用于對飛行器的水平穩定器進行控制的致動器的制作方法

本發明涉及一種用于對飛行器的水平穩定器進行控制的致動器以及包括這種致動器的穩定組件。

背景技術：

在飛行器中，位于飛機的后方的水平穩定器的目的是確保飛行器在飛行階段的配平。

水平穩定器相對于飛行器的機身樞轉地安裝并且被水平穩定器配平致動器(HSTA)機械地致動。

致動器通常包括連接至飛行器的機身的螺桿以及連接至水平穩定器的螺母。螺桿由馬達控制單元(MCU)根據飛行員產生的指令被驅動旋轉。螺桿的旋轉導致螺母沿螺桿平移，這樣的作用是使水平穩定器相對于機身樞轉。

飛行器的結構和水平穩定器之間的機械連接的損耗是災難事件。這是水平穩定器致動器通常包括兩條機械路徑的原因，兩條機械路徑為“主路徑”(或“主路徑”)以及“次級路徑”，該“次級路徑”旨在在主路徑損壞的情況下代替主路徑。

然而，在大多數的已知的致動器中，兩條路徑包括在主路徑的運行期間以及在次級路徑的運行期間受壓的公用部分。這些公用部分尤其是將致動器連接到飛行器的機身和水平穩定器上的連接部分。在公用部分損壞的情況下，兩條路徑變得不可用。

另外，通常不能檢測次級路徑的接合，致使飛行員不知道故障發生。

技術實現要素：

本發明的目的在于提出一種用于限制施加至次級路徑的部分的壓力的水平穩定器的控制致動器。

這個問題在本發明的范圍內通過飛行器的水平穩定器的控制致動器來解決，該控制致動器包括：

-主路徑，所述主路徑包括螺桿和主螺母，所述主螺母能夠與所述螺桿配合，使得所述螺桿相對于所述主螺母沿旋轉軸線的旋轉導致所述主螺母相對于所述螺桿沿所述軸線的平移，以移動所述水平穩定器，

-次級路徑，所述次級路徑包括次級部和殼體，所述次級部以在所述次級部和所述殼體之間具有間隙的方式安裝在殼體中，

其中，所述次級路徑還包括間隙占據(take-up)裝置，所述間隙占據裝置包括間隙占據部，所述間隙占據部具有相對于所述軸線傾斜的緊固坡面，所述間隙占據裝置被布置成：在所述主路徑損壞，導致所述次級部相對于所述殼體沿所述軸線在第一方向上移位，從而趨于減小所述次級部和所述殼體之間的間隙的情況下，使所述間隙占據部朝阻擋位置移動，在所述阻擋位置，所述間隙占據部防止所述次級部相對于所述殼體沿與所述第一方向相反的第二方向的移位，所述間隙占據部通過所述緊固坡面使所述次級部抵靠所述殼體緊固，以保持所述次級部與所述殼體接觸。

在這種致動器中，只要次級路徑未接合，次級部和殼體之間的間隙就保護次級部不受任何壓力。在主路徑損壞的情況下，間隙占據裝置通過抑制間隙而使次級部和殼體接觸，這將經由次級路徑控制水平穩定器。

另外，緊固坡面確保次級部和殼體之間的間隙被完全占據，這避免水平穩定器的浮動，其中，所述間隙包括由于零件的加工誤差以及致動器的零件在氣動力下的變形而引起的間隙。

所述致動器可進一步具有以下特征：

-所述間隙占據部相對于所述殼體可旋轉地安裝在準備位置和所述阻擋位置之間，在所述準備位置，所述間隙占據部能夠使所述次級部和所述殼體之間具有間隙，

-所述間隙占據部繞平行于螺桿的旋轉軸線的旋轉軸線可旋轉地安裝，

-所述緊固坡面為螺旋坡面，

-所述間隙占據裝置包括彈性復位元件，所述彈性復位元件布置成朝所述阻擋位置推動所述間隙占據部，

-所述彈性復位元件包括扭力彈簧，

-所述間隙占據裝置包括第二間隙占據部，所述第二間隙占據部以相對于所述殼體在第一位置和第二位置之間平移的方式可旋轉地安裝，在所述第一位置，所述第二間隙占據部與所述第一占據部接合以將所述第一間隙占據部保持在準備位置，在所述第二位置，所述第二間隙占據部脫離所述第一間隙占據部以使所述第一間隙占據部能夠朝所述阻擋位置移位，

-所述第一間隙占據部包括齒，所述第二間隙占據部包括能夠在所述第二間隙占據部處于所述第一位置時與所述第一間隙占據部的齒接合的齒，以防止所述第一間隙占據部朝所述阻擋位置移位，

