[发明专利]具有浮式活塞的液压致动器

说明书

背景技术

在固定翼和旋翼(例如直升飞机)中，飞行员通过液压致动器使得飞行器进行飞行操作。典型地，当改变飞行控制表面或旋翼桨叶斜度时，飞行员输入力量被增加或放大，以向飞行员提供相对大的机械增益。例如，当飞行员在机械联接上提供一个小力时(例如大约0.5磅力)，液压放大装置提供一个相对大的力(例如2000-5000磅力)至飞行控制表面或旋翼桨叶上。

常规的液压放大装置设计成避免与飞行密切相关的故障的模式。典型地，在直升机或飞行器系统中，多重液压致动器结构联接或机械联接在一起以提供冗余度。这种冗余度允许直升机在用于驱动液压致动器的一部分液压系统操纵失效时，仍能够持续安全飞行。

附图1图示了一种液压致动器系统10，其用于为飞行控制提供双重冗余度。如附图所示，液压致动器系统10包含两个独立的液压缸12、14，所述两个独立的液压缸12、14如图所示并行排列，或者也可以一前一后串列排列。专用的控制阀16和液压系统20控制第一液压缸12，而专用控制阀18和液压系统22控制第二液压缸14。两个控制阀和缸结构上相连，并且实现相同的功能，用于提供双重冗余度。在使用中，当飞行员操纵控制杆24时，控制杆24设置第一和第二控制阀16、18的阀元件26的位置，以控制受压流体从液压系统20和22到液压缸12、14的流动，从而通过杆端28控制飞行控制表面的定位。如果液压系统20或22中的一个泄漏加大或泵失效且系统压力丧失，则剩下的功能控制阀和液压系统提供受压流体到相应的液压缸以允许继续操作。双重且独立的液压致动器系统10用于通过允许飞行员在部分液压驱动系统10失效的情况下控制飞行器来提供相对高的安全性。

附图2图示了另一种类型的液压致动器系统50，其用于提供双重冗余度。如附图所示，液压致动器系统50包括具有单个控制阀54的单个液压缸52。液压致动器系统50还包括通过转换阀60与所述液压缸52流体连通的第一和第二液压系统56、58。转换阀60在液压致动器系统50中提供故障转移(failover)冗余。例如，转换阀60处于相对于控制阀54的第一压缩位置，如图所示，允许受压流体在第一液压系统56和液压缸52之间流动。当飞行员操纵控制杆62时，控制杆62调整控制阀54的阀元件64的位置，以控制受压流体从第一液压系统56流向液压缸52。依次地，液压缸52控制杆端68的位置。在液压系统56产生故障的情况下，转换阀60通过弹簧70移动到第二延伸位置，允许受压流体在第二液压系统58和液压缸52之间流动。单个控制阀54与转换阀60结合使用以相对低的价格和相对轻的质量为系统50提供冗余水平。

发明内容

常规的液压致动器系统有多种不足。例如，附图1所示的液压致动器系统10增加了系统10的总重量和成本，因为液压缸12、14中的每个是完全相同的，并且尺寸设计成用来提供只有一个系统运行时所需要的输出力。相应地，每个液压缸12、14需要提供用于操纵(例如旋翼的)飞行控制表面所必需的力的两倍的力。举例来说，假定需要一个2000磅的输出力来控制飞行控制表面。每个液压缸12、14的尺寸必须做成用来提供2000磅的力以控制旋翼的致动，随着两个液压系统的操作，提供了两倍于所需力的力。因此，支撑飞行器结构和联接必须设计成支撑两倍于所需力的力，即总共4000磅的力，并且当两个液压缸12、14运行时承受相当大的力输出。

在另一个例子中，附图2中的液压系统50包含具有单个控制阀54的单个液压缸52，其中第一和第二液压系统56，58中的一个通过转换阀60提供受压流体到液压缸52。虽然单个液压缸52和单个控制阀54的使用减轻了液压系统50的质量，降低了造价，但是使用单个转换阀60会降低系统的安全性，因为当从一个系统转换到另一个系统时产生了瞬变。一个系统，例如第一液压系统56的失效必须被感测，确认，和关闭，而另一个系统，例如第二液压系统58被快速地转换以重新获得对飞行控制表面的控制。然而，单个控制阀54不符合目前联邦航空管理局(FAA)对独立的控制阀的要求。FAA认为这样的结构对于重要的飞行控制应用是不能接受的，因为，当转换阀60在运行过程中失效时，整个系统会变得不能操控。