JP2009269596A - 航空機着陸装置用操向システム - Google Patents

航空機着陸装置用操向システム Download PDF

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Abstract

【課題】航空機着陸装置用操向システムを提供すること。
【解決手段】本発明は一般に、ハーモニックドライブ機構２６０、３６０を介して着陸装置脚１１６、２１６、３１６に動作可能に結合される回転部材１１８、２１８、３１８を備える航空機着陸装置用操向システム１１０、２１０、３１０に関する。着陸装置用操向システム１１０、２１０、３１０は電動式でありうる。さらに、着陸装置システム１１０、２１０、３１０は、ハーモニックドライブ機構２６０、３６０が故障することがあれば安全故障モードを設けることを含めて、様々な利点を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に航空機着陸装置に関する。特に、本発明は改良された航空機着陸装置用操向システムに関する。
ほとんどの航空機、特に空気よりも重い航空機には、何らかのタイプの着陸装置が設けられている。このような着陸装置はしばしば、各車輪列ユニットに設けられた１組または複数組の自由に回転可能な車輪の形態を取り、これらのユニットのそれぞれは、飛行中の誘導抵抗を低減するように航空機の胴体内部の各着陸装置隔室中へ別個に引込み可能であることもある。また通常、１つまたは複数の車輪列ユニットは、操縦士が航空機を地上で誘導できるように操向可能である。例えば、三輪式着陸装置構成では、航空機の操向を行うために、前輪の車輪列ユニットが航空機の胴体に対して別個に回転可能であることはかなり一般的である。
航空機着陸装置用の様々な操向装置が知られている。１つの一般的なタイプは、油圧駆動式の機械構成を使用して航空機の操向を行う［１〜７］。しかし、このような操向装置に必要とされる油圧パイプおよびアクチュエータは重くかつ嵩張る傾向があり、それによって着陸装置隔室中で比較的大きな空間を占有する。さらには作動油が使用され、このようなシステムから漏れがあれば、それは航空機では問題である。
油圧駆動式装置の別法として、様々な電動式の航空機操向システムも開発されている［８〜１１］。しかし、これらは一般に、例えば、操向システムが故障することがあれば操向機構のロッキングにつながる恐れがある不十分な機械的故障特性を有するので、それらは主に様々な軽量航空機で使用される傾向にある。このような故障モードは危険なものになる可能性があり、これは、電気式操向システムが一般に、例えば、商業空輸用途で使用される航空機のような、より大型の航空機に採用されていない１つの理由である。
さらに、幾つかの従来の航空機着陸装置用操向システムはまた、不十分な機械的振動特性を有しうる。例えば、従来システムの前輪は、航空機が着陸するときに、シミーを起こす、すなわち、制御不能に振動する傾向を有しうる。この特性は望ましいものではなく、例えば、着陸時に操向システム中の作動油圧を増大させるために油圧蓄圧機および弁を設けることによって、油圧駆動式システムに対して軽減可能である。しかし、このような油圧蓄圧機および弁は、幾つかの従来の航空機操向システムの重量および複雑さを増すばかりでなく、作動油の漏れが発生する可能性も増大させる。
したがって、従来の航空機着陸装置用操向システムの前述の欠点を念頭におきながら本発明の様々な態様および実施形態が開発された。
ＧＢ７９１，１０１公報 ＦＲ１，３３４，５６５公報 ＧＢ１，０７１，４７４公報 ＧＢ２，１６１，１２３公報 ＧＢ２，２８７,６８１公報 ＥＰ０８３６９９０公報 ＷＯ２００６／０７１２６２公報 ＦＲ２，６７７，９５１公報 ＷＯ２００５／１０２８３９公報 ＷＯ２００７／０００４１１公報 米国特許出願公開第２００７／０２４１２３０号公報 米国特許第２，９０６，１４３号公報
本発明の第１の態様によれば、航空機着陸装置用操向システムが提供される。航空機着陸装置用操向システムは、ハーモニックドライブ機構を介して着陸装置脚に動作可能に結合される回転部材を備える。
