单输入发动机控制器和系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年7月20日提交的美国临时申请no.62/364,660的优先权，该美国临时申请的全部内容通过参引并入本文。

背景技术：

本发明总体上涉及飞机发动机和推进器控制器领域。本发明具体涉及同时控制供给至发动机的燃料和由该发动机供以动能的推进器的每分钟的转数(rpm)的单输入发动机控制器。飞行器发动机通常采用两个单独的控制输入。第一个输入控制给送到发动机中的与发动机输出的马力大小相关联的燃料的量。第二个输入控制推进器调节器，该推进器调节器持续调整推进器的角度以使其保持由第二个输入设定的规定的推进器rpm。与固定角度的推进器相比，单独控制推进器的rpm允许提高燃料效率，因为操作所需的最小rpm根据发动机的马力而变化，并且发动机的所需功率根据飞行器的期望操作模式而变化。例如，在起飞时需要最大量的马力，而一旦达到巡航高度，则需要显著减小、甚至低达50％的马力。由于使推进器旋转得比推进飞行器所需的速度更快而使推进器处于与最大马力对应的rpm设定从而会浪费燃料。

典型的双输入系统要求飞行员查阅图表或者记住马力设定与推进器rpm之间的复杂关系，以实现最大燃料效率。遗憾的是，大多数飞行员没有花时间去记住或查阅这些图表，而是简单地使推进器rpm设定处于起飞所需的水平。这导致燃料浪费和较短的飞行距离，因为美国联邦航空局(faa)的规定要求飞行器在着陆时保持规定量的燃料。因此，需要下述系统：该系统响应来自标准燃料控制器的单输入而将推进器rpm设定改变为理想的燃料效率设定。

技术实现要素：

本发明的一个实施方式涉及一种单输入飞行器发动机和推进器控制系统，该控制系统包括燃料控制接口，该燃料控制接口产生第一机械信号，第一机械信号与待被给送至发动机以产生规定量的马力的规定量的燃料对应。所述规定量的马力具有用于联接至发动机的推进器的对应的rpm设定并且该rpm设定对应于最大燃料效率。该控制系统还包括单输入发动机控制器，该单输入发动机控制器联接至燃料控制接口，以接收第一机械信号、将第一机械信号转换成表示与所述规定量的马力对应的所述rpm设定的第二机械信号、并且输出表示所述规定量的燃料的第三机械信号。第三机械信号是由第一机械信号诱发的。该系统还包括燃料分配系统，该燃料分配系统联接至单输入发动机控制器以接收第三机械信号。第三机械信号触发燃料分配系统以将所述规定量的燃料给送至发动机。该系统还包括推进器rpm控制器，该推进器rpm控制器联接至单输入发动机控制器以接收第二机械信号。第二机械信号触发rpm控制器以将推进器的rpm设定成对应的rpm设定。

本发明的另一实施方式涉及一种单输入飞行器发动机和推进器控制系统，该系统包括燃料控制接口以产生第一机械信号，第一机械信号与待被给送至发动机以产生规定量的马力的规定量的燃料对应。所述规定量的马力具有用于联接至发动机的推进器的对应的rpm设定。该rpm设定对应于最大燃料效率。该系统还包括具有第一枢转点和第二枢转点的壳体。该系统还包括以可枢转的方式联接至所述第一枢转点的燃料控制杆。该系统还包括具有凸轮槽的rpm控制杆。该rpm控制杆以可枢转的方式联接至第二枢转点、燃料控制杆和燃料控制接口，使得第一机械信号诱发rpm控制杆和燃料控制杆绕第一枢转点和第二枢转点枢转。凸轮槽定形状并定尺寸成将rpm控制杆的枢转转换成第二机械信号，第二机械信号表示与所述规定量的马力对应的rpm设定。该系统还包括燃料分配系统，该燃料分配系统以可枢转的方式联接至燃料控制杆以接收由燃料控制杆的枢转诱发的第三机械信号。第三机械信号触发燃料分配系统以将所述规定量的燃料给送至发动机。该系统还包括推进器rpm控制器，该推进器rpm控制器以可滑动的方式联接至凸轮槽以接收由rpm控制杆的枢转诱发的第二机械信号。第二机械信号触发rpm控制器以将推进器的rpm设定成对应的rpm设定。

