УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ ЛИНЕЙНОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА (ВАРИАНТЫ) И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ
DEVICE FOR FIXATION OF LINE ACTUATOR (VERSIONS) AND ITS IMPLEMENTATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится в целом к схеме конструкции блока поршневого цилиндра. Более конкретно, настоящее изобретение относится к фиксирующему устройству, с помощью которого поршневой шток линейного исполнительного механизма фиксируется относительно его цилиндра, и, соответственно, к линейному исполнительному механизму, снабженному указанным фиксирующим устройством, с помощью которого может изменяться угол наклона горизонтального стабилизатора летательного аппарата, в частности горизонтального хвостового оперения, относительно корпуса летательного аппарата. Кроме того, настоящее изобретение относится к летательному аппарату, который снабжен таким линейным исполнительным механизмом с предлагаемым в изобретении фиксирующим устройством, с помощью которого может изменяться угол наклона горизонтального стабилизатора летательного аппарата, в частности горизонтального хвостового оперения, относительно корпуса летательного аппарата.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обычно хвостовое оперение летательного аппарата, угол которого относительно корпуса летательного аппарата может изменяться для балансировки (триммироваться), перемещается с помощью ходовых винтов с трапецеидальной резьбой или шариковых ходовых винтов. Такие исполнительные механизмы, используемые для изменения угла наклона хвостового оперения летательного аппарата относительно его корпуса, в авиационной терминологии обычно называются "приводами управляемого горизонтального стабилизатора", и этот термин будет использоваться в рамках настоящего изобретения. Для выдерживания статических нагрузок ходовые винты с трапецеидальной резьбой снабжены механизмами самозапирания, а шариковые ходовые винты выполняются с механизмом торможения.
Хотя в качестве приводов управляемых горизонтальных стабилизаторов желательно использовать пневматические или гидравлические поршневые цилиндры, однако, как правило, это невозможно, поскольку в случае отказа системы (падение давления) такая конструкция не может удерживать стабилизатор в установленном положении. Хотя известны фиксирующие устройства, обеспечивающие фиксацию конечного положения, например "привод Кругера" (Kruger Actuator), однако такой механизм фиксации конечного положения не может зафиксировать блок поршневого цилиндра в любом произвольном положении. Кроме того, известны различные механизмы для удерживания блока поршневого цилиндра в произвольном положении, однако такие механизмы, как правило, работают с использованием нежесткого соединения, которое осуществляется за счет трения внутри цилиндра, как, например, в случае "цилиндра Ханхена" компании Hanchen.
При использовании такого фиксирующего механизма с нежестким соединением могут быть получены лишь небольшие статические удерживающие усилия, которые существенно ниже, чем рабочие усилия, развиваемые самим блоком поршневого цилиндра. Таким образом, известные технические решения, обеспечивающие фиксацию линейного приводного механизма, могут фиксировать его лишь в одном определенном положении или же создавать незначительные удерживающие усилия (например, фиксирующий механизм с нежестким соединением).
Кроме того, трудно проводить технический контроль указанных известных фиксирующих механизмов, поскольку они размещаются внутри блока поршневого цилиндра. В связи с отмеченными недостатками блоки поршневых цилиндров не могут быть использованы в качестве приводов управляемых горизонтальных стабилизаторов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ввиду вышеуказанных недостатков, препятствующих использованию блока поршневого цилиндра в качестве привода управляемого горизонтального стабилизатора, имеется потребность в техническом решении, обеспечивающем надежное использование линейного исполнительного механизма, такого как, например, блок поршневого цилиндра, в качестве привода управляемого горизонтального стабилизатора.
В контексте настоящего изобретения понятие «линейного исполнительного механизма» охватывает все блоки поршневых цилиндров, для привода которых может использоваться, например, гидравлическая, пневматическая или электрическая энергия, например, создаваемая магнитными полями. Прежде всего, под линейными исполнительными механизмами понимаются гидравлические или пневматические цилиндры.
