ВЫСОКОНАДЁЖНЫЙ ОТКАЗОБЕЗОПАСНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД РЕВЕРСИВНОГО УСТРОЙСТВА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая полезная модель относится к авиастроению и применяется в составе реверсивного устройства двигательных установок реактивных самолетов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно электромеханическое реверсивное устройство тяги турбореактивного двигателя с непрерывным управлением положением (патент US 6926234 В2), состоящий из двух заслонок, перемещаемых между открытым положением и закрытым положением реверсивного устройства, причем каждая из этих заслонок управляется соответствующим электронным блоком управления; датчиком для каждой заслонки, измеряющим, по меньшей мере, данные положения относительно указанной заслонки, причем упомянутый, по меньшей мере, один датчик каждой заслонки соединен с упомянутым электронным блоком управления, который управляет заслонкой, чтобы передавать данные положения заслонки в нее. Блоки соединены друг с другом для обмена упомянутыми позиционными данными. Реверсивное устройство дополнительно содержит цифровое устройство управления двигателем полного действия (FADEC), имеющее два канала, каждый из которых соединен с обоими электронными блоками управления, чтобы принимать данные положения от каждой из заслонок от указанных электронных блоков вместе с данными, касающимися рабочего состояния каждого из упомянутых электронных блоков. Электронные блоки, каналы соединены друг с другом, чтобы обмениваться данными положения заслонок и данными состояния электронного блока, чтобы пилот самолета непрерывно информировался о положениях заслонок и состояниях упомянутых электронных блоков.
Недостатком вышеописанного технического решения является
- высокая сложность и стоимость изготовления электромеханического реверсивного устройство тяги турбореактивного двигателя с механической синхронизацией при помощи гибких валов из-за большого количества сложных элементов;
- невозможность использования предложенного электромеханического реверсивного устройства при отказе хотя бы одного из двух замков или канала управления, им приводящего к блокировке всего реверсивного устройства.
Известен привод реверса тяги с автоматическим замком и механизмом предотвращения блокировки замка (US 6786039 В2), который включает в себя один или несколько исполнительных механизмов, каждый из которых имеет запирающий механизм, который предотвращает непреднамеренное движение исполнительного механизма и, таким образом, непреднамеренное движение реверса тяги. Каждый из исполнительных механизмов дополнительно содержит узел блокировки замка, который входит в зацепление с замком и предотвращает его перемещение в его заблокированное положение до тех пор, пока привод не будет перемещен в положение укладки. При перемещении в положение укладки узел блокировки замка отключает замок, и замок автоматически переходит в свое заблокированное положение.
Недостатком вышеописанного технического решения является высокая сложность и стоимость изготовления привода реверса тяги с механической синхронизацией при помощи гибких валов и автоматическим замком и механизмом предотвращения блокировки замка из-за большого количества сложных элементов.
Известна электрическая система управления реверсивным устройством тяги турбореактивного двигателя, включающая электромеханическое приводное устройство и блокирующее устройство, которые управляются электронным блоком управления (US 5960626 А), имеющая, по меньшей мере, один подвижный узел, перемещаемый между положение "прямая тяга" и положением "обратная тяга", причем система содержит:
A) по меньшей мере одно электромеханическое приводное устройство, механически соединенное с, по меньшей мере, одним подвижным узлом, так что приведение в действие электромеханического приводного устройства перемещает по меньшей мере один компонент между положением "прямая тяга" и положением "обратная тяга", причем электромеханическое приводное устройство содержит линейный привод с винтовой парой, имеющий подвижный элемент, перемещающий по меньшей мере один узел между положением "прямая тяга" и положением "обратная тяга" и электрический приводной электродвигатель, электрически соединенный с электронным блоком управления;
B) электронный блок управления электрически соединен с, по меньшей мере, одним электромеханическим приводным устройством и с системой управления турбореактивным двигателем для передачи управляющих сигналов на, по меньшей мере, одно электромеханическое приводное устройство, чтобы тем самым управлять перемещением по меньшей мере одного узла между положением "прямая тяга" и положением "обратная тяга".
С) понижающий приводной механизм, соединенный между электродвигателем электродвигателя и линейным приводом с винтовым домкратом.
Недостатком вышеописанного технического решения является:
- невозможность использования электрической системы управления реверсивным устройством тяги турбореактивного двигателя при отказе канала управления тормоза любого из актуаторов, ведущего к полному ее отказу;
- а также наличие редуктора, что сказывается на сложности и стоимости изготовления, массогабаритных характеристиках, и может стать причиной снижения надежности в процессе эксплуатации.
Известен способ синхронизации исполнительных механизмов подвижного обтекателя реверсивного устройства тяги (US 8955306 В2), состоящий из множества исполнительных механизмов обтекателя реверсивного устройства, в котором отклонение положения между соседними исполнительными механизмами измеряется в реальном масштабе времени, и профиль скорости, по меньшей мере, одного из смежных исполнительных механизмов регулируется, когда отклонение положения превышает заранее определенное. При этом профиль скорости определяет скорость ускорения, скорость плато и скорость замедления, а регулировка соседних исполнительных механизмов состоит в увеличении или уменьшении скорости ускорения, увеличении или уменьшении скорости плато и увеличении или уменьшении скорости замедления. Способ управления множеством исполнительных механизмов обтекателя реверсивного устройства, в котором отклонение положения между соседними исполнительными механизмами измеряется в реальном масштабе времени, и профиль скорости, по меньшей мере, одного из смежных исполнительных механизмов регулируется, когда отклонение положения превышает заранее определенный. В котором профиль скорости определяет скорость ускорения, скорость плато и скорость замедления, а регулировка соседних исполнительных механизмов состоит в увеличении или уменьшении скорости ускорения, увеличении или уменьшении скорости плато и увеличении или уменьшении скорости замедления. При этом рассматривается частный случай, в котором, когда способ управления выходит из упомянутого измерения, что один из соседних исполнительных механизмов запаздывает по отношению к другим исполнительным механизмам, последний привод ускоряется.
Недостатком вышеописанного технического решения является использование порогового способа синхронизации, что сказывается на ее точности по сравнению со способом непрерывного регулирования.
