ПРИВОД, ОСНАЩЕННЫЙ СИСТЕМОЙ NO BACK С ЗОНОЙ БЛОКИРОВКИ
DRIVE EQUIPPED WITH “NO BACK” SYSTEM WITH LOCKING ZONE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области авиационных приводов и, более конкретно, к области приводов механизма реверса тяги реактивных двигателей и, в частности, турбореактивных двигателей.
Уровень техники
В классической системе реверса тяги турбореактивного двигателя летательного аппарата гондола турбореактивного двигателя имеет подвижные поверхности, которые могут перемещаться между первым дополнительно убранным положением и вторым выдвинутым положением таким образом, чтобы перенаправлять часть потока газа, производимого турбореактивным двигателем в сторону передней части летательного аппарата, причем эти положения находятся по обе стороны от третьего убранного положения подвижной поверхности. Активация устройства реверса тяги позволяет, в частности, сократить пробег при приземлении летательного аппарата. Развертывание подвижных поверхностей уже в самом начале их открывания приводит к воздействию на них усилий, которые стремятся заставить подвижную поверхность быстро перейти из ее убранного положения в ее выдвинутое положение.
Традиционно, подвижные поверхности перемещают при помощи гидравлических приводов, преимуществом которых является то, что они тормозят действующую на них нагрузку.
Было предложено оснащать устройства реверса тяги электрическими приводами вместо гидравлических приводов. Такой электрический привод содержит корпус и электрический двигатель для приведения во вращение шарикового винта. Шариковый винт включает в себя винт, установленный на корпусе с возможностью поворота, и гайку, посаженную на винт. Гайка имеет средства соединения с подвижной поверхностью и может перемещаться из первого убранного положения, в котором подвижная поверхность закрыта, во второе выдвинутое положение, в котором подвижная поверхность по меньшей мере частично отклоняет часть потока реактивного двигателя.
В шариковом винте трения между гайкой и винтом являются настолько слабыми, что он образует реверсивную систему передачи движения: вращение винта приводит к осевому перемещению гайки, но, с другой стороны, осевое усилие на гайку может привести к вращению винта и к осевому перемещению гайки в направлении действия этого осевого усилия. Однако необходимо, чтобы подвижная поверхность не могла выдвигаться под действием усилий, которые могли бы действовать на нее напрямую: действительно, случайное развертывание подвижной поверхности может иметь катастрофические последствия для безопасности самолета. Обычно ставят перед собой задачу контроля развертывания подвижной поверхности и, в частности, контроля скорости развертывания. Для этого привод может содержать устройство предотвращения развертывания (обычно называемое “No Back”), которое тормозит вращение винта, когда подвижная поверхность действует на гайку тяговым усилием, стремящимся ее переместить в ее второе убранное положение. Такое устройство известно из документа EP 3078589. Такая ситуация возникает, в частности, во время открывания подвижной поверхности в ходе фазы приземления. Набегающий поток, который действует на турбореактивный двигатель и к которому добавляются усилия, создаваемые потоком, выходящим из турбореактивного двигателя, действует большим тяговым усилием на подвижную поверхность с самого начала ее открывания.
Устройство предотвращения развертывания выполнено таким образом, чтобы не тормозить вращение винта во время перемещения гайки из ее второго выдвинутого положения в ее третье убранное положение, что позволяет не увеличивать размерные параметры электрического двигателя.
Чтобы препятствовать случайному развертыванию подвижной поверхности, дополнительно предусмотрено главное устройство блокировки (или PLS от “primary lock system”), содержащее замки, установленные на гондоле и стопорящие подвижную поверхность в ее убранном положении. Как правило, приводы подвижной поверхности занимают свое первое положение, называемое «дополнительно убранным положением», после прохождения дополнительного хода убирания из их третьего убранного положения. Когда гайка находится в своем первом дополнительно убранном положении, в котором она удерживает подвижную поверхность дальше ее убранного положения, подвижная поверхность слегка сжимает прокладки гондолы, взаимодействующие с подвижной поверхностью, что позволяет освободить замки главного устройства блокировки для обеспечения дальнейшего развертывания подвижной поверхности.