Указанная задача может быть решена с помощью фиксирующего устройства, обеспечивающего возможность фиксации поршневого штока линейного исполнительного механизма относительно его цилиндра, с помощью применения линейного исполнительного механизма, снабженного таким фиксирующим устройством, так что угол наклона горизонтального стабилизатора летательного аппарата, например горизонтального хвостового оперения, может регулируемым образом изменяться относительно корпуса летательного аппарата, и с помощью летательного аппарата, который оснащен линейным исполнительным механизмом с предлагаемым в изобретении фиксирующим устройством, так что угол наклона горизонтального стабилизатора летательного аппарата, например горизонтального хвостового оперения, может регулируемым образом изменяться относительно корпуса летательного аппарата.
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения фиксирующее устройство обеспечивает возможность фиксации поршневого штока линейного исполнительного механизма относительно его цилиндра. В соответствии с первым вариантом фиксирующее устройство содержит первые фиксирующие элементы для обеспечения жесткого соединения, которые охватывают кольцами внешнюю поверхность цилиндра и располагаются по его длине на определенном расстоянии друг от друга. Кроме того, фиксирующее устройство содержит по меньшей мере один второй фиксирующий элемент для обеспечения жесткого соединения, который перемещается вместе с поршневым штоком при работе линейного исполнительного механизма и проходит вдоль части цилиндра. Перемещение второго фиксирующего элемента вместе с поршневым штоком может быть достигнуто за счет по меньшей мере опосредованного их соединения. Для фиксации поршневого штока относительно цилиндра по меньшей мере один второй фиксирующий элемент устроен таким образом, чтобы он входил во взаимодействие с одним из первых фиксирующих элементов с установлением жесткого соединения в одном из дискретных положений по длине цилиндра. Благодаря тому, что второй фиксирующий элемент по меньшей мере опосредованно соединен с поршневым штоком, дальнейший ход линейного исполнительного механизма может предотвращаться в результате созданного жесткого соединения, так что в случае отказа источника энергии, от которого работает линейный исполнительный механизм, он может удерживаться в его последнем установленном положении с помощью предлагаемого в настоящем изобретении фиксирующего устройства.
В альтернативном варианте можно поменять взаимное расположение элементов. В этом альтернативном варианте фиксирующее устройство содержит, по меньшей мере, один первый фиксирующий элемент для обеспечения жесткого соединения, который охватывает по кольцу внешнюю поверхность цилиндра в зоне выхода поршневого штока. Кроме того, фиксирующее устройство содержит вторые фиксирующие элементы для обеспечения жесткого соединения, которые перемещаются вместе с поршневым штоком при работе линейного исполнительного механизма и при этом проходят мимо первого фиксирующего элемента.
Перемещение вторых фиксирующих элементов вместе с поршневым штоком может быть достигнуто за счет, по меньшей мере, опосредованного соединения фиксирующих элементов и штока. Для фиксации поршневого штока относительно цилиндра по меньшей мере один первый фиксирующий элемент устроен таким образом, чтобы он входил во взаимодействие с одним из вторых фиксирующих элементов с установлением жесткого соединения. Благодаря тому, что вторые фиксирующие элементы по меньшей мере опосредованно соединены с поршневым штоком, дальнейший ход линейного исполнительного механизма может предотвращаться в результате созданного жесткого соединения, так что в случае отказа источника энергии, от которого работает линейный исполнительный механизм, он может удерживаться в его последнем установленном положении с помощью предлагаемого в настоящем изобретении фиксирующего устройства.
Описанное механическое фиксирующее устройство может использоваться со всеми типами линейных исполнительных механизмов, таких как, например, гидравлические или пневматические цилиндры или блоки поршневых цилиндров с электрическим приводом, которые имеют цилиндрическую форму и должны надежно фиксироваться механически в определенных дискретных положениях. Хотя первоначальной целью изобретения является обеспечение привода для управляемого горизонтального стабилизатора, в котором используется блок поршневого цилиндра, однако предлагаемое в настоящем изобретении фиксирующее устройство, безусловно, может использоваться и в других приводах летательного аппарата, таких как, например, приводы закрылков, предкрылков или спойлеров. Кроме того, предлагаемое в настоящем изобретении фиксирующее устройство может быть использовано и в других применениях, например, в приводах дверей.