本発明の第２の態様によれば、航空機操向システムを設ける方法が提供される。本方法は、ハーモニックドライブ機構を介して回転部材を着陸装置脚に結合するステップを含む。また本方法は、有利なことに、本発明の様々な実施形態を従来の航空機着陸装置機構に後付けするために使用可能である。
ハーモニックドライブ機構を使用して着陸装置脚を回転部材に結合することによって、軽量でコンパクトな操向システムを提供することができる。さらに、ハーモニックドライブ機構の使用はまた、アクチュエータと回転部材との間に高いギヤ比を与えることを可能にし、したがって比較的低いトルクのアクチュエータを使用することを可能にする。
例えば、本発明の様々な実施形態では、電気モータモジュールが使用可能であり、それにより、より一層コンパクトな操向装置を、着陸装置隔室内に油圧駆動システムを設ける必要性を低減する、さらにはなくすることができるという追加的な利点と共に提供することが可能になる。
ここで添付の図面に関連して本発明の様々な態様および実施形態が説明される。
本発明の実施形態に係る航空機着陸装置を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る航空機着陸装置用操向システムを通る断面図である。 本発明の他の実施形態に係る航空機着陸装置用操向システムを通る断面図である。 本発明の実施形態に係る航空機着陸装置用操向システムを後付けする方法を示す図である。
図１は、本発明の実施形態に係る航空機着陸装置１００の図を概略的に示す。航空機着陸装置１００は、航空機の胴体１０の中に設けられた着陸装置隔室（図示せず）の中へ引込み可能である。引込み／伸展機構１０４が、着陸装置１００を着陸装置隔室内に、また着陸装置隔室から出し入れするために設けられる。
着陸装置１００は、着陸装置隔室の内部で第１の端部１１４に枢着される着陸装置ヨーク１０２を備える。また着陸装置１００は、衝撃吸収オレオ緩衝支柱１１２およびトルク連結棒１０６に連結された車輪列ユニット１０８を備える。オレオ緩衝支柱１１２およびトルク連結棒１０６は、着陸装置用操向システム１１０を介して、着陸装置ヨーク１０２の第１の端部１１４から遠方の、このヨークの第２の端部に設けられた脚部分１１６に連結される。
着陸装置用操向システム１１０は、脚部分１１６に追加的に結合される内部ハーモニックドライブ機構（例えば、以下の図２および３参照）に結合された回転部材１１８を備える。この実施例では、トルク連結棒１０６が回転部材１１８に連結され、かつオレオ緩衝支柱１１２が回転部材１１８を同軸貫通する。
図２は、本発明の実施形態に係る航空機着陸装置用操向システム２１０の一部を通る断面を示す。操向システム２１０は、オレオ緩衝支柱２１２を有する管状回転部材２１８を具備し、このオレオ緩衝支柱は、回転部材の中で軸受２３８を介して中心軸２５０と一直線に揃って同軸装着されている。回転部材２１８は、以下でさらに詳細に説明されるハーモニックドライブ機構２６０の中心を通って突き出す。さらに、回転部材２１８は、車輪列ユニット（図示せず）に装着可能であるトルク連結棒２０６に結合するための突出耳部２１９を備える。
同軸装着された外筺２４０が、回転部材２１８を包囲し、かつコネクタ機構２３４によってこの回転部材に連結される。電気モータモジュール２２６が、外筺２４０に装着され、形状決めおよび嵌合（ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｆｉｔ）によって位置合わせされ、かつ４本のねじによって定位置に保持される。電気モータモジュール２２６の内部に設けられたモータは、ブラシレス直流モータであり、電気モータモジュール２２６は、出力に設けられた歯付きクラッチをさらに備える。
外筺２４０は、回転部材２１８と同軸関係にあるウェーブジェネレータ２２０を支持する軸受２３２をさらに保持する。したがってウェーブジェネレータ２２０は、回転部材２１８に対して回転することができる。ウェーブジェネレータ２２０は、中心軸２５０に直交する平面内で眺めるとき楕円断面を有し、鋼のような金属材料から作製される。また電気モータモジュール２２６は、この電気モータモジュール２２６を活動化することにより中心軸２５０および回転部材２１８を中心にしてウェーブジェネレータ２２０が回転するように、噛合い相互歯付き構成を介してウェーブジェネレータ２２０に結合される。