-所述第二間隙占據部包括能夠與所述第一間隙占據部的坡面配合的坡面以使所述次級部抵靠所述殼體緊固，

-所述次級部為在所述螺桿內部延伸的桿，

-所述主路徑包括主萬向接頭，以將所述螺桿連接至飛行器的機身，所述次級路徑包括次級萬向接頭，以將所述殼體連接至所述機身，所述主萬向接頭和所述次級萬向接頭具有重合的旋轉軸線，

-所述次級部為次級螺母，所述次級螺母能夠與所述螺桿配合，使得所述螺桿相對于所述次級螺母沿所述螺桿的旋轉軸線的旋轉導致所述次級螺母相對于所述螺桿沿所述軸線的平移，

-所述主路徑包括主萬向接頭，以將所述主螺母連接至所述水平穩定器，所述次級路徑包括次級萬向接頭，以將所述殼體連接至所述水平穩定器，所述主萬向接頭和所述次級萬向接頭具有重合的旋轉軸線，

-所述殼體包括窗口，所述窗口使得能夠將工具插入到所述殼體內部以將所述第一間隙占據部返回至所述準備位置，

-所述致動器包括用于檢測所述第一間隙占據部的位置的一個或多個位置傳感器，

-所述第一間隙占據部包括一個或多個磁體，所述位置傳感器為用于在所述磁體定位成面對所述傳感器時檢測所述磁體的存在的霍爾效應傳感器。

本發明還涉及一種飛行器的水平穩定組件，所述水平穩定組件包括：

-飛行器的水平穩定器，以及

-如上文所限定的控制致動器，以移動所述水平穩定器。

附圖說明

根據僅為說明性的且非限制性的并且必須參照附圖考慮的以下說明，其他特征和優點將更清楚地顯現，在附圖中：

-圖1為包括水平穩定器的飛行器的概略圖，

-圖2示意性地示出包括水平穩定器和相關聯的致動器的水平穩定組件，

-圖3至圖6示意性地示出根據本發明的一個實施例的水平穩定器的控制致動器，

-圖7為第一間隙占據裝置沿截面A-A的詳細視圖，

-圖8為第二間隙占據裝置沿截面A-A的詳細視圖，

-圖9示意性地示出水平穩定器的控制致動器，

-圖10示意性地示出第一間隙占據裝置的不同的組成部分，

-圖11示意性地示出第二間隙占據裝置的不同的組成部分，

-圖12至圖14示意性地示出間隙占據裝置的三種構型。

具體實施方式

在圖1中，所示出的飛行器1為包括水平穩定器3的飛機，該水平穩定器相對于飛機的機身8可移動地安裝以控制飛機的俯仰。

如圖2中示出的，水平穩定器3的位置由致動器4調節以使水平穩定器3相對于機身8樞轉。水平穩定器3相對于飛機的機身8圍繞軸線Z可旋轉地安裝。致動器4包括馬達控制單元5、螺桿6和螺母7。

馬達控制單元5包括電動馬達和機械減速組件(該圖中未示出)。馬達控制單元5經由萬向接頭9連接至飛機的機身8。馬達控制單元5適于驅動螺桿6而使其相對于機身8繞旋轉軸線X旋轉。另外，螺母7以抵抗旋轉的方式固定并且能相對于機身8平移地移動。

螺桿6具有連接至馬達控制單元5的第一端部10以及與第一端部10相反的第二端部11。

螺母7能夠通過螺旋槽與螺桿6配合，使得螺桿6相對于螺母7的旋轉導致螺母7相對于螺桿6沿平行于螺桿6的旋轉軸線X的方向的平移。

水平穩定器3經由萬向接頭12連接至螺母7。

為調節水平穩定器3相對于機身8的位置，飛行員控制到馬達控制單元5的動力。馬達控制單元5驅動螺桿6而使其相對于機身8旋轉，其效果是使螺母7相對于機身8沿螺桿6平移地移動。螺母7的平移的移位導致水平穩定器3相對于飛機的機身8繞軸線Z旋轉。根據螺桿6被驅動旋轉的方向，水平穩定器3沿第一方向(箭頭A)或沿與第一方向相反的第二方向(箭頭B)移動。

