氣動定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及一種氣動定位系統(tǒng)(Pneumatic Posit1ning System)。
【背景技術(shù)】
[0002]致動器被用在各種機械設(shè)備中以控制這些設(shè)備的零件(feature)和移動部分。具體地，致動器是用于控制系統(tǒng)、機構(gòu)、設(shè)備、結(jié)構(gòu)等的電動機。致動器能夠通過各種能量源提供動力并且能夠?qū)⑺x擇的能量源轉(zhuǎn)換為運動。
[0003]例如，致動器被用在計算機磁盤驅(qū)動器中以控制讀取/寫入磁頭的位置，通過該讀取/寫入磁頭將數(shù)據(jù)存儲在磁盤上以及從磁盤讀取數(shù)據(jù)。另外，致動器被用在機器人中(即，用在自動化工廠中)以對產(chǎn)品進行裝配。致動器還操作車輛上的制動器、打開和關(guān)閉車門、升起和降下鐵路柵門(railroad gate)并且執(zhí)行日常生活的眾多其他任務(wù)。因此，致動器具有廣泛的用途。
[0004]在航空領(lǐng)域中，致動器被用于控制允許飛機飛行的無數(shù)個控制面。例如，需要致動器的位于各個機翼中的每一個襟翼(flap)、擾流器和副翼。另外，在尾部的致動器控制飛機的方向舵(rudder)和升降舵(elevator)。此外，在機身中的致動器打開并且關(guān)閉覆蓋起落架艙的艙門。致動器還用于升起和降低飛機的起落架。另外，位于各個發(fā)動機上的致動器通過控制推力反向器使飛機減速。
[0005]普遍使用的致動器從屬于兩種總體范疇:液壓式和電動式，這兩種類別之間的差異在于原動力，通過該原動力來實現(xiàn)移動或控制。液壓致動器需要加壓的、不可壓縮的工作流體，通常是油類。電動致動器使用電動機，電動機的軸的旋轉(zhuǎn)被用于使用某種變傳動裝置(transmiss1n)來產(chǎn)生線性位移。
[0006]雖然液壓致動器已經(jīng)被廣泛地用于飛機，但是利用液壓致動器的問題是分配并且控制加壓的工作流體所需要的管路(plumbing)。在飛機中，因為需要仔細地路由液壓管線，故產(chǎn)生高壓工作流體的泵和路由工作流體所需要的管路增加了重量并且增加了設(shè)計復(fù)雜性。另外，在液壓系統(tǒng)中可能的失靈模式包括對用于位置控制面的伺服閥(servo valve)的加壓故障、泄漏和電氣故障。然而，液壓系統(tǒng)的一種固有特征是液壓飛行控制系統(tǒng)能夠在檢測完故障之后使用阻尼力來維持穩(wěn)定性。
[0007]電動致動器克服了液壓系統(tǒng)的許多個缺點。具體地，通過電能提供動力并且控制的電動致動器僅需要配線來操作和控制。然而，在飛機運行期間電動致動器還可能出故障。例如，電動機的繞組易于被熱量和水損壞。另外，電動機軸上的軸承磨損。本質(zhì)上比用于液壓致動器的活塞和氣缸更復(fù)雜的電動機與負(fù)載之間的傳動裝置也易于出故障。在電力和液壓系統(tǒng)這兩者中，致動器的機械故障(例如，齒輪或軸承故障等)會導(dǎo)致動器機械功能的損失。另外，電力系統(tǒng)會出故障。當(dāng)存在向致動器發(fā)送通信的命令循環(huán)的故障時發(fā)生一種類型的電力故障。當(dāng)致動器內(nèi)的電力回路(power loop)(諸如對電動機的高電力回路)出故障時發(fā)生另一類的電力故障。
[0008]隨著電動致動器系統(tǒng)逐漸地用在飛機設(shè)計中，需要解決這些系統(tǒng)的可能的失靈模式的新的途徑。在這些系統(tǒng)中需要故障容限，即維持一個或多個部件失靈或故障仍保持工作的能力。因為電子飛行控制系統(tǒng)不具有可獲得阻尼的液壓流體，故需要能夠用于故障事故的可替換的自動防故障系統(tǒng)(fail safe system)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]提供了一種氣動軸定位系統(tǒng)，在主系統(tǒng)故障期間該氣動軸定位系統(tǒng)被用作輔助自動防故障系統(tǒng)。根據(jù)各種實例，氣動軸定位系統(tǒng)包括:第一壓力室(pressure chamber);加壓氣源(pressurized gas source)，連接至第一壓力室；第一閥，控制氣體從加壓氣源流動至第一壓力室中；以及第一活塞，凸出到第一壓力室并且可滑動地耦接至第一壓力室。當(dāng)來自加壓氣源的氣體填充第一壓力室時，第一活塞將軸推動至預(yù)定位置。
[0010]在一個方面中，其可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，該氣動軸定位系統(tǒng)還可以包括第二壓力室和第二活塞。第二壓力室連接至加壓氣源。第一閥控制氣體從加壓氣源流動至第二壓力室。第二活塞凸出到第二壓力室并且可滑動地耦接至第二壓力室。當(dāng)來自加壓氣源的氣體當(dāng)填充第二壓力室時，第二活塞將軸推動至預(yù)定位置。