С появлением фиксирующего устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, линейные исполнительные механизмы (электрические, гидравлические или пневматические) могут использоваться в совершенно новых областях, обеспечивая возможность использования блоков поршневых цилиндров в качестве приводов управляемых горизонтальных стабилизаторов. Благодаря механическому фиксирующему устройству может обеспечиваться надежное удерживание линейного исполнительного механизма в последнем установленном положении в случае отказа источника энергии, поскольку при этом нет необходимости в дополнительной энергии. В отличие от известных конструкций фиксирующих устройств с нежестким соединением линейный исполнительный механизм с предлагаемым в настоящем изобретении фиксирующим устройством, имеющим соответствующие размеры, может надежно выдерживать нагрузки, сравнимые с усилиями, развиваемыми самим линейным исполнительным механизмом при его работе.
Поскольку предлагаемое в настоящем изобретении фиксирующее устройство в основном размещается по внешней поверхности линейного исполнительного механизма и/или его цилиндра, то фиксирующее устройство можно легко осмотреть, проверить и, при необходимости, отремонтировать. Поскольку само фиксирующее устройство в случае отказа источника энергии, от которого работает линейный исполнительный механизм, передает нагрузки от цилиндра к поршневому штоку, оно может составлять второй путь нагружения, по которому в случае выхода из строя источника энергии может безопасно передаваться нагрузка, действующая на линейный исполнительный механизм.
Ниже рассматриваются специальные модификации первого варианта предлагаемого в настоящем изобретении фиксирующего устройства. Эти специальные модификации совершенно очевидным образом могут использоваться с минимальными изменениями и во втором варианте предлагаемого в настоящем изобретении фиксирующего устройства.
Для того чтобы выполнить жесткое соединение по меньшей мере одного второго фиксирующего элемента с одним из первых фиксирующих элементов, по меньшей мере один второй фиксирующий элемент устроен таким образом, что он может находиться в положении запирания или в положении отпирания. В положении запирания по меньшей мере один второй фиксирующий элемент находится во взаимодействии с одним из первых фиксирующих элементов с установлением жесткого соединения, а в положении отпирания он выводится из такого соединения.
Для того чтобы не использовать дополнительную энергию для перемещения по меньшей мере одного второго фиксирующего элемента в положение запирания, он устроен таким образом, чтобы в нем создавалась возвращающая сила, которая стремится вернуть фиксирующий элемент из положения отпирания в положение запирания. Для противодействия этой возвращающей силе, чтобы по меньшей мере один второй фиксирующий элемент не возвращался в положение запирания в произвольные моменты времени, предлагаемое в изобретении фиксирующее устройство содержит дополнительно отпирающий привод, который устроен и располагается таким образом, чтобы при его срабатывании по меньшей мере один фиксирующий элемент удерживался в положении отпирания с противодействием возвращающей силе.
Как указывалось выше, для того чтобы фиксирующее устройство сработало в случае отказа источника энергии, дополнительная энергия не требуется. Это можно достичь таким образом, чтобы отпирающий привод работал от источника энергии, соединенного с источником энергии, от которого работает линейный исполнительный механизм, то есть в случае отказа источника энергии линейного исполнительного механизма по меньшей мере один второй фиксирующий элемент может перемещаться в положение запирания под действием возвращающей силы. В случае гидравлического линейного исполнительного механизма может использоваться также гидравлический отпирающий привод, причем подача гидравлической энергии в оба устройства осуществляется таким образом, что при отказе основного источника энергии линейного исполнительного механизма также прекращается подача энергии в отпирающий привод, в результате чего по меньшей мере один второй фиксирующий элемент автоматически перемещается в положение запирания в момент прекращения подачи энергии и, соответственно, фиксирует последнее установленное положение линейного исполнительного механизма.
