Система управления для гондолы турбореактивного двигателя - RU2398716C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к электрической системе управления, которой оснащают гондолу турбореактивного двигателя, содержащую группу электромеханических рабочих органов. Также изобретение относится к гондоле и летательному аппарату, оснащенным указанной системой управления.

Летательный аппарат приводится в движение посредством размещенных в гондоле турбореактивных двигателей, причем в этой гондоле также находится группа вспомогательных исполнительных устройств, связанных с ее работой и выполняющих различные функции при работающем или выключенном двигателе. Более конкретно, эти вспомогательные исполнительные устройства включают в себя электро- или гидромеханическую систему, предназначенную для воздействия на реверсор тяги, и электро- или гидромеханическую систему, предназначенную для воздействия на обтекатели. Упомянутые системы обеспечивают возможность проведения операций техобслуживания турбореактивного двигателя.

Функция реверсора тяги заключается в повышении тормозной способности летательного аппарата при его посадке, осуществляемом за счет перенаправления по меньшей мере части создаваемой турбодвигателем тяги в обратную сторону, т.е. вперед. На этом этапе реверсор полностью или частично перенаправляет в переднюю зону гондолы выбрасываемые из турбореактивного двигателя газовые потоки, в результате чего создается реверсивная тяга, действие которой складывается с торможением колес летательного аппарата. Для реализации своей функции реверсор тяги на обеих сторонах гондолы оснащен подвижным кожухом, выполненным с возможностью перемещения между выдвинутым положением, при котором в гондоле открыт канал для пропускания перенаправленного потока на этапе торможения, и задвинутым положением, при котором указанный канал закрыт в связи с тем, что турбореактивный двигатель функционирует в своем обычном режиме, или в связи с тем, что летательный аппарат остановлен. Помимо указанной механической системы, используемой для приведения в действие реверсора тяги, предусмотрена другая механическая система, осуществляющая радиальное раскрытие этого реверсора, который таким образом делится на две подвижные половины с обеспечением доступа к той части турбореактивного двигателя, которая окружена реверсором. В результате такого раскрытия можно проводить работы по техобслуживанию.

Таким образом, существуют три вспомогательные исполнительные системы, встроенные в гондолу, а именно: система радиального раскрытия обтекателей для техобслуживания турбореактивного двигателя; система выдвигания и задвигания подвижных кожухов реверсора тяги; и система радиального раскрытия двух половин реверсора тяги.

В настоящее время указанные исполнительные системы приводятся в действие, главным образом, посредством гидравлических или пневматических силовых цилиндров. Эти цилиндры используют систему подачи текучей среды под давлением, которую обеспечивают либо путем забора воздуха из турбореактивного двигателя, либо путем впуска в гидравлическую сеть летательного аппарата. Однако подобные системы довольно громоздки и требуют серьезного обслуживания, поскольку даже малейшая утечка из гидравлической или пневматической сети может иметь тяжелые последствия как для реверсора тяги, так и для остальных узлов гондолы. Кроме того, гидро- или пневмоцилиндры могут работать только на максимально возможной мощности, что вызывает преждевременный износ оборудования.

Для устранения недостатков, свойственных пневматическим и гидравлическим системам, производители гондол и подобного оборудования предпринимают попытки замены указанных систем электрическими приводными системами, позволяющими уменьшить вес гондолы и упростить ее функционирование, в частности, в отношении необходимых циклов техобслуживания и управления гидравлическими или пневматическими текучими средами. Сегодня уже созданы некоторые обтекатели гондол, обеспечивающие возможность проведения техобслуживания турбореактивного двигателя, которые приводятся в действие посредством электроцилиндров, а также соответствующий реверсор тяги с электроприводом, описанный в документе ЕР 0843089.

Электрические исполнительные системы обеспечивают оптимальное управление энергией, т.е. управление с применением лишь такой мощности, которая действительно необходима для работы этих систем. При этом они занимают в гондоле меньше места и не требуют наличия контура циркуляции текучей среды под давлением.

