока привода выполняется воздухом, чтобы избегать встраивания системы охлаждения, использующей жидкости, такие как вода или любой другой хладагент. То есть тормозной блок и блок привода, оба требуют воздушного охлаждения. Однако выпускаемый горячий воздух из тормозного блока уже имеет высокую температуру и, таким образом, не может быть использован для охлаждения блока привода. Кроме того, горячий воздух от тормозного блока загрязнен тормозной пылью, которая может повредить блок привода при попадании в него.
Одна задача настоящего изобретения может состоять в создании блока привода по меньшей мере для одного колеса шасси летательного аппарата, который способен подавать необходимую мощность для руления большого коммерческого летательного аппарата, такого как обычный пассажирский летательный аппарат, в то же время накладывая минимальные требования по пространству ко всей конструкции шасси.
Другая или дополнительная задача настоящего изобретения может состоять в обеспечении достаточного охлаждения для тормозного блока, а также для блока привода, описанного выше, когда он установлен на обычном колесе.
Одна или все из вышеуказанных проблем уменьшаются или решаются посредством отличительных признаков независимых пунктов формулы изобретения. Другие варианты осуществления и усовершенствования определены в соответствующих зависимых пунктах формулы.
Согласно изобретению блок привода для колеса летательного аппарата ассоциирован с тормозным блоком для торможения колеса, которое может быть установлено с возможностью вращения на тележке шасси воздушного судна. Блок привода содержит приводной мотор, который соединен с возможностью передачи приводного усилия с колесом, так что воздушное судно может двигаться посредством колеса. Блок привода дополнительно содержит систему охлаждения.
Система охлаждения включает в себя по меньшей мере блок охлаждения привода. Блок охлаждения привода выполнен с возможностью формирования потока воздуха, охлаждающего привод, для охлаждения блока привода. Система охлаждения также включает в себя блок охлаждения тормоза, выполненный с возможностью охлаждения тормозного блока. Блок охлаждения тормоза может быть выполнен с возможностью формирования потока воздуха, охлаждающего тормоз, для охлаждения тормозного блока посредством всасывания воздуха из тормозного блока. В частности, система охлаждения, включающая в себя блок охлаждения тормоза, может быть интегрирована в блок привода.
Соответственно, одной общей идеей решения, предложенного в настоящем документе, является интегрирование блока охлаждения в блок привода по меньшей мере для одного колеса тележки шасси или для шасси летательного аппарата, причем этот блок охлаждения выполнен с возможностью охлаждения тормозного блока колеса, который размещается поблизости от блока привода. Такой блок охлаждения тормоза может быть частью системы охлаждения, интегрированной в блок привода, которая также способна рассеивать тепло, формируемое блоком привода в работе, т.е. в режиме формирования тяги работы блока привода.
В некоторых вариантах осуществления приводной мотор блока привода может быть соединен с возможностью передачи приводного усилия в качестве общего привода системы охлаждения с системой охлаждения для привода соответствующих блоков охлаждения. Также возможно, что приводной мотор блока привода является соединяемым с возможностью передачи приводного усилия в качестве соответствующего привода блока охлаждения с одним из блока охлаждения тормоза или блока охлаждения привода. В качестве альтернативы, блок охлаждения тормоза и/или блок охлаждения привода могут содержать соответствующий мотор, соединенный с возможностью передачи приводного усилия с соответствующим блоком охлаждения.
Блок охлаждения тормоза и/или блок охлаждения привода могут быть соединены с возможностью передачи приводного усилия, непосредственно или опосредовано через соответствующую шестеренчатую конструкцию, со своим соответствующим приводом, например, приводным мотором блока привода. Такая шестеренчатая конструкция может быть реализована посредством передаточного механизма в форме планетарной зубчатой передачи или т.п.
Как упомянуто выше, блок охлаждения тормоза может быть выполнен с возможностью формирования потока воздуха, охлаждающего тормоз, посредством всасывания воздуха из тормозного блока. Например, блок охлаждения тормоза, интегрированный в блок привода, устанавливаемый с одной стороны колеса, может быть выполнен с возможностью отсасывать воздух, окружающий тормозной блок, устанавливаемый с другой стороны колеса, сквозь колесо. Например, может быть предусмотрено одно или более отверстий в колесном диске колеса, или пространства между спицами колеса могут служить в качестве отверстий, через которые воздух из тормозного блока может отсасываться или выкачиваться.
Блок привода может дополнительно содержать средство направления воздуха для направления охлаждающего привод воздуха и воздушный экран для отделения потока воздуха, охлаждающего привод, от потока воздуха, охлаждающего тормоз, в конкретных областях.
Средство направления может быть размещено так, что сформированный поток воздуха, охлаждающего привод, направляется через и/или вокруг компонентов блока привода, который формирует тепло при работе блока привода, в частности, во время работы блока привода в режиме формирования тяги.
Воздушный экран может быть выполнен с возможностью уменьшения или исключения смешивания относительно горячего потока воздуха, охлаждающего тормоз, выпущенного из тормозного блока, с потоком воздуха, охлаждающего привод, который идет дальше по ходу от блока привода. В частности, воздушный экран может быть выполнен с возможностью уменьшения или исключения смешивания относительно горячего потока воздуха, охлаждающего привод, с воздушным потоком в области ближе по ходу от привода блока охлаждения тормоза. Следовательно, за счет воздушного экрана на эффективность блока охлаждения тормоза не оказывает влияние всасывание выпущенного воздуха из блока охлаждения привода. Таким образом, гарантируется, что полная производительность блока охлаждения привода применяется, чтобы всасывать горячий воздух, охлаждающий тормоз, и не ухудшается посредством выпущенного воздуха, охлаждающего привод, блока привода.