В одном варианте первые фиксирующие элементы, обеспечивающие жесткое соединение, могут быть выполнены, например, в форме кольцевых канавок, охватывающих цилиндр по его внешней поверхности. При этом канавки могут быть выполнены непосредственно на внешней поверхности цилиндра или в отдельной соединительной гильзе, внутренний диаметр которой соответствует внешнему диаметру цилиндра таким образом, чтобы соединительная гильза могла быть жестко установлена на цилиндре.
Как уже указывалось выше, по меньшей мере один второй фиксирующий элемент присоединятся опосредованно к поршневому штоку, чтобы перемещаться вместе с ним. Такое опосредованное соединение может быть выполнено, например, с помощью трубы с глухим концом, которая присоединена к концу поршневого штока, находящемуся за пределами цилиндра, и которая концентрически окружает поршневой шток на некотором расстоянии от него. Это расстояние выбирается таким образом, чтобы при работе линейного исполнительного механизма цилиндр мог входить в пространство между штоком и трубой с глухим концом. Для того чтобы зафиксировать трубу с глухим концом и, соответственно, поршневой шток относительно цилиндра, в трубе с глухим концом в зоне перекрытия трубы и цилиндра размещается по меньшей мере один второй фиксирующий элемент. Соединение между трубой с глухим концом и свободным концом поршневого штока может быть осуществлено таким образом, чтобы свободный конец поршневого штока прикреплялся к закрытой передней стенке трубы изнутри трубы, так чтобы вместе они формировали колоколообразную конструкцию.
Простой вариант конструкции по меньшей мере одного второго фиксирующего элемента может представлять пружинное фиксирующее кольцо, размеры которого выбираются таким образом, чтобы в положении запирания он входив в одну из канавок с установлением жесткого соединения. В альтернативном варианте также можно использовать второй фиксирующий механизм в форме небольших блоков поршневых цилиндров, которые размещаются, например, снаружи цилиндра и штоки поршней которых, приводимые пружинами, входят в канавки цилиндра в случае отказа источника энергии.
Для размещения второго фиксирующего элемента, выполненного в форме пружинного фиксирующего кольца, внутри трубы с глухим концом, в зоне перекрытия цилиндра и фиксирующего устройства может быть сформирован кольцевой зазор, в который входит пружинное фиксирующее кольцо в положении отпирания.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения линейный исполнительный механизм с вышеописанным фиксирующим устройством может использоваться в качестве привода управляемого горизонтального стабилизатора. Такое применение линейных исполнительных механизмов до сих пор было невозможно, поскольку известные фиксирующие механизмы для линейных исполнительных механизмов могли воздавать лишь незначительные удерживающие усилия или даже были неспособны осуществить фиксацию в произвольном положении механизма.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения предлагается летательный аппарат, на котором используется по меньшей мере один линейный исполнительный с фиксирующим устройством, имеющим вышеописанные признаки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение описывается ниже более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, которые являются всего лишь иллюстрациями варианта осуществления изобретения. На чертежах показано:
Фигура 1 - вид разобранного фиксирующего механизма в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фигура 2а - продольное сечение блока поршневого цилиндра, снабженного фиксирующим механизмом, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фигура 2b - увеличенный вид зоны А фигуры 2а.
Фигура 3 - вид поперечного сечения фиксирующего механизма по линии В-В фигуры 2а в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На прилагаемых фигурах одинаковые или соответствующие ссылочные номера указывают одинаковые или соответствующие элементы. Фигуры выполнены без соблюдения масштаба, однако на них отражены характеристические соотношения элементов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже предлагаемый в настоящем изобретении фиксирующий механизм описан применительно к гидравлическому линейному исполнительному механизму 6, однако принцип изобретения может быть использован в линейном цилиндрическом исполнительном механизме, имеющем пневматический или любой другой привод.