Известны система и способ определения положения реверсивного устройства тяги (US 6681559 В2).  Система содержащит датчик, определяющий вращательное положение двигателя, при этом система включает в себя исполнительный механизм, двигатель, датчик положения двигателя и электронный блок управления. Электронный блок управления преобразует вращательное положение двигателя в систему реверса тяги, используя, например, алгоритм суммирования и логику сброса.
Система для определения положения компонента реверсора тяги реактивного двигателя, содержащая двигатель; по меньшей мере, один привод, соединенный с двигателем и предназначенный для перемещения компонента реверсора тяги в ответ на вращение двигателя; первый датчик вращательного положения, выполненный с возможностью определения вращательного положения двигателя и подачи первого сигнала его вращательного положения, представляющего его; а также схему, соединенную для приема, по меньшей мере, первого сигнала поворотного положения и предназначенную для определения положения компонента реверсора тяги на основе, по меньшей мере, частично, первого сигнала вращательного положения, действительным.
Недостатком вышеописанного технического решения является:
- высокая сложность и стоимость изготовления привода реверса тяги с механической синхронизацией при помощи гибких валов из-за большого количества сложных элементов;
- невозможность применения предложенного метода в конструкциях привода реверса тяг,и не использующих для синхронизации гибкие валы.
По своим техническим признакам, являющимся ближайшими к заявляемому техническому решению, за прототип взят электропривод реверсивного устройства для перспективных двухконтурных турбореактивных авиационных двигателей (статья Волокитина Е.В., Тебеньков Ф.Г. научно-технический журнал «Электроника и электрооборудование транспорта» №3, 2013, стр. 30). В статье описан электропривод реверсивного устройства, являющийся многодвигательным, с тремя электродвигателями, обеспечивающими синхронное движение трех исполнительных органов - штоков электромеханизмов, состоящий из трех одинаковых электромеханических каналов. В состав его входят три блока управления, три электромеханизма, обеспечивающие поступательное движение выходных штоков. Электромеханизм включает в себя бесконтактный электродвигатель, редуктор, преобразователь вида движения, датчики обратной связи по положению. Блок управления реализует трехконтурную систему подчиненного регулирования и содержит контур регулирования положения, контуры скорости и тока. Система регулирования построена по принципу векторного управления с раздельным управлением частотой вращения и моментом электродвигателя. Алгоритм управления обеспечивает синхронизированное перемещение штоков электромеханизмов и заданную точность текущего положения ходовых винтов, а также позиционирование в крайних положениях.
Недостатком вышеописанного технического решения является
- наличие редуктора, что сказывается на сложности и стоимости изготовления, массогабаритных характеристиках, и может стать причиной снижения надежности в процессе эксплуатации;
- информация о способах сохранения работоспособности и отказобезопасности в статье не раскрыта.
Задачами заявляемой полезной модели является предложение простой конструкции высоконадежного отказобезопасного электропривода реверсивного устройства тяги двигательных установок реактивных самолетов, обеспечивающего сохранение работоспособности и безопасности его эксплуатации, при отказах его составных частей.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Технический результат вышеприведенной задачи достигается за счет создания высоконадежного отказобезопасного электропривода реверсивного устройства, включающего в себя как минимум один блок управления, как минимум два электромеханических исполнительных устройства - электромеханизма, каждый из которых представляет собой привод (актуатор) линейного перемещения, а также линии связи между ними и отличающегося тем, что количество и мощность электромеханизмов выбраны с учетом их резервирования, обеспечивающего сохранение работоспособности электропривода при отказе любого из них; при этом в конструкции каждого из электромеханизмов использованы как минимум один электродвигатель, ротор которого непосредственно соединен с валом винтового преобразователя вида движения, как минимум с одним основным датчиком положения, как минимум с одним резервным датчиком положения, а также с электромагнитной тормозной муфтой, имеющей в своем составе по меньшей мере две резервированные обмотки привода растормаживания муфты; а также тем, что каждый из электромеханизмов имеет приводы ручного растормаживания и перемещения его штока; в конструкции блока управления использовано резервирование составляющих его модулей, осуществляемое за счет использования как минимум двух центральных модулей управления, как минимум двух модулей диагностики, как минимум двух многоканальных модулей управления тормозными муфтами, модулей управления электродвигателем, количество которых, так же как и количество каналов каждого из многоканальных модулей управления тормозными муфтами, соответствует количеству электромеханизмов, использования независимых линий связи между указанными модулями и валидации сигналов управления формируемых резервированными центральными модулями управления, осуществляемой модулями управления тормозными муфтами и модулями управления электродвигателем, а также использования независимых линий связи для питания резервированных обмоток каждой из электромагнитных тормозных муфт каждого из электромеханизмов и независимых линий связи для передачи сигналов основного и резервного датчиков положения каждого из электромеханизмов, при этом обработка сигналов основного и резервного датчиков положения осуществляется модулями ,выполняющими разные основные функции.
Указанный признак позволяет обеспечить сохранение работоспособности и безопасности эксплуатации электропривода реверсивного устройства при отказах его составных частей.
Возможен вариант технического развития, заключающийся в том, что в качестве винтового преобразователя вида движения может быть использован ролико-винтовой, шарико-винтовой или любой другой преобразователь движения из вращательного в поступательное. Указанный признак позволяет расширить номенклатуру возможных для использования комплектующих.
Возможен вариант технического развития, заключающийся в том, что между электродвигателем и преобразователем вида движения может использоваться понижающий редуктор. Указанный признак позволяет снизить требования к величине крутящего момента электродвигателя.
Возможен вариант технического развития, заключающийся в том, что в качестве резервированной электромагнитной тормозной муфты может быть использована как готовая, резервированная электромагнитная тормозная муфта, так и сборный кинематический блок, состоящий из как минимум одной электромагнитной тормозной муфты и как минимум одной электромагнитной муфты сцепления, соединенных каскадно, таким образом, что подача питания на обмотку хотя бы одной из них приводит к разрыву образованной ими кинематическая связи между валом винтового преобразователя вида движения и с корпусом электромеханизма. Указанный признак позволяет расширить номенклатуру возможных для использования комплектующих.
