增升系统、飞行器以及使增升表面相对于机翼移动的方法

摘要

一种用于飞行器的增升系统包括驱动单元、增升表面和至少一个主驱动站，每个主驱动站均具有能够与驱动单元联接的轴连接件以及能够与增升表面联接的主杆。该增升系统还包括至少一个次单元，每个次单元均具有能够与增升表面联接的次杆。至少一个主驱动站中的每个主驱动站均适于在驱动轴连接件时使相应的主杆移动，并且至少一个次单元中的每个次单元均包括能够选择性地启动的制动器，使得次杆在制动器被停用时跟随至少一个增升表面中的一个增升表面的运动，以及使得次杆在制动器被启动时阻止至少一个增升表面中的一个增升表面的运动。因此，能够提供双负载路径，其中，次单元能够用于在飞行器的正常操作期间制动增升表面。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年6月11日提交的欧洲专利申请No. 14171960.9的优选权，该申请的全部公开内容在此通过参引并入本文 中。

技术领域

本发明涉及一种用于飞行器的增升系统、具有机翼和这种增升系 统的飞行器以及用于使增升表面相对于飞行器的机翼移动的方法。

背景技术

飞行器的增升系统允许通过展开可移动地安装在机翼上的增升 表面来选择性地增大机翼的有效表面区域和弧高。这些增升系统可 以包括前缘缝翼和后缘襟翼。通过展开的增升表面，飞行器的升力 系数可以大幅度地增大以特别在下降和着陆期间允许低的飞行速 度。

在普通的商用飞行器中，后缘襟翼系统通常包括用于将旋转动 力传递至分布在机翼中以使后缘襟翼移动的驱动站的中央驱动单 元，该中央驱动单元还被称作动力控制单元(PCU)。旋转动力的传 递通过连续的传动轴系统实施，该连续的传动轴系统延伸到机翼中， 到达穿过所有驱动站。安全制动器和监测系统通常与传动轴机械地 联接。另外的安全制动器和监测传感器集成在驱动单元中。

一些增升系统可能需要用于增升表面的双负载路径。驱动站通 常包括齿轮传动的旋转致动器，齿轮传动的旋转致动器可以提供两 个独立的驱动路径或负载路径，以在任何情形下提高安全性并防止 灾难性故障。到目前为止，用于增升系统的所有双负载路径解决方 案包括与主驱动元件同步的副驱动元件。它们需要额外的被动制动 器并且需要针对潜在的故障进行测试。此外，系统内需要额外的系 统制动器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于飞行器的增升系统的双负载路 径解决方案，该双负载路径解决方案允许简单的故障检测并且省去 维护测试。

该目的通过具有独立权利要求1的特征的增升系统而实现。可 以根据从属权利要求和以下描述得出有利的实施方式和另外的改 进。

提出一种用于飞行器的增升系统，该增升系统包括驱动单元、 至少一个增升表面以及至少一个主驱动站，其中，每个主驱动站均 具有能够与驱动单元联接的轴连接件以及能够与所述至少一个增升 表面中的一个增升表面联接的主杆。该增升系统还包括至少一个次 单元，每个次单元均具有能够与所述至少一个增升表面中的一个增 升表面联接的次杆。所述至少一个主驱动站中的每个主驱动站均适 于在驱动轴连接件时使相应的主杆移动。进一步地，所述至少一个 次单元中的每个次单元均包括能够选择性地启动的制动器，使得次 杆在制动器被停用时跟随所述至少一个增升表面中的所述一个增升 表面的运动，以及使得次杆在制动器被启动时阻止所述至少一个增 升表面中的所述一个增升表面的运动。

因此，提议使用主驱动站和次单元的组合，其中，主驱动站专 用于实施相应的增升表面的主动运动，即，主单元为驱动站。出于 该目的，主驱动站能够与驱动单元联接，该驱动单元可以为存在于 飞行器的中央区域中的中央驱动单元(PCU)。这种主驱动站可以包 括齿轮传动的旋转致动器，该齿轮传动的旋转致动器适于展开或缩 回主杆以展开或缩回相应的增升表面。

与此相反，次单元与驱动单元没有直接地联接，而是简单地跟 随相应的增升表面的运动。这意味着，联接至相应的增升表面的次 杆仅通过连接至相应的增升表面而进行与主杆相同的运动。