Размерные параметры подвижной поверхности рассчитаны с учетом того, что во время полета она остается заблокированной главным устройством блокировки в своем убранном положении. Вибрации, действующие на подвижную поверхность во время полета, могут создавать непродолжительные усилия, стремящиеся перевести подвижную поверхность в ее дополнительно убранное положение. Реверсивность шарикового винта допускает такое движение. Когда эти усилия исчезают, необходимо, чтобы подвижная поверхность могла свободно вернуться в свое третье убранное положение, для которого рассчитана гондола. Действительно, если не будет возврата в убранное положение, гондола будет подвергаться действию больших усилий, являющихся результатом комбинации внутреннего усилия удержания подвижной поверхности в дополнительно убранном положении в сумме с вибрациями и ее соединения с приводом вместо первичного замка. Поскольку наиболее благоприятные размерные параметры створок и гондолы получают при усилиях, проходящих через главные замки, а не через приводы, необходимо, чтобы привод не препятствовал свободному возврату гондолы из ее первого дополнительно убранного положения в ее третье убранное положение.
Во время перехода гайки из ее третьего дополнительно убранного положения в ее первое убранное положение устройство предотвращения развертывания тормозит вращение винта и не позволяет гайке прийти в ее третье убранное положение. Это вынуждает предусмотреть установку механизма разблокировки устройства предотвращения развертывания, что представляет собой риск для безопасности и требует наличия дополнительных инструментов контроля.
Эти решения приводят к увеличению массы и габарита оборудования, что мешает использованию электрических приводов для реверса тяги.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей изобретения является уменьшение веса и габарита электрического привода механизма реверса тяги.
Для этого изобретением предложен привод, содержащий корпус, винт, установленный с возможностью вращения на корпусе, а также гайку, имеющую средства соединения с перемещаемым элементом и посаженную на винт с возможностью своего перемещения при помощи вращающегося винта между первым дополнительно убранным положением и вторым выдвинутым положения с двух сторон от третьего убранного положения, отделенного от дополнительно убранного положения расстоянием, соответствующим повороту винта на величину первого углового сектора. Привод имеет также устройство предотвращения развертывания, содержащее фрикционный диск, свободно вращающийся относительно винта и предназначенный для торможения за счет трения части, неподвижно соединенной во вращении с винтом, когда перемещаемый элемент действует на гайку тяговым усилием, стремящимся переместить ее во второе выдвинутое положение. Согласно изобретению, фрикционный диск содержит по меньшей мере одну гладкую поверхность и упор, выполненный в гладкой поверхности, чтобы они взаимодействовали по меньшей мере с одной собачкой, соединенной с корпусом, и определяли таким образом соответственно по меньшей мере второй угловой сектор вращения фрикционного диска в заранее определенном направлении и положение блокировки фрикционного диска в этом заранее определенном направлении. Гладкая поверхность имеет такую длину, чтобы амплитуда первого углового сектора была строго меньше амплитуды второго углового сектора.
В рамках настоящей заявки поверхность фрикционного диска называют «гладкой», когда она не имеет упора, способного взаимодействовать с собачкой для блокировки вращения фрикционного диска.
Во время перехода гайки из ее первого дополнительно убранного положения в ее третье убранное положение собачка взаимодействует с гладкой поверхностью, и механизм предотвращения развертывания является неактивным (он не препятствует вращению винта в этом направлении). Следовательно, подвижная поверхность может свободно перемещаться между своим дополнительно убранным положением и своим убранным положением. Таким образом, во время полета, когда на подвижную поверхность действует усилие, стремящееся заставить ее перейти из ее убранного положения в ее дополнительно убранное положение, подвижная поверхность свободно возвращается в свое убранное положение, и на гондолу не действует никакое дополнительное внутреннее усилие.