Возможен вариант технического развития, заключающийся в том, что в качестве основного датчика положения может быть использован как один абсолютный многооборотный датчик угла поворота, так и блок, состоящий из как минимум двух абсолютных однооборотных датчиков угла поворота, например оптических, магнитных, выполненных в виде вращающихся трансформаторов, и любых других, при этом вал одного из датчиков непосредственно связан с валом преобразователя вида движения, а вал второго датчика связан с ним через кинематическую (зубчатую) передачу, обеспечивающую соотношение углов их поворота как N:(N-1) или (N-1):N, где N - натуральное (целое и положительное) число, превышающее число оборотов вала преобразователя вида движения, соответствующего полному диапазону перемещения штока электромеханизма. Указанный признак позволяет расширить номенклатуру возможных для использования комплектующих.
Возможен вариант технического развития, заключающийся в том, что в качестве резервного датчика положения может быть использован как многооборотный, так и однооборотный, как абсолютный, так и инкрементный датчик угла поворота или вращения, например магнитоиндукционный, магнитный, оптический, на эффекте Холла, выполненный в виде вращающегося трансформатора, или любой другой. Указанный признак позволяет расширить номенклатуру возможных для использования комплектующих.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1  показана условная структурная схема электропривода реверсивного устройства во взаимодействии с другими системами воздушного судна.
На фиг. 2  показана кинематическая схема электромеханизма.
На фиг. 3 - пример реализации конструкции электромеханизма.
На фиг. 4- показана структурная схема блока управления.
Поз. 1 - электропривод реверсивного устройства.
Поз. 2 - блок управления электропривода.
Поз. 3 - электромеханизм электропривода.
Поз. 4 (4а и 4b) - внутренние линии связи электропривода.
Поз. 5 - линия связи, объединяющая несколько электроприводов в локальную систему управления.
Поз. 6 - локальная система управления электроприводами.
Поз. 7 - система электроснабжения воздушного судна.
Поз. 8 - система управления воздушного двигателя.
Поз. 8а и 8b - каналы системы управления воздушного двигателя.
Поз. 9 - подвижные части реверсивного устройства.
Поз. 10 - внешние силовые линии питания электропривода.
Поз. 11 (11а и 11b) - внешние информационные линии управления электроприводом.
Поз. 12 (12а и 12b) - внешние информационные линии состояния электропривода.
Поз. 13 - внешние информационные линии связи электропривода с другими системами воздушного судна.
Поз. 14 - шток электромеханизма.
Поз. 15 - элемент крепления штока электромеханизма к подвижным частям реверсивного устройства.
Поз. 16 - карданный подвес электромеханизма к неподвижным частям реверсивного устройства.
Поз. 17 - электродвигатель.
Поз. 18 - винтовой преобразователь вида движения.
Поз. 19 - резервированная электромагнитная тормозная муфта.
Поз. 19а и 19b - обмотки электромагнитного привода растормаживания тормозной муфты.
Поз. 20 - основной датчик положения.
Поз. 20а и 20b - однооборотные абсолютные датчики угла поворота.
Поз. 21 - узел обработки сигналов основного датчика положения.
Поз. 22 - резервный датчик положения.
Поз. 23 - хвостовик ручного привода перемещения штока.
Поз. 24 - хвостовик ручного привода растормаживания.
Поз. 25 - линия питания электродвигателя.
Поз. 26 (26а и 26b) - линии питания обмоток электромагнитной тормозной муфты.
Поз. 27 - сигнальная линия основного датчика положения.
Поз. 28 - сигнальная линия резервного датчика положения.
Поз. 29 - центральный модуль управления электропривода.
Поз. 30 (30а и 30b) - модуль диагностики электропривода.
Поз. 31 - модуль управления электродвигателем.
Поз. 32 (32а и 32b) - многоканальный модуль управления тормозными муфтами.
Поз. 33 - датчики температуры блока управления.
Поз. 34 - внутренние групповые диагностические линии связи.
Поз. 35 - внутренние линии управления электромеханизмами и обратной связи по их положениям.
Поз. 36 - внутренние групповые линии управления тормозными муфтами.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
На фиг. 1 изображена условная структурная схема высоконадежного отказобезопасного электропривода (1) реверсивного устройства во взаимодействии с другими системами воздушного судна. Электропривод (1) реверсивного устройства предназначен для перемещения его подвижных частей (9), осуществляющих реверс тяги воздушного двигателя. Перемещение подвижных частей (9) реверсивного устройства осуществляется между положениями, соответствующими прямой и обратной тяге воздушного двигателя. Электропривод (1) реверсивного устройства состоит как минимум из одного электронного блока управления (2) и как минимум одного электромеханизма (3), которые соединены между собой его внутренними линиями связи (4).
Электромеханизм (3) является исполнительным устройством, непосредственно осуществляющим перемещение подвижных частей (9) реверсивного устройства путем линейного перемещения своего выдвижного штока (14), связанного с ними при помощи крепежного элемента (15).
Блок управления (2) осуществляет управление, контроль и синхронизацию работы всех электромеханизмов (3) электропривода (1). Внутренние линии связи (4) электропривода (1) используются для передачи электрической энергии от блока управления (2) к электромеханизму (3) и сигналов его состояния и обратной связи в обратном направлении. Блок управления (2) электропривода (1) соединяется с системой электроснабжения воздушного судна (7) силовыми линиями связи (10), по которым получает от нее электрическую энергию для осуществления своей работы. Также блок управления (2) электропривода (1) соединяется с каждым из каналов (8а) и (8b) системы управления воздушного двигателя (8) отдельной независимой информационной линией связи, получает от них сигналы управления по информационным линиям связи (11) и передает сигналы своего состояния по информационным линиям связи (12) в обратном направлении. Кроме того, блок управления (2) электропривода (1), при необходимости, может обмениваться данными и с другими системами воздушного судна по дополнительным информационным линиям связи (13).
При необходимости синхронизации нескольких электроприводов (1) реверсивного устройства одного воздушного двигателя или реверсивных устройств разных воздушных двигателей одного воздушного судна, они могут быть объединены линией связи (5) в локальную систему управления (6).
На фиг. 2 изображена кинематическая схема электромеханизма (3) с элементами электрических связей его составных частей, а на фиг. 3 - пример реализации его конструкции. Электромеханизм (3) является исполнительным устройством, непосредственно осуществляющим перемещение подвижных частей (9) реверсивного устройства. Корпус электромеханизма (3) закреплен на неподвижных частях реверсивного устройства при помощи карданного подвеса (16), а его выдвижной шток (14) связан при помощи крепежного элемента (15) с подвижными частями (9) реверсивного устройства.