操向システム２１０は、着陸装置脚２１６を具備する。この脚は、例えば、着陸装置ヨークに連結されるか、またはその一体部品として形成される。着陸装置脚２１６と回転部材２１８との間の差動回転運動が、回転部材に結合された車輪列ユニットの、したがって航空機の制御された操向を可能にする。
着陸装置脚２１６は、フレックススプライン筐体２２８を備えて、（遠方の）軸受２３６を支持し、次いでこの軸受が筐体内部で回転部材２１８を支持し、それによって回転部材２１８および着陸装置脚２１６を同軸関係に維持する。フレックススプライン２２２が、フレックススプライン筐体２２８の内部に設けられ、その内部でフレックススプライン筐体２２８および着陸装置脚２１６に対して回転することができる。さらには、駆動スプライン２３９もフレックススプライン２２２を支持しかつそれを着陸装置脚２１６に対して同軸関係で維持するために設けられる。
フレックススプライン２２２はカップ形状であり、例えば、鋼材料のような、比較的薄壁の材料から作製可能である。さらに、フレックススプライン２２２は、その周囲の外回りに設けられた１組のＮ個の歯２２３を具備する。
固定スプライン２２４が着陸装置脚２１６の第１の端部に固定される。固定スプライン２２４はリング形状にされて、その内部周方向表面上に設けられた１組のＮ＋Δ個の内歯を備える。固定スプライン２２４は、ウェーブジェネレータ２２０およびフレックススプライン２２２と同軸である。さらに、固定スプライン２２４の内歯は、フレックススプライン２２２の外歯２２３と噛み合う。
ウェーブジェネレータ２２０と共に、フレックススプライン２２２および固定スプライン２２４は、ハーモニックドライブ機構２６０を形成する。ハーモニックドライブ機構２６０（時に歪み波動歯車と呼ばれる）は、電気モータモジュール２２６の出力から着陸装置脚２１６までのギヤ比を与える。この比率は高くされうる（詳細については、例えば、Ｍｕｓｓｅｒの説明［１２］を参照されたい）。
本発明の１つの例示的な実施形態では、ハーモニックドライブ機構２６０が、１６０：１のギヤ比を与える。この実施形態では、追加的な歯車機構２８０が電気モータモジュール２２６の出力に設けられ、その出力はハーモニックドライブ機構２６０を駆動するために使用される。例えば、歯車機構２８０は、１６０：１のハーモニックドライブのギヤ比と組み合わされるとき、比較的低い４Ｎｍの出力トルクを有する電気モータを使用して、回転部材２１８とそれに連結された車輪列ユニットとを回転するために、回転部材２１８において７５ｋＮｍのトルクを与えるために使用されうる１３：１のギヤ比を有することができる。
これらおよび本発明の様々な関連する実施形態の１つの他の利点は、ハーモニックドライブ機構が破壊されることがあれば故障モードに入ることにある。このようなハーモニックドライブ機構に関する１つの一般的な故障モードは、これらの機構が仮に故障することがあれば、プラスチック飲料カップが潰れたときと同様に破壊される、比較的薄壁のカップ形状のフレックススプラインの分裂を伴うことを本出願人は見いだした。しかし、たとえこれが本発明の様々な実施形態に発生しても、着陸装置用操向システムは、回転部材が着陸装置脚に対して自由に回転する自由脚輪モードで故障する。しかし、これは、差動制動および／または非対称的な動力印加（多エンジン航空機の場合）の使用によって、航空機が安全に着陸可能でありかつ依然として地上で操向可能である本来的に安全な故障モードである。
図３は、本発明の他の実施形態に係る航空機着陸装置用操向システム３１０を通る断面を示す。航空機着陸装置用操向システム３１０は、着陸装置脚３１６から容易に着脱可能であるアセンブリとしてパッケージされる。
操向システム３１０は、軸受３３８および３４４を介して、中心軸３５０と一直線に揃って内部に同軸装着されたオレオ緩衝支柱３１２を有する管状回転部材３１８を具備する。回転部材３１８は、以下でさらに詳細に説明されるハーモニックドライブ機構３６０の中心を通って突き出す。回転部材３１８は、車輪列ユニット（図示せず）に装着可能であり、かつ／または所望であれば突出耳部（図示せず）を支持することができる。