В классическом фрикционном механизме предотвращения развертывания положение фрикционного диска является неопределенным. Таким образом, относительное угловое положение гладкой поверхности и собачки являются неизвестными, когда гайка находится в своем первом дополнительно убранном положении, и существует вероятность того, что собачка будет взаимодействовать с упором во время ее перехода из первого дополнительно убранного положения в третье убранное положение. При этом устройство предотвращения развертывания может блокировать вращение винта и не позволять гайке достичь ее третьего убранного положения. Следовательно, необходимо синхронизировать в угловом направлении положение упора с положением гайки, когда она находится в своем третьем убранном положении. Двигатель привода используют, чтобы заставить гайку перейти из ее первого дополнительно убранного положения в ее третье убранное положение и чтобы создать крутящий момент, необходимый для перемещения гайки в ее третье положение, даже если устройство предотвращения развертывания становится активным во время этого перемещения. Происходит синхронизация упора с собачкой. Собачка может свободно перемещаться скольжением по гладкой поверхности фрикционного диска с амплитудой, равной амплитуде первого углового сектора, во время перемещения гайки из ее третьего убранного положения в ее первое дополнительно убранное положение и возвращаться в свое третье убранное положение. Следовательно, механизм предотвращения развертывания является неактивным между дополнительно убранным и убранным положениями, чтобы блокировка гайки привода между ее первым и третьим положениями не могла создать нежелательные напряжения на гондоле.
Другое преимущество изобретения состоит в небольшом количестве применяемых деталей, что повышает надежность привода.
Разность амплитуды между первым и вторым угловыми секторами учитывает допуски при изготовлении совокупности элементов (гондолы, подвижной поверхности и т.д.), участвующих в кинематический цепи, а также значение дополнительного хода убирания. Необходимо отметить, что, чем ближе по величине амплитуды первого и второго угловых секторов, тем больше может быть число собачек и/или упоров.
Изготовление такого привода облегчается, когда часть, неподвижно соединенная во вращении с винтом, содержит втулку, установленную с возможностью перемещения скольжением на винте. Готовый для установки узел можно выполнить, если втулка содержит прямой участок, расположенный коаксиально с осью вращения винта, и фрикционный диск устанавливают с возможностью перемещения скольжением на прямом участке втулки.
Предпочтительно, устройство предотвращения развертывания содержит первый упорный диск, оснащенный роликами, оси вращения которых проходят радиально, при этом первый упорный диск установлен с возможностью свободного вращения вокруг винта.
Торможение устройства предотвращения развертывания улучшается, когда устройство предотвращения развертывания содержит диск с наклонными роликами, установленный с возможностью свободного вращения вокруг винта и содержащий ролики, ось вращения которых образует не равный нулю угол с радиальным направлением, проходящим через один из концов ролика, при этом диск с наклонными роликами расположен между фрикционным диском и частью, неподвижно соединенной во вращении с винтом.
Изготовление такого привода упрощается, когда гладкая поверхность находится на периферии фрикционного диска.
Когда расстояние, отделяющее убранное положение от дополнительно убранного положения, меньше половины шага винта, предпочтительно, чтобы фрикционный диск взаимодействовал с двумя собачками. Число собачек, которые могут быть установлены, может достигать первого целого числа, меньшего отношения шага винта к расстоянию между дополнительно убранным положением и убранным положением.
Объектом изобретения является также механизм реверса тяги, содержащий привод вышеупомянутого типа.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания неограничительных вариантов его осуществления.
Краткое описание чертежей
Далее будут рассмотрены прилагаемые фигуры, на которых:
на фиг. 1 схематично показана гондола, оснащенная заявленным приводом, вид в перспективе;
на фиг. 2 схематично показан заявленный привод, вид в перспективе;
на фиг. 3 схематично показан заявленный привод в дополнительно убранном положении, вид в разрезе;
на фиг. 4 схематично показан заявленный привод в убранном положении, вид в разрезе;
на фиг. 5 схематично показан заявленный привод в выдвинутом положении вид в разрезе;
на фиг. 6 детально показана часть заявленного привода, вид в разрезе;
на фиг. 7 схематично показана часть заявленного привода, вид в разрезе;
на фиг. 8 схематично показана часть устройства предотвращения развертывания и заявленного привода, вид с пространственным разделением деталей;
на фиг. 9 - 13 схематично показан фрикционный диск заявленного привода в различных конфигурациях.