致動器4在圖3和圖9中更詳細地示出。

在這些圖中，致動器4包括主路徑和次級路徑，每個路徑將水平穩定器3連接至飛機的機身8。

主路徑包括第一主聯接組件9、馬達驅動單元5、螺桿6、主螺母7以及第二主聯接組件13。

馬達控制單元5包括殼體14、馬達15以及機械減速組件16，以驅動螺桿6繞旋轉軸線X旋轉。

第一主聯接組件9包括萬向接頭，馬達驅動單元的殼體14通過該萬向接頭連接至飛機的機身8。

螺桿6相對于殼體14繞軸線X可旋轉地安裝。螺桿6具有用于接收驅動轉矩的第一端部10(或接收端部)以及與第一端部10相反的第二端部11(或自由端部)。螺桿6的第一端部10在馬達控制單元5的殼體14內部延伸并且通過機械減速組件16連接至馬達15。螺桿6包括具有圓柱形外表面的本體17，螺旋槽18布置在該圓柱形外表面中。另外，螺桿6具有在螺桿6的本體17內部延伸的縱向孔19。

主螺母7繞螺桿6的本體17延伸。主螺母7具有圓柱形內表面，螺旋槽20被布置在該圓柱形內表面中。螺桿6和主螺母7通過容納球21的螺旋槽18和20而協同配合，使得在螺桿6相對于主螺母7的旋轉的同時促使主螺母7相對于螺桿6按照軸線方向X的平移。

第二主聯接組件13包括第二萬向接頭，主螺母7通過該第二萬向接頭連接至水平穩定器3。

次級路徑包括第一次級聯接組件22、第一殼體23(或桿殼體)、第一間隙占據裝置24、桿25、第二殼體26(或螺母殼體)、第二間隙占據裝置27、次級螺母28以及第二次級聯接組件29。

第一次級聯接組件22包括萬向接頭，桿殼體23通過該萬向接頭連接至飛機的機身8。第一主聯接組件9和第一次級聯接組件22具有重合的旋轉軸線Y1和Y2。

桿25在螺桿6內部于螺桿6的縱向孔19中延伸。桿25具有第一端部30和與第一端部30相反的第二端部31。桿25的第一端部30以在桿25和桿殼體23之間具有軸向間隙J1(沿軸線方向X測量的間隙)的方式接納在桿殼體23中。第二端部31附接至螺桿6的第二端部11。以這種方式，桿25與螺桿6固定地安裝。

更確切地，桿25在第一端部30處包括具有直徑增大的端部部分。直徑增大的端部部分在桿殼體23內部延伸。另外，桿25相對于桿殼體23關于軸線X可旋轉地安裝。

第一間隙占據裝置24在桿殼體23內部延伸。第一間隙占據裝置24包括第一間隙占據部32、第二間隙占據部33以及彈性復位元件34(圖7)。

第一間隙占據部32以相對于螺母殼體23繞軸線X旋轉的方式可移動地安裝，該軸線X也是螺桿6的旋轉軸線。第二間隙占據部33以相對于螺母殼體23沿軸線X平移的方式可移動地安裝。彈性復位元件34包括扭力彈簧，該扭力彈簧被布置成壓迫第一間隙占據部32使其繞軸線X旋轉。

如圖11所示，第一間隙占據部32包括齒35，齒35適于與第二間隙占據部33的齒36接合。更確切地，第一間隙占據部32包括三個齒35。第二間隙占據部33也包括適于插入在第一間隙占據部32的三個齒35之間的三個齒36。

另外，第一間隙占據部32的齒35具有引導表面38，引導表面38相對于軸線方向X傾斜，從而形成坡面。更確切地，坡面38為以軸線X作為軸線的螺旋坡面。

類似地，第二間隙占據部33的齒36具有引導表面39，引導表面39相對于軸線方向X傾斜，從而形成坡面。坡面39為以軸線X作為軸線的螺旋坡面。

此外，桿殼體23包括窗口37，操作人員能夠通過該窗口引入工具，以移動第一間隙占據部33使其繞軸線X旋轉。

致動器4還包括用于檢測第一間隙占據部32相對于殼體23的位置的角位置傳感器50至53。傳感器50至53檢測次級路徑的接合并且將信息傳遞給飛行員。優選地，傳感器50至53為固定在桿殼體23上的非接觸式傳感器，諸如霍爾效應傳感器。致動器4包括固定在第一間隙占據部32上的磁體。霍爾效應傳感器50至53能夠在磁體被定位成面對傳感器時檢測到磁體的存在。

第二次級聯接組件29包括萬向接頭，螺母殼體26通過該萬向接頭連接至水平穩定器3。第二主聯接組件13和第二次級聯接組件29具有重合的旋轉軸線。

次級螺母28繞螺桿6的本體17延伸。次級螺母28具有圓柱形內表面，螺旋槽38被布置在該圓柱形內表面中。次級螺母28通過螺旋槽21和38與螺桿6配合，使得螺桿6相對于次級螺母28繞軸線X的旋轉導致次級螺母相對于螺桿6沿軸線X的平移。以這種方式，螺桿6在旋轉的同時導致主螺母和次級螺母28相對于螺桿6根據方向X的相同的平移。