Однако поскольку в гондоле имеется слишком мало места, установка и защита указанных систем по-прежнему представляют значительные трудности для конструкторов. Каждая электрическая исполнительная система, применяемая на сегодняшний день для выполнения одной из вышеупомянутых вспомогательных функций гондолы, содержит по меньшей мере один электроцилиндр, который приводится в действие соответствующим электродвигателем и управляется специально предназначенной для этого управляющей электронной схемой. Следует отметить, что эта электронная схема должна быть защищена от воздействия высоких температур, вибрации и прочих факторов, способных вызвать ее повреждение. Реализация защиты связана с необходимостью выделения дополнительного места, высокими эксплуатационными расходами, а также сложностью монтажа и техобслуживания.

Таким образом, цель данного изобретения состоит в устранении упомянутых выше недостатков, для чего предложена электрическая система управления, размещаемая в гондоле турбореактивного двигателя, содержащей группу электромеханических рабочих органов, установленных во вспомогательных исполнительных устройствах турбореактивного двигателя. Данная система управления характеризуется тем, что содержит электронный блок управления, имеющий группу управляющих входов, выполненных с возможностью подключения к управляющим органам, и группу выходов, подключенных к электромеханическим рабочим органам вспомогательных исполнительных устройств, причем указанный блок управления выполнен с возможностью преобразования каждой принятой команды в рабочую последовательность по меньшей мере одного соответствующего электромеханического рабочего органа.

Следует понимать, что электромеханические рабочие органы, приводящие в действие подвижные кожухи реверсора тяги, управляются, как правило, общей управляющей электронной схемой, способной подводить к ним значительную электрическую энергию, с тем чтобы они могли выполнять свои функции. Что же касается электромеханических рабочих органов, обеспечивающих перемещение обтекателя для техобслуживания или радиальный подъем половины реверсора тяги, то они используются только в том случае, когда летательный аппарат находится на земле в полностью бездействующем состоянии, и требуют лишь относительно небольшой мощности по сравнению с той, которая нужна для перемещения подвижных кожухов реверсора тяги на этапе торможения летательного аппарата.

Таким образом, благодаря применению системы управления, содержащей централизованный электронный блок управления, становится возможным объединение всех существующих в настоящее время электронных систем с целью управления каждым электромеханическим рабочим органом без чрезмерного увеличения требующейся для этого мощности. Дело в том, что имеющейся первоначально мощности, обеспечивающей работу реверсора тяги в полете, достаточно также для обеспечения функционирования люков на земле, так что отсутствует необходимость в более значительной мощности. Кроме того, подобная система управления позволяет, во-первых, разместить все эти системы в одном и том же защищенном месте, а, во-вторых, избежать избыточности некоторых электронных функций. Вследствие этого существенно облегчается вес электромеханических рабочих органов, так как исчезает надобность в оснащении каждого электромеханического рабочего органа своей отдельной управляющей электронной схемы, поскольку одна и та же приводная система, расположенная в электронном блоке управления, обеспечивает приведение в действие всех электромеханических рабочих органов, выполняющих одну и ту же функцию. Кроме того, так как система для приведения в действие электромеханических рабочих органов является частью летательного аппарата, наиболее чувствительной к теплу и вибрации, она подлежит особо надежной защите. Благодаря объединению приводных систем внутри общего блока, защищать от вибраций и высоких температур, среди прочих воздействий, приходится только один этот блок, что позволяет уменьшить суммарный вес всей конструкции и применять электромеханические рабочие органы, которые являются менее громоздкими и тяжелыми, а следовательно, более простыми в монтаже, тестировании и техобслуживании.

Целесообразно, чтобы электронный блок управления имел по меньшей мере один вход состояния, обеспечивающий прием данных о положении от по меньшей мере одного датчика, связанного с по меньшей мере одним электромеханическим рабочим органом.

В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения электронный блок управления оснащен средствами, выполненными с возможностью приема данных состояния от системы управления турбореактивного двигателя и/или с возможностью передачи указанных данных в эту систему.

Эти данные о положении и работе турбореактивного двигателя целесообразно использовать в качестве параметров рабочей последовательности, выполняемой для приведения в действие одного или нескольких электромеханических рабочих органов. Кроме того, пилот летательного аппарата непрерывно информируется о состоянии вспомогательных исполнительных устройств и о ходе выполнения активизированных рабочих последовательностей.