Осуществление изобретения
Показанный на фиг. 1-13 заявленный электромеханический привод, обозначенный общей позицией 1, содержит выдвижную трубу 2, первый конец 3 которой содержит проушину 4 с шаровой опорой, соединенную с подвижной поверхностью 5 механизма реверса 6 тяги гондолы 7. Корпус 8 привода 1 содержит карданный шарнир 9 для соединения привода 1 с гондолой 7 и кожух 8.1, в котором выдвижная труба 2 перемещается скольжением между первым дополнительно убранным положением (показано на фиг. 3) и вторым выдвинутым положением (показано на фиг. 5). На фиг. 4 показано третье убранное положение, находящееся между первым дополнительно убранным положением, показанным на фиг. 3, и вторым выдвинутым положением, показанным на фиг. 5. Второе выдвинутое положение соответствует полностью выдвинутому положению подвижной поверхности 5, которая в этом случае входит в контакт с упорами развертывания. Третье убранное положение соответствует закрытому положению подвижной поверхности 5, в котором указанная подвижная поверхность опирается на уплотнительные прокладки, расположенные между подвижной поверхностью 5 и гондолой, и ее наружная поверхность расположена заподлицо с наружной поверхностью гондолы. В этом положении подвижная поверхность 5 опирается на первичное устройство блокировки.
Первое дополнительно убранное положение соответствует положению, в котором подвижная поверхность 5 заходит с заглублением в свою нишу и давит на уплотнительные прокладки, расположенные между подвижной поверхностью 5 и гондолой 7, которая в этом случае входит в контакт с упором дополнительного убирания.
Привод 1 соединен с двигателем 10 через соединительный фланец 11, неподвижно соединенный с конической шестерней 12, зацепляющейся с коническим зубчатым колесом 13. Первый шлицевой конец 14 трубчатого шарикового винта 15 установлен в имеющем пазы центральном отверстии 16 зубчатого колеса 13. Винт 15 проходит вдоль продольной оси Оу и имеет второй конец 17, оснащенный кольцом 18, взаимодействующим с внутренней поверхностью выдвижной трубы 2, чтобы направлять ее движение скольжения вдоль продольной оси Оу. На винт 15 посажена шариковая гайка 19. В первом пазу 20, выполненном на наружной стороне 21 гайки 19, установлена бронзовая шпонка 22, которая взаимодействует со вторым пазом 23 кожуха 8.1, блокируя, таким образом, вращение гайки 19 относительно винта 15. Гайка 19 соединена также при помощи резьбовой соединительной гайки 24 со вторым концом 25 выдвижной трубы 2.
1
Винт 15 установлен с возможностью вращения в опорных подшипниках 26.1 и 26.2, неподвижно соединенных с корпусом 8. Таким образом, вращение винта 15 в первом направлении (показанном стрелкой I на фиг. 2) позволяет переместить гайку 19 на винте 15 между первым дополнительно убранным положением гайки 19 и вторым выдвинутым положением гайки 19 с двух сторон от третьего убранного положения гайки 19. Первое, второе и третье положения гайки соответствуют первому дополнительно убранному положению выдвижной трубы 2 (показано на фиг. 3), второму выдвинутому положению выдвижной трубы 2 (показано на фиг. 4) и третьему убранному положению выдвижной трубы 2 (показано на фиг. 5). Расстояние, разделяющее первое дополнительно убранное положение гайки 19 и третье убранное положение гайки 19 соответствует повороту винта 15 на величину первого углового сектора А в 160°.
Привод 1 содержит также устройство 30 предотвращения развертывания, имеющее первую опорную поверхность 31, неподвижно соединенную с корпусом 8 и находящуюся напротив первого упорного диска 32, оснащенного роликами 32.1, оси вращения которых проходят радиально (то есть перпендикулярно к продольной оси Оу). Первый упорный диск 32 установлен с возможностью свободного вращения вокруг прямого участка 33.1 втулки 33, установленной на винте 15. Внутреннее отверстие 33.2 втулки 33 содержит шлицы 33.3, которые взаимодействуют с пазами 15.1 винта 15, неподвижно соединяя во вращении втулку 33 и винт 15. Гайка 27, посаженная на конец 14 винта 15, прижимает зубчатое колесо 13 к распорке 28, которая, в свою очередь, прижимает втулку 33 к опорному подшипнику 26, обеспечивая, таким образом, передачу усилий вдоль продольной оси между втулкой 33 и винтом 15.