Например, в определенных вариантах осуществления воздушный экран может быть выполнен с возможностью направления потока воздуха, охлаждающего привод, дальше по ходу от тормозного блока таким путем, чтобы пресекать смешивание воздуха, охлаждающего тормоз, с потоком воздуха, охлаждающего привод, в позиции ближе по ходу от привода блока охлаждения тормоза.
В одном дополнительном варианте выполнения система охлаждения может дополнительно включать в себя секцию Вентури. Секция Вентури может способствовать функционированию блока охлаждения тормоза или даже обеспечивать его, т.е. может быть средством для формирования потока воздуха, охлаждающего тормоз. Было обнаружено, что секция Вентури может применяться для формирования, посредством потока воздуха, охлаждающего привод, в качестве потока воздуха для выдувания, довольно низкого давления для всасывания потока воздуха, охлаждающего тормоз, в качестве всасываемого воздушного потока. Другими словами, секция Вентури может быть использована как средство для формирования потока воздуха, охлаждающего тормоз, и сама может приводиться в действие посредством потока воздуха, охлаждающего привод.
В качестве альтернативы, секция Вентури воздушного экрана может способствовать функционированию блока охлаждения привода или даже обеспечивать его, т.е. действовать как средство для формирования потока воздуха, охлаждающего привод. Соответственно, секция Вентури может применяться для формирования довольно низкого давления для всасывания посредством потока воздуха, охлаждающего тормоз, в качестве нагнетаемого потока воздуха, потока воздуха, охлаждающего привод, в качестве всасываемого воздушного потока. Другими словами, секция Вентури может быть использована как средство для формирования потока воздуха, охлаждающего привод, и сама может приводиться в действие посредством потока воздуха, охлаждающего тормоз.
Секция Вентури может, в частности, содержать входное отверстие для нагнетания, всасывающее отверстие и выпускное отверстие. Таким образом, входное отверстие для нагнетания может соединяться с нагнетаемым воздушным потоком так, что всасываемый воздушный поток формируется во всасывающем отверстии. Нагнетаемый воздушный поток и всасываемый воздушный поток вместе покидают секцию Вентури в выпускном отверстии.
В частности, воздушный экран может включать в себя секцию Вентури. Воздушный экран может быть размещен вокруг или на периферии блока привода относительно оси вращения колеса. Например, воздушный экран может быть размещен по существу цилиндрическим образом, т.е. имеющим кольцеобразное поперечное сечение. Например, воздушный экран может быть двухстеночным, трубообразным направляющим воздух каналом. Вместо общего кольцеообразного поперечного сечения воздушный экран может просто содержать соответствующие цилиндрические секции такого кольцеообразного направляющего воздух канала. Воздушный экран может также содержать один или более направляющих воздух каналов, размещенных круговым образом, т.е. в заданных радиальных местоположениях (относительно оси вращения колеса) блока привода в качестве соответствующих направляющих воздух систем, например, в форме трубок, каждая из которых содержит соответствующую секцию Вентури в форме соответствующей трубки Вентури.
Посредством секции Вентури блок охлаждения тормоза или блок охлаждения привода могут быть реализованы без необходимости предусматривать блок формирования для охлаждающего воздушного потока отдельно для каждого блока охлаждения. Сложность всей конструкции может быть уменьшена благодаря тому, что требуется только один блок формирования охлаждающего воздушного потока.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один блок охлаждения может быть реализован посредством радиального или осевого нагнетательного или вытяжного вентилятора.
В некоторых вариантах осуществления приводной мотор блока привода может быть реализован посредством электромотора или гидравлического мотора. В режиме работы с формированием тяги приводной мотор может приводить в действие входную шестерню приводной шестеренчатой конструкции. Приводная шестеренчатая конструкция может быть соединена с возможностью передачи приводного усилия с выходной шестерней через управляемую муфту сцепления, которая может сцепляться и расцепляться с колесом, например, через соответствующую соединительную шестерню, которая может быть размещена в ободе или диске колеса.
В отдельных вариантах осуществления приводной мотор блока привода может быть размещен в блоке привода соосно относительно оси тележки шасси, на которой установлено колесо. В отдельных вариантах осуществления приводной мотор может иметь конфигурацию мотора в колесной ступице.
В некоторых вариантах осуществления, в которых система охлаждения приводится в действие посредством приводного мотора блока привода, эффективность охлаждения системы охлаждения, т.е. объем охлаждающего воздуха для блока привода, производимый системой охлаждения, будет устойчиво связана со скоростью вращения приводного мотора блока привода. В результате, во время работы блока привода в режиме формирования тяги, т.е. когда блок привода должен передавать крутящий момент колесу, и, следовательно, внутри, формируется тепло блока привода, которое необходимо рассеивать. Однако, интегрированная система охлаждения будет работать с низкой скоростью, соответствующей скорости вращения колеса. Это будет приводить в результате к низкой эффективности охлаждения и увеличению температуры компонентов блока привода, а также диска и обода колеса.
Соответственно, дополнительный аспект настоящего изобретения относится к способу управления таким блоком привода для того, чтобы преодолевать вышеупомянутую проблему увеличения температуры в блоке привода при низкой скорости вращения блока привода.
Чтобы преодолевать такую проблему увеличения температуры, настоящее изобретение предлагает способ управления блоком привода, который содержит следующие этапы:
Когда рабочее состояние колеса, т.е. шасси, переключается с режима работы с формированием тяги на режим работы без формирования тяги, блок привода немедленно отсоединяется от колеса.
В режиме работы с формированием тяги крутящий момент должен передаваться блоком привода колесу для движения воздушного судна посредством блока привода.