Основу электромеханизма (3) составляет винтовой преобразователь вида движения (18), осуществляющий преобразование вращения своего вала в поступательное перемещение штока (14). Также в состав электромеханизма (3) входят непосредственно связанные с валом винтового преобразователя вида движения (18) как минимум один электродвигатель (17), резервированная электромагнитная тормозная муфта (19), как минимум один основной (20) и как минимум один резервный (22) датчики положения.
Резервированная электромагнитная тормозная муфта (19) заторможена в обесточенном состоянии и обеспечивает удержание вала винтового преобразователя вида движения (18) и соответственно штока (14) электромеханизма (3). Электромагнитная тормозная муфта (19) имеет как минимум две независимые обмотки (19а) и (19b) электромагнитного привода растормаживания, каждая из которых при подаче на нее питания по одной из силовых линий связи (26а) или (26b) способна обеспечить ее растормаживание. Для обеспечения физической независимости линий (26а) и (26b) питания обмоток (19а) и (19b) резервированной электромагнитной тормозной муфты (19) они прокладываются в составе разных кабелей или жгутов (4а) и (4b).
При растормаживании электромагнитной тормозной муфты (19) и подаче питания по силовой линии связи (25) на электродвигатель (17) он осуществляет вращение вала винтового преобразователя вида движения (18), приводящего к линейному перемещению штока (14) электромеханизма (3).
Основной датчик положения (20) служит для управления электродвигателем (17) и контроля положения штока (14), его сигнал передается по линии связи (27). В случае отказа основного датчика положения (20) для контроля за положением штока используется резервный датчик положения (22), сигнал которого передается по линии связи (28). Для обеспечения физической независимости сигнальной линий связи (28) резервного датчика положения (22) от сигнальной линий связи (27) основного датчика положения (20) они прокладываются в составе разных кабелей или жгутов (4а) и (4b) соответственно.
Электромеханизм (3) снабжен хвостовиками под ключ ручных приводов перемещения штока и его растормаживания (23) и (24), соответственно, обеспечивающими в случае необходимости возможность перемещения его штока вручную.
На фиг. 4 изображена структурная схема блока управления (2), осуществляющего управление, контроль и синхронизацию работы электромеханизмов (3). В состав блока управления (2) входят как минимум один центральный модуль управления (29); модули диагностики (30) в количестве, равном или превышающем количество каналов системы управления (8) воздушного двигателя; модуль управления (31) электродвигателем (17) в количестве равном или превышающем количество электромеханизмов (3) в составе электропривода (1); многоканальные модули управления (32) тормозными муфтами (19), в количестве равном или превышающем количество обмоток каждой из них, количество каналов каждого из модулей управления (32) тормозными муфтами равно и или превышает количество электромеханизмов (3) в составе электропривода (1), а также датчики температуры (33) корпуса блока управления (2).
Каждый из центральных модулей управления (29) осуществляет прием и интерпретацию управляющих сигналов получаемых им от каждого из каналов системы управления (8) воздушного двигателя и, при необходимости, других систем воздушного судна по внешним информационным линиям связи (11) и (13) соответственно. Также каждый из центральных модулей управления (29) осуществляет обработку данных о текущих положениях штоков (14) каждого из электромеханизмов (3), получаемых ими по внутренним двунаправленным линиям связи (35) от каждого из модулей управления (31) электродвигателем; и сигналов резервных датчиков положения (22), получаемых ими по их сигнальным линиям связи (28). На основе принятых и обработанных данных каждый из центральных модулей управления (29) осуществляет формирование сигналов управления тормозными муфтами, поступающих по внутренним групповым линиям связи (36) блока управления (2) на входы каждого из каналов каждого из многоканальных модулей управления (32) тормозными муфтами; и команд задания скоростей, поступающих по внутренним двунаправленным линиям связи (35) на входы каждого из модулей управления (31) электродвигателем. Для формирования команд задания скорости, каждый из центральных модулей управления (29) осуществляет построение желаемой траектории движения штоков (14) всех электромеханизмов (3) и реализует алгоритмы регуляторов положений и синхронизации. Также каждый из центральных модулей управления (29) осуществляет контроль своего состояния и формирование соответствующих сигналов, поступающих по внутренним групповым диагностическим линиям связи (34) блока управления (2) на входы каждого из модулей диагностики (30).
Каждый из каналов каждого из многоканальных модулей управления (32) тормозными муфтами осуществляет постоянный контроль целостности подключенной к нему электрической цепи, образованной одной из линий связи (26) и связанной с ней обмотки тормозной муфты (19); и валидацию управляющих сигналов, получаемых им по внутренним групповым линиям связи (36) блока управления (2) от всех центральных модулей управления (29). Также каждый из каналов каждого из многоканальных модулей управления (32) тормозными муфтами при поступлении по внутренним групповым линиям связи (36) блока управления (2) на его входы управляющих сигналов и прохождении ими валидации осуществляет формирование и контроль тока питания связанной с ним обмотки тормозной муфты (19). Также каждый из каналов каждого из многоканальных модулей управления (32) тормозными муфтами осуществляет формирование диагностических сигналов, в том числе, своей исправности, целостности цепи, связанных с ним обмотки тормозной муфты (19) и ее линии связи (26), а также статуса валидации входных управляющиих сигналов, полученных им от центральных модулей управления (29) по внутренним групповым линиям связи (36), и передает их по внутренним групповым диагностическим линиям связи (34) блока управления (2) на входы каждого из модулей диагностики (30).
