ES2836504T3 - Accionador electromecánico de una superficie móvil de vuelo - Google Patents
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Abstract
Dispositivo electromecánico de accionamiento de una superficie móvil de vuelo (11, 12) que tiene una cubierta (20) articulada a una estructura de una aeronave alrededor de un eje de rotación (21), que comprende: -al menos dos motores eléctricos (51) para accionar a la cubierta en rotación alrededor del eje de rotación, - un circuito de potencia (52) y un circuito de control (53) para alimentar y controlar a cada uno de los motores, el dispositivo está caracterizado por: -un dispositivo de limitación de los esfuerzos antagonistas ejercidos por los motores eléctricos.
Description
DESCRIPCIÓN
Accionador electromecánico de una superficie móvil de vuelo
La presente invención se refiere a las superficies móviles de vuelo de las aeronaves y a su accionamiento.
Estado de la técnica
Una aeronave, por ejemplo, un avión, incluye generalmente una superficie principal (el fuselaje, las alas, el empenaje fijo) y unas superficies móviles de vuelo (alerones, spoilers, timones de profundidad, timones de dirección...) articulados a la estructura para poder ser controlados en su posición de tal manera que permitan dirigir la aeronave. La superficie móvil incluye una estructura rígida que soporta un revestimiento para definir la envoltura de la superficie móvil. El desplazamiento de cada superficie móvil de vuelo a la posición deseada se efectúa por medio de uno o de varios accionadores que tienen una parte fija montada en la estructura de la aeronave y una parte móvil unida a la superficie móvil de vuelo.
Cada vez es más habitual utilizar en las aeronaves accionadores eléctricos situados para producir un trabajo mecánico cuando están alimentados con energía eléctrica. Tal accionador incluye el dispositivo electromecánico de producción de esfuerzos, un circuito de potencia que alimenta de energía eléctrica al dispositivo electromecánico de producción de esfuerzos, y un circuito de control que dirige el circuito de potencia y que está destinado para ser conectado a un calculador de vuelo de la aeronave. El calculador de vuelo recibe unas informaciones de unos instrumentos de control manipulados por el piloto y de diversos detectores repartidos por la aeronave y elabora a partir de estas informaciones unas señales de instrucciones enviadas al circuito de control de cada accionador. El dispositivo electromecánico de producción de esfuerzos, el circuito de potencia y el circuito de control están recibidos los tres en un alojamiento practicado en la estructura principal de la aeronave.
En algunas aplicaciones, sería preferible utilizar dos motores eléctricos para desplazar una misma superficie móvil. Sin embargo, parece que el accionamiento electromecánico de una superficie móvil por medio de dos motores eléctricos engendra en la superficie móvil unos esfuerzos que no existen con un accionamiento mediante dos accionadores hidráulicos.
El documento WO2015/189424 A1 describe un accionador para una superficie de vuelo.
Objeto de la invención
Un objetivo de la invención es el de proporcionar un medio para mejorar el accionamiento de unas superficies móviles de vuelo de una aeronave.
Breve exposición de la invención
A estos efectos, se prevé, según la invención, un dispositivo electromecánico de accionamiento de una superficie móvil de vuelo que tiene una envolvente articulada a una estructura de una aeronave alrededor de un eje de rotación, que incluye:
-al menos dos motores eléctricos para accionar la envolvente en rotación alrededor del eje de rotación,
- un circuito de potencia y un circuito de control para alimentar y controlar a cada uno de los motores,
- un dispositivo de limitación de los esfuerzos antagonistas ejercidos por medio de los motores eléctricos.
Según un modo de realización ventajoso, el dispositivo de limitación incluye un circuito de detección situado para determinar la amplitud y el sentido de una resultante de los esfuerzos antagonistas con el fin de permitir una acción correctora de los circuitos de control de los motores en función de esta resultante.
De esta manera, los motores pueden ser dirigidos para reducir esta resultante.
Preferentemente, el circuito de detección está conectado a unos medidores de los esfuerzos que están fijados sobre una pletina sobre la que están fijados los estatores de los motores; o a unos medidores de los esfuerzos que están fijados sobre una barra que conecta entre sí y en rotación a los rotores de los motores.