同軸装着された担体３４０が、回転部材３１８を包囲し、かつ回転部材３１８の周方向回りに設けられた肩部分とフレックススプライン軸受３４２とに当接する軸受３４４を介して回転部材３１８に連結される。軸受３４４は担体３４０に固定される。また担体３４０は、ハーモニックドライブ機構３６０の一部を形成する固定スプライン３２４に連結される。固定スプライン３２４はリング形状にされて、その内部周方向表面上に設けられた１組のＭ＋Δ個の内歯を備える。
また操向システム３１０は、接合部３９９で着陸装置脚３１６に解放自在に結合されうる外筺３９０を備える。接合部３９９は、操向システム３１０が着陸装置脚３１６から迅速かつ容易に解放されることを許容する、例えば、１本または複数本のボルト、リベット、ねじ、または同様物を具備してもよい。
電気モータモジュール３２６が、外筺３９０に結合される。また外筺３９０は、回転部材３１８と同軸関係で配置されたウェーブジェネレータ３２０を支持する軸受３３２を保持する。したがってウェーブジェネレータ３２０は、回転部材３１８に対して回転することができる。ウェーブジェネレータ３２０は、中心軸３５０に直交する平面内で眺めるとき楕円断面を有する。また電気モータモジュール３２６は、この電気モータモジュール３２６を活動化することにより中心軸３５０および回転部材３１８を中心にしてウェーブジェネレータ３２０が回転するように、噛合い相互歯付き構成を介してウェーブジェネレータ３２０に結合される。
担体３４０は、フレックススプライン軸受３４２によって内部に保持されるフレックススプライン３２２に筐体をさらに設ける。フレックススプライン軸受３４２は、フレックススプライン３２２が主中心軸３５０との同軸関係を維持することを保証する。またフレックススプライン３２２は、担体３４０および回転部材３１８の両方に対して回転することができる。
フレックススプライン３２２はカップ形状にされて、例えば、ステンレス鋼材料のような、比較的薄壁の材料から作製可能である。さらに、フレックススプライン３２２は、その周囲の外回りに設けられた１組のＭ個の歯３２３を具備する。
固定スプライン３２４は、ウェーブジェネレータ３２０およびフレックススプライン３２２に対して同軸装着される。さらに、固定スプライン３２４の内歯は、フレックススプライン３２２の外歯３２３と噛み合う。ウェーブジェネレータ３２０と共に、フレックススプライン３２２および固定スプライン３２４は、電気モータモジュール３２６のクラッチ機構が係合された状態でこのモータモジュールが駆動されるとき、着陸装置脚３１６を回転部材３１８に対して回転するように動作可能であるハーモニックドライブ機構３６０を形成する。
この場合も、本実施形態は、たとえハーモニックドライブ機構が故障しても、本来的に安全な自由脚輪モードがほぼ確実な結果であるという実質的な利点を与える。
図４は、本発明の実施形態に係る航空機着陸装置用操向システムを後付けする方法４００を示す。本方法４００は、例えば、従来の航空機操向機構を、本明細書に記載された様々な実施形態で置き換えるために使用可能であり、それによってこれらの航空機の着陸装置隔室から幾つかの油圧システムの除去を可能にするばかりでなく、生起する恐れがあるいずれの操向システム故障の発生時にも安全性を高める。
本方法４００は、既存の操向機構を、例えば、それを着陸装置ヨークから切断、ボルト外しなどを行うことによって、従来の航空機から除去するステップ４０２を含む。従来の油圧アクチュエータ、配管、蓄圧機などを着陸装置隔室から除去することがこの時点で実施されてもよい。
次に、本発明の実施形態に係る着陸装置用操向システムを連結するステップ４０４が実施される。着陸装置用操向システムは、従来の操向システムの代わりに連結されて、着陸装置ヨークに結合されうる。例えば、着陸装置用操向システムは、既存の着陸装置ヨークの様々な部品の溶接、ボルト留め、鑞付け、リベット締めなどを行うことによって、着陸装置用操向システムの着陸装置脚のような、そのシステムの一部に連結されてもよい。
様々な実施形態では、ハーモニックドライブ機構を収容する外筺が、回転部材または着陸装置脚に連結される。次いで、ハーモニックドライブ機構の固定スプラインが、適切であれば、着陸装置脚、中間担体、または回転部材に物理的に固定されてもよい。