Ниже изобретение рассматривается подробно со ссылками на прилагаемые чертежи (см. фигуры 1-3). Фиксирующий механизм в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения используется для фиксации поршневого штока 7 линейного исполнительного механизма 6 относительно его цилиндра 8. Такой линейный исполнительный механизм 6, выполненный в форме блока 6 поршневого цилиндра, показан на фигуре 2а. В состав блока 6 поршневого цилиндра входит цилиндр 8 и поршневой шток 7, который размещен в цилиндре с возможностью перемещения в продольном направлении. Под действием давления в полости цилиндра 8 поршневой шток 7 известным способом перемещается в продольном направлении. Как можно видеть на фигуре 2а, и еще лучше на фигуре 2b, к внешней поверхности цилиндра 8 прикреплена соединительная гильза, которая снабжена кольцевыми канавками 9 на внешней поверхности, разнесенными с некоторым шагом по длине цилиндра. Хотя в рассматриваемом примере канавки 9 устроены на отдельной соединительной гильзе, совершенно ясно, что эти канавки могут быть выполнены также непосредственно на внешней поверхности цилиндра 8.
Как дополнительно показано на фигуре 2b, поршневой шток 7 окружен концентрически трубой 2 с глухим концом, которая прикреплена к свободному концу поршневого штока 7. Труба 2 с глухим концом охватывает поршневой шток 7 таким образом, что между ними имеется пространство, в которое может входить цилиндр 8 при работе блока б поршневого цилиндра.
Поршневой шток 7 присоединяется к передней стенке 11 трубы 2 с глухим концом, причем передняя стенка 11 герметизирует трубу 2 на одном конце, на продолжении которого имеется проушина 12, предназначенная для присоединения блока 6 поршневого цилиндра.
На противоположном, открытом конце трубы 2 с глухим концом установлено активное фиксирующее устройство в форме по меньшей мере одного второго фиксирующего элемента 4.
Как лучше всего можно видеть на фигурах 1 и 3, по меньшей мере один второй фиксирующий элемент выполнен в рассматриваемом варианте осуществления изобретения в форме пружинного фиксирующего кольца 4, которое размещается в положении отпирания в кольцевом зазоре 10, сформированном на открытом конце трубы 2. Такой кольцевой зазор 10 может быть сформирован фиксирующей муфтой 3, которая может, например, навинчиваться на расширенную часть конца трубы 2 с глухим концом. Внутренний диаметр пружинного фиксирующего кольца 4 выбирается таким образом, чтобы в нерастянутом состоянии (положение запирания) кольца он был по существу равен внутреннему диаметру канавок соединительной муфты 1.
Для того чтобы фиксирующий механизм блока поршневого цилиндра постоянно находился в положении отпирания, на концах разрыва пружинного фиксирующего кольца 4 имеется небольшой отпирающий привод 5, соединенный с источником энергии, который, в свою очередь, подключен к источнику энергии, от которого работает сам блок 6 поршневого цилиндра. При приведении в действие отпирающего привода 5 пружинное фиксирующее кольцо 4 удерживается с противодействием возвращающей силе, которая стремится перевести его в положение запирания, в положении отпирания, в котором кольцо 4 размещается в кольцевом зазоре 10, так что обеспечивается беспрепятственная работа блока 6 поршневого цилиндра.
Если источник энергии блока 6 поршневого цилиндра выходит из строя, отпирающий привод не будет больше противодействовать возвращающей силе пружинного фиксирующего кольца 4, поскольку источник энергии исполнительного механизма 5 работает от источника энергии, обеспечивающего работу блока 6 поршневого цилиндра, в результате чего пружинное фиксирующее кольцо 4 перемещается из положения отпирания в положение запирания, в котором оно входит в одну из канавок 9 соединительной гильзы 1, так что поршневой шток 7 фиксируется относительно цилиндра 8. Соответственно полученное жесткое фиксирующее соединение между двумя проушинами 12 блока 6 поршневого цилиндра надежно фиксирует цилиндр и представляет второй путь нагружения для повышения безопасности.