歪斜和丢失检测系统的制作方法

歪斜和丢失检测系统
1.本发明涉及一种歪斜和/或丢失检测系统。
2.飞行器机翼通常包括一个或多个可致动的操纵面元件。这些操纵面元件定义了操纵面(也称为辅助翼型)，这些操纵面可相对于固定机翼结构移动以改变机翼的空气动力学特性。这种操纵面元件包括前缘装置(例如缝翼)和后缘装置(例如襟翼)。
3.通常，操纵面元件在翼展方向的任一端由两个单独的致动器致动。可以想象，如果这两个致动器中的任何一个发生故障，就会发生不一致的致动和相关操纵面的歪斜或丢失。重要的是，如果检测到歪斜或丢失，相关系统将关闭并通知飞行器的飞行员。
4.在现有技术中已经提出了用于检测操纵面元件的偏斜和/或丢失的各种方法。在美国专利5686907中描述了一种这样的系统，其中接近目标连接在辅助臂的内侧和外侧，该辅助臂在臂的前端连接到板条，并在辅助臂的后端骑在辅助支架上手臂。目标增加了检测系统的重量和成本。
5.ep2322431显示了一种类似的布置，其中目标条被附接到每个齿条表面的每一侧。目标条带再次增加了布置的重量和成本。
6.本发明的目的在于提供一个改进的歪斜和/或丢失检测系统。
7.因此，根据本发明提供了一种用于飞行器飞行操纵面的歪斜检测系统，所述飞行操纵面通过由第一主动齿轮驱动的第一齿条的操作和由第二主动齿轮驱动的第二齿条的操作相当于所述飞行器的固定结构可移动，
8.所述歪斜检测系统包括第一传感器装置和第二传感器装置，
9.所述第一齿条具有限定多个第一目标的第一组齿，所述第二齿条具有限定多个第二目标的第二组齿，
10.所述多个第一目标被配置来相对于所述第一传感器装置移动，所述多个第二目标被配置来相对于所述第二传感器装置移动，
11.所述歪斜检测系统包括监控装置，所述监控装置用于监控第一和第二传感器的所述输出并确定所述飞行操纵面中是否出现偏斜状况。
12.因此，没有必要添加单独的目标，因为齿条具有移动飞行操纵面和作为目标的两个功能。
13.根据本发明的一个方面提供了一种用于飞行器飞行操纵面的歪斜检测系统，所述飞行操纵面通过由第一主动齿轮驱动的第一齿条的操作和由第二主动齿轮驱动的第二齿条的操作相当于所述飞行器的固定结构可移动，
14.所述歪斜检测系统包括第一传感器装置和第二传感器装置，
15.所述第一齿条具有第一组齿，所述第二齿条具有第二组齿，
16.所述第一齿条还限定了与所述第一齿条一体的多个第一目标，所述第二齿条还限定了所述第二齿条一体的多个第二目标，
17.所述多个第一目标被配置来相对于所述第一传感器装置移动，所述多个第二目标被配置来相对于所述第二传感器装置移动，
18.所述歪斜检测系统包括监控装置，所述监控装置用于监控第一和第二传感器的所
述输出并确定所述飞行操纵面中是否出现偏斜状况。
19.因此，没有必要添加单独的目标，因为目标和齿条为一体件。
20.现在将参考附图仅通过示例来描述本发明，其中：
21.图1是根据本发明的歪斜检测系统的示意平面图；
22.图2是与图1一起使用时的齿条和传感器装置的侧视图；
23.图2a是图2的端视图；
24.图2b是与图1和图2一起使用时的齿条和传感器装置的侧视图；
25.图3是与图1一起使用的齿条和传感器装置的侧视图；
26.图4是与图1一起使用的齿条和传感器装置的侧视图，图4a是图4的端视图；
27.图5是与图1一起使用的齿条和传感器装置的侧视图；
28.图6是与图1一起使用的齿条和传感器装置的平面图；
29.图6a是图6的一部分的展开图；
30.图6b是图6的端视图；以及
31.图6c是图6的等距视图。
具体实施方式
32.参考图1，示出了具有内侧(或机身)端12和外侧(或翼尖)端14的飞行器机翼10。机翼具有前缘16和后缘18。安装在前缘上是一个可移动的表面20，例如高升力系统的一部分，例如板条。