В режиме работы без формирования тяги крутящий момент не должен передаваться блоком привода колесу воздушного судна. Режим работы без формирования тяги может включать в себя: так называемый режим движения по инерции, в котором воздушное судно движется по инерции, т.е. движется без привода посредством блока привода, а только вследствие собственной инерции, или режим замедления, в котором воздушное судно замедляется посредством активации или применения тормозного блока(ов), или при остановке воздушного судна, например, когда воздушное судно ставится на стоянку или останавливается во время руления.
После переключения колеса с режима формирования тяги в режим без формирования тяги скорость вращения блока привода значительно увеличивается, и, таким образом, скорость вращения блока охлаждения привода, устойчиво соединенного с ним, соответственно увеличивается. В результате объем воздуха охлаждения привода, формируемый системой охлаждения, увеличивается.
В частности, когда рабочее состояние колеса переключается с режима без формирования тяги в режим формирования тяги, скорость вращения блока привода может немедленно синхронизироваться с фактической скоростью колеса; и блок привода может быть соединен с колесом для привода колеса.
Согласно способу, предложенному в данном документе, общая теплоемкость блока привода, и при необходимости также теплоемкость колеса, используется, чтобы аккумулировать тепло, формируемое приводным мотором блока привода в работе. Изобретатель, признал, что такое тепло формируется по существу только во время режима формирования тяги. Следовательно, предлагается, что, как только рабочее состояние изменяется с режима формирования тяги на режим без формирования тяги, система охлаждения блока привода работает с максимальной эффективностью охлаждения для того, чтобы рассеивать тепло, накопленное в компонентах блока привода и/или колеса. Предложенный способ делает эффективным применение компонентов блока привода и/или колеса в качестве временного теплового буфера (согласно их теплоемкости), причем этот тепловой буфер может многократно заполняться/опустошаться для того, чтобы поддерживать температуру ниже критических уровней.
Дополнительный аспект настоящего изобретения относится к тележке шасси летательного аппарата, содержащей по меньшей мере одну колесную ось, поддерживающую по меньшей мере одно колесо, тормозной блок, ассоциированный по меньшей мере с одним колесом, и по меньшей мере один блок привода, также ассоциированный по меньшей мере с одним колесом согласно настоящему изобретению.
Тележка шасси летательного аппарата может дополнительно содержать или может быть функционально соединена с блоком управления, выполненным с возможностью осуществления способа управления, который описан в данном документе выше.
В некоторых вариантах осуществления тележки шасси летательного аппарата колесо может содержать обод для установки или приема шины. Обод может быть соединен с диском, посредством которого колесо соединяется со ступицей, которая установлена с возможностью вращения по меньшей мере на одной оси тележки шасси летательного аппарата. Диск и обод формируют, относительно тележки шасси, внутреннее чашеобразное пространство и внешнее чашеобразное пространство, соответственно. Оба пространства отделяются друг от друга диском, который формирует дно соответствующих чашеобразных пространств. Блок привода может быть выполнен с возможностью разъемного соединения с осью во внешнем чашеобразном пространстве. Тормозной блок, ассоциированный с колесом тележки шасси, может быть установлен во внутреннем чашеобразном пространстве.
В некоторых вариантах осуществления блок привода, в частности, его внешняя форма, может быть выполнен таким образом, что в ситуации, когда блок привода монтируется или устанавливается на колесе, формируется заданный зазор во внешнем чашеобразном пространстве между ободом и блоком привода, например, между ободом и корпусом блока привода. В сформированном таким образом зазоре поток воздуха, охлаждающего тормоз, и поток воздуха, охлаждающего привод, могут выдуваться из внешнего чашеобразного пространства.
В частности, тележка шасси летательного аппарата согласно настоящему изобретению может быть использована как основное шасси воздушного судна.
Задачи и признаки изобретения станут понятны из последующего подробного описания, рассматриваемого вместе с сопровождающими чертежами. Должно быть понятно, однако, что чертежи предназначены исключительно в целях иллюстрации, а не как определение ограничений изобретения, для понимания которых следует обратиться к прилагаемой формуле изобретения. Дополнительно должно быть понятно, что чертежи просто предназначены для того, чтобы концептуально иллюстрировать структуры и процедуры, описанные в данном документе. Для иллюстрации отмечается, что описательные термины «левый», «правый», «нижний» и «верхний» относятся на иллюстрациям со ссылочными позициями, читаемыми в привычной ориентации. Теперь изобретение будет более подробно описано ниже относительно примерных вариантов осуществления, показанных на сопровождающих чертежах, на которых:
Фиг. 1 показывает трехмерное представление тележки шасси летательного аппарата согласно одному аспекту изобретения;
Фиг. 2 показывает вид в поперечном разрезе сквозь тележку шасси летательного аппарата на фиг. 1;
Фиг. 3 показывает укрупненный фрагмент поперечного разреза одного колеса, содержащий блок привода согласно первому примерному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 показывает дополнительный укрупненный фрагмент поперечного разреза одного колеса, содержащий блок привода согласно дальнейшей доработке примерного варианта осуществления на фиг. 3; и
Фиг. 5 иллюстрирует функциональный признак секции Вентури, которая применяется в дальнейшей доработке на фиг. 4.
Фиг. 1 показывает трехмерное представление тележки 10 шасси, также известной как шасси воздушного судна (не показано), согласно одному аспекту настоящего изобретения.
Тележка 10 шасси содержит первое колесо 12a и второе колесо 12b, которые установлены с возможностью вращения на оси 10 тележки 10 шасси. Тележка 10 шасси дополнительно содержит ногу, сформированную посредством стойки 16 в качестве основного механического элемента для переноса веса и других нагрузок во время приземления, руления и взлета воздушного судна через тележку шасси и колеса, прикрепленные к ней, на землю G (фиг. 2).