[0011]在一個方面中，其可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，第一活塞在第一方向上將軸推動至預(yù)定位置。第二活塞在第二方向上將軸推動至預(yù)定位置。第一方向與第二方向相反。
[0012]在一個方面中，其可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，當(dāng)軸處于預(yù)定位置時，第一活塞和第二活塞接觸該軸。
[0013]在一個方面中，其可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，該氣動軸定位系統(tǒng)還包括第一止動塊(stopper)和第二止動塊。當(dāng)軸處于預(yù)定位置時，第一止動塊與第一活塞嚙合。當(dāng)軸處于預(yù)定位置時，第二止動塊與第二活塞嚙合。
[0014]在一個方面中，可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，氣動軸定位系統(tǒng)還包括第三活塞和第四活塞。第三活塞凸出到第一壓力室并且可滑動地耦接至第一壓力室。第四活塞凸出到第二壓力室并且可滑動地耦接至第二壓力室。當(dāng)來自加壓氣源的氣體填充第一壓力室和第二壓力室時，第三活塞和第四活塞將軸推動至預(yù)定位置。
[0015]在一個方面中，其可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，第一壓力室和第二壓力室通過防止氣體從第一壓力室流動至第二壓力室的第二閥分開。第一壓力室包括釋放閥，該釋放閥被配置為相對于第二壓力室降低第一壓力室中的壓力。
[0016]在一個方面中，其可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，第一閥從飛行控制計算機接收信號并且基于該信號控制氣體從加壓氣源流動至第一壓力室中。
[0017]在一個方面中，其可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，第一閥包括煙火爆破盤(pyrotechnic burst disc)。
[0018]在一個方面中，其可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，該氣動軸定位系統(tǒng)還包括聯(lián)鎖機構(gòu)(interlocking mechanism)，該聯(lián)鎖機構(gòu)被配置為當(dāng)軸處于預(yù)定位置時與第一活塞嚙合。
[0019]根據(jù)各種實例，機構(gòu)包括飛行控制計算機系統(tǒng)、具有軸線的軸、沿該軸線驅(qū)動軸移動的致動器以及氣動軸定位系統(tǒng)。致動器通信耦接至飛行控制計算機。該氣動軸定位系統(tǒng)包括:壓力室；加壓氣源，連接至壓力室；閥，控制氣體從加壓氣源流動至壓力室；以及活塞，凸出到壓力室并且可滑動地耦接至壓力室。該閥通信耦接至飛行控制計算機系統(tǒng)。當(dāng)來自加壓氣源的氣體填充壓力室時，該活塞將軸推動至預(yù)定位置。
[0020]在一個方面中，其可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，活塞基本上平行于軸的縱向軸滑動。
[0021]在一個方面中，其可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，當(dāng)致動器出故障并且將激活信號發(fā)送至氣動軸定位系統(tǒng)的閥時，飛行控制計算機系統(tǒng)接收來自致動器的故障信號。
[0022]在一個方面中，其可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，當(dāng)致動器出故障時，致動器從軸脫離。
[0023]在一個方面中，其可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，致動器是電動機械式的致動器。
[0024]根據(jù)各種實例，提供了一種與氣動軸定位系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的處理。該氣動軸定位系統(tǒng)包括:壓力室；加壓氣源，連接至壓力室；閥，控制氣體從加壓氣源流動至壓力室中；以及活塞，凸出到壓力室并且可滑動地耦接至壓力室。激活該閥。激活的閥允許氣體從加壓氣源流動至壓力室中，從而對壓力室進行加壓并且推動活塞遠離壓力室。使軸與活塞相接觸。當(dāng)軸與活塞接觸時，活塞伸出離開壓力室從而將軸移動至預(yù)定位置。
[0025]在一個方面中，其可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，在閥處接收到激活信號。響應(yīng)于接收激活信號來激活閥。
[0026]在一個方面中，其可以包括前述和/或以下實例和方面中任一項的主題的至少一部分，在將軸移到至預(yù)定位置之前軸從致動器中解開。