本发明的另一实施方式涉及一种单输入发动机控制器，该控制器包括具有第一枢转点和第二枢转点的壳体。该控制器还包括以可枢转的方式联接至所述第一枢转点的燃料控制杆。该控制器还包括具有凸轮槽的rpm控制杆。该rpm控制杆以可枢转的方式联接至第二枢转点和燃料控制杆，以接收表示规定量的燃料的第一机械信号、响应于第一机械信号绕第二枢转点枢转、并且诱发燃料控制杆绕第一枢转点枢转。该凸轮槽定形状并定尺寸成将rpm控制杆的枢转转换成第二机械信号，第二机械信号表示与所述规定量的燃料对应的rpm设定。燃料控制杆的枢转诱发与第一机械信号成比例的第三机械信号。第三机械信号表示所述规定量的燃料。

附图说明

通过以下结合附图给出的详细描述，将更全面地理解本申请，在附图中，相同的附图标记指代相同的元件，在附图中：

图1是采用单输入发动机控制器的示例性系统的框图。

图2是采用单输入发动机控制器的不同的示例性系统的框图。

图3是单输入发动机控制器的示例性实施方式的内部视图。

图4是单输入发动机控制器的示例性实施方式的部件的俯视分解图。

图5是单输入发动机控制器的示例性实施方式的部件的仰视分解图。

图6是单输入发动机控制器的示例性实施方式的部件的前视分解图。

图7是处于最大燃料位置的单输入发动机控制器的示例性实施方式的内部视图。

图8是处于最小燃料位置的单输入发动机控制器的示例性实施方式的内部视图。

图9是与怠速调节器组合的处于最大燃料位置的单输入发动机控制器的示例性实施方式的内部视图。

图10是与怠速调节器组合的处于最小燃料位置的单输入发动机控制器的示例性实施方式的内部视图。

图11是具有替代性内部布置的单输入发动机控制器的示例性实施方式的局部视图。

图12是单输入发动机控制器的示例性实施方式的内部视图。

具体实施方式

总体上参照附图，示出了单独的单输入发动机控制器的各种实施方式以及与附加的发动机控制部件组合的单输入发动机控制器的各种实施方式。单输入发动机控制器接收来自发动机的标准燃料或功率控制器的输入，并且输出一个信号以用于将发动机燃料量设定成实现规定量的马力，并且输出第二个信号以用于将推进器的rpm设定为与理想的燃料效率rpm设定对应的值，该理想的燃料效率rpm设定针对待由发动机响应于燃料设定而输出的规定功率。这种配置使得飞行员不需要手动调节rpm，确保飞行器以理想的燃料效率水平或以非常接近理想的燃料效率水平运行。

现参照图1，示出了示例单输入发动机控制系统10的示意图。系统10包括单输入控制器或混合器20、联接至单输入控制器20的燃料控制接口22、联接至单输入控制器20的燃料分配系统24以及同样地联接至单输入控制器20的推进器rpm控制器26。单输入控制器20接收表示由系统10控制的待被供给到发动机的规定量的燃料的信号。在一个实施方式中，燃料控制接口22是标准杆控制器。单输入控制器20将信号传递至燃料分配系统24，燃料分配系统24接收信号并且向发动机供给规定量的燃料，发动机输出与该燃料量对应的马力量。单输入控制器20还将从燃料控制接口22接收到的信号转换为表示用于由规定量的燃料产生的规定量的马力的燃料效率rpm值的信号。然后，所转换的信号被传递至推进器rpm控制器26，推进器rpm控制器26将推进器的rpm调节成符合该燃料效率值。在一个实施方式中，推进器rpm控制器26是推进器调节器，其改变推进器叶片的角度以保持由所转换的信号表示的rpm水平。