33.飞行器还包括歪斜检测系统25。可移动表面20具有内侧端22和外侧端24。在内侧端22附近附接有第一支架40。在外侧端24附近附接有第二支架60。第一致动器26包括第一主动齿轮27(见图2)，第二致动器28包括第二主动齿轮29(见图2b)。第一致动器26和第二致动器28都由公共扭矩轴系统30驱动。动力驱动单元31，在这种情况下居中安装，提供旋转动力以驱动扭矩轴系统30。位置反馈系统通过位置传感器32设置，在这种情况下位于朝向机翼10的外侧端14。在使用中，动力驱动单元使扭矩轴系统30选择性地旋转，从而驱动致动器，致动器又驱动相应的主动齿轮27和29。主动齿轮27和29与第一和第二支架40和60的相应齿轮扇区43、63(如下所述)中的相应齿啮合。第一支架40的端部41连接到可移动表面20和第二支架60的端部61连接到可移动表面20。
34.动力驱动单元31的操作导致扭矩轴系统30沿第一方向旋转将导致致动器26和28沿第一方向旋转它们相关联的主动齿轮27和29，从而导致第一支架40和第二支架60移动箭头a的方向导致可移动表面20延伸。为了缩回可移动表面20，动力驱动单元31使扭矩轴系统30沿相反方向旋转，从而导致致动器26和28沿相反旋转方向旋转其相关联的主动齿轮27和29，从而导致第一支架40和第二支架60沿箭头b的方向移动并因此缩回可移动表面20。
35.位置传感器32监测扭矩轴系统30的端部30a的旋转位置。
36.图2更详细地示出了第一支架40。支架40的横截面为u形(见图2a)以提高弯曲强度并通过连接凸耳42连接到可移动表面20。齿条43(也称为扇形齿轮)容纳在支架40内，在这种情况下由一系列紧固件44保持在支架内。齿条43限定纵向方向，在这种情况下为弯曲的纵向方向c。齿条具有一组齿，在这种情况下为34个齿总标记为t1到t34。
37.图2b示出了具有端部61、连接凸耳62、齿条63和紧固件64的第二支架60。部件60至
64与对应的部件40至44相同(尽管在另外的实施例中情况可能并非如此)。
38.图1、2和2b示出了处于几乎完全伸展位置的可移动表面。
39.图2、2a和2b还示出了第一传感器50和第二传感器70形式的传感器装置34。传感器50和70是接近传感器。在图2所示的位置，第一传感器50指向齿尖t2。如图2所示，传感器50可以检测齿尖t2的存在。在图2b所示的位置，第二传感器70指向齿尖t2'。如图2b所示，传感器70可以检测齿尖t2'的存在。
40.如图1、2和2b所示，可移动表面20没有发生倾斜。第一传感器50能够检测齿尖t2的存在，同时，第二传感器70能够检测齿尖t2'的存在。如果希望从图2和图2b的位置缩回可移动表面20，那么动力驱动单元30将以相同的速度驱动致动器26和28，这又将导致第一主动齿轮27和第二主动齿轮29以相同的速度逆时针方向旋转，因此导致第一支架40和第二支架60以相同的速度沿箭头d的缩回方向移动。假设没有发生歪斜，那么在缩回期间，齿t3将在齿t3'通过传感器70的同时通过传感器50，齿t4将在齿t4'通过传感器70的同时通过传感器50，依此类推，直到可移动当表面20完全缩回时，传感器50将感测到齿t29，并且传感器70将感测到齿t29'。当齿尖与传感器50对齐时(例如，如图2所示)，则传感器50将输出“目标接近”信号，当没有齿与传感器50相对时(例如，当齿条移动使得传感器50与两个相邻齿之间的间隙相对时)，则传感器50将输出“目标远离”信号。因此，当从图2位置移动到完全缩回位置时，来自传感器50的输出信号将是：-目标接近、目标远离、目标接近、目标远离、目标接近等，直到齿t29与传感器50相对，此时传感器将输出目标接近信号。当可移动表面从图2b位置缩回时，传感器70将同样地产生“目标接近、目标远离、目标接近等”信号。可以理解，如果在可移动表面缩回期间没有发生偏斜，则来自传感器50和70的输出信号将(为了便于解释)相同。
41.然而，在发生偏斜的情况下，来自传感器50和70的输出信号将不再相同。举例来说，假设从图2和图2b的位置开始，动力驱动单元被操作以缩回可移动表面20，并且假设当第一支架40在缩回方向上被适当地驱动时，在这种情况下，第二支架40假设支架60卡在图2b的位置。在这些情况下，传感器70将仅产生“目标接近”信号，而一旦第一支架40开始移动，传感器50的输出就会从目标接近信号变为目标远离信号(随着齿条移动到一个位置其中传感器50指向齿t2和t3之间的间隙)。监测装置36(见图1)监测来自第一传感器50和第二传感器70的输出并且被配置为确定可移动表面20中是否出现歪斜状况。在检测到歪斜状况时，动力驱动单元可以被关闭并且飞行器的飞行员可以被通知偏斜状况的检测。