Дополнительно, каждое из колес 12a, 12b содержит обод 18 для установки или приема соответствующей шины 20. Обод 18 дополнительно соединяется с диском 22, который прикрепляется к ступице 23 любым подходящим образом, который обеспечивает возможность фиксированного соединения с возможностью вращения между колесом и осью 14 тележки 10 шасси.
Обод 18 и диск 22 могут быть выполнены из одного фрагмента, соответственно, но обычно эти элементы колеса выполнены из соответствующих отдельных частей, которые соединяются друг с другом посредством фиксирующих болтов 24. Однако, в контексте настоящего изобретения конкретная конструкция колеса является несущественной.
Для более подробного описания деталей конструкции тележки шасси воздушного судна обратимся к ст.: Bender и др., Aerospace Engineering, том 16, № 3, стр. 13-16, март 1996, ISSN: 07362536, озаглавленной "Landing Gear Structural Integrity".
Для ориентировки предполагается, что в ситуации, когда тележка 10 шасси на фиг. 1 установлена на воздушное судно (не показано), направление движения вперед представлено стрелкой с условным обозначением F. Кроме того, предполагается, что тележка 10 шасси, показанная на фиг. 1, является частью основного шасси воздушного судна, так что первое колесо 12a расположено ближе к фюзеляжу воздушного судна, т.е. «внутри» относительно воздушного судна; направление внутрь указано стрелкой со условным обозначением I. Соответственно, второе колесо 12b располагается на оси 14 в «наружном» направлении относительно фюзеляжа воздушного судна, это направление указано стрелкой с условным обозначением O.
Основное механическое взаимное соединение между осью и внутренней конструкцией воздушного судна, т.е. стойка 16, также показано как опора шасси тележки 10 шасси.
Фиг. 2 показывает поперечное сечение через тележку шасси летательного аппарата на фиг. 1 и схематичным образом иллюстрирует, в соединении с соответствующим одним из колес 12a, 12b тележки 10 шасси, обычные конфигурации для размещения тормозного блока и блока привода в качестве актуаторов для соответствующего колеса.
Как уже объяснено в связи с фиг. 1, колеса 12a, 12b, каждое, содержат соответствующий обод 18 для установки шины 20, ассоциированной с ним. Обод 18 дополнительно соединяется с диском 22, посредством которого соответствующее колесо 12a, 12b соединяется с соответствующей ступицей 23, которая устанавливается с возможностью вращения на ось 14 тележки 10 шасси.
Как может быть видно в поперечном разрезе на фиг. 2, с каждым из колес 12a и 12b, как соответствующий обод 18, так и соответствующий диск 22 формируют две части, которые неподвижно скреплены вместе посредством соответствующих фиксирующих болтов 24.
Соответствующий диск 22 и обод 18 каждого колеса 12a, 12b формируют чашеобразное пространство 26, 28 установки на каждой стороне колес 12a, 12b. Относительно центра тележки шасси, представленного ногой или стойкой 16, существует внутреннее чашеобразное пространство 26 установки (т.е. чашеобразное пространство установки на стороне колеса, ориентированной к тележке шасси) и внешнее чашеобразное пространство 28 установки (т.е. чашеобразное пространство установки на стороне колеса, ориентированной от тележки шасси). Оба чашеобразных пространства 26, 28 установки разделяются соответствующим диском 22 соответствующего колеса 12a и 12b, соответственно. Кроме того, диск 22 каждого колеса 12a, 12b формирует дно соответствующих чашеобразных пространств 26, 28 установки.
В соединении с правым колесом 12b иллюстрируются обычные места установки тормозного блока 30 и системы 32 охлаждения. Тормозной блок 30 функционально устанавливается во внутреннем чашеобразном пространстве 26 установки между осью 14 и ободом 18. Во внешнем чашеобразном пространстве 28 установки так называемый вентилятор тормоза устанавливается в качестве системы 32 охлаждения для тормозного блока 30. Тормозной блок 30 может быть реализован как комплект, содержащий комплект дискообразных тормозных колодок, между которыми размещаются соответствующие металлические диски.
В соединении с левым колесом 12a иллюстрируется блок 34 привода или актуатор, установленный в менее часто используемом пространстве установки между стойкой 16 и колесом 12a. Дополнительно, возможное место установки для блока 40 привода согласно решению, предложенному в данном документе, т.е. с интегрированной системой охлаждения для тормозного блока, показано во внешнем чашеобразном пространстве 28 установки левого колеса 12a. С блоком 40 привода, расположенным во внешнем чашеобразном пространстве 28 установки, соответствующий тормозной блок 30 будет располагаться во внутреннем чашеобразном пространстве 26 установки тем же способом, что и указанный позицией 30 в другом колесе 12b.
Фиг. 3 показывает один вариант осуществления блока 40 привода, который устанавливается в качестве приводного механизма на колесо 12, более подробно.
Блок 40 привода содержит приводной мотор 42, который может быть электромотором или гидравлическим мотором. Приводной мотор 42 имеет свой ротор, присоединенный с возможностью передачи приводного усилия к передаточному механизму 44, который может быть планетарным передаточным механизмом. Крутящий момент, сформированный приводным мотором 42, как правило, при высокой скорости вращения, может быть преобразован посредством передаточного механизма 44 в более низкую скорость, но более высокий крутящий момент, и может быть передан колесу 12, которое установлено с возможностью вращения на жесткой оси 14, посредством соединительного механизма. Соединительный механизм реализуется посредством механизма 46 сцепления, который может сцепляться и расцепляться с соответствующим элементом 47 зубчатой передачи в диске 22 колеса 12.
