用于可致動門的致動器系統(tǒng)和具有此類可致動門的飛行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于可致動門的致動器系統(tǒng)，所述致動器系統(tǒng)包括權(quán)利要求1前序部分的特征。本發(fā)明還涉及一種具有此類可致動門的飛行器，所述飛行器包括權(quán)利要求13前序部分的特征。
【背景技術(shù)】
[0002]—般地，飛行器艙門完成以下主要功能:各艙門為乘客和機(jī)組人員提供進(jìn)出飛行器的飛行器機(jī)艙的通道并且允許他們在緊急情況下從飛行器機(jī)艙撤離。此外，可致動門還承載、展開或膨脹用于使乘客在緊急情況下從飛行器撤離的滑板。
[0003]EASA CS 25.807規(guī)定了與客機(jī)潛在載客量有關(guān)的不同類型的緊急出口。對于類型A的艙門，最多允許110名乘客，而對于類型B的艙門最多允許75名乘客(FAR 25.807)。乘客/機(jī)組成員應(yīng)當(dāng)能夠在給定的90秒撤離時(shí)間內(nèi)離開飛行器。為此目的，飛行器艙門通常設(shè)計(jì)成使得在至多10秒內(nèi)打開給定的飛行器艙門，包括使相關(guān)的滑板膨脹。
[0004]使用不同方式的動力輔助打開裝置來實(shí)現(xiàn)此類相對較短的艙門打開時(shí)間。大體上來說，可以采用平移或轉(zhuǎn)動動力打開裝置。所有飛行器艙門中的大部分裝備有氣動致動器系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有作為工作構(gòu)件的氣缸和作為能量存儲件的壓力筒?；蛘?，機(jī)械彈簧可用作能量存儲件，而簡單的直線滑動件能用作工作構(gòu)件。另外，各轉(zhuǎn)動系統(tǒng)可以與作為能量存儲件的冷凝器和作為工作構(gòu)件的電力驅(qū)動裝置一起使用。另外，可以使用燃?xì)獍l(fā)動機(jī)系統(tǒng)，該燃?xì)獍l(fā)動機(jī)系統(tǒng)將爆炸物用作能量存儲件。
[0005]更一般地，用于打開給定飛行器艙門的基本打開運(yùn)動通常遵守初始向內(nèi)運(yùn)動的原理并且劃分為兩個(gè)階段:第一階段包括主要沿豎直方向?qū)б奶嵘\(yùn)動，而第二階段包括形式為水平轉(zhuǎn)動的擺動運(yùn)動。該擺動運(yùn)動由所謂四聯(lián)機(jī)構(gòu)的潛在聯(lián)接曲線提供。該傳動通過兩個(gè)杠桿和作為連結(jié)件的對應(yīng)門扇實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)杠桿即平行桿和鉸接臂。
[0006]如果氣動致動器系統(tǒng)用以輔助此類給定飛行器艙門的艙門打開，并且用以提供足夠的力以從艙門上的封裝位置降下滑動件，則氣動致動器系統(tǒng)的氣缸典型地平行于四聯(lián)機(jī)構(gòu)的一個(gè)杠桿并用以驅(qū)動該四聯(lián)機(jī)構(gòu)。另一機(jī)械構(gòu)件用于將其軸向力傳遞到飛行器艙門結(jié)構(gòu)中。
[0007]在工作中，氣缸推動飛行器艙門從未鎖、未栓接、提升的且關(guān)閉的位置到打開位置，其中潛在的推動一致動模式在飛行器艙門結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生離散的力。尤其是在動力輔助打開過程中發(fā)生阻滯的情形下，飛行器艙門結(jié)構(gòu)必需在不受損的情形下承受這些離散的力。這些離散的力對于某些艙門系統(tǒng)構(gòu)造、尤其是對于由碳纖維強(qiáng)化塑料(CFRP)制成的艙門結(jié)構(gòu)來說可能是個(gè)問題。