现参照图2，示出了发动机控制系统10的替代实施方式的示意图。在该实施方式中，系统10还包括怠速调节器28和怠速控制模块30。单输入控制器20和怠速调节器28联接至怠速控制模块30，怠速控制模块30联接至燃料分配系统24。怠速控制模块30接收由单输入控制器20传递的表示规定量的燃料的信号并且将该信号传递至如上所述地进行操作的燃料分配系统24。然而，当表示燃料量的信号处于其最小值时，怠速控制模块30将由怠速调节器28产生的燃料量信号传递到燃料分配系统24上。由怠速调节器28产生的燃料量信号切换燃料量以保持发动机的较低的怠速并且防止发动机熄火。在没有怠速调节器28的实施方式中，例如参照图1所描述的，必须手动切换燃料控制接口22以维持低怠速。增加怠速调节器28和怠速控制模块30使该过程自动化，并且使飞行器的飞行更容易且对用户而言更方便。

现参照图3，示出了单输入控制器20的一个实施方式的内部视图。单输入控制器20包括壳体32、rpm控制杆34、燃料控制杆36、联动装置38、u形夹40和41、rpm控制联动装置42、第一支架44、第二支架46(参见图4)、连接器48(参见图4)、联接构件50、突出部或间隔件52、后固定构件53(参见图4)和前固定构件54。壳体32包括后部板56和前部板58(参见图4)，后部板56和前部板58中的每一者都在其中形成有多个安装孔60。壳体32还包括固定在前部板58和后部板56之间的第一枢转点62和第二枢转点64。rpm控制杆34包括用于将rpm控制杆34联接至rpm控制联动装置42的凸轮槽66。u形夹40和41用作用于燃料控制的输入点和输出点，并且包括用于将单输入控制器20机械地连接至系统、比如系统10的其他部件的安装孔68和69。rpm控制联动装置42包括护套或覆盖件70和以可滑动的方式容置在覆盖件70内的缆线连杆72。连接器48包括安装孔74。突出部52包括通孔76。

现参照图4至图6，示出了单输入控制器20的不同角度的分解图。单输入控制器20被组装成使得rpm控制杆34和燃料控制杆36分别以可枢转的方式联接至第一枢转点62和第二枢转点64，使得它们可以在平行于前部板58和后部板56的平面内旋转。燃料控制杆36借助于联动装置38以可枢转的方式联接至rpm控制杆34。用于将rpm控制杆34以可枢转的方式联接至燃料控制杆36的各种方法被设想为包括比附图中所示的单个联动装置38更多和更少的联动装置。

u形夹40以可枢转的方式联接至rpm控制杆34，并且当单输入控制器20被放置在比如系统10的系统中时，u形夹40将来自燃料控制接口22的机械连杆接纳并固定在安装孔68内。u形夹41以可枢转的方式联接至燃料控制杆36，并且当单输入控制器20被放置在比如系统10的系统中时，u形夹41将燃料分配系统24或怠速控制模块30的机械连杆(参见图9和图10)接纳并固定在安装孔69内。

在如图11和图12所示的一个实施方式中，u形夹40和41都以可枢转的方式联接至燃料控制杆36。u形夹40和41可以联接至燃料控制杆36上的同一点，其中，一个u形夹联接到另一个u形夹的上部(在图11和图12中示出为u形夹40在u形夹41的上部)。替代性地，u形夹40和41可以以可枢转的方式联接至燃料控制杆36上的不同的点。将u形夹40直接联接至燃料控制杆36确保燃料控制接口22与燃料分配系统24或怠速控制模块30之间的直接连接。在替代实施方式中，省略了u形夹40和41并且机械连杆分别直接地联接至rpm控制杆34和燃料控制杆36或者机械连杆两者直接地联接至燃料控制杆36。在另一实施方式中，上述单输入控制器20的部件通过使用螺栓而以可枢转的方式联接在一起，该螺栓的一端的头部穿过所联接的部件中的孔，其中，螺母封闭螺栓的与头部相反的端部，使得所联接的部件能够绕螺栓的在头部与螺母之间的部分自由旋转。