次級螺母28以在螺母殼體26和次級螺母28之間具有軸向間隙J2(沿軸線方向X測量的間隙)的方式在螺母殼體26內部延伸。

第二間隙占據裝置27在螺母殼體26內部延伸。第二間隙占據裝置27與第一間隙占據裝置24類似。第二間隙占據裝置27包括第一間隙占據部42、第二間隙占據部43以及彈性復位元件44。第一間隙占據部42以相對于螺母殼體26繞軸線X旋轉的方式可移動地安裝，該軸線為螺桿6的旋轉軸線。第二間隙占據部43以相對于螺母殼體26沿軸線X平移的方式可移動地安裝。彈性復位元件44包括扭力彈簧，該扭力彈簧布置成推動第一間隙占據部42使其繞軸線X旋轉。在圖10中示出的實施例中，次級螺母28和第二間隙占據部43為同一一體部分。

如圖10所示，第一間隙占據部42包括齒45，齒45適于與第二間隙占據部43的齒46接合。更確切地，第一間隙占據部42包括三個齒45。

第二間隙占據部43也包括適于插入在第一間隙占據部42的三個齒45之間的三個齒46。

另外，第一間隙占據部42的齒45具有引導表面48，引導表面38相對于軸線方向X傾斜，從而形成坡面。更確切地，坡面48為以軸線X作為軸線的螺旋坡面。

類似地，第二間隙占據部43的齒46具有引導表面49，引導表面39相對于軸線方向X傾斜，從而形成坡面。坡面49為具有軸線X作為軸線的螺旋坡面。

此外，螺母殼體26包括窗口47，操作人員能夠通過該窗口引入工具，以移動第一間隙占據部43使其軸線X旋轉。

致動器4還包括用于檢測第一間隙占據部42相對于殼體26的位置的角位置傳感器60至63。傳感器60至63能夠檢測次級路徑的接合并且將信息傳遞給飛行員。優選地，傳感器60至63為固定在螺母殼體26上的非接觸式傳感器，諸如霍爾效應傳感器。致動器4包括固定在第一間隙占據部42上的磁體。霍爾效應傳感器60至63能夠在磁體被定位成面對傳感器時檢測到磁體的存在。

在正常運行中，馬達控制單元5驅動螺桿6繞軸線X旋轉，其效果是使主螺母7沿螺桿6沿軸線X平移地移動。主螺母7的平移移動導致水平穩定器3相對于飛機的機身8繞軸線Z旋轉。

因為桿25與螺桿6旋轉地固定，所以螺桿6在旋轉的同時導致桿25相對于主螺母7以及相對于桿殼體23旋轉。

另外，螺桿6的旋轉的另一個效果是使次級螺母28順著螺桿6沿軸線X平移地移動，并且使兩個螺母7和28同時沿螺桿6平移地移動。

此外，因為桿殼體23經由聯接組件22連接至機身8并且聯接組件22具有與聯接組件9的旋轉軸線重合的旋轉軸線Y1和Y2，所以桿25和桿殼體23之間的間隙J1保持恒定。

類似地，螺母殼體26經由聯接組件29連接至水平穩定器3并且聯接組件29具有與聯接組件13的旋轉軸線重合的旋轉軸線Y3和Y4，螺母殼體26還相對于螺桿6平移地移動，使得次級螺母28和螺母殼體26之間的間隙J2保持恒定。

由于存在于桿25和桿殼體23之間以及存在于螺母28和螺母殼體26之間的間隙J1和J2，次級路徑的部件不會在飛機的機身8和水平穩定器3之間傳遞任何力。施加至致動器4的力僅由主路徑的部件支撐。

另外，如圖12所示，在致動器4的正常運行期間，每個間隙占據裝置24(27)的第一間隙占據部32(42)處于準備(cocked)位置，第二間隙占據部33(43)處于第一位置。在該構型中，第二間隙占據部33(43)與第一間隙占據部32(42)接合，以將第一間隙占據部32(42)保持在準備位置。第二間隙占據部33(43)的齒36被插入在第一間隙占據部32(42)的齒35之間，使得第二間隙占據部33(43)防止第一間隙占據部32(42)相對于殼體23沿第一方向(箭頭C)的任何旋轉移動。