[0008]文獻(xiàn)DE 10161562 B4描述了一種飛行器艙門，其使用一種氣動致動器系統(tǒng)，該氣動致動器系統(tǒng)具有作為工作構(gòu)件的氣缸和作為能量存儲件的壓力筒。艙門閂鎖需要飛行器機(jī)艙門的門扇進(jìn)行豎向運(yùn)動。一機(jī)械構(gòu)件以可轉(zhuǎn)動的方式連接于飛行器艙門以及氣動致動器系統(tǒng)。由于在氣動致動器系統(tǒng)和該機(jī)械構(gòu)件之間的給定距離在給定的提升運(yùn)動中改變，該機(jī)械構(gòu)件實(shí)現(xiàn)為伸縮桿，用以在艙門打開周期過程中補(bǔ)償艙門豎向運(yùn)動，并且用以將對應(yīng)的致動力引導(dǎo)到門扇。該門扇將這些力分布至不同的支承點(diǎn)。一個(gè)支承點(diǎn)是在飛行器艙門頂部中的平行桿的潛在樞轉(zhuǎn)點(diǎn)。另一個(gè)支承點(diǎn)是各連接件與艙門的機(jī)械連接部。工作構(gòu)件定位成平行于作為“四聯(lián)機(jī)構(gòu)”的杠桿的鉸鏈臂。
[0009]此種布置產(chǎn)生以下負(fù)荷路徑:力的來源是氣缸，該氣缸將壓力能轉(zhuǎn)換成軸向力。該力施加于伸縮桿并作用在門扇上。作用在門扇上的致動負(fù)荷形成負(fù)荷路徑，該負(fù)荷路徑經(jīng)由連接件和鉸接臂返回至力源。
[0010]此氣動致動器系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是如果艙門關(guān)閉且氣動致動器系統(tǒng)處于動力作用下，即典型的誤用情形下，則離散的負(fù)荷、尤其是具有豎向分量的離散負(fù)荷會被引入到門扇中。又一缺點(diǎn)是負(fù)荷路徑的長度、伸縮桿系統(tǒng)的使用以及豎向負(fù)荷分量的施加。尤其是在CFRP艙門中，局部引入較強(qiáng)的力會導(dǎo)致需要局部的加強(qiáng)件，加強(qiáng)件通常由鈦制成，并且會產(chǎn)生較高的成本和額外的重量。
[0011]擺動和提升系統(tǒng)的聯(lián)接以及伸縮桿的應(yīng)用會相對于基本運(yùn)動系統(tǒng)產(chǎn)生另一主要缺點(diǎn)。通常，由于伸縮桿中的運(yùn)動會由于提升或擺動運(yùn)動或者兩者混合所引起，因而該基本運(yùn)動系統(tǒng)處于非確定的狀態(tài)。如果滿足了預(yù)定條件、例如額外邊界條件，則該基本運(yùn)動系統(tǒng)是確定的。這些預(yù)定條件如下所述:伸縮桿完全壓縮并由物理止擋件阻擋，或者伸縮桿完全延伸并由物理止擋件阻擋。為了使得壓縮和延伸狀態(tài)之間的中間狀態(tài)可預(yù)測，則需要彈簧單元。
[0012]基于系統(tǒng)狀態(tài)通常未確定的事實(shí)，缺點(diǎn)是基本運(yùn)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程是復(fù)雜的并需要迭代回路來輸送合適的工作單元。此外，從之前的設(shè)計(jì)已知，在艙門緊急打開運(yùn)動結(jié)束時(shí)，此種非確定狀態(tài)也是至關(guān)重要的。更具體地，在飛行器艙門在打開狀態(tài)時(shí)達(dá)到其端部位置之前，該基本運(yùn)動系統(tǒng)需要減速。由彈簧加載伸縮桿產(chǎn)生的此種非確定標(biāo)稱狀態(tài)使得艙門的受控減速過程復(fù)雜化，即使緩沖裝置復(fù)雜化。
[0013]如上所述，作為壓力筒的替代，機(jī)械彈簧用作能量存儲件，且線性滑動件可以替代作為工作構(gòu)件的氣缸來提供所需的軸向力。然而，在此情形下，主要缺陷在于機(jī)械彈簧的能量密度。更具體地，如果彈簧由金屬制成，則潛在的致動器系統(tǒng)與現(xiàn)有的方案相比是沒有競爭力的。如果該致動器系統(tǒng)使用CFRP彈性構(gòu)件，則技術(shù)挑戰(zhàn)甚至更高，并且需要證據(jù)來證明在氣動致動系統(tǒng)的提升期間沒有蠕滑效應(yīng)來減小單個(gè)彈性力。
[0014]文獻(xiàn)DE 102 58 105 B4描述了一種轉(zhuǎn)動式電動機(jī)系統(tǒng)，S卩，電動機(jī)和常量齒輪，該轉(zhuǎn)動式電動機(jī)系統(tǒng)設(shè)置成使得任何起作用的扭矩都由電氣發(fā)動機(jī)產(chǎn)生并且直接沿系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動軸線施加。飛行器艙門使用四聯(lián)機(jī)構(gòu)來作為基本擺動運(yùn)動器。電氣發(fā)動機(jī)提供用于該系統(tǒng)的驅(qū)動力，該電氣發(fā)動機(jī)包括常量齒輪以調(diào)整力和打開時(shí)間。電動機(jī)將其打開力矩直接施加到系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動軸線(主轉(zhuǎn)動軸線)上，使得艙門不再被推動打開而是轉(zhuǎn)動打開。