さらにこの段階の間に、例えば、着陸装置用操向システムの電気モータモジュールに電力を供給できるように、このモータモジュールに対して様々な電気接続が行われうる。着陸装置用操向システムの内部に設けられたモータおよび／または様々なクラッチ機構もしくは同様物を制御するために制御信号の供給用接続のような、他の接続も行われうる。
最後に、着陸装置用操向システムのトルク連結棒、オレオ緩衝支柱、および回転部材を車輪列ユニットに連結するステップ４０６が実施される。トルク連結棒は、回転部材を介して新たな着陸装置用操向システムの着陸装置脚の中へ案内された後で、オレオ緩衝支柱がそうでありうるように、従来の様態で連結されうる。
本発明の様々な実施形態が、介在するフレックススプラインによって径方向に最外側の固定スプラインに結合された径方向に最内側のウェーブジェネレータを有する、同軸装着されたハーモニックドライブ機構に関連して説明されたが、ハーモニックドライブ機構のための他の構成が可能であり、したがって本発明は本明細書で詳細に説明した実施形態のみに限定されないことを当業者は理解するであろう。例えば、ハーモニックドライブ機構は、ウェーブジェネレータが径方向に最外側の構成要素として設けられるように構成されてもよい。
さらに、本発明の幾つかの実施形態は、回転部材がハーモニックドライブ機構の中心を貫通するように構成されるが、様々な別法の構成も可能であることを当業者は理解するであろう。
追加的にまたは別法として、１つまたは複数の電気モータまたは電気モータモジュールを使用して、ハーモニックドライブ機構を駆動してもよい。例えば、２つの別個に動作可能な電気モータモジュールが、冗長装備を設けることによって動作上の安全性および信頼性をさらに向上させるために設けられてもよい。
幾つかの実施形態では、ウェーブジェネレータ、フレックススプライン、および固定スプラインが、着陸装置脚を直接的に駆動するように（例えば、追加的な介在する歯車／動力伝達装置／クラッチなどの機構が様々な別法の実施形態で適宜設けられうるが、これらを設ける本質的な必要性を伴うことなく）動作可能であるハーモニックドライブ機構を形成することができる。
また本発明の様々な実施形態は、たとえ操向システムが故障しても、車輪列ユニットが、例えば、着陸時に車輪が実質的に最適の着陸構成にあるように航空機が移動している方向と自然に一直線に揃うように、車輪列ユニットの重心が着陸装置用操向システムの機尾方向に位置するように設計可能である。
さらに、本発明の様々な実施形態は、例えば、ドイツのリンブルク（Ｌｉｍｂｕｒｇ）所在のＨａｒｍｏｎｉｃ Ｄｒｉｖｅ ＡＧ（ｈｔｔｐ:／／ｗｗｗ.ｈａｒｍｏｎｉｃｄｒｉｖｅ.ｄｅ）から市販の構成要素の幾つかのような、市販のハーモニックドライブ構成要素を特注化することによって実施されてもよい。
例えば、１つまたは複数のハーモニックドライブ構成要素が、着陸装置用操向システムの回転主軸回りに同軸装着されかつ／または周方向に構成されてもよい。また幾つかの実施形態に、または別法として、航空機の牽引、押戻しなどが可能であるためにハーモニックドライブ機構の分離を可能にするように、回転部材を着陸装置脚から分離するためのクラッチ機構が設けられてもよい。
したがって、本発明が様々な態様および好ましい実施形態にしたがって説明されたが、本発明の範囲は、それらのみに限定されるものと考えられてはおらず、かつそれらのすべての変形および均等物も添付の特許請求の範囲に入ることが本出願人の意図であると理解されるべきである。
１０ 航空機の胴体
１００ 航空機着陸装置
１０２ 着陸装置ヨーク
１０４ 引込み／伸展機構
１０６ トルク連結棒
１０８ 車輪列ユニット
１１０ 航空機着陸装置用操向システム
１１２ オレオ緩衝支柱
１１６ 脚部分
１１８ 回転部材
２０６ トルク連結棒
２１０ 航空機着陸装置用操向システム
２１２ オレオ緩衝支柱
２１６ 着陸装置脚
２１８ 回転部材
２１９ 突出耳部
２２０ ウェーブジェネレータ
２２２ フレックススプライン
２２３ フレックススプラインの外歯
２２４ 固定スプライン
２２６ 電気モータモジュール