Втулка 33 содержит кольцевой участок 34, расположенный в плоскости, перпендикулярной к продольной оси Оу. Кольцевой участок 34 содержит первую сторону 34.1, обращенную к первому упорному диску 32, и вторую сторону 34.2, обращенную к диску 35 с наклонными роликами. Диск 35 с наклонными роликами установлен с возможностью свободного вращения вокруг винта 15. В частности, диск 35 с наклонными роликами установлен с возможностью вращения вокруг прямого участка 33.1 втулки 33. Диск 35 с наклонными роликами оснащен роликами 35.1, ось вращения которых проходит в направлении, образующем не равный нулю угол α с радиальным направлением, проходящим через один из концов каждого ролика 35.1. Фрикционный диск 36 установлен с возможностью свободного вращения вокруг прямого участка 33.1 втулки 33 и расположен между диском 35 с наклонными роликами и вторым упорными диском 37. Второй упорный диск 37 установлен с возможностью свободного вращения вокруг прямого участка 33.1 втулки 33 и оснащен роликами 37.1, оси вращения которых проходят радиально. Вторая опорная поверхность 38, в данном случае в виде диска, неподвижно соединена с корпусом и расположена напротив второго упорного диска 37.
2
3
Как показано на фиг. 9, фрикционный диск 36 содержит на своей периферии 39 гладкую поверхность 40, на которой выполнены первый вырез 41.1 и второй вырез 41.2. Собачка 42, установленная с возможностью поворота на корпусе 8, поочередно взаимодействует с гладкой поверхностью 40 (фиг. 10), с вырезом 41.1 (фиг. 11) и с вырезом 41.2. Гладкая поверхность 40 и первый и второй вырезы 41.1 и 41.2 определяют соответственно второй и третий угловые сектора А и А свободного поворота на 180º фрикционного диска 36 в первом направлении I (и во втором направлении II, противоположному первому направлению вращения I) и положение блокировки фрикционного диска 36 в первом направлении I (фиг. 11).
1
2
3
1
4
Длина гладкой поверхности 40 рассчитана таким образом, чтобы первый угловой сектор А в 160° был меньше второго и третьего угловых секторов А и А в 180°. Во время работы гайка 19 (и, следовательно, подвижная поверхность 5) первоначально находится в своем третьем убранном положении, показанном на фиг. 4, и собачка 42 взаимодействует с вырезом 41 (фиг. 11). Для развертывания подвижной поверхности 5 подают команду на двигатель 10, чтобы он привел во вращение винт 15 во втором направлении вращения II с амплитудой, равной первому угловому сектору А=160°. Собачка 42 позволяет фрикционному диску 36 свободно вращаться вокруг винта 15, при этом отсутствует какое-либо усилие торможения. Гайка 19 переходит из своего третьего убранного положения в свое первое дополнительно убранное положение (показанное на фиг. 3), и собачка 42 вместе со вторым вырезом 41.2 занимают относительные положения, показанные на фиг. 13. Прокладки подвижной поверхности 5 оказываются максимально сжатыми и действуют тяговым усилием на гайку 19, которое добавляется к тяговым усилиям, возникающим в результате действия набегающего потока и потока, выходящего из турбореактивного двигателя 7, и, следовательно, на винт 15, прижимающий вторую сторону 34.2 кольцевого участка 34, диск 35 с наклонными роликами, фрикционный диск 36, второй упорный диск 37 ко второй опорной поверхности 38. После этого подают команду на разблокировку замков главного устройства блокировки подвижной поверхности 5. После разблокировки этих замков подают команду на двигатель 10, чтобы он привел во вращение винт 15 в первом направлении вращения I. Во время этого вращения фрикционный диск 36 проходит четвертый угловой сектор А (в данном случае не более 160°), и в это время собачка 42 взаимодействует с гладкой поверхностью 40. Фрикционный диск 36 может свободно вращаться, и устройство 30 предотвращения развертывания не является активным. Не происходит никакого торможения движения. Затем первый вырез 41.1 может дойти до собачки 42, которая заходит в вырез 41 и блокирует вращение фрикционного диска 36 в первом направлении вращения I. Усилия, которыми действуют набегающий поток и поток, выходящий из турбореактивного двигателя 7, на подвижную поверхность 5, по-прежнему создают тяговое усилие на гайку 9, и устройство 30 предотвращения развертывания тормозит вращение винта 15. Двигатель 10 продолжает вращать винт 15 в первом направлении I, пока гайка 19 не достигнет своего третьего убранного положения. На этой стадии собачка 42 уже находится в первом вырезе 41.1, и устройство 30 предотвращения развертывания является активным. Двигатель 10 продолжает вращать винт 15 в направлении I, и гайка 19 подвергается действию тягового усилия со стороны набегающего потока и потока, выходящего из турбореактивного двигателя 7, которое действует на подвижную поверхность 5. Устройство 30 предотвращения развертывания тормозит это движение за счет трения, возникающего от усилия прижатия кольцевым участком 34 втулки 33 диска 35 с наклонными роликами к фрикционному диску 36 и второго упорного диска 37 к опорной поверхности 38. При этом двигатель 10 должен передавать на винт 15 только крутящий момент, необходимый для преодоления разности между моментом, создаваемым набегающим потоком на подвижной поверхности 5 и стремящимся переместить гайку в ее второе выдвинутое положение, и моментом торможения, которым действует устройство 30 предотвращения развертывания на втулку 33.