[0015]此種轉(zhuǎn)動式電動機(jī)系統(tǒng)已開發(fā)成用于大且重的艙門的日常應(yīng)用，S卩，艙門運(yùn)動在任何時(shí)候都是動力輔助的。在緊急打開的情形中，動力水平會增大使得能由該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全的艙門運(yùn)動?？紤]到能量存儲件的耐久性和重量并且考慮到反作用力矩，此種轉(zhuǎn)動式電動機(jī)系統(tǒng)存在一些問題。由于所有的打開扭矩都僅由一根軸線提供，因而出現(xiàn)局部載荷集中的情況。最后，需要重且昂貴的支架來抵抗該扭矩。除此以外，電動機(jī)-齒輪單元占據(jù)艙門系統(tǒng)的容積敏感區(qū)中的大量容積。
[0016]文獻(xiàn)DE 10 2008 014 691 A1描述了一種具有爆炸物的轉(zhuǎn)動式燃?xì)怆妱訖C(jī)系統(tǒng)。不是冷凝器，而是該系統(tǒng)由相對較慢反應(yīng)的爆炸材料驅(qū)動，使得形式為膨脹氣體體積的能量在打開的時(shí)間里產(chǎn)生。膨脹氣體經(jīng)由燃?xì)獍l(fā)動機(jī)和齒輪轉(zhuǎn)換成扭矩。燃?xì)怆妱訖C(jī)設(shè)置成使得扭矩直接作用在擺動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動軸線上。
[0017]該燃?xì)怆妱訖C(jī)系統(tǒng)還受到有限可用空間的限制以及反作用扭矩的作用。另外，民航機(jī)和/或乘客對于飛行器機(jī)艙中爆炸物的接受度被認(rèn)為是苛刻的。除此以外，從其它工業(yè)領(lǐng)域可知對于爆炸物材料的備用-補(bǔ)給是困難且昂貴的。
[0018]文獻(xiàn)US 5379971描述了由氣動線性致動器提供動力的鏈?zhǔn)街聞悠飨到y(tǒng)。該系統(tǒng)將氣動線性工作構(gòu)件與艙門的轉(zhuǎn)動打開結(jié)合起來。該鏈?zhǔn)较到y(tǒng)在負(fù)載引入點(diǎn)上具有優(yōu)勢，因?yàn)榻?jīng)由兩個(gè)軸線對稱地施加轉(zhuǎn)動力矩。
[0019]然而，該鏈?zhǔn)较到y(tǒng)完全地使用了大量的單一零件。因此，該鏈?zhǔn)较到y(tǒng)較重、較貴且難以維護(hù)。
[0020]文獻(xiàn)DE 40 22 067 C2描述了在飛行器艙門系統(tǒng)外部使用轉(zhuǎn)動電動機(jī)系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)動電動機(jī)系統(tǒng)容納在給定的機(jī)身中。為了從外部打開飛行器機(jī)艙門，從生產(chǎn)角度來看，該機(jī)身可被認(rèn)為是有利的。然而從技術(shù)管理的角度來看，會產(chǎn)生較高數(shù)量的內(nèi)部接合部。在該系統(tǒng)達(dá)到可接受的性能水平之前，難于管理這些接合部。另外，在飛行器艙門周圍的區(qū)域中可用的空間是極其有限的，并且因此會限制飛行器艙門系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0021]文獻(xiàn)EP 2 644 495 A1描述了用于可致動門的另一致動器系統(tǒng)，該致動器系統(tǒng)包括四聯(lián)機(jī)構(gòu)。更具體地，該致動器系統(tǒng)設(shè)計(jì)為安裝在飛行器機(jī)身結(jié)構(gòu)中的可致動飛行器艙門的緊急打開系統(tǒng)，并包括撓曲的剛性鉸接臂。撓曲的剛性鉸接臂樞轉(zhuǎn)地支承在具有相關(guān)聯(lián)機(jī)身側(cè)的飛行器機(jī)身結(jié)構(gòu)中，并且樞轉(zhuǎn)地支承在具有相關(guān)聯(lián)門側(cè)的