在第一主聯接組件9或螺桿6損壞的情況下，螺桿6不再被連接至飛機的機身8。受到空氣作用的水平穩定器3將牽引力施加在次級路徑的桿25上。這樣的結果是桿25相對于桿殼體23平移地移動，桿25的移位趨于減小桿25和桿殼體23之間的間隙J1。由于第二間隙占據部33與桿23平移地固定，第二間隙占據部33相對于桿殼體23按照軸線方向X沿第一方向(箭頭A)平移地移動。第二間隙占據部33從第一位置(圖12)移動至第二位置(圖13)，在該第二位置，第二間隙占據部33與第一間隙占據部32脫離。換而言之，第二間隙占據部33的齒36不再被插入在第一間隙占據部32的齒35之間，因此不再妨礙第一間隙占據部32旋轉。

當第二間隙占據部33處于第二位置時，第二間隙占據部33使得第一間隙占據部34能夠相對于殼體23旋轉。

在彈性復位元件34的作用下，第一間隙占據部32被驅動而沿第一方向(箭頭C)繞軸線X旋轉。第一間隙占據部32從準備位置移動至阻擋位置(圖14)，在該阻擋位置，第一間隙占據部32防止第二間隙占據部33朝第一位置(箭頭B)返回。

實際上，第一間隙占據部32的齒35面對第二間隙占據部33的齒36，使得第一間隙占據部32防止第二間隙占據部33相對于殼體23按照軸線方向X沿第二方向(箭頭B)的任何移位，該第二方向與第一方向相反。齒36(按照軸線方向X)軸向抵靠齒35。

以這種方式，桿25和桿殼體23之間的間隙J1被消除。另外，間隙J1由于彈性復位元件34的作用而被自動地占據。

另外，在第一間隙占據部32旋轉期間，第一間隙占據部32的螺旋坡面38在第二間隙占據部33的螺旋坡面39上滑動，使得第一間隙占據部32沿第一方向(箭頭C)的旋轉的效果是：以平行于軸線X的方式沿第一方向(箭頭A)推動第二間隙占據部33，以使桿25抵靠桿殼體23緊固。

另外，彈性復位元件34推動第一間隙占據部32并且防止第一間隙占據部沿與第一方向相反的第二方向(箭頭D)旋轉。

在該構型中，桿25與桿殼體23平移地固定并經由第一次級聯接組件22將施加至致動器4的力在水平穩定器3和機身8之間傳遞。所以次級路徑代替主路徑。

在致動器4的維護期間，通過經由布置在桿殼體26中的窗口37引入工具并且通過抵抗由彈性復位元件34施加的力而驅動第一間隙占據部33沿第二方向(箭頭D)旋轉，能夠手動地引導所述裝置而使其處于其初始構型(圖12)。

第二間隙占據裝置27以與第一間隙占據裝置24相同的方式運行。

以類似的方式，在第二主聯接組件13或主螺母7損壞的情況下，螺桿6不再被連接至飛機13的機身。受到空氣作用的水平穩定器3將牽引力施加在次級路徑的次級螺母28上。這樣的結果是次級螺母28相對于螺母殼體26平移地移動。

由于第二間隙占據部43與次級螺母28平移地固定，第二間隙占據部43相對于螺母殼體26沿第一方向(箭頭A)平移地移動，第二間隙占據部43的移位趨于減小螺母28和螺母殼體26之間的間隙J2。第二間隙占據部43從第一位置(圖12)移動至第二位置(圖13)，在該第二位置，第二間隙占據部43與第一間隙占據部44脫離。

當第二間隙占據部43處于第二位置時，第二間隙占據部43使得第一間隙占據部42能夠相對于螺母殼體26旋轉。

在彈性復位元件44的作用下，第一間隙占據部42被驅動而沿第一方向(箭頭C)旋轉。第一間隙占據部42從準備位置移動至阻擋位置(圖14)，在該阻擋位置，第一間隙占據部42防止第二間隙占據部43朝第二位置(箭頭B)返回。

實際上，第一間隙占據部42的齒45面對第二間隙占據部43的齒46，使得第一間隙占據部42防止第二間隙占據部43相對于殼體26沿與第一方向相反的第二方向(箭頭B)移位。

以這種方式，次級螺母28和螺母殼體26之間的間隙J2被消除。另外，間隙J2由于彈性復位元件44的作用而被自動地占據。

另外，間隙占據部42和43的螺旋坡面48和49共同配合，使得第一間隙占據部42沿第一方向(箭頭C)的旋轉的效果是：使第二間隙占據部43按照軸線方向X沿第一方向(箭頭B)平移地移動，以使次級螺母28抵靠螺母殼體26緊固。

在該構型中，次級螺母28被固定至螺母殼體26并且經由第二次級聯接組件29將施加至致動器4的力在水平穩定器3和機身8之間傳遞。以這種方式，次級路徑代替主路徑。