Каждый из модулей управления (31) электродвигателем осуществляет прием и обработку поступающего по сигнальной линии связи (27) сигнала основного датчика положения (20), связанного с ним электромеханизма (3); и передачу соответствующих данных по внутренним двунаправленным линиям связи (35) блока управления (2) на вход каждого из центральных модулей управления (29); а также прием, обработку и валидацию команд задания скорости, поступающих на его входы по внутренним двунаправленным линиям связи (35) блока управления (2) от каждого из центральных модулей управления (29). Также каждый из модулей управления (31) электродвигателем, при поступлении по внутренним двунаправленным линиям связи (35) блока управления (2) на его входы команд задания скорости, и прохождении ими валидации, осуществляет их отработку, формируя передоваемые по силовым линиям (25) токи питания электродвигателя (17), обеспечивающие заданную скорость его вращения. Каждый из модулей управления (31) для управления скоростью вращения связанного с ним электродвигателем (17) реализует алгоритм векторного регулирования. Также каждый из модулей управления (31) электродвигателем осуществляет формирование диагностических сигналов, в том числе, своей исправности, исправности связанного с ним электромеханизма (3), текущего положения его штока (14) и температуры обмоток его электродвигателя (17), а также статуса валидации входных команд задания скорости, полученных им от центральных модулей управления (29) по внутренним двунаправленным линиям связи (35), и передает их по внутренним групповым диагностическим линиям связи (34) блока управления (2) на входы каждого из модулей диагностики (30).
Каждый из модулей диагностики (30) осуществляет прием и интерпретацию управляющих сигналов, получаемых им по внешним информационным линиям связи (11) от каждого из каналов системы управления (8) воздушного двигателя; а также информации, получаемой им по групповым диагностическим линиям связи (34) от каждого из модулей (29-32) блока управления (2); и сигналов датчиков температуры (33) его корпуса. Также каждый из модулей диагностики (30) осуществляет формирование и передачу на вход связанного с ним внешней информационной линией связи (12) канала системы управления (8) воздушного двигателя информации о текущем состоянии электропривода (1).
Заявляемое техническое решение, а именно высоконадежный отказобезопасный электропривод реверсивного устройства работает следующим образом.
Функционирование электропривода (1) реверсивного устройства осуществляется при подаче электропитания от системы электроснабжения (7) воздушного судна по внешним силовым линиям (10) на входы его блока управления (2). Количество внешних силовых линий (10) соответствует или превышает количество электромеханизмов (3) в составе электропривода (1), все они являются независимыми друг от друга. Для повышения надежности электропривод (1) также может одновременно получать электропитание от разных независимых бортовых сетей системы электроснабжения (7) воздушного судна, например от сети левого борта и от сети правого борта. Внутренняя подсистема электропитания блока управления (2) выполнена таким образом, что питание каждого из его модулей (31) управления элетродвигателем (17) каждого из электромеханизмов (3) осуществляется от своей независимой силовой линии - одной из силовых линий (10). Питание остальных модулей (29-32) из состава блока управления (2) осуществляется от как минимум одной внутренней шины питания, полученной объединением силовых линий (10) через устройства, обеспечивающие сохранение их независимости, например через элементы защиты от сверхтоков (предохранители, плавкие вставки, автоматические выключатели и т.п.) и отдельные изолированные преобразователи напряжений, или разделительные диоды. Это обеспечивает сохранение электропитания внутренних модулей (29-32) блока управления (2) и возможности выполнения ими своих функций, за исключением части модулей (31), даже в случае отсутствия электропитания в соответствующей части силовых линий (10). При этом отсутствие электропитания может быть вызвано как отказом элементов системы электроснабжения (7) воздушного судна или самих силовых линий (10), так и их отключением системой электроснабжения (7), вследствие их перегрузки или короткого замыкания вызванных, например, неисправностью соответствующей части модулей (31).
Электропривод (1) осуществляет постоянный контроль своего текущего состояния, в том числе температуры блока управления (2), исправности его модулей (29-32), электромеханизмов (3) и положений их штоков (14). Он периодически передает соответствующую информацию в систему управления (8) воздушным двигателем по информационным линиям связи (12), а также, при необходимости, в другие системы воздушного судна по информационным линиям связи (13).
Информация о текущем состоянии электропривода (1) реверсивного устройства формируется как минимум двумя независимыми модулями диагностики (30а) и (30b), каждый из которых связан независимой информационной линией связи (12а) и (12b) с соответствующим каналом (8а) и (8b), соответственно, системы управления (8) воздушного двигателя. Это позволяет обеспечить передачу соответствующей информации даже в случае отказа одного из каналов передачи данных, включающего в себя один модуль диагностики (30), канал системы управления (8) воздушным двигателем и соединяющую их линию связи (12), что соответственно обеспечивает надежность работы заявляемого технического решения.
Информация о температуре блока управления (2) формируется датчиками температуры (33), закрепленными на внутренней поверхности его корпуса, и непосредственно связанными с модулями диагностики (30), которые осуществляют их обработку и передачу в систему управления (8) воздушного двигателя, и далее в другие системы воздушного судна. В случае приближения температуры блока управления (2) по показаниям датчиков (33) к верхнему предельному значению для составляющих его элементов, например вследствие пожара, модули диагностики (30) формируют и передают сигналы о перегреве блока управления (2). При получении данного сигнала система электроснабжения (7) воздушного судна отключает силовые линии (10) от источника электрической энергии. Это полностью исключает вероятность самопроизвольного включения электромеханимов (3) во время нахождения воздушного судна в воздухе из-за отказа блока управления (2) при пожаре или других не штатных воздействиях, приводящих к его перегреву.
Информация о состоянии и исправности всех модулей (29-32) блока управления (2) поступает в каждый из модулей диагностики (30а) и (30b) по своей независимой групповой диагностической линии связи (34а) и (34b) соответственно. Для этого каждая из групповых диагностических линий связи (34а) и (34b) связывает каждый из модулей диагностики (30а) и (30b) с независимыми выходами каждого из модулей (29-32) блока управления (2). Количество групповых диагностических линий связи (34) соответствует количеству модулей диагностики (30), они также связывают между собой и сами модули диагностики (30). Это позволяет обеспечить передачу достоверной информации о состоянии модулей (29-32) блока управления (2) и электромеханизмов (3), даже в случае отказа одного из модулей диагностики (33) или элементов групповых диагностических линий связи (34).
Информация о текущем положении штоков (14) каждого из электромеханизмов (3) формируется как минимум одним основным (20), и как минимум одним резервным (22) датчиками положения. И основной (20) и резервный (22) датчики являются датчиками углового положения вала винтового преобразователя вида движения (18). Винтовой преобразователь вида движения (18) осуществляет как прямое преобразование вращения своего вала в поступательное перемещение штока (14) электромеханизма (3), так и обратное преобразование поступательного перемещение штока (14) во вращение своего вала и связанных с ним датчиков (20) и (22). Таким образом, показания угловых датчиков (20) и (22) содержат информацию о положении штока (14) электромеханизма (3).