该增升系统的核心方面在于下述事实：次单元适于通过启动存 在于次单元中的制动器而选择性地制动次杆的被动运动。这意味着， 例如，当主驱动站使通过驱动单元诱导的主驱动站的运动停止时， 次单元可以简单地将增升表面制动在增升表面的瞬时位置中。因此， 即使存在和主驱动站与驱动单元之间的联接相关的任何故障，相应 的增升表面位置仍可以被可靠地保持。

与驱动单元未联接的次单元由于次单元完全独立于传动轴系统 或驱动单元的任何故障而是有利的并且从而在不需要任何中央制动 器或额外的制动器的情况下根据安装在系统中的次单元的数目而明 显地增大增升系统的安全性。

就这点而言，应该指出的是，这种增升系统中的次单元的制动 器可以用于若干不同的情形。在正常的操作期间，次单元中的制动 器允许稳固地制动展开的或缩回的增升表面，使得传动轴系统和主 驱动站不必持续地承载和/或补偿增升表面上的空气和惯性载荷。进 一步地，特别地，如果增升系统对故障进行持续地监测，则单独的 次单元可以在故障于增升系统中检测到故障的情况下启动次单元的 制动器。

因此，次单元提供用于实现所需水平余度的第二负载路径。次 驱动单元的设计是简单的并且复杂度为低的，从而减少了制造费用 和维护费用。

另一大的优势在于下述事实：次单元中的制动器在正常的操作 期间被持续地使用，使得制动器的功能在飞行器的正常操作的整个 过程中总是已知的。潜在故障的危险性从而可以被大幅地降低。

在有利的实施方式中，所述至少一个增升表面中的每个增升表 面均与两个单独的主驱动站以及至少一个次单元联接。将增升表面 与两个主驱动站联接允许在没有任何偏斜的情况下展开及缩回增升 表面。然而，单个次单元特别在其被安装在增升表面的中间部段中 时可以足以用于提供制动功能。进一步地，能够与两个主驱动站联 接的另外的系统制动器可以增大可靠度，同时系统复杂度被降低到 更小的程度。

此外，当至少一个单独的驱动单元与两个主驱动站联接时，所 述两个主驱动站的使用还允许单独地驱动相应的增升表面。在这种 情况下，次单元可以存在于所述两个主驱动站之间的某处。

在又一有利的实施方式中，驱动单元借助于传动轴与所述至少 一个主驱动站联接，其中，传动轴与制动器联接以用于制动传动轴 的旋转。在此，由于该制动器可以以与次单元中的制动器交替的方 式提供用于备用制动器或者提供作为主制动器，因此所需的次单元 的数目可以减小。制动器的位置可以任意选择。如果传动轴属于延 伸穿过整个机翼的连续传动轴系，则制动器可以基本上定位在传动 轴上的任意处。然而，制动器可以设置在相同的增升表面或者相邻 的增升表面的两个主驱动站之间。

在又一有利的实施方式中，所述至少一个增升表面中的每个增 升表面均与两个主驱动站和两个次单元联接。两个次单元的安装允 许仅通过这四个装置处理多个不同的故障情形。例如，如果主杆中 的一个主杆失去与相应的主驱动站的连接，则次单元可以制动与具 有故障的主杆相关联的增升表面。另外，在展开或缩回相应的增升 表面之后，所述两个次单元允许在没有偏斜的情况下在瞬时位置中 安全地制动相应的增升表面。

在优选的实施方式中，次杆以与主杆直接相邻的方式定位。因 此，主杆和次杆的载荷引入位置几乎相同，并且增升表面结构上的 在制动位置中产生的力与在展开或缩回过程期间作用在增升表面结 构上的力几乎没有不同。

特别有用的是，一组主驱动站包括单独的驱动单元，所述一组 主驱动站包括至少两个主驱动站。用于增升表面的驱动装置的一体 化允许所需传动轴长度的明显减小，原因在于增升表面的两个主驱 动站可以联接至单独的驱动单元，同时增升表面还与一个或两个次 单元联接。除提供不同的表面设定的能力以外，还可以制动卡住的 增升表面并用剩余的增升表面继续增升表面操作。然而，在这些情 况下，对称的增升表面展开应该是优选的。