Otras características y ventajas de la invención surgirán de la lectura de la siguiente descripción de unos modos de realización particulares no limitativos de la invención.
Breve descripción de las figuras
Se hará referencia a los dibujos anexos, entre los cuales:
- la figura 1 es una vista esquemática parcial, en perspectiva y con bosquejos, de un ala provista de unas superficies móviles de vuelo de acuerdo con la invención,
- la figura 2 es una vista esquemática en perspectiva y con un bosquejo, de una primera de estas superficies móviles de vuelo;
- la figura 3 es una vista esquemática en perspectiva y con un bosquejo de una segunda de estas superficies móviles de vuelo;
- la figura 4 es una vista esquemática en perspectiva, con despiece, de la segunda superficie móvil de vuelo;
- la figura 5 es una vista análoga a la de la figura 4 de la segunda superficie móvil de vuelo provista con un dispositivo según un primer modo de realización para impedir una acción contraria de los accionadores;
- la figura 6 es una vista análoga a la de la figura 5, con un dispositivo anti-contrariedad según un segundo modo de realización;
- la figura 7 es una vista análoga a la de la figura precedente de una variedad básica de este segundo modo de realización.
Descripción detallada de la invención
Haciendo referencia a las figuras, las superficies móviles de vuelo según la invención son aquí unos alerones, generalmente designados como 11, 12, articulados a las alas 1 de un avión. Por supuesto que, la invención es aplicable a otros tipos de superficies móviles de vuelo de una aeronave y, por ejemplo, a los espoilers, a los timones de profundidad, a los timones de dirección...
Cada alerón 11, 12 incluye una cubierta 20 montada para pivotar sobre un eje de la articulación 21, aquí, bajo la forma de dos tramos separados coaxiales que se extienden en la cubierta 20 y que tienen unos extremos que se extienden sobresaliendo de la cubierta 20. Estos extremos están fijados a las alas sin libertad en rotación: los citados extremos son aquí por esta razón, acanalados, con el fin de adquirir del movimiento del conjunto. Por supuesto que, son utilizables otros elementos anti-rotación como el chaveteado o el enclavijado. La cubierta 20 incluye unas cuadernas o unas nervaduras y unas pletinas 30 que forman una estructura portadora, y un revestimiento que cubre a la estructura portadora. La estructura portadora está provista de unos palieres, como unos rodamientos de bolas, que reciben el pivotado del eje 21.
Un accionador designado generalmente como 50 está montado en la cubierta 20 del alerón 11 y dos accionadores 50 están montados en la cubierta 20 del alerón 12.
Cada accionador 50 incluye:
-un conjunto motor 51, que incluye a su vez un motor eléctrico rotativo y un reductor, que está montado en la cubierta 20 y que tiene un eje de salida acoplado al eje 21, aquí mediante un tren de engranajes, de tal manera que acciona a la cubierta 20 en rotación alrededor del eje 21,
- un circuito de potencia 52 y un circuito de control 53 para alimentar y controlar el motor eléctrico 51,
- unos detectores conectados al circuito de control 53 especialmente, para detectar la posición angular del alerón con respecto al eje 21.
El eje de salida del conjunto motor 51 es, aquí, coaxial con el eje 21 al cual está conectado en rotación. El conjunto motor 51 tiene uno o varios estatores que están fijados a la estructura portadora del alerón al cual está incorporado. El conjunto motor 51 puede estar desprovisto de un reductor o por el contrario incluir un reductor (se habla de transmisión “Direct-drive” o “gear-drive”).
Los circuitos 52, 53 están alojados también en la cubierta 20 y están conectados por medio de unos conductores eléctricos a un conector 54 que desemboca en el exterior de la cubierta 20. El conector 54 permite alimentar a los circuitos 52, 53 de energía eléctrica y conectar el circuito de control 53 a un calculador de control de vuelo de la aeronave, no representado, a cargo de la altitud de la aeronave. El calculador de control de vuelo efectúa con los circuitos de control 53 un control mediante un bucle largo a partir de las consignas de posición o de encuentro que son utilizadas por los circuitos de control 53 para determinar unas consignas de corriente. Los circuitos de control 53 efectúan con los circuitos de potencia 52 un control mediante un bucle corto a partir de las consignas de corriente utilizadas por los circuitos de potencia 52 para alimentar a las bobinas de los motores 51. La corriente de alimentación determina el momento del par generado eléctricamente (esfuerzo).
