Нижнее крепление привода управляемого горизонтального стабилизатора
LOWER ATTACHMENT FOR CONTROLLED HORIZONTAL STABILIZER DRIVE

Изобретение относится к нижнему креплению привода управления полетом, как например привода управляемого горизонтального стабилизатора. Более конкретно, оно относится к адаптациям элементов для использования во вспомогательном пути передачи нагрузки нижнего крепления для привода, который имеет основной путь передачи нагрузки и вспомогательный путь передачи нагрузки.
Хорошо известно, что привод управления полетом включает в себя два пути передачи механической нагрузки, один основной, а другой вспомогательный, причем последний предназначен для восприятия нагрузки в случае отказа основного пути передачи нагрузки. В типичном устройстве известного уровня техники, как проиллюстрировано на Фиг. 1, при работе на основном пути передачи нагрузки усилие передается через полый шариковый или роликовый ходовой винт. Полый ходовой винт содержит предохранительный стержень, также называемый отказоустойчивым стержнем или соединительной тягой, который соединен с ходовым винтом с небольшой величиной хода. Во время нормальной работы ходового винта, когда основной путь передачи нагрузки работает корректно, вспомогательный путь передачи нагрузки, образованный этой соединительной тягой, не нагружается, так как отсутствует контакт из-за небольшой величины хода. Однако в случае отказа ходового винта по основному пути передачи нагрузки соединительная штанга выполняет свою отказоустойчивую функцию и обеспечивает непрерывность передачи нагрузок приводом.
Со ссылкой на Фиг. 1, типичный известный привод управления полетом в исполнении привода управляемого горизонтального стабилизатора (ПУГС) содержит основной путь передачи нагрузки с полым ходовым винтом 32, соединенным своим верхним концом с самолетом через карданную соединительную систему 24, соединяющую с первым конструктивным элементом S1 самолета. Основной путь передачи нагрузки дополнительно содержит гаечный узел 25, установленный на ходовом винте 32, и гаечный узел 25 соединен со стабилизатором 22 самолета, причем это соединение достигается, например, другой карданной соединительной системой 26.
Как упоминалось выше, вспомогательный путь передачи нагрузки обеспечивается посредством соединительной тяги 29, которая находится внутри ходового винта 32. Соединительная штанга 29 заканчивается на своем верхнем конце охватываемой частью, в этом случае принимающей форму сферической головки 27, которая установлена внутри охватывающей части на крепежной детали 28, в этом случае принимающей форму углубления 210. Крепежная деталь 28 соединена с конструкцией самолета с помощью вторых конструктивных элементов S2 самолета. Известная система может также включать в себя некоторые средства для предотвращения движения узла гайки 25 относительно ходового винта 32 и/или для фиксации стабилизатора 22/карданного соединения 26 на месте, когда путь первичной нагрузки отказывает. Таким образом, нижнее крепление, частью которого является узел гайки 25, может также содержать элементы вспомогательного пути передачи нагрузки, используемые, когда основной путь передачи нагрузки отказывает.
В примере известного верхнего крепления, проиллюстрированного на Фиг. 1 следует понимать, что если ходовой винт 32 отказывает, то нагрузку можно переносить по вспомогательному пути передачи нагрузки, поскольку перемещение сферической головки 27 ограничено верхними и нижними выступами углубления 210. Следовательно, стабилизатор 22 может либо безопасно удерживаться в одном положении (в случае, когда нижнее крепление фиксируется на месте), либо, в некоторых компоновках известного уровня техники, он может продолжить нормальное движение, если соединительная тяга 29 будет соединена с ходовым винтом 32 таким образом, чтобы обеспечить непрерывное вращение ходового винта 32 даже после отказа, защищая этот винт от осевых нагрузок в подобных случаях.
Одна возможная компоновка для основного и вспомогательного путей передачи нагрузки в ПУГС показана на Фиг. 2. Горизонтальный стабилизатор 22 соединен с помощью рычагов стабилизатора и втулок с гаечным узлом 25, который соединяет его с ходовым винтом 23. В этом случае гаечный узел 25 содержит карданный подвес с основными карданными цапфами и кольцо карданного подвеса, соединенное с основными цапфами шариковой гайки и корпусом шаровой гайки, который соединен посредством шаров с винтовым шпинделем ходового винта 23. Гаечный узел 25 образует нижнее крепление привода в основном пути передачи нагрузки. На верхнем конце привода соединительной системы, такой как карданная соединительная система 24, как правило, не содержится никаких поддерживающих элементов наряду с карданом основной тяги, который соединен с конструкцией самолета. При нормальной эксплуатации, без каких-либо отказов, нагрузка привода передается через основной путь нагрузки.