增升系统优选地包括控制器，该控制器与用于检测诸如载荷、 速度或位置之类的操作参数的传感器联接，其中，该控制器构造成 用于在控制器确定系统中的故障的情况下使所述至少一个次单元中 的至少一个次单元中的制动器进行制动。这种确定可以基于诸如载 荷、速度或位置之类的所需的操作参数与测量到的操作参数的比较。 如先前解释的，次单元不仅在正常操作期间提供对相关联的增升表 面的制动，而且在任何故障情况下提供对增升系统的至少一部分的 制动。就这点而言，载荷可以包括主杆或次杆上的力，该力可以通 过应变仪测量。例如，在某一控制情形下次杆应该负责于保持增升 表面的至少一个边缘的情况下以及在该次杆上的相应的力传感器没 有测量任何实质的力的情况下，控制器可以确定故障发生在该负载 路径中。这种确定还可以通过测量主杆上的力来获得支持，虽然主 杆不应该面临实质的载荷，然而主杆在这种情况下却提供了实质的 力。不言而喻，这种确定还可以以其他方式或者以所有可能组合的 方式实施。替代性地或此外，传感器可以设置成用于测量位置，所 测量的位置可以包括通过设置在主驱动站中的站位置传感器单元和 /或者通过位于驱动单元中的反馈位置传感器单元传输的位置值。偏 斜或卡住情况能够通过这些位置信息来检测。通过这样的多个传感 器的使用，控制器可以一直判断增升系统的预定操作是否成功或者 故障是否发生。这些故障可能最终导致在受影响的区域中对至少一 个次单元、以及优选地所有次单元中的制动器进行选择性操作。然 而，如果在任何次单元外侧设置有另一制动器，则控制器还可以适 于优选地以与次单元交替循环的方式启动该特定的额外的制动器。 从而有利的是，由于潜在的故障被阻止而确保了所有制动器的常规 应用。

在又一有利的实施方式中，所述至少一个主驱动站中的至少一 个主驱动站借助于传动轴与驱动单元联接，其中，所述至少一个次 单元中的至少一个次单元包括通孔，该传动轴延伸穿过该通孔。这 允许紧凑的设置并消除传动轴的延伸方向上的任何变化，并且此外 允许主驱动站和次单元的尺寸基本相同。

应该指出的是，根据期望的载荷，次单元中的制动器可以通过 具有特定传动比的传动装置与次杆联接或者次单元中的制动器与次 杆直接联接。次单元必须能够在相应的增升表面的展开运动及缩回 运动期间自由地移动，直到制动器被应用为止。

本发明还涉及具有机翼和至少一个这种增升系统的飞行器。

在有利的实施方式中，飞行器包括中央驱动单元、以及传动轴 系统，其中，该中央驱动单元位于机翼根部区域中，该传动轴系统 延伸到机翼中并到达穿过所有主驱动站。

更进一步地，本发明还涉及用于使增升表面相对于飞行器的机 翼移动的方法。该方法基本包括下述步骤：驱动借助于主杆与增升 表面联接的至少一个主驱动站，直到到达预定的位置为止；以及启 动位于次单元中的制动器，制动器借助于次杆联接至增升表面。

该方法还可以包括：检测至少一个操作参数、特别地检测主驱 动站或次单元的载荷、速度或位置；判定预期的操作参数是否实现； 以及在期望的操作参数与测量到的操作参数之间存在偏差的情况下制 动所述至少一个次单元中的至少一个次单元。

附图说明

在图中的示例性实施方式的以下描述中公开了本发明的另外的 特征、优势和应用选择。所有描述的和/或示出的特征自身以及以任 何组合形成本发明的主题，甚至不管它们在各个权利要求中的组合 或它们之间的相互关系如何。此外，附图中相同或相似的部件具有 相同的附图标记。

图1a至图1f以示意图的方式示出了在多种不同操作和故障情 况下的第一示例性实施方式。

图2以示意图的方式示出了第二示例性实施方式。

图3以示意图的方式示出了通常包括从动增升表面的第三示例 性实施方式。

具体实施方式

图1a至图1f以示意图的方式示出了增升系统2的第一示例性 实施方式的一部分。在此，示出了增升表面4，第一主驱动站6、第 二主驱动站8、第一次单元10和第二次单元12联接至该增升表面4。

两个主驱动站6和8中的每一者均包括与主杆16联接的齿轮传 动的旋转致动器14。齿轮传动的旋转致动器14包括轴连接件18， 该轴连接件18与通过驱动单元驱动的传动轴20联接。该驱动单元 可以为相对于所示布置位于一定净距离处的中央驱动单元，或者该 驱动单元可以为第一次单元10与第二次单元12之间的用虚线指示 的单独驱动单元22。