Al menos el circuito de potencia 52 es solidario con una de las pletinas 30. Las pletinas 30 son aquí de un material térmicamente conductor y están en contacto con la cubierta 20. Aquí, el circuito de control 53 está también fijado sobre la pletina 30. Preferentemente, el o los estatores del conjunto motor 51 están fijados también sobre la pletina 30.
La pletina 30 está provista aquí con unos palieres montados en rotación sobre el eje 21 y el estator del motor eléctrico 51 está fijado a la pletina 30.
Los dos accionadores del alerón 12 están sincronizados para ejercer simultáneamente los mismos esfuerzos sobre el eje 21. De una manera ventajosa, cada accionador 50 del alerón 12 está dimensionado para poder desplazar solo el alerón 12 de tal manera que, en el caso de un fallo de uno de los accionadores 50, el pilotaje del alerón 12 pueda proseguir.
La disposición del dispositivo de accionamiento en la cubierta es ventajosa, pues, de esta manera, el motor y los circuitos no van a sobrecargar la estructura de la aeronave. Esto facilita la implantación de la superficie de vuelo en la fase de ensamblaje/construcción y las posteriores operaciones de mantenimiento. La facilidad de montaje se ve aumentada globalmente gracias a la disposición proporcionada por la invención.
Cada superficie móvil provista con dos accionadores 50 está provista a su vez con un dispositivo que permite impedir que los motores de los accionadores 50 ejerzan esfuerzos antagonistas sobre la cubierta de la superficie móvil de vuelo. En ausencia de tal dispositivo, existe el riesgo de que uno de los motores se resista al esfuerzo ejercido por el otro motor, porque, por ejemplo, está pilotado por error en el sentido opuesto o por que los dos motores tienen velocidades o pares diferentes debido a un problema de calibrado o de ajuste de los motores de uno con respecto al otro.
Haciendo referencia a la figura 5, el alerón 12 está provisto de tal dispositivo que incluye unos medidores de los esfuerzos 60 que están fijados sobre una pletina 80 sobre la cual están fijados los estatores de los motores y que está fijada a su vez a la cubierta 20. De esta manera, los medidores de los esfuerzos 60 están situados de tal manera que detecten las solicitaciones sufridas por la pletina 80 y, por lo tanto, sobre la cubierta 20 del alerón 12. Los medidores de los esfuerzos 60 están conectados a un circuito de detección 61 que incluye un procesador programado para determinar, a partir de las señales procedentes de los medidores de los esfuerzos 60, si los motores de los accionadores 50 ejercen esfuerzos de la misma intensidad y del mismo sentido. El programa está preparado para distinguir las solicitaciones sufridas por la cubierta 20, que resultan del apoyo aerodinámico y las que resultan de los esfuerzos ejercidos por los motores. El programa está preparado para deducir la amplitud y el sentido de la resultante de los esfuerzos antagonistas lo que permitirá definir una acción correctora de los circuitos de control de los motores en función de esta resultante.