Для однозначного определения положения штока (14) электромеханизма (3) сразу после подачи питания электропривода (1), без необходимости в процедуре поиска начала отсчета основной датчик положения (20) является абсолютным многооборотным датчиком угла поворота. Для этой цели может быть использован как готовый, абсолютный многооборотный, например оптический или магнитный, датчик угла поворота, так и блок, состоящий из как минимум двух абсолютных однооборотных датчиков угла поворота (20а) и (20b), например оптических, магнитных, выполненных в виде вращающихся трансформаторов и любых других. В этом случае вал одного из датчиков (20а) непосредственно связан с валом преобразователя вида движения (18), а вал второго датчика (20b) связан с ним через кинематическую (зубчатую) передачу, обеспечивающую соотношение углов их поворота как N:(N-1) или (N-1):N, где N - натуральное (целое и положительное) число, превышающее число оборотов вала преобразователя вида движения (18), соответствующего полному диапазону перемещения штока (14) электромеханизма (3). Тогда точное определение положения штока (14) электромеханизма (3) в пределах одного оборота вала (шага) преобразователя вида движения (18) осуществляется по первому из датчиков (20а). Однозначное определение количества целых оборотов преобразователя вида движения (18) и соответствующего ему перемещения штока (14), кратного шагу винтового преобразователя вида движения (18), осуществляется по монотонно изменяющейся в пределах диапазона его перемещения разнице показаний по крайней мере двух датчиков (20а) и (20b). Таким образом, точное положение штока (14) однозначно определяется как сумма двух указанных составляющих, первая из которых, при его перемещении, циклически изменяется от нуля до шага винтового преобразователя вида движения (18), а вторая изменяется ступенчато на величину этого же шага в пределах диапазона полного перемещения штока (14) электромеханизма (3). Для обработки сигналов основного датчика положения (20) в состав электромеханизма (3) может быть включен соответствующий электронный узел (21). В этом случае он также может хранить калибровочную информацию для основного датчика положения (20). Это обеспечивает взаимозаменяемость электромеханизмов (3), исключая необходимость сложной и трудоемкой юстировки основных датчиков положения (20) относительно начального положения их штоков (14). Далее сигнал основного датчика положения (20) по его линии связи (27) поступает в находящийся в блоке управления (2) модуль управления (31) электродвигателем (17) соответствующего электромеханизма (3), где осуществляется его обработка для получения данных о текущем положении его штока (14). Далее эта информация по групповым диагностическим линиям связи (34) поступает в модули диагностики (30), которые осуществляют их передачу в систему управления (8) воздушного двигателя.
В качестве резервного датчика положения (22) может быть использован любой известный датчик угла поворота: многооборотный или однооборотный, абсолютный или инкрементный. Использование в качестве резервного (22) - датчика, работа которого основана на ином физическом принципе по отношению к основному датчику положения (20), практически исключает вероятность их одновременного отказа. Сигналы резервных датчиков положения (22) передаются по линиям связи (28), независимым от линий связи (27) основных датчиков положения (20). Их физическая независимость достигается в том числе и прокладкой в составе разных кабелей или жгутов (4а) и (4b) соответственно. Таким образом, сигнал резервного датчика положения (22) по линии связи (28) поступает по крайней мере в один центральный модуль управления (29), находящийся в блоке управления (2), где и осуществляется его обработка для получения данных о текущем положении его штока (14). Для обработки сигналов резервных датчиков положения (22) разных электромеханизмов (3) используются разные центральные модули управления (29), что обеспечивает их независимость как друг от друга, так и от основных датчиков положения (20). Далее эта информация по групповым диагностическим линиям связи (34) поступает в модули диагностики (30), которые осуществляют их передачу в систему управления (8) воздушного двигателя.
Все электромеханизмы (3) закреплены на общей неподвижной части реверсивного устройства при помощи карданных подвесов (16), а все их штоки (14) связаны через крепежные элементы (15) с общей подвижной частью (9) реверсивного устройства. Таким образом, совокупность данных о положениях штоков (14) всех электромеханизмов (3) создает информационную избыточность, позволяющую достоверно определять положение подвижных частей реверсивного устройства во время всего полетного цикла, даже в случае отказа части из электромеханизмов (3). Это обеспечивает, в случае нештатного поведения реверсивного устройства, возможность своевременного информирования экипажа воздушного судна о его состоянии, и задействования соответствующих защитных механизмов, реализующихся системой управления (8) воздушного двигателя и другими системами воздушного судна.
Каждый из электромеханизмов (3) содержит в своем составе резервированную электромагнитную тормозную муфту (19), заторможенную в обесточенном состоянии. Она содержит как минимум две обмотки (19а) и (19b) электромагнитного привода растормаживания, каждая из которых при подаче на нее питания, способна обеспечить ее растормаживание, в результате чего и обеспечивается ее резервирование. Для этой цели может быть использована как готовая, резервированная электромагнитная тормозная муфта, так и сборный кинематический блок, состоящий из как минимум одной тормозной муфты и как минимум одной муфты сцепления. В этом случае муфты соединяются каскадно, таким образом, что при подаче питания на обмотку хотя бы одной из них образованная ими кинематическая связь вала винтового преобразователя вида движения (18)  с корпусом электромеханизма (3) - разрывается. Питание обмоток (19а) и (19b) резервированной электромагнитной тормозной муфты (19) осуществляется по независимым линиям связи (26а) и (26b) соответственно. Их физическая независимость достигается в том числе и прокладкой в составе разных кабелей или жгутов (4а) и (4b) соответственно. Формирование токов питания обмоток (19а) и (19b) резервированной электромагнитной тормозной муфты (19) также осуществляется от независимых модулей управления (32а) и (32b) тормозными муфтами, находящихся в блоке управления (2). Это могут быть как одноканальные, так и многоканальные модули. При этом общее количество каналов должно равняться как минимум произведению количества электромеханизмов (2) на количество обмоток тормозной муфты (19) из состава каждого из них. Наиболее оптимальным вариантом является использование многоканальных модулей управления (32) тормозными муфтами в количестве, равном количеству обмоток муфт (19), с количеством каналов в каждом из них, равном количеству электромеханизмов (3) в составе электропривода (1). Описанные меры практически исключают вероятность одновременного отказа сразу всех каналов растормаживания резервированной электромагнитной тормозной муфты (19), приводящего к невозможности растормаживания какого-либо из электромеханизмов (3), блокировке его штока (14) и невозможности перемещения подвижных частей (9) реверсивного устройства.