通过驱动传动轴20，向齿轮传动的旋转致动器14提供扭矩，该 扭矩被转变成主杆16的伸展运动或缩回运动。因此，通过驱动传动 轴20，增升表面4展开或缩回。

次单元10和次单元12为被动的并且包括制动器24，该制动器 24与连接至增升表面4的次杆26联接。这根据期望的载荷可以直 接地或者通过具有特定传动比的传动装置实施。制动器24可以被选 择性地启动，使得可以阻止次杆26跟随增升表面4的展开运动或缩 回运动而运动，这导致增升表面4的制动。

在图1a中示出的示例中，次单元10和次单元12包括具有通孔 30的轴承28，传动轴20延伸穿过该通孔30。因此，次单元10和 次单元12完全独立于传动轴20的旋转运动。图1a的布置的工作原 理在图1b至图1f中示出。

在图1b中，示出了扭矩从传动轴20至主驱动站6和主驱动站 8的传递以及从这些主驱动站至主杆16和增升表面4的负载路径。 在所描绘的情况下，显示了增升表面4的展开运动或缩回运动期间 的载荷分布。在此，次单元10和次单元12为完全被动的并且简单 地遵循增升表面4的运动。

在到达增升表面4的预定位置之后，如在图1c中观察到的，次 单元10和次单元12中的制动器24被启动，使得次杆26的位置被 制动，这导致增升表面4的制动。由于制动器24在飞行器的正常操 作期间被持续使用，因此中央控制器总是已知制动器24的可操作状 态，使得意外的潜在的故障不可以影响安全操作。

在图1d中，显示了传动轴20的由十字叉表示的可能故障。这 种故障可以通过借助于例如反馈位置传感单元监测传动轴20的旋 转位置而被检测到，该反馈位置传感单元在这些图中未明确地示出。 如果传动轴20的旋转位置与期望的位置不对应，则可以推断传动轴 20发生故障。因此，由于次单元10和次单元12完全独立于传动轴 20，因此通过启动次单元10和次单元12中的制动器24可以可靠地 制动增升表面4在其瞬时位置中。

在图1e中，示出了另一可能的故障。在此，第二主驱动站8的 主杆16已经失去了与增升表面4的连接。这种故障可以通过监测主 杆16或联接至主杆16的部件上的载荷和/或位置和/或速度或其他适 当的操作参数而被检测到。通过使次单元10和次单元12中的制动 器24进行制动，增升表面4可以可靠地制动在其瞬时位置中。

然而，如图1f中所示，如果次杆失去与增升表面4的连接，则 增升表面4可以通过剩余的次单元10和相关联的主驱动站8而被制 动。

增升系统32的一部分的另一示例性实施方式具有两个主驱动站 34和36、单个次单元38和另外的制动器40。主驱动站34和主驱 动站36设置在增升表面4上的两个间隔开的横向位置处，而次单元 38定位在主驱动站34与主驱动站36之间。示例性地，另外的制动 器40位于次单元38与第一主驱动站34之间。然而，另外的制动器 40还可以设置在次单元38与第二主驱动站36之间的空间处或者完 全不同的位置处。

这种增升系统32可以实施与先前附图的增升系统2相同的操 作。然而，由于仅存在单个次单元38，因此该次单元38应该定位 在增升表面4的中间某处以能够在不冒偏斜运动的风险和/或者降低 载荷的情况下制动增升表面4。就次单元38自身的故障情况而言， 另外的制动器40适于制动向主驱动站34和主驱动站36供以动力的 传动轴42。因此，增升表面4可以在这种情况下借助于制动器40 而被主驱动站34和主驱动站36保持。

在又一实施方式中，增升系统44被示出为包括传动轴46，该传 动轴46延伸穿过两个相邻的增升表面4的主驱动站48和主驱动站 50，主驱动站48和主驱动站50还连接至位于相应的增升表面4的 大致中间位置中的单个次单元52。因此，每个增升表面4的设置相 当于图2中示出的设置。由于两个相邻的增升表面4通过共同的传 动轴46驱动，因此针对次单元52中的任一次单元的任何故障情况， 仅需要一个另外的制动器54。另外的制动器54可以设置在最内的 主驱动站48与主驱动站50之间。

另外，应该指出的是，“包括”并不排除其他元件或步骤，并且 不定冠词不排除复数。此外，应当指出的是，参照以上示例性实施 方式中的一个实施方式已描述的特性或步骤还能够与上述其他示例 性实施方式的其他特性或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不 应被解释为限制。