El circuito de detección 61 está conectado a los circuitos de control 53 de los motores para proporcionarles un dato de corrección que permita a los circuitos de control 53 pilotar los motores para que ejerzan el mismo esfuerzo. El dato de corrección es utilizado por los circuitos de control 53 para actuar directamente sobre la consigna del bucle del circuito de control de la alimentación de corriente de las bobinas de cada motor. El valor de consigna de uno de los dos motores es reducido entonces por la autoridad de control: el motor se pone entonces en un modo de amortiguación (la consigna de corriente se pone en un valor cercano a cero) y, a continuación, la consigna de corriente se aumenta progresivamente de manera preferente hasta alcanzar un valor que permita un equilibrado de los esfuerzos ejercidos por los dos motores. Se observará que el re-equilibrado se efectúa directamente sobre el bucle corto del circuito de control para tener un re-equilibrado lo más rápido posible. La elección del motor cuya consigna de corriente se reduce se efectúa aquí por parte del programa informático de gestión de los controles del calculador de los controles de vuelo. El programa elige el motor en cuestión, por ejemplo, en función del histórico de los valores de la corriente registrados precedentemente (el motor que ha sido el más cargado hasta el momento es puesto en modo de amortiguación) o de otras informaciones proporcionadas por un sistema de vigilancia del estado de los motores. El calculador puede elegir en tiempo real el motor que se va a poner en modo de amortiguación o disponer en la memoria de una indicación de este motor (es siempre el mismo motor el que se pone en el modo de amortiguación o es alternativamente uno y a continuación el otro)..Como variante, el motor puesto en modo de amortiguación es el motor que ejerce el menor esfuerzo. Esta última solución es particularmente sencilla y rápida. Haciendo referencia a la figura 6, el dispositivo incluye un órgano de extensiometría 65 atravesado por una barra 70 que tiene un extremo unido en rotación al rotor de uno de los motores y un extremo opuesto unido en rotación al rotor del otro de los motores. El órgano de extensiometría 65 mide los esfuerzos de torsión que resultan de una diferencia entre los esfuerzos proporcionados por los dos motores. El órgano de extensiometría 65 puede ser reemplazado por unos medidores de esfuerzos.
El órgano de extensiometría 65 está conectado a un circuito de detección 61 que incluye un procesador programado para determinar a partir de las señales procedentes de los medidores de esfuerzos 60, si los motores de los accionadores 50 ejercen esfuerzos de la misma intensidad y del mismo sentido.
Esta disposición tiene la ventaja de necesitar unos tratamientos más sencillos pues la barra 70 está menos sometida a las solicitaciones que resultan de las fuerzas aerodinámicas aplicadas sobre la cubierta 20.
Además, los esfuerzos engendrados sobre la cubierta 20 por los esfuerzos antagonistas de los motores están limitados por la presencia de la barra 70.
Como variante de este modo de realización, como está representado en la figura 7, la barra 70 está desprovista de medidores de esfuerzos.
Se entiende que, cuando los motores no están pilotados a la misma velocidad, la barra 70 va a transmitir al rotor del motor más rápido el esfuerzo resistente engendrado por el motor más lento. La barra 70 contribuye entonces a equilibrar los esfuerzos proporcionados por los motores sobre la superficie móvil. Además, cuando los motores son pilotados en sentidos opuestos con un par equivalente, los rotores de los motores no van a girar. Esta ausencia de movimiento va a ser detectada por los detectores conectados a los circuitos de control 53 que están preparados para engendrar una acción correctora correspondiente.
Esta variante está particularmente mejor adaptada a los motores que ejercen un par relativamente pequeño.
Por supuesto que, la invención no está limitada a los modos de realización descritos, sino que engloba cualquier variante que entre dentro del campo de la invención tal como está definido por las reivindicaciones.
En particular, la superficie móvil de vuelo puede tener una estructura diferente de la descrita.
El motor puede estar desplazado con respecto al eje 21 de la articulación de la superficie móvil y estar unido al eje 21 mediante una transmisión mecánica, como un tren de engranajes, una correa...
El eje de la articulación y el eje de salida del motor pueden ser de una sola pieza o no. El eje de salida del motor puede tener los extremos sobresaliendo por cada lado del motor.
El motor puede ser lineal.
Las pletinas son facultativas o solo el motor puede estar fijado sobre una pletina.
La superficie móvil puede incluir un número diferente de motores.
El eje de la articulación de la cubierta puede ser de una o de varias partes.
El eje de la articulación puede tener un solo extremo de la estructura portadora sobresaliendo de la cubierta para formar una superficie móvil del tipo “canard”.
La pletina que soporta los circuitos puede ser distinta de la estructura portadora del alerón y estar montada sobre el eje o sobre las cuadernas de la superficie móvil.
Los circuitos pueden estar montados sobre una o sobre varias pletinas.
De una manera más ventajosa todavía, las conexiones eléctricas entre la superficie y el avión pueden ser realizadas o bien en directo (conector en el exterior de la superficie) o bien por unos cables que pasan por el interior de uno de los ejes de rotación/fijación de la superficie del avión.