Блок 40 привода снабжен системой охлаждения для охлаждения блока 40 привода, а также тормозного блока, расположенного поблизости от блока привода. Система охлаждения реализована в блоке 40 привода и работает следующим образом: Сначала, свежий воздух 50 всасывается через первый нагнетатель или вентилятор 52, работающий в качестве блока охлаждения привода. Первый нагнетатель или вентилятор 52 располагается с передней стороны 41 блока 40 привода. Передняя сторона 41 блока привода является стороной, обращенной от диска 22, формирующего дно чашеобразного пространства 28. В варианте осуществления на фиг. 2 блок 40 привода устанавливается во внешнем чашеобразном пространстве 28 установки колеса 12, и, таким образом, передняя сторона 41 блока 40 привода располагается с внешней стороны чашеобразного пространства 28 установки. Всасываемый свежий воздух 50 сжимается посредством вентилятора 52 и направляется в качестве воздуха 54, охлаждающего привод, между корпусом 56 блока 40 привода и его внутренними компонентами, вокруг блока 40 привода к задней стороне 43 блока 40 привода, которая ориентирована противоположно диску 22 колеса 12. Задняя сторона 43 блока 40 привода обращена к диску 22, формирующему дно чашеобразного пространства 28 установки колеса 12.
Форма блока 40 привода приспосабливается к внутренней форме колеса 12, т.е. внутренним размерам обода 18 и диска 22, так что при установке во внешнем чашеобразном пространстве 28 зазор формируется между ободом 18 и внешним корпусом 56 блока 40 привода. В этом зазоре поток 54 воздуха, охлаждающего привод, может выдуваться из внешнего чашеобразного пространства 28, т.е. тепло, формируемое блоком 40 привода в работе, рассеивается со скоростью, которая соответствует объему воздуха 54, охлаждающего привод, нагнетаемому вокруг блока 40 привода и из чашеобразного пространства 28 установки.
Вентилятор или нагнетатель 52 для формирования потока 54 воздуха, охлаждающего привод, показанный в варианте осуществления на фиг. 3, непосредственно приводится в действие приводным мотором 42 блока 40 привода через передаточный механизм. Таким образом, скорость вращения вентилятора или нагнетателя 52 устойчиво связана со скоростью вращения приводного мотора 42. В результате, фактическая эффективность охлаждения блока охлаждения привода непосредственно связана с фактической скоростью приводного мотора 42.
Вентилятор или нагнетатель 52 может также приводиться в действие посредством своего собственного привода, который может также быть реализован посредством электромотора или гидравлического мотора. В этом случае эффективность охлаждения может управляться независимо от фактического режима работы приводного мотора 42.
Второй вентилятор или нагнетатель 62 интегрируется в местоположение на задней стороне 43 блока 40 привода, т.е. стороне, обращенной к дну чашеобразного пространства 28 установки. Второй вентилятор 62 выполнен с возможностью всасывания воздуха, окружающего тормозной блок (не показан), установленный во внутреннем чашеобразном пространстве 26 установки колеса 12 (на фиг. 3 с левой стороны диска 22). Второй вентилятор 62 функционирует как вытяжной вентилятор и всасывает горячий воздух, формируемый тормозным блоком при его работе, в качестве потока 64 воздуха, охлаждающего тормоз через соответствующие отверстия в диске 22 колеса 12 и выдувает поток 64 воздуха, охлаждающего тормоз, вместе с потоком 54 воздуха, охлаждающего привод, через зазор между блоком 40 привода во внешнем чашеобразном пространстве 28 установки и ободом 18 из колеса 12.
В качестве дальнейшей доработки и улучшения, на фиг. 3 воздушный экран 70 устанавливается во внешнем чашеобразном пространстве 28 установки между задней стороной 43 блока 40 привода и диском 22, формирующим дно внешнего чашеобразного пространства 28 установки. Такой воздушный экран 70 выполнен с возможностью предотвращения смешивания потока 64 воздуха, охлаждающего тормоз, в области ближе по ходу относительно второго вентилятора 62 с потоком 54 воздуха, охлаждающего привод, дальше по ходу от блока охлаждения привода в позиции ближе по ходу от компонентов, которые формируют тепло. Тем самым, всасываемый воздух 64, охлаждающий тормоз, отделен от воздуха 54, охлаждающего привод, и, таким образом, эффективность охлаждения, обеспечиваемая блоком 64 охлаждения тормоза, не уменьшается посредством потока воздуха, охлаждающего привод. Другими словами, не допускается всасывания воздуха 54, охлаждающего привод, в блок 62 охлаждения тормоза. Это помогает улучшать эффективность блока 62 охлаждения тормоза, интегрированного в блок 40 привода.
Фиг. 4 показывает дополнительно увеличенный фрагмент поперечного разреза колеса 12 для иллюстрации дальнейшей доработки блока 40 привода согласно примерному варианту осуществления на фиг. 3. Поскольку конструкция блока 40 привода, показанная на фиг. 4, в основном, идентична конструкции, описанной в связи с фиг. 3, одинаковые элементы или части обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Дополнительно, ради ясности и краткости, только релевантные отличительные улучшения относительно дальнейшей доработки описываются в последующем более подробно. Для каких-либо других подробностей конструкции следует обратиться к описанию по фиг. 3.