42.如上所述，图2和2b示出了处于几乎完全伸出位置的可移动表面20。当齿t1与传感器50相对且齿t1'与传感器70相对时，将处于完全伸出位置。可以理解，齿t1和t2从未与主动齿轮27的齿啮合。类似地，齿t1'和齿t2'从未与主动齿轮29的齿啮合。类似地，当可移动表面20完全缩回时，齿t34将处于齿t7的位置，如图2所示，因此齿t30至t34从未与传感器50相对。因此，齿条43的某些齿从不与主动齿轮27啮合，并且齿条43的某些其他齿从不被传感器50感测到。
43.参考图3，示出了歪斜检测系统25的变体125。该变体与图2和2b中所示的相同，除了传感器50和70已经从主动齿轮27和29的左手侧移动到主动齿轮27和29的右手侧。图3示出了第一支架40及其相关联的主动齿轮27和相关联的第一传感器150。为方便起见，图3中还示出了第二支架60、其相关联的主动齿轮29及其相关联的第二传感器170(附图标记60、
29和170显示在括号中)。
44.将第一和第二传感器移动到其相关主动齿轮前面的位置的结果是，与图2和2b相比，图3的第一支架40和第二支架60的完全伸出和完全缩回位置现在不同。
45.因此，为了将图3的第一支架40移动到其完全伸出的位置，它必须移动到图3中所示的齿t1移动到图3中所示的齿t4的位置。在图3中所示的第一支架40之后，齿t34必须移动以使其与传感器150相对，即移动到如图3中所示的齿t9的位置。
46.再次在图3所示的实施例中将理解，某些齿不移动通过传感器150并且某些齿不与主动齿轮27啮合，但是，与图2相反，例如齿t33和t34不与主动齿轮27啮合，并且例如齿t1和t2没有移动通过传感器150，即传感器150从不检测齿t1和t2。
47.图4和4a示出了变形的歪斜检测系统225。如图4所示，第一传感器250现在与齿条的齿的横向边缘成一直线并且检测齿条的齿的横向边缘(而传感器150检测齿尖)。将图4a与图2a进行比较和对比，可以看出，当与支架40相比时，第一支架40'的下边缘已经被去除以允许传感器250检测齿轮齿的横向边缘。图4示出了第一支架40'及其相关联的主动齿轮27和相关联的第一传感器250。为方便起见，图4上还示出了第二支架60'、其相关联的主动齿轮29和其相关联的第二传感器270(附图标记60'、29和270显示在括号中)。
48.图5示出了变形的歪斜检测系统325。在这种情况下，传感器装置334包括四个传感器，与齿条40相关联的传感器350a和350b以及与齿条60相关联的传感器370a和370b。传感器350a位于主动齿轮27(在这种情况下在前缘侧)和传感器350b位于主动齿轮27的相对纵向侧(在这种情况下是后缘侧)。类似地，传感器370a位于主动齿轮29的前缘侧和传感器370b在主动齿轮29的后缘侧。通过提供两个传感器，与图2、2b、3和4中所示的实施例相比，主动齿轮的每一侧上的一个允许图5的支架40、60的更长的行程。因此，在完全伸出的位置，齿t1将被定位在齿t4的位置，如图5所示。可以理解，齿t1和t2都将移动超过传感器350b。
49.在完全缩回位置，齿t34将定位在齿t7的位置，如图5所示。可以理解，在完全缩回位置，齿t34将移动超过传感器350a。因此，在图5所示的实施例中，在完全伸出位置，所有齿将移动超过传感器350b，并且在完全缩回位置，所有齿将移动超过传感器350a。然而，应当理解，当支架40接近其完全伸出位置时，虽然传感器350b无法检测到支架40的最终伸出运动，但是传感器350a可以检测该最终伸出运动。同样，当支架40接近其完全缩回位置时，虽然传感器350a无法检测到最终的缩回运动，但是传感器350b可以检测到这种最终的缩回运动。通过提供两个传感器，与图2、2b、3和4中所示的实施例相比，主动齿轮的每一侧上的一个传感器允许图5中所示的实施例的更大的伸出/缩回运动。图3显示了第一支架40和其相关联的主动齿轮27和相关联的第一传感器150。为方便起见，图5中还示出了第二支架60、其相关联的主动齿轮29及其相关联的第二传感器370a和370b(附图标记60、29、370a和370b显示在括号中).