rpm控制联动装置42的覆盖件70通过第一支架44以定位的方式被紧固并且固定至后部板56。固定覆盖件70允许缆线72在覆盖件70内自由滑动。缆线连杆72穿过安装至后部板56的第二支架46中的孔以导引缆线连杆72。缆线连杆72的一端固定至连接器48。在一个实施方式中，缆线连杆72的端部是带螺纹的并且通过螺母固定至连接器48。当单输入控制器20被放置在比如系统10的系统中时，缆线72的相反端部联接至比如推进器rpm控制器26的推进器rpm控制器。联接构件50部分地穿过凸轮槽66并且被固定至安装孔74，从而将rpm控制杆34联接至rpm控制联动装置42。联接构件50在凸轮槽66内可以可滑动的方式移动。后固定构件53部分地穿过后部板56上的安装孔60中的一部分安装孔并且被接纳在突出部52的通孔76中。同样地，前固定构件54部分地穿过前部板58上的安装孔60中的一部分安装孔并且被接纳在突出部52的通孔76中。前固定构件54和后固定构件56被紧固成将后部板56固定至前部板58，以容纳和保护单输入控制器20的部件。考虑了将后部板56固定至前部板58的各种替代方法，包括以旋拧到后部板56中的突出部52来代替后固定构件56。

现参照图7和图8，示出了系统10内的单输入控制器20的各个操作阶段。u形夹40和41和至燃料控制接口22和燃料分配接口24的机械连杆在图7和图8中被示出为分块连接，使得可以清楚地描绘rpm控制杆34和燃料控制杆36的操作和相互作用。图7描绘了处于最大燃料输出位置的单输入控制器20，最大燃料输出位置通常与起飞所需的最大发动机马力相关联。图8描绘了处于最小燃料输出位置的单输入控制器20，最小燃料输出位置通常与怠速或停止相关联。在一个实施方式中，最大燃料位置和最小燃料位置是相反的。

在从最小燃料到满燃料的操作中，燃料控制接口22的运动产生表示待被提供给发动机的规定量的燃料(即，最大燃料)的第一机械信号(即，机械运动)。第一机械信号沿着将燃料控制接口22联接至单输入控制器20的rpm控制杆34的机械连杆(未示出)前进。第一机械信号诱发rpm控制杆34绕第一枢转点62沿箭头a的方向枢转。使rpm控制杆34枢转以将联接构件50接合到凸轮槽66内并且在rpm控制联动装置42的缆线72中诱发第二机械信号。由于缆线72被第二支架46导引并且护套70由第一支架44固定，所以缆线72仅可以在大致水平的方向上移动。该限制连同凸轮槽66的特定形状将第一机械信号转换成表示燃料效率rpm设定的信号，该燃料效率rpm设定与在给送规定量的燃料时发动机将产生的规定量的功率对应。凸轮槽66定尺寸和定形状成使得所转换的第二机械信号遵循关于推进器rpm与由单输入控制器20控制的发动机的发动机马力之比的规定燃料效率曲线。

使rpm控制杆34枢转还通过经由联动装置38传递接收自燃料控制接口22的机械信号而诱发燃料控制杆36绕第二枢转点64枢转。使燃料控制杆36枢转诱发第三机械信号，该第三机械信号通过机械联动装置被传递至联接至燃料控制杆36的部件(例如，燃料分配系统24、怠速控制模块30等)。在燃料控制杆36联接至燃料控制接口22以及燃料分配系统24或怠速控制模块30(参见图11和图12)的实施方式中，第一机械信号诱发燃料控制杆36枢转，这又诱发rpm控制杆34的枢转。如上所述，使燃料控制杆36和rpm控制杆34枢转可将相应的枢转运动传送到如上所述的任何连接的部件。

在各种实施方式中，信号的机械传送以成比率的方式进行。以一定的比率传送信号可以使部件更容易被设置，并且特别是允许更紧凑的构型。当采用传送比率时，在机械信号触发系统的功能并终止于该系统处之前，该比率被反转。例如，在通过燃料控制杆34将第一机械信号传递成第三机械信号时使用1:2的比率的情况下，第三机械信号将在终止于燃料分配系统24处之前以2:1的比率回传。使比率反转确保在燃料控制接口22的运动与由发动机执行的最终动作之间存在直接关系。