Опять вентилятор или нагнетатель 52 работает в качестве блока охлаждения привода и формирует поток 54 воздуха, охлаждающего привод, всасывая свежий воздух с передней стороны 41 блока 40 привода, который устанавливается во внешнем чашеобразном пространстве 28 установки колеса 12. Передняя сторона 41 блока привода обращена от дна чашеобразного пространства 28 установки, т.е. она ориентирована на внешнюю сторону колеса 12. Всасываемый свежий воздух 50 сжимается и нагнетается в качестве потока 54 воздуха, охлаждающего привод, между внешним корпусом 56 блока 40 привода вокруг внутренних компонентов блока 40 привода, которые формируют тепло в работе, и по направлению к его задней стороне 43. Задняя сторона 43 блока привода обращена к дну чашеобразного пространства 28 установки. После поглощения тепла, сформированного в блоке 40 привода, поток 54 воздуха, охлаждающего привод, входит в модифицированный воздушный экран 72 согласно дальнейшей доработке, который формирует направляющий воздух канал 75, размещенный круговым образом близко к блоку 40 привода и ведущий поток 54 воздуха, охлаждающего привод по существу параллельно внешнему корпусу 56 блока 40 привода во внешнем направлении внешнего чашеобразного пространства 28 установки, т.е. от дна чашеобразного пространства 28 установки. Воздушный экран 72 размещается на периферии блока 40 привода относительно оси A вращения колеса 12. Таким образом, направляющий воздух канал 75 воздушного экрана 72 имеет по существу цилиндрическое или кольцеобразное сечение. Например, воздушный экран 72 может быть двухстенным трубообразным направляющим воздух каналом, в котором направляющий воздух проход 75 формируется между внутренней стенкой и внешней поверхностью внешнего корпуса 56 блока 40 привода. Отметим, что вместо полностью кольцеобразного сечения воздушный экран 72 может просто содержать соответствующие цилиндрические секции такой кольцеобразной направляющей воздух трубопроводной системы. Воздушный экран 72 может также содержать один или более направляющих воздух каналов, размещенных круговым образом, т.е. в заданных радиальных местоположениях (относительно оси A вращения колеса 12) блока 40 привода в качестве соответствующих воздухонаправляющих систем, например, в форме одной или более трубок.
Модифицированный воздушный экран 72 дополнительно содержит секцию 74 Вентури, сформированную посредством входного отверстия 76 для нагнетания, всасывающего отверстия 77 и выпускного отверстия 78. Поток 54 воздуха, охлаждающего привод, соединяется в качестве потока нагнетаемого воздуха во входном отверстии 76 для нагнетания секции 74 Вентури и ослабляется после прохождения горловины секции Вентури, тем самым, формируя низкое давление во всасывающем отверстии 77.
Секция 74 Вентури может быть реализована как сопло Вентури или трубка Вентури. Несколько сопел Вентури или трубок Вентури могут быть размещены по кругу вокруг блока 40 привода во внешнем чашеобразном пространстве 28 установки. Например, такие сопла Вентури или трубки Вентури могут быть сформированы соосно цилиндрическим образом на периферии блока 40 привода. Альтернативно, сопла или трубки Вентури могут быть размещены в форме круглых секций вокруг блока 40 привода, т.е. размещены на его окружности.
Согласно дальнейшей доработке секция 74 Вентури применяется в качестве блока охлаждения тормоза, когда она формирует поток 64 воздуха, охлаждающего тормоз, посредством всасывающего отверстия 77 секции 74 Вентури. Всасывающее отверстие 77 соединяется с трубообразным воздухопроводом, который имеет отверстие или несколько отверстий, близких к дну чашеобразного пространства 28 установки, т.е. в показанном варианте осуществления близко к диску 22 колеса, где предусмотрены соответствующие отверстия, через которые горячий воздух, формируемый при работе тормозного блока на другой стороне колесного диска 22, может всасываться для охлаждения тормозного блока. Секция 74 Вентури дополнительно содержит общее выпускное отверстие 78, через которое поток 54 воздуха, охлаждающего привод, и поток 64 воздуха, охлаждающего тормоз, главным образом, выдуваются из внешнего чашеобразного пространства 28 установки.
Хотя не показано подробно, принцип согласно дальнейшей доработке настоящего изобретения, иллюстрированной на фиг. 4, может также быть реализован так, что первый вентилятор или нагнетатель 52, используемый в качестве блока охлаждения привода, опускается, а взамен присутствует второй вентилятор или нагнетатель 62, как показано на фиг. 3, используемый в качестве блока охлаждения тормоза. В целом, может быть использован воздушный экран с конфигурацией как у воздушного экрана 72 в варианте осуществления, показанном на фиг. 4, кроме секции 74 Вентури. Секцию 74 Вентури необходимо адаптировать так, что поток 64 воздуха, охлаждающего тормоз, используется в качестве выдуваемого потока воздуха для формирования низкого давления во всасывающем отверстии секции 74 Вентури. Поток 54 воздуха, охлаждающего привод, затем связывается с всасывающим отверстием секции 74 Вентури.
Соответственно в этом альтернативном варианте осуществления посредством прохождения потока 64 воздуха, охлаждающего тормоз, через секцию 74 Вентури, поток 54 воздуха, охлаждающего привод, может формироваться посредством всасывания свежего воздуха в области, где больше не присутствует первый вентилятор или нагнетатель 52 с передней стороны 41 блока 40 привода. Таким образом, секция 74 Вентури может рассматриваться как применяемая в качестве блока охлаждения привода. Всасываемый свежий воздух 50 опять направляется через средство направления воздуха вокруг внутренних компонентов блока 40 привода, который формирует тепло при работе, и, таким образом, тепло уносится посредством потока 54 воздуха, охлаждающего привод, как в варианте осуществления на фиг. 3 или 4.
Настоящее изобретение было описано посредством примерных вариантов осуществления, показанных на фиг. 3 и 4, согласно которым тормозной блок, ассоциированный с колесом, устанавливается во внутреннем чашеобразном пространстве 26 установки (т.е. чашеобразном пространстве установки на стороне колеса, ориентированной к тележке шасси), а блок 40 привода устанавливается во внешнем чашеобразном пространстве 28 установки (т.е. чашеобразном пространстве установки на стороне колеса, ориентированной от тележки шасси). Однако, тем не менее, возможно иметь блок 40 привода, установленный во внутреннем чашеобразном пространстве 26 установки, и тормозной блок во внешнем чашеобразном пространстве 28 установки.