Во время перехода гайки 19 из ее второго выдвинутого положения в ее первое дополнительно убранное положение собачка 42 позволяет фрикционному диску 36 свободно вращаться во втором направлении II вращения. Переход гайки 19 из ее первого дополнительно убранного положения в ее третье убранное положение происходит идентично описанному выше переходу.
Разумеется, изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления и охватывает любую версию, не выходящую за рамки объема изобретения, определенного формулой изобретения.
В частности:
- хотя в данном случае описана только одна собачка, изобретение можно также применять для привода, содержащего вторую собачку для взаимодействия со вторым вырезом. Изобретение можно также применять для единственного узла вырез/собачка или для более двух вырезов и/или собачек;
- хотя в данном случае привод содержит выдвижную трубу, оснащенную проушиной с шаровой опорой, изобретение можно также применять с другими средствами соединения с перемещаемым элементом, например, такими как тяга, соединенная с проушиной, или поворотная ось;
- хотя в данном случае привод соединен с двигателем при помощи фланца, изобретение можно также применять с другими средствами соединения двигателя с приводом, например, такими как шлицевая втулка, шарнир Олдема, шаровая опора, диск сцепления или гибкий трансмиссионный вал;
- хотя в данном случае соединительный фланец соединен с конической шестерней, изобретение можно также применять с другими средством соединения с винтом, например, такими как прямая шестерня, зубчатый или гладкий ремень;
- хотя в данном случае угловой сектор равен 89% второго и третьего углового сектора, изобретение можно также применять с другими минимальными соотношениями между первым и вторым угловыми секторами;
- хотя в данном случае устройство предотвращения развертывания содержит первый и второй упорные диски с роликами, а также диск с наклонными роликами, изобретение можно также применять с другими конфигурациями устройств предотвращения развертывания, например, такими как устройство предотвращения развертывания, не имеющее упорного диска с роликами и/или диска с наклонными роликами, или с устройствами, содержащими другие дополнительные диски или несколько фрикционных дисков;
- хотя в данном случае собачка взаимодействует с вырезами, изобретение можно также применять с другими типами упоров, например, такими как зубцы, выступающие на периферии диска;
- хотя в данном случае втулка содержит кольцевой участок, изобретение можно также применять с другими типами части винта, неподвижно соединенной во вращении, например, такими как кольцевой участок, непосредственно выполненный на винте посредством механической обработки или присоединенный к винту;
- хотя в данном случае фрикционный диск установлен с возможностью свободного вращения вокруг прямого участка втулки, изобретение можно также применять с другим способом установки диска, свободного во вращении вокруг винта, например, посредством установки с непосредственным контактом с винтом или на подшипнике качения;
- хотя в данном случае винт является шариковым винтом с правой резьбой, изобретение можно также применять с другими типами винтов, например, такими как роликовый винт или винт с левой резьбой;
- хотя в данном случае гайка содержит шпонку, которая взаимодействует с кожухом, изобретение можно также применять с другими средствами предотвращения вращения, например, такими как шариковые втулки или блокировка вращения, осуществляемая посредством соединения между выдвижной трубой и гондолой.