现参照图9和图10，示出了系统10内的单输入控制器20和联接至怠速控制模块30的怠速调节器28的各个操作阶段。燃料控制接口22的机械连杆在图9和图10中被示出为分块连接，使得可以清楚地描绘单输入控制器20和怠速调节器28的操作和相互作用。图9描绘了处于最大燃料输出位置处的单输入控制器20，最大燃料输出位置通常与起飞所需的最大发动机马力相关联。图10描绘了处于最小燃料输出位置的单输入控制器20，最小燃料输出位置通常与怠速或停止相关联。在一个实施方式中，最大燃料位置和最小燃料位置是相反的。

怠速控制模块30包括怠速控制杆78和u形夹80、82和84。u形夹80、82和84包括安装孔并且分别在枢转点86、88和90处以可枢转的方式联接至怠速控制杆78。单输入发动机控制器20通过机械连杆或缆线92——该机械连杆或缆线92的一端固定在u形夹80的安装孔中而另一端固定在u形夹41的安装孔69中——联接至怠速控制模块30。怠速调节器28包括连接器94。连接器94被固定在u形夹82的安装孔中，以将怠速调节器28联接至怠速控制模块30。u形夹84通过缆线或机械连杆(未示出)将怠速控制模块30联接至燃料分配系统24。在一个实施方式中，省略了u形夹80、82和84，并且机械连杆和/或连接器以可枢转的方式直接地联接至怠速控制杆78。

在操作中，单输入控制器20如以上参照图7和图8所描述的那样操作。在该实施方式中，第三机械信号通过缆线92被传递到怠速控制模块30。具体地，当比较图9和图10可以看出的是，随着燃料控制杆被诱发成绕第二枢转点64枢转，所诱发的第三机械信号被传递到怠速控制模块30上，这又诱发怠速控制杆78的枢转点86沿箭头a的方向移动。枢转点86的诱发的运动使得怠速控制杆78绕枢转点88有效地枢转。怠速控制杆78的枢转诱发了u形夹84中的运动，u形夹84将该运动转换为表示待被供给给发动机的燃料量的机械信号，并且将该机械信号传递给燃料分配系统24，燃料分配系统24向发动机提供规定量的燃料以输出规定马力。

当单输入控制器20如图10所示定位成用于最小燃料输出时。系统10的机械部件将枢转点86有效地固定到相对于系统10的部件的特定位置。在这种构型中，怠速调节器28将连接器94沿箭头a的方向从歇止位置进行切换并将连接器94沿与箭头a相反的方向切换回该歇止位置。该切换诱发枢转点88以相同的方式切换，这又导致怠速控制杆78绕枢转点86向前和向后枢转。怠速控制杆78的来回枢转转换成表示待被供给给怠速的发动机的燃料量的机械信号。该信号被传递到燃料分配系统24，燃料分配系统24提供使发动机空转所需的规定量的燃料。

应当理解的是，附图详细示出了示例性实施方式，并且应当理解的是，本申请不限于在说明书中提出的或者在附图中示出的细节或方法。还应当理解的是，术语仅仅是为了描述的目的而不应该被认为是限制性的。

为了本公开的目的，术语“联接”是指两个部件直接或间接地彼此接合。这样的接合本质上可以是固定的或者本质上是可动的。可以通过两个构件以及任何另外的中间构件彼此一体地形成为单个整体、或者两个构件或两个构件与任何另外的构件彼此附接来实现这样的接合。这样的接合本质上可以是永久性的，或者替代性地这样的接合本质上可以是可移除的或可释放的。

就本说明书而言，本发明的各个方面的进一步修改和替代实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，此说明书仅被解释为说明性的。在各个示例性实施方式中示出的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅仅详细描述了一些实施方式，但是可以在实质上不偏离本文中所述主题的新颖教导和优点的情况下进行许多修改(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、方向等的变化)。示出为一体形成的一些元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可以颠倒或以其他方式变化，并且可以更改或改变独立元件的性质或数量或位置。任何过程、逻辑算法或方法步骤的次序或顺序可根据替代实施方式而改变或重新排序。在不脱离本发明的范围的情况下，还可以在各种示例性实施方式的设计、操作条件和布置方面做出其他替代例、改型、变型和省略。