Фиг. 5 иллюстрирует функциональный принцип секции 74 Вентури, используемой в дальнейшей доработке настоящего изобретения, показанной на фиг. 4.
В основном сопло Вентури является дроссельным устройством, в котором нагнетаемый воздушный поток связывается с входным отверстием 76 для нагнетания секции 74 Вентури. Такой нагнетаемый воздушный поток может быть одним из сформированных охлаждающих воздушных потоков, потока 54 воздуха, охлаждающего привод и формируемого первым вентилятором или нагнетателем 52, или, альтернативно, потока 64 воздуха, охлаждающего тормоз и формируемого вторым вентилятором или нагнетателем 62. За счет работы вентилятора нагнетаемый воздушный поток слегка сжимается относительно атмосферного давления, например, сжимается примерно до соотношения 1,3 к 1 (т.е. около 0,3 бар больше атмосферного давления) или более. При прохождении горловины 75 секции 74 Вентури нагнетаемый воздушный поток с высоким давлением HP ослабевает внутри системы 74 Вентури, тем самым, формируя низкое давление LP во всасывающем отверстии 72 системы Вентури.
Авторы изобретения обнаружили, что посредством этой конфигурации достаточно низкое давление LP может быть сформировано во всасывающем отверстии 72, которое должно использоваться в качестве блока охлаждения для формирования второго требуемого охлаждающего воздушного потока, т.е. потока 64 воздуха, охлаждающего тормоз, согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 4, или потока 54 воздуха, охлаждающего привод (не показан явно). Вычисления и моделирования показали, что соотношение воздушных потоков, требуемых для охлаждения тормозного блока, с одной стороны, а также для охлаждения блока 40 привода, с другой стороны, содержат размеры, которые могут быть реализованы в контексте колеса тележки шасси воздушного судна согласно изобретению. Наконец, система или секция 74 Вентури содержит общее выпускное отверстие 78, из которого оба охлаждающих воздушных потока для тормозного блока, а также для блока привода, выдуваются.
Что касается одного конкретного аспекта настоящего изобретения, будет обсужден специальный способ управления блоком 40 привода. Как описано выше, один или два вентилятора или нагнетателя 52, 62 могут приводиться в действие, непосредственно или опосредовано, посредством приводного мотора 42 блока 40 привода. Соответственно, скорость вращения блока охлаждения или блоков охлаждения, формирующих требуемые охлаждающие воздушные потоки, устойчиво зависит от фактической скорости вращения приводного мотора 42. В режиме формирования тяги приводного мотора 42, крутящий момент, сформированный приводным мотором 42, переносится через сцепленную муфту 46 сцепления к колесу 12, например, когда воздушное судно движется во время руления. Высокая плотность мощности требуется для приводного мотора 42 для того, чтобы позволять блоку 30 привода формировать достаточно большой крутящий момент на выходной стадии. Формирование требуемого крутящего момента вызывает формирование высокого уровня тепла внутри блока 40 привода. Большая часть тепла формируется во время режима формирования тяги. Однако, вследствие устойчивой связи скорости вращения блока 52 охлаждения, требуемого для охлаждения блока 40 привода, существует риск того, что скорость вращения приводного мотора 42 является недостаточно большой, чтобы формировать достаточно большой охлаждающий воздушный поток для рассеивания сформированного тепла. Когда электромотор работает на низких скоростях вращения и с высоким крутящим моментом, большая часть тепла, которое должно быть рассеяно, формируется посредством такого мотора. Это, в частности, применяется, когда приводной мотор 42 блока 40 привода работает в режиме формирования тяги для того, чтобы приводить в движение воздушное судно, и скорость хода воздушного судна является низкой. В частности, когда блок 40 привода согласно изобретению используется в качестве так называемой «зеленой» системы руления для воздушного судна, блок привода часто используется в так называемой работе с остановками. Соответственно, в режиме формирования тяги недостаточный охлаждающий воздушный поток формируется посредством системы охлаждения, содержащей блок охлаждения привода, приводимый в действие электромотором 42 блока привода.
Для решения этой проблемы, согласно дополнительному аспекту изобретения предлагается способ для управления блоком привода. Способ для управления блоком привода согласно изобретению обеспечивает улучшенную стратегию управления, чтобы обеспечивать требуемое охлаждение блока привода.
В этом контексте полезно определить, должно ли колесо 12 задействоваться в режиме формирования тяги, или должно ли колесо 12 задействоваться в режиме без формирования тяги.
В режиме формирования тяги воздушное судно движется посредством крутящего момента, формируемого блоком 40 привода и передаваемого на колесо 12. Следовательно, в режиме формирования тяги, блок 40 привода должен работать в режиме формирования тяги, в частности.
В режиме без формирования тяги крутящий момент, формируемый блоком 40 привода, не требуется для движения воздушного судна. Точнее, в режиме без формирования тяги воздушное судно может все еще двигаться без передачи какого-либо крутящего момента на колесо 12 блоком 40 привода. Обычно воздушное судно движется по инерции, когда оно движется без формирования тяги, но вследствие инерции своего собственного движения после продвижения вперед посредством блока 40 привода. Воздушное судно может также продвигаться вперед другим способом, чем посредством блока 40 привода, при движении по инерции (например, продвигаясь вперед посредством основных двигателей без какой-либо поддержки от блока 40 привода). Воздушное судно также рассматривается как находящееся в режиме без формирования тяги, когда замедляется, т.е. тормозится посредством применения тормозов, или когда оно остановлено, т.е. во время стоянки. Т.е. воздушное судно также рассматривается как находящееся в режиме без формирования тяги, когда находится в положении стоянки или когда останавливается во время руления. Другими словами, любые фазы работы, когда блоку 40 привода не требуется передавать какой-либо крутящий момент колесу 12, могут рассматриваться как режим без формирования тяги.