При отсутствии команд от системы управления (8) воздушного двигателя на перемещение подвижных частей (9) реверсивного устройства, электропривод (1) обеспечивает удержание их в текущем положении от нежелательного перемещения под действием внешних сил. Удержание осуществляется заторможенными в обесточенном состоянии электромагнитными тормозными муфтами (19), входящими в состав каждого из электромеханизмов (3). Электромагнитная тормозная муфта (19) в обесточенном состоянии удерживает от поворота вал винтового преобразователя вида движения (18). Это обеспечивает удержание штоков (14) каждого из электромеханизмов (3) и связанных с ними через элемент крепления (15) подвижных частей (9) реверсивного устройства. В случае отказа электромагнитной тормозной муфты (19) одного или части из электромеханизмов (3), приводящего к невозможности ее затормаживания, удержание подвижных частей (9) реверсивного устройства, обеспечивается остальными электромеханизмами (3). В этом случае отсутствие недопустимых деформаций подвижных частей (9) реверсивного устройства обеспечивается необходимой жесткостью их конструкции.
Каждый из электромеханизмов (3) содержит в своем составе электродвигатель (17), обеспечивающий вращение вала винтового преобразователя вида движения (18), осуществляющего его преобразование в поступательное движение штока (14). Токи питания электродвигателя (17) каждого из электромеханизмов (3) формируются соответствующим модулем управления (31), а их передача осуществляется по линии связи (25). При этом модуль управления (31) электродвигателем (17) обеспечивает заданную скорость его вращения. Для этого он постоянно получает по линии связи (27) информацию о текущем положении вала электродвигателя (17), формируемую основным датчиком положения (20). Эти данные используются в алгоритме управления двигателем, осуществляемом, например, по методу векторного регулирования. Количество модулей управления (31) электродвигателем (17) в составе блока управления (2) как минимум равняется количеству электромеханизмов (3) в составе электропривода (1). Мощность электродвигателя (17) каждого из электромеханизмов (3) и каждого из модулей управления им (31) выбрана таким образом, что при отказе любого одного или части из них остальные электромеханизмы (3) из состава электропривода (1) в состоянии обеспечить перемещение подвижных частей (9) реверсивного устройства. При этом отсутствие недопустимых деформаций подвижных частей (9) реверсивного устройства обеспечивается необходимой жесткостью их конструкции. При этом сохраняется контроль за текущим положением штоков (14) каждого из электромеханизмов (3), в том числе не осуществляющих перемещение. Контроль за текущим положением штоков (14) осуществляется по основным (20), а при их отказе по резервным (22) датчикам положения. Постоянный контроль текущих положений штоков (14) всех электромеханизмов (3) позволяет выявить возникновение близкой к недопустимой деформации подвижных частей (9) реверсивного устройства, которая может быть вызвана, например, их заклиниванием или блокировкой штока (14) какого-либо из электромеханизмов (3), и остановить его перемещение раньше чем механические напряжения в них достигнут критических значений.
Каждый из электромеханизмов (3) также имеет в своем составе хвостовики ручных приводов и перемещения штока (23) и растормаживания (24), обеспечивающие возможность ручного перемещения его штока (14), в случае необходимости, при обслуживании реверсивного устройства.
Сигналы управления, формируемые каждым из каналов (8а) и (8b) системы управления (8) воздушного двигателя, поступают по независимым линиям связи (11а) и (11b) на входы каждого из центральных модулей управления (29) электропривода, модулей управления (32) тормозными муфтами и модулей диагностики (30), находящихся в блоке управления (2). Для обеспечения безопасности полетов комбинация, составленная из управляющих сигналов, формируемых разными каналами (8а) и (8b) системы управления (8) воздушного двигателя, активирующая перемещение подвижных частей (9) реверсивного устройства в положение, соответствующее обратной тяге воздушного двигателя, выбирается такой, чтобы вероятность ее возникновения на входах блока управления (2) в случае отказа одного из каналов системы управления (8) воздушного двигателя или соответствующих линий связи (11) была минимально возможной, например это должны разрешать сигналы всех или большинства из каналов системы управления (8) воздушного двигателя. Для активации перемещение подвижных частей (9) реверсивного устройства в положение, соответствующее прямой тяге воздушного двигателя, напротив, должна быть минимизирована вероятность ее не выполнения в случае отказа одного из каналов системы управления (8) воздушного двигателя или соответствующих линий связи (11), например для этого должно быть достаточно сигнала одного или меньшинства из каналов системы управления (8) воздушного двигателя.
Управление работой электропривода (1) осуществляется как минимум одним центральным модулем управления (29), находящимся в блоке управления (2). Каждый из центральных модулей управления (29) обеспечивает прием и интерпретацию входных управляющих сигналов, получаемых блоком управления (2) от системы управления (8) воздушного двигателя по информационным линиям связи (11). Он обеспечивает формирования сигналов управления передаваемых по внутренним линиям связи (36) на входы модулей управления (32) тормозными муфтами (19), по которым осуществляется их растормаживание. Также он осуществляет построение траектории движения (задание профиля скорости) и формирование команд задания скорости, поступающих по внутренним двунаправленным линиям связи (35) на вход каждого из модулей управления (31) электродвигателями (17) каждого из электромеханизмов (3), обеспечивающие синхронное перемещение их штоков (14). Для этого он получает по внутренним двунаправленным линиям связи (35) от каждого из модулей управления (31) электродвигателями (17) каждого из электромеханизмов (3) данные о текущих положениях их штоков (14). Эти данные используется алгоритмами регуляторов среднего положения штоков (14) и синхронизации их положений.