В случае отказа основного пути нагрузки нагрузка переносится на вспомогательный путь нагрузки. В этом примере на нижнем креплении горизонтальный стабилизатор 22 соединен рычагами стабилизатора и втулками с нижним креплением 35 вспомогательного пути передачи нагрузки, которое содержит отказоустойчивые пластины и передаточные пластины, соединенные через вспомогательные гаечные цапфы и вспомогательный гаечный корпус со вспомогательной гаечной резьбой, которая соединена с резьбой ходового винта 23, когда задействован вспомогательный путь передачи нагрузки. Как правило, вспомогательная гаечная резьба должна быть выполнена с возможностью запирания резьбой ходового винта 23, предотвращая перемещение горизонтального стабилизатора 22, когда задействован вторичный путь нагрузки. От нижнего крепления 35 нагрузка по вспомогательному пути передачи нагрузки передается через ходовой винт 23 вдоль трубки/стержня 29 соединительной тяги через охватываемый конец стержня соединительной тяги, который в этом примере представляет собой шарнир 27 соединительной тяги, к верхнему креплению 20 вспомогательного пути передачи нагрузки.
В этой ситуации следует понимать, что горизонтальный стабилизатор может жестко соединяться с винтовым шпинделем 23 и через трубку 29 соединительной тяги - с шарниром 27 соединительной тяги, который удерживается верхним креплением 20, и поэтому аэродинамическая нагрузка, приложенная к горизонтальному стабилизатору во время полета приведет к динамической нагрузке на соединение между шарниром соединительной тяги и вспомогательным верхним креплением 20. Стало понятным, что это может привести к нежелательному флаттеру, потенциально вызывающему ухудшение характеристик самолета и даже к потере управления пилотом.
Примеры основного и вспомогательного путей передачи нагрузки проиллюстрированы на Фиг. 3А и 3В. Основной путь передачи нагрузки показан на Фиг. 3А, в то время как вспомогательный путь передачи нагрузки проиллюстрирован на Фиг. 3В, при этом обход, выполненный вспомогательным путем передачи нагрузки через нижнее крепление, является очевидным.
Как правило, нижнее крепление содержит листовую пластину, которая, при нормальном функционировании основного пути передачи нагрузки, не нагружает вспомогательный путь передачи нагрузки. Это достигается за счет поддержания зазора между защитными пластинами и рычагами и втулками стабилизатора. В случае отказа основного пути передачи нагрузки листовая пластина разрушается, позволяя нагружать вспомогательный путь передачи нагрузки. Конкретнее, разрушение листовой пластины приводит к закрытию зазора между предохранительной пластиной и корпусами втулок, а затем предохранительная пластина передает нагрузку на втулки и рычаги стабилизатора. Таким образом, листовая пластина представляет собой сложный компонент.
Кроме того, ПУГС как правило, сопряжены с устройством обнаружения, выполняющего обнаружение отказа основного пути передачи нагрузки и передачу усилий через вспомогательный путь передачи нагрузки. Листовая пластина не должна мешать работе устройства обнаружения.
Следовательно, изготовление листовой пластины может быть дорогостоящим, и правильная установка в нижнем креплении может занимать много времени.
Следствием существования зазора между предохранительной пластиной и втулками является наличие люфта между компонентами. Это может привести к флаттеру аэродинамических поверхностей или "мертвому ходу".
Согласно первому аспекту изобретения, обеспечивается система нижнего крепления для ПУГС. Система состоит из плавающей втулки, которая монтирует карданный шарнир нижнего крепления и сферические подшипники к кронштейнам стабилизатора (или поверхностному кронштейну). Фланцевая часть втулки контактирует с предохранительной пластиной, чтобы надежно удерживать защитную пластину относительно втулки. Уплотнительное кольцо крепко закреплено на втулке, а крепежные винты крепят уплотнительное кольцо к поверхностному кронштейну. Крепежные винты также определяют и регулируют зазор между уплотнительным кольцом и поверхностным кронштейном.
Затянув крепежные винты, уплотнительное кольцо можно подтянуть к поверхностному кронштейну, в свою очередь, прижимая втулку к предохранительной пластине. Таким образом, предохранительная пластина прочно удерживается относительно втулки, и поэтому нет необходимости в зазоре между втулкой и предохранительной пластиной. Кроме того, во время использования вспомогательного пути передачи нагрузки можно избежать флаттера.