De una manera más ventajosa todavía, la cubierta incluye un blindaje de protección contra las perturbaciones electromagnéticas. Por ejemplo, la superficie es de un material compuesto de carbono (carbono cargado, con trazas de fibras o de otro material). Como la cubierta se extiende alrededor del conjunto motor y de los componentes electrónicos, forma un blindaje que contribuye a la compatibilidad electromagnética de la electrónica y de la motorización, así como a la protección con respecto al medio ambiente (protección contra los rayos, por ejemplo). Según una característica ventajosa, el eje de rotación es hueco y al menos un cable eléctrico se extiende por el eje de rotación y se conecta a uno al menos de los circuitos. Preferentemente, cada uno de los dos circuitos está conectado a un cable que se extiende por el eje de rotación. La parte de los cables que se extiende entre la superficie móvil y el resto del avión está sometida a un trabajo de flexión durante los movimientos de la superficie móvil. El paso de los cables por un eje hueco evita este trabajo de flexión y limita, por lo tanto, la fatiga del cable. Puede haber un circuito de control y/o un circuito de potencia común a los motores; o unos circuitos separados de control y/o de potencia.
Como variante, el circuito de control está preparado para vigilar el funcionamiento de al menos una parte de la superficie móvil. Esta vigilancia se efectúa, por ejemplo, por comparación de los valores de los parámetros eléctricos del circuito de potencia con unos umbrales, y/o siguiendo la evolución de las señales de al menos un detector, como un detector de temperatura, montado sobre el motor. De esta manera, es posible efectuar una vigilancia del estado (“health monitoring”) de la motorización de la superficie móvil.
La barra puede estar asociada a un dispositivo extensiométrico con o sin contacto.
El circuito de control puede estar preparado para que la acción correctora incluya la reducción de una consigna de la corriente de alimentación de uno de los motores y, preferentemente, que la reducción de la consigna de la corriente de alimentación de uno de los motores sea seguida por un aumento de la consigna de la corriente al menos del citado motor hasta equilibrar los esfuerzos ejercidos por los motores.
El dispositivo de accionamiento puede estar situado sobre la estructura de la aeronave.
Claims (8)
1.Dispositivo electromecánico de accionamiento de una superficie móvil de vuelo (11, 12) que tiene una cubierta (20) articulada a una estructura de una aeronave alrededor de un eje de rotación (21), que comprende:
-al menos dos motores eléctricos (51) para accionar a la cubierta en rotación alrededor del eje de rotación, - un circuito de potencia (52) y un circuito de control (53) para alimentar y controlar a cada uno de los motores,
el dispositivo está caracterizado por:
-un dispositivo de limitación de los esfuerzos antagonistas ejercidos por los motores eléctricos.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende un circuito de detección (61) preparado para determinar la amplitud y el sentido de una resultante de los esfuerzos antagonistas con el fin de permitir una acción correctora del circuito de control de los motores (51) en función de esta resultante.
3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el cual el circuito de detección (61) está conectado a unos medidores de los esfuerzos (60) y deduce de las señales de los medidores de los esfuerzos la amplitud y el sentido de la resultante de los esfuerzos antagonistas.
4. Dispositivo según la reivindicación 3, en el cual los medidores de los esfuerzos (60) están fijados a una pletina (80) sobre la cual están fijados los estatores de los motores.
5. Dispositivo según la reivindicación 3, en el cual los medidores de los esfuerzos (60) están fijados sobre una barra (70) que une entre sí y en rotación a los rotores de los motores (51).
6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el cual el circuito de control (53) está preparado para que la acción correctora comprenda una reducción de la consigna de la corriente de alimentación de uno de los motores (51).
7. Dispositivo según la reivindicación 6, en el cual la reducción de la consigna de la corriente de alimentación de uno de los motores (51) es seguida por un aumento de la consigna de la corriente al menos del citado motor hasta equilibrar los esfuerzos ejercidos por los motores.
8. Dispositivo según la reivindicación 1, en el cual el dispositivo incluye una barra (70) que une entre sí y en rotación a los rotores de los motores (51).
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