50.如上所述，为了便于解释，假设在可移动表面的移动期间，当没有发生偏斜时，来自传感器50和70的输出信号是相同的。然而，可以理解，由于生产公差，预计传感器50和70不会在同一时刻从“目标接近”切换到“目标远离”(反之亦然)。在传感器状态彼此不一致的情况下，将存在一个小的过渡期。这种与传感器状态的暂时不一致可能会在没有实际板条/倾斜的情况下发生。
51.来自系统位置传感器32的输出被馈送到监测装置36。因此，监测装置36可以确定
传感器50的预期目标接近或目标远离状态，并且还可以确定在没有偏斜时传感器70的预期目标接近或目标远离状态。监测装置36还可以通过识别传感器50和70何时可能在从目标接近转变为目标远离或反之亦然的范围内来适应生产公差。更详细的分析和识别没有发生偏斜以及系统如何识别偏斜发生，请参考us5686907，其内容在此引入作为参考。
52.参考图6、6a、6b和6c，并且示出了变体歪斜检测系统425。
53.齿条443通过紧固件(未示出)附接到第一支架40'。在这种情况下，齿条443的横向边缘是“齿形”的，在齿条443的第二侧s2上具有凸起部分r1，在齿条443的第一侧s1上具有凸起部分r2。在凸起部分r1之间有凹陷部分r3。在凸起部分r2之间有凹陷部分r4。传感器450a指向齿条443的第一侧s1并且传感器450b指向齿条443的第二侧s2。
54.从图6c中可以清楚地看出，凸起部分r1和相邻的凹陷部分r3之间的过渡与齿尖成一直线。类似地，凸起部分r2和凹陷部分r4之间的过渡也与齿尖成一直线。
55.如图6a所示，s2侧的凸起部分r1与s1侧的凹陷部分r4对齐。类似地，s1侧的凸起部分r2与s2侧的凹陷部分r3对齐。
56.如在图6a中最清楚地看到的，传感器450a与传感器450b不成一直线，而是它们在纵向方向上相对于彼此移位1.5个齿距。因此，如图6a所示，传感器450a与凸起部分r2的中间对齐，而传感器450b与凸起部分r1和凹陷部分r3之间的过渡部分对齐。
57.为方便起见，图4上还示出了第二支架60'和相关联的齿条463、传感器650a、传感器650b和主动齿轮29(附图标记60'、29、463、650a和650b在括号中示出)。
58.如上所述，歪斜检测系统425与图1中的组件结合使用，尽管在该示例中不必包括系统位置传感器32。
59.图6、6a和6c示出了延伸方向a，即当可移动表面20被伸出时齿条443和463移动的方向。图6、6a和6b还示出了缩回方向b，即当可移动表面20缩回时齿条443和463移动的方向。
60.在使用中，与齿条443相关联的传感器450a和450b之一的输出与另一齿条463相关联的其他传感器650a和650b之一的输出结合使用，以提供第一通道来感测歪斜状态。与齿条443相关联的另一传感器的输出与与齿条463相关联的另一传感器的输出结合使用以形成第二感测通道。应当理解，以这种方式在系统内提供一定程度的冗余以确保在例如传感器之一发生故障的情况下仍然可以检测到偏斜状况的发生。如图6a所示，来自传感器450a的输出与来自传感器650b的输出结合使用以形成第一通道。来自传感器650a的输出与来自传感器450b的输出结合使用以形成第二感测通道。
61.两个通道以基本相同的方式操作，因此在下文中将仅详细描述第一通道的操作。
62.在使用中，在可移动表面20沿延伸方向移动期间，当查看图6c时，动力驱动单元31将沿逆时针方向驱动第一主动齿轮27和第二主动齿轮29。在感测到其中一个传感器450a和650b的输出处于过渡状态，即由目标接近转变为目标远离，或由目标远离转变为目标接近，监测装置36判断该过渡状态是否为上升过渡状态，即由目标远离转变为目标接近，或下降过渡状态，即从目标接近转变为目标远离。过渡状态的性质用于确定另一个传感器450a、650b的输出是预期是目标接近还是目标远离。例如，考虑可移动表面20被延伸并且齿条443和463沿箭头a的方向移动并且刚刚到达图6a所示的位置的情况。在这些情况下，传感器650b正在从目标远离转变为目标接近。因此，传感器450a的预期输出(即假设没有歪斜)是