２２８ フレックススプライン筐体
２３２ 軸受
２３４ コネクタ機構
２３６ 軸受
２３８ 軸受
２３９ 駆動スプライン
２４０ 外筺
２５０ 中心軸
２６０ ハーモニックドライブ機構
２８０ 追加的な歯車機構
３１０ 航空機着陸装置用操向システム
３１２ オレオ緩衝支柱
３１６ 着陸装置脚
３１８ 回転部材
３２０ ウェーブジェネレータ
３２２ フレックススプライン
３２３ フレックススプラインの外歯
３２４ 固定スプライン
３２６ 電気モータモジュール
３３２ 軸受
３３８ 軸受
３４０ 担体
３４２ フレックススプライン軸受
３４４ 軸受
３５０ 中心軸
３６０ ハーモニックドライブ機構
３９０ 外筺
３９９ 接合部

Claims (16)

  1. ハーモニックドライブ機構を介して着陸装置脚に動作可能に結合された回転部材を備える航空機着陸装置用操向システム。
  2. 前記着陸装置脚と前記回転部材との間に相対的な回転運動を生み出すために、前記ハーモニックドライブ機構を駆動するための電気モータモジュールをさらに備える、請求項１記載の航空機着陸装置用操向システム。
  3. 前記回転部材を前記着陸装置脚から分離するためのクラッチ機構をさらに備える、請求項１または２記載の航空機着陸装置用操向システム。
  4. 前記ハーモニックドライブ機構を駆動するための歯車機構をさらに備える、請求項１乃至３のいずれか１項記載の航空機着陸装置用操向システム。
  5. 前記ハーモニックドライブ機構は前記着陸装置脚を直接的に駆動するように動作可能である、請求項１乃至４のいずれか１項記載の航空機着陸装置用操向システム。
  6. 前記ハーモニックドライブ機構は、前記着陸装置脚または前記回転部材に結合された固定スプラインを具備し、前記固定スプラインはフレックススプラインに動作可能に連結され、前記フレックススプラインは、アクチュエータに結合されたウェーブジェネレータによって駆動されるように動作可能である、請求項１乃至５のいずれか１項記載の航空機着陸装置用操向システム。
  7. 前記着陸装置脚または前記回転部材は、前記ハーモニックドライブ機構の少なくとも一部を通って突出するか、または前記ハーモニックドライブ機構の内部に位置する、請求項１乃至６のいずれか１項記載の航空機着陸装置用操向システム。
  8. ハーモニックドライブ機構を介して回転部材を着陸装置脚に結合するステップを含む、航空機操向システムを設ける方法。
  9. 電気モータモジュールを活動化することにより前記着陸装置脚と前記回転部材との間に相対的な回転運動が誘発されるように、前記ハーモニックドライブ機構を駆動するための電気モータモジュールを設けるステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
  10. クラッチ機構が動作されたとき前記回転部材を前記着陸装置脚から分離するためのクラッチ機構を設けるステップをさらに含む、請求項８または請求項９記載の方法。
  11. 前記ハーモニックドライブ機構を駆動するための歯車機構を設けるステップをさらに含む、請求項８乃至１０のいずれか記載の方法。
  12. 前記ハーモニックドライブ機構を活動化することにより前記着陸装置脚が直接的に駆動される、請求項８乃至１１のいずれか記載の方法。
  13. 前記ハーモニックドライブ機構は、前記着陸装置脚または前記回転部材に結合された固定スプラインを具備し、前記固定スプラインはフレックススプラインに動作可能に連結され、前記フレックススプラインは、アクチュエータに結合されたウェーブジェネレータによって、前記アクチュエータが動作されたとき駆動される、請求項８乃至１２のいずれか記載の方法。
  14. 前記着陸装置脚または前記回転部材は、前記ハーモニックドライブ機構を介してまたは前記ハーモニックドライブ機構の内部に設けられる、請求項８乃至１３のいずれか記載の方法。
  15. 添付図面を参照して実質的に上記で説明された航空機着陸装置用操向システム。
  16. 添付図面を参照して実質的に上記で説明された航空機操向システムを設ける方法。
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