Обычно на воздушном судне, имеющем блоки 40 привода, установленные в колесах 12 тележки шасси, применяемой в качестве шасси воздушного судна, такие шасси применяются в качестве основного шасси воздушного судна. Для таких шасси имеется система управления, через которую доступны входные команды пилота воздушного судна, чтобы обнаруживать, должно ли колесо, и, соответственно, блок привода, ассоциированный с ним, задействоваться в режиме формирования тяги или в режиме без формирования тяги.
Согласно способу, предложенному здесь, пока система управления обнаруживает, что режим формирования тяги колеса 12 и/или блока 40 привода не требуется, блок 40 привода может работать в режиме без формирования тяги, когда крутящий момент, формируемый приводным мотором 42, не передается колесу 12. При переключении в режим без формирования тяги система управления блока 40 привода управляет муфтой 46 сцепления блока 40 привода, так что приводной мотор 42 блока 40 привода больше не соединяется с возможностью передачи приводного усилия с колесом 12. После того как такая операция разъединения была выполнена, нет необходимости синхронизировать скорость вращения приводного мотора 42 с фактической скоростью вращения колеса 12.
Изобретение предлагает, чтобы приводной мотор 42 блока 40 привода непосредственно управлялся так, что его скорость вращения увеличивалась до гораздо более высокого уровня, как только операция разъединения была выполнена. Таким образом, также вентилятор или нагнетатель(и) 52 и/или 62, используемые в качестве блоков охлаждения, которые непосредственно приводятся в действие приводным мотором 42, также ускоряются соответствующим образом. Это приводит в результате к формированию гораздо большего охлаждающего воздушного потока для блока 40 привода, а также для тормозного блока 30. Поскольку крутящий момент совсем не формируется приводным мотором 42 при движении с высокими скоростями вращения, но с низкой нагрузкой кручения, в режиме без формирования тяги блока 40 привода формируется меньше тепла, которое должно быть рассеяно, но формируется много охлаждающего воздуха.
В результате тепло, формируемое во время режима формирования тяги колеса 12 или блока 40 привода, главным образом, поглощается компонентами блока 40 привода и другими компонентами колеса/шасси, соседними с ним. Такое тепло накапливается посредством тепловой емкости всей конструкции. Во время работы колеса/блока привода в режиме без формирования тяги такое тепло рассеивается посредством системы охлаждения, работающей с максимальной производительностью.
Как только снова требуется работа колеса/блока привода в режиме формирования тяги, например, для того, чтобы перемещать воздушное судно во время руления, предложенная стратегия управления немедленно управляет скоростью вращения приводного мотора 42 таким образом, чтобы синхронизировать ее с фактической скоростью колеса 12. Как только скорость вращения приводного мотора 42 синхронизируется с колесом 12, система управления управляет муфтой 46 сцепления, чтобы сцепляться с колесом 12, так что блок 40 привода опять соединяется с колесом 12 тележки шасси. В такой ситуации колесо 12 может приводиться в движение с желаемым крутящим моментом и блоком 40 привода/колесом 12, работающим в режиме формирования тяги.
С блоками 40 привода, использующим постоянно возбужденные электромоторы, предложенная стратегия управления и способ могут быть реализованы так, что переключение с режима формирования тяги на режим без формирования тяги и наоборот может выполняться в доли секунды. Следовательно, процесс управления, подразумевающий переключение с режима формирования тяги в режим без формирования тяги и наоборот, вероятно не будет распознан пилотом или пассажирами воздушного судна как некомфортная обратная связь при эксплуатации воздушного судна.
Наконец, был раскрыт блок 40 привода для колеса 12 летательного аппарата, ассоциированный с тормозным блоком 30 для торможения колеса 12, блок 40 привода содержит приводной мотор 42, соединяемый с возможностью передачи приводного усилия с колесом 12; и система охлаждения, включающая в себя по меньшей мере блок 52 охлаждения привода, выполненный с возможностью формирования потока 54 воздуха, охлаждающего привод, для охлаждения блока 40 привода и блок 62, 70 или 72, 74 охлаждения тормоза, выполненный с возможностью формирования потока 64 воздуха, охлаждающего тормоз, посредством всасывания воздуха из тормозного блока 30. Дополнительно, был раскрыт способ управления таким блоком 40 привода, в котором система охлаждения приводится в действие приводным мотором 42 блока 40 привода, способ содержит отсоединение приводного мотора 42 от колеса 12 и увеличение скорости вращения приводного мотора 42, чтобы увеличивать объем формируемого охлаждающего привод воздуха 54, когда рабочее состояние колеса 12 и/или блока 40 привода переключается из режима формирования тяги в режим без формирования тяги.
Посредством настоящего изобретения термическая емкость или теплоемкость блока 40 привода и соседних компонентов используется для сохранения тепла, формируемого приводным мотором 42 во время режима формирования тяги. Такое сохраненное тепло рассеивается во время режима без формирования тяги колеса 12, когда интегрированная система охлаждения может работать с максимальной производительностью. Блок 40 привода согласно настоящему изобретению также обеспечивает преимущество в том, что охлаждение блока 40 привода во время остановки воздушного судна, например, когда воздушное судно припарковано в положении стоянки, или когда воздушное судно останавливается во время руления, возможно без каких-либо ограничений.