Использование более одного центрального модуля управления (29) создает структурную избыточность блока управления (2), позволяющую осуществлять валидацию формируемых ими управляющих сигналов, и практически исключить отказ одного или части из них на безопасность работы электропривода (1). Валидация управляющих сигналов, формируемых центральными модулями управления (29), осуществляется их исполнителями - модулями управления (32) тормозными муфтами и модулями управления (31) электродвигателями. В случае двух центральных модулей управления (29) валидация может осуществляться при помощи дополнительного модуля, осуществляющего их арбитраж. В случае трех и более центральных модулей управления (29) валидация может осуществляться методом мажорирования формируемых ими управляющих сигналов. При любом количестве центральных модулей управления (29) для валидации формируемых ими управляющих сигналов могут быть использованы входные управляющие сигнала, получаемые от системы управления (8) воздушного двигателя, также подаваемые на входы модулей управления (32) тормозными муфтами. В этом случае при отсутствии на их входах комбинаций, активирующих перемещение подвижных частей (9) реверсивного устройства, формирование токов питания тормозных муфт осуществляться не будет, независимо от сигналов формируемых центральными модулями управления (29). В результате этого электромагнитные тормозные муфты (19) электромеханизмов (3) останутся заторможенными, а их штоки (14) - заблокированными, и даже в случае ложной подачи питания на их электродвигатели (17) несанкционированное перемещение подвижных частей (9) реверсивного устройства осуществлено не будет.
При поступлении от системы управления (8) воздушного двигателя по информационным линиям связи (11) на входы блока управления (2) управляющих сигналов, соответствующих командам на перемещение подвижных частей (9) реверсивного устройства, и, в случае необходимости, при наличии соответствующих сигналов, поступающих по внешним информационным линиям (13) от других систем воздушного судна, электропривод (1) осуществляет соответствующее их перемещение. При этом функционирование электропривода (1) осуществляется в соответствии с описанием, приведенным далее.
Центральные модули управления (29) и модули диагностики (30) при получении на своих входах комбинаций управляющих сигналов, активирующих перемещение подвижных частей (9) реверсивного устройства в одно из крайних положений, проверяют не находятся ли они уже в данном положении. В случае нахождения подвижных частей (9) реверсивного устройства в требуемом положении центральные модули управления (29) не производят никаких действий, а модули диагностики (30) формируют и передают по линиям связи (12) в систему управления (8) воздушного двигателя сигналы, подтверждающие завершение перемещения. В случае если текущее положение подвижных частей (9) реверсивного устройства отлично от требуемого, реализуется следующий алгоритм:
- Каждый из центральных модулей управления (29) формирует и передает по внутренним линиям связи (35) блока управления (2) в каждый из его модулей управления (31) электродвигателем (17) соответствующего электромеханизма (3) команду на силовое удержание его штока (14) в текущем положении. Получив соответствующие команды, каждый из модулей управления (31) осуществляет формирование и передачу по линиям питания (25) к электродвигателю (17) соответствующего электромеханизма (3), токов, обеспечивающих его удержание в текущем положении.
- Далее, каждый из центральных модулей управления (29) формирует и передает по внутренним групповым линиям связи (36) блока управления (2) в каждый из его многоканальных модулей управления (32) тормозными муфтами (19) электромеханизмов (3), команды на их растормаживание. Получив соответствующие команды, каждый из модулей управления (32) осуществляет формирование и передачу по линиям питания (26) к электромагнитным тормозным муфтам (19) электромеханизмов (3), токов питания их обмоток, обеспечивающих их растормаживание.
- Далее, после полного растормаживания электромагнитных тормозных муфт (19), каждый из центральных модулей управления (29) формирует и передает по внутренним линиям связи (35) блока управления (2) в каждый из его модулей управления (31) электродвигателем (17) соответствующего электромеханизма (3) команды задания текущей скорости, обеспечивающие плавный разгон до необходимой скорости, перемещение с установившейся скоростью, замедление, при подходе к заданному крайнему положению, до полной остановки в нем, и силовое удержание в этом положении его штока (14). Получая соответствующие команды, каждый из модулей управления (31) осуществляет формирование и передачу по линиям питания (25) к электродвигателю (17) соответствующего электромеханизма (3), токов, обеспечивающих его вращение с необходимой для этого скоростью.
- Далее, каждый из центральных модулей управления (29) блока управления (2) снимает со входов каждого из его многоканальных модулей управления (32) тормозными муфтами (19) электромеханизмов (3) команды на их растормаживание, передававшиеся по его внутренним групповым линиям связи (36). Не получая более соответствующие команды, каждый из модулей управления (32) прекращает формирование и передачу по линиям питания (26) к электромагнитным тормозным муфтам (19) электромеханизмов (3), токов питания их обмоток, вследствие чего осуществляется их затормаживание.
- Далее, после полного затормаживания электромагнитных тормозных муфт (19), каждый из центральных модулей управления (29) блока управления (2) снимает со входов каждого из его модулей управления (31) электродвигателем (17) соответствующего электромеханизма (3) команды на силовое удержание его штока (14) в текущем положении, передававшиеся по его внутренним линиям связи (35). Не получая более соответствующие команды, каждый из модулей управления (31) прекращает формирование и передачу по линиям питания (25) к электродвигателю (17) соответствующего электромеханизма (3) токов питания его обмоток, вследствие чего силовое удержание электродвигателем (17) прекращается. Теперь оно снова осуществляется электромагнитной тормозной муфтой (19) каждого из электромеханизмов (3).
- Модули диагностики (30) формируют и передают по линиям связи (12) в систему управления (8) воздушного двигателя сигналы, подтверждающие завершение перемещения.
При необходимости увеличения количества электромеханизмов (3), осуществляющих перемещение общих подвижных частей (9) реверсивного устройства, помимо наращивания их количества в составе одного электропривода (1), также возможно использование нескольких электроприводов, объединенных в локальную систему управления и работающих синхронно. В этом случае все они связаны с одной общей системой управления (8) воздушного двигателя, а их синхронизация осуществляется при помощи дополнительной линии связи (5), объединяющей их блоки управления (2). Электроприводы (1) реверсивных устройств разных воздушных двигателей одного воздушного судна, например, при необходимости их синхронизации, также могут быть объединены при помощи линии связи (5) в локальную систему управления, но в этом случае каждый из них связан со своей системой управления (8) воздушного двигателя.
Заявляемое техническое решение простой конструкции высоконадежного отказобезопасного электропривода реверсивного устройства тяги двигательных установок реактивных самолетов обеспечивает сохранение работоспособности и безопасности его эксплуатации при отказах его составных частей.