Втулка может содержать вставную часть, выполненную с возможностью надежно сцепляться с предохранительной пластиной. Это может улучшить сцепление между предохранительной пластиной и втулкой. Вставная часть может иметь практически круглую форму, а предохранительная пластина может иметь практически круглое отверстие, которое входит в зацепление с вставной частью втулки.
Уплотнительное кольцо может быть вращательно зафиксировано относительно втулки. Соединение может содержать множество крепежных винтов, а может, предпочтительно, содержать три крепежных винта.
Рычаги могут соединять поверхность управления полетом с нижним креплением. Кардан также может быть частью нижнего крепления ПУГС.
Система может содержать вторую предохранительную пластину, расположенную на противоположной стороне крепления к предохранительной пластине, описанной выше. Система может дополнительно содержать ребра жесткости, расположенные между первой и второй предохранительной пластиной двух соединений. Ребра жесткости могут поддерживать разделение предохранительных пластин и обеспечивать хороший контакт между предохранительными пластинами и соответствующими втулками.
Система может содержать цапфу и, предпочтительно, также может содержать передаточную пластину. Во время отказа основного пути передачи нагрузки, вспомогательный путь передачи нагрузки может передаваться через цапфу и далее через передаточную пластину. Передаточная пластина может быть прикреплена к предохранительной пластине, чтобы переносить нагрузки на предохранительную пластину. Предпочтительно, чтобы цапфа и передаточная пластина не были нагружены во время нагрузки основного пути передачи нагрузки, а, следовательно, были нагружены только во время отказа основного пути передачи нагрузки.
Согласно другому аспекту изобретения обеспечивается ПУГС, содержащий систему нижнего крепления согласно приведенному выше описанию. Самолет может содержать ПУГС согласно изобретению.
Типовые варианты реализации настоящего изобретение далее будут описаны лишь для примера, со ссылками на сопровождающие графические материалы, где:
Фиг. 1 иллюстрирует известный уровень техники привода управления полетом;
Фиг. 2 иллюстрирует типичную компоновку для основного и вспомогательного пути передачи нагрузки в типичном приводе горизонтального стабилизатора (ПУГС);
Фиг. 3А иллюстрирует основной путь передачи нагрузки через ПУГС;
Фиг. 3В иллюстрирует вспомогательный путь передачи нагрузки через ПУГС;
Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе системы нижнего крепления для ПУГС в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения;
Фиг. 5 представляет собой поперечное сечение системы нижнего крепления по Фиг. 4.
Фиг. 4 иллюстрирует вид в перспективе системы нижнего крепления для ПУГС. ПУГС управляет аэродинамической поверхностью 22, используя узел 25 шариковой гайки (см. Фиг. 1). В случае отказа основного пути нагрузки, шариковая гайка 25 фиксируется на винтовом шпинделе 32.
Фиг. 5 иллюстрирует поперечное сечение соединения системы нижнего крепления. Соединение нижнего крепления содержит втулку 110, предохранительную пластину 120, поверхностный кронштейн 140, сферический подшипник 150, крепежные винты 160 и уплотнительное кольцо 170. Кардан 130 образует часть шариковой гайки 25 нижнего крепления.
Как проиллюстрировано на Фиг. 5, втулка 110 вставляется в отверстие поверхностного кронштейна 140 и окружает сферический подшипник 150, чтобы прикрепить кардан 130 привода к кронштейну 140. При использовании ПУГС кардан 130 может быть поднят или опущен, когда шариковая гайка 25 нижнего крепления поднимается или опускается относительно винтового шпинделя 32 ПУГС. Таким образом, соединение по Фиг. 5, позволяет ПУГС управлять положением поверхностного кронштейна 140 и, следовательно, поверхности 22 управления полетом, к которой присоединен поверхностный кронштейн. То есть, когда шариковая гайка 25 нижнего крепления перемещается, соединение позволяет кронштейну 140 поворачиваться относительно кардана 130. На Фиг. 1, поверхностный кронштейн 140 показан как карданная соединительная система 26.
Втулка 110 содержит фланцевую часть 112, которая контактирует с предохранительной пластиной 120 и опирается на предохранительную пластину, чтобы действовать как опорная часть, и вставную часть 114 на которую установлена предохранительная пластина 120. Предохранительная пластина 120 может крепиться к вставной части 114 втулки 110, так что имеется незначительный зазор между втулкой 110 и предохранительной пластиной 120. Предохранительная пластина 120 может иметь практически круглое отверстие для приема вставной части 114 втулки 110, а вставная часть 114 втулки 110 может иметь практически круглое поперечное сечение соответствующее отверстию предохранительной пластины 120. Таким образом, предохранительная пластина 120 и втулка 110 могут взаимно зацепляться. Зацепление может быть установлено таким образом, чтобы при использовании предохранительная пластина 120 значительно не перемещала положение относительно втулки 110. Отверстие в предохранительной пластине 120 и вставной части 114 втулки 110 может принимать любую другую подходящую форму, хотя они предпочтительно являются практически круглыми.