目标接近。齿条443和463在延伸方向a上的进一步移动将导致传感器450a从目标接近转变为目标远离，假设齿条443和463之间没有发生偏斜，则预期来自传感器650b的输出信号为目标接近。
63.显然，如果齿条443和463沿缩回方向b移动，则如图6a中最佳所示，转换状态是相反的，在这种情况下，当传感器650b从目标接近转变为目标远离时，来自传感器的输出信号450a将是目标接近。可以理解，齿条443和463移动的方向由动力驱动单元31的旋转方向决定。
64.应当理解，在发生偏斜的情况下，当传感器450a或650b之一在目标接近和目标远离之间转换时，来自传感器450a和650b中另一个的输出信号将不会如预期的那样。举例来说，假设从图6a的位置开始操作动力驱动单元以伸出可动表面20，并且假设当齿条463沿延伸方向a移动时，齿条443保持在图所示的位置6a。在这些情况下，在齿条移动1个节距齿距之后，随着传感器650b从目标接近转变为目标远离，预计传感器450a将输出目标远离信号，而由于齿条443已卡住，传感器450a将继续输出目标接近信号，从而指示发生了偏斜。
65.关于如何检测歪斜和不歪斜的更多细节，请参考欧洲专利ep2322413，其内容在此引入作为参考。
66.如上所述，动力驱动单元在飞行器的每一侧移动单个可移动表面20。在进一步的实施例中，扭矩轴系统30可以驱动飞行器每一侧上的多个可移动表面，并且系统位置传感器32可以定位在多个可移动表面的外侧。如上所述，可移动表面可以是前缘上的缝翼。在进一步的实施例中，可移动表面可以是飞行器的任何可移动表面，包括机翼后缘上的可移动表面，例如襟翼。
67.如上所述，支架40、60、40'和60'都是u形的，但进一步的实施例可以使用任何形状的支架。如上所述，齿条43、63、443和463都是弓形的，但是在另外的实施例中齿条不需要是弓形的。
68.如上所述，如图2、2b、3和4所示，单个传感器与每个齿条相关联。出于冗余目的，可以针对每个齿条使用更多传感器。如上所述，可移动表面20具有两个相同的齿条，但在进一步的实施例中，内侧齿和外侧齿不必相同。如上所述，图1中所示的每个齿条都具有相同的传感器布置，但是在另外的实施例中不必是这种情况。因此，图1的一个齿条可以包括图2、3、4或5中的任何一个的传感器布置，而图1的另一个齿条可以包括图2、3、4或5中的任何一个的传感器布置。
69.如上所述，故障模式已被描述为一个或另一个齿条的堵塞。本偏斜检测系统能够识别偏斜，但是该偏斜是引起的。
70.关于图6至6c，第一组目标和第二组目标与齿齿条本身是一体的。在该示例中，它们是齿条上形成的齿槽，但在进一步的实施例中，其他形状可以一体地形成在齿条上。从图6c中可以清楚地看出，凸起部分和凹陷部分的过渡与齿尖成一直线。在进一步的实施例中，凸起部分和凹陷部分之间的过渡不需要与齿尖成一直线。任何结构的节距不必与齿的节距相同。如图6b所示，传感器450a、450b、650a和650b都指向齿条的齿，但在进一步的实施例中，用于提供“目标接近”和“目标远离”信号的特征不需要在齿上的齿条，因此传感器不需要指向齿条的齿。
71.如上所述，传感器都是接近传感器，但可以使用任何类型的传感器，例如光学传感
器、机械开关等。
72.如上所述，齿条443和4463上的齿槽都是一体的。在该示例中，齿槽由与相关齿条相同的材料形成。在进一步的实施例中，可以在与齿条相同的材料上形成其他整体特征，例如可以在齿条的材料中钻出一系列孔。
73.如上文关于图6a所述，传感器450a和650b间隔开1.5个齿距。在进一步的实施例中，它们可以以不同的量间隔开和/或侧面s1上的凸起和凹陷部分可以相对于侧面s2上的凸起或凹陷部分纵向偏移。