Уплотнительное кольцо 170 установлено около конца втулки 110 напротив конца втулки 110, который находится в контакте с предохранительной пластиной 120. На Фиг. 5, кольцо 170 является практически кольцевым и проходит в плоскости радиально наружу от оси, определяемой втулкой 110. Кольцо 170 не обязательно должно быть кольцевым, а вместо этого оно может быть квадратным или прямоугольным или треугольным или любой другой формы, с отверстием, подходящим для установки на втулке 110. Уплотнительное кольцо 170 жестко установлено на втулке 110, так что во время использования оно не перемещается в осевом направлении относительно втулки 110. Например, втулка 110 может иметь участок, который является более узким в месте установки уплотнительного кольца 170, нежели в другом месте по его длине.
Крепежные винты 160 прижимают уплотнительное кольцо 170 к поверхностному кронштейну 140. Таким образом, крепежные винты 160 определяют зазор 174 между уплотнительным кольцом 170 и поверхностным кронштейном 140, а зазор 174 соединяется с помощью винтов 160. Затягивая крепежные винты 160, уплотнительное кольцо 170 прижимается к поверхностному кронштейну 140. Поскольку зажимное кольцо 170 закреплено на втулке 110, втулка 110 поджимается в том же направлении, что и уплотнительное кольцо 170. Таким образом, фланцевая часть 112 втулки 110 прижимается к предохранительной пластине 120.
На Фиг. 5 показаны три винта 160, но их может быть любое подходящее число. Предпочтительно, когда имеется множество крепежных винтов. Предпочтительно, когда уплотнительное кольцо 170 вращательно зафиксировано относительно втулки 110. Таким образом, наличие множества крепежных винтов 160 предотвращает вращение втулки относительно кронштейна 140.
Таким образом, фланцевая часть 112 втулки 110 прилегает к предохранительной пластине 120, а вставная часть 114 надежно удерживается в отверстии предохранительной пластины 120. Таким образом, предохранительная пластина удерживается относительно втулки 110 и кардана 130. Следовательно, нет необходимости в зазоре между предохранительной пластиной 120 и втулкой 110, как это необходимо в известном уровне техники, когда используется листовая пластина.
В случае отказа основного пути передачи нагрузки, цапфа 132 на приводе прилагает усилия на передаточную пластину 124. Передаточная пластина 124 прикреплена к предохранительной пластине 120 и может жестко фиксироваться, так что нагрузки передаются через передаточную пластину 124 на предохранительную пластину 120. Таким образом, нагрузки передаются через вспомогательный путь передачи нагрузки, как проиллюстрировано на Фиг. 1. Поскольку между предохранительной пластиной 120 и втулками 110 нет зазора, в случае отказа пути первичной нагрузки и передачи нагрузки через вторичный путь нагрузки зазор исключается.
Ребра 190 жесткости могут быть включены как часть нижнего крепления, располагаясь между предохранительной пластиной 120 и второй предохранительной пластиной 122 на противоположной стороне нижнего крепления привода. Ребра 190 жесткости могут разделять предохранительные пластины 120 и 122 и поддерживать жесткую связь между предохранительными пластинами 120 и 122 и фланцевыми участками 112 втулок 110, предотвращая их перемещение от втулки 110. Управляя положением крепежных винтов 160 можно уставлять усилием, удерживающим втулку впритык к предохранительной пластине.
Кроме того, поскольку не требуется сложной листовой пластины, может быть достигнуто снижение веса. Такое снижение веса может составлять около 1 кг. Исключение расходов на листовую пластину также может снизить стоимость ПУГС.
Описанные в данном документе и показанные на графических материалах системы обеспечивают систему нижнего крепления привода управляемого горизонтального стабилизатора, которая повышает надежность работы и устраняет зазор. В то время как устройство было показано и описано в данном документе со ссылкой на типовые варианты реализации изобретений, квалифицированным в уровне техники специалистам будет понятно, что его изменения и/или модификации могут быть сделаны без отклонения от объема настоящего изобретения, который определен прилагаемой формулой изобретения.