Целесообразно, чтобы электронный блок управления содержал по меньшей мере одну ячейку, предназначенную для размещения управляющей электронной платы, отвечающей за приведение в действие по меньшей мере одного вспомогательного исполнительного устройства. Благодаря этой ячейке удается легко заменять управляющие электронные схемы, например в процессе обновления, без необходимости заменять весь электронный блок управления. В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения в электронном блоке управления можно установить по меньшей мере одну управляющую электронную плату, выделенную для каждого вспомогательного исполнительного устройства. В результате, каждую плату, выделенную для приведения в действие какого-либо определенного вспомогательного устройства, можно заменять или обновлять независимо от остальных.

Целесообразно, чтобы электронный блок управления содержал управляющие входы, выделенные для приведения в действие вспомогательных исполнительных устройств техобслуживания и активизируемые кнопками типа «dead man» {кнопка «dead man» - кнопка аварийного отключения при потере сознания оператором, примеч. переводчика).

Целесообразно также, чтобы электронный блок управления содержал по меньшей мере один силовой модуль и по меньшей мере один управляющий электронный модуль. Дело в том, что имеющееся в гондоле пространство для размещения компонентов чрезвычайно мало, поэтому может оказаться целесообразным разделить электронный блок управления на менее громоздкие модули, с тем чтобы облегчить его размещение в гондоле.

Изобретение также относится к гондоле, устанавливаемой на турбореактивный двигатель и содержащей по меньшей мере один подвижный обтекатель, обеспечивающий выполнение операций техобслуживания турбореактивного двигателя, и по меньшей мере один реверсор тяги, имеющий по меньшей мере один подвижный кожух, причем и обтекатель для техобслуживания, и подвижный кожух выполнены с возможностью смещения по меньшей мере одним исполнительным устройством, снабженным по меньшей мере одним электромеханическим рабочим органом. Гондола характеризуется тем, что она снабжена вышеописанной системой управления, обеспечивающей, в частности, централизацию операций управления и выполнение последовательностей функционирования исполнительных устройств, относящихся к обтекателю для техобслуживания и подвижному кожуху.

Целесообразно, чтобы электромеханические рабочие органы исполнительных устройств, предназначенных для выполнения функций техобслуживания, приводились в действие с помощью по меньшей мере одной кнопки типа «dead man», соединенной с системой управления.

Целесообразно также, чтобы электронный блок управления, входящий в состав системы управления, был закреплен на передней раме реверсора тяги.

В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения электронный блок управления разделен по меньшей мере на два соединенных друг с другом узла. Говоря более конкретно, благодаря разделению электронного блока управления на по меньшей мере два отдельных узла удается облегчить его размещение в гондоле несмотря на довольно ограниченное пространство.

Предметом изобретения также является летательный аппарат, характеризующийся тем, что он оборудован турбореактивными двигателями, каждый из которых размещен в вышеописанной гондоле.

Далее изобретение проиллюстрировано более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 в аксонометрии с пространственным разделением деталей изображает гондолу, оснащенную заявленной системой управления;

фиг.2 в аксонометрии изображает реверсор тяги, размещенный в показанной на фиг.1 гондоле и находящийся в раскрытом положении (так наз. «обратная струя»);

фиг.3 изображает функциональную схему системы управления, устанавливаемой в показанной на фиг.1 гондоле.

Прежде чем перейти к рассмотрению конкретного варианта изобретения, следует отметить, что изобретение не ограничивается только одной конструкцией гондолы. Несмотря на то, что изобретение проиллюстрировано на примере гондолы, снабженной решетчатым реверсором тяги, его принципы равно применимы и в отношении гондол другого конструктивного исполнения, в частности, с использованием реверсора тяги створчатого типа.

Фиг.1 упрощенно изображает фрагмент гондолы 1, в которой размещены турбореактивный двигатель 2 и реверсор тяги 3. Реверсор тяги установлен в задней части гондолы 1 и разделен на две половины 41, которые располагаются на обеих сторонах гондолы и каждая из которых снабжена подвижным полукруглым кожухом 4. Каждый подвижный кожух 4 выполнен с возможностью смещения скольжением с обеспечением открывания решеток 5 отклоняющих щитков, установленных между подвижными кожухами 4 и каналом для прохода отклоняемого воздушного потока турбореактивного двигателя 2. Внутри этой конструкции размещены блокировочные дверцы 6, выполненные с возможностью поворота и перехода из положения, в котором они не препятствуют прохождению воздушного потока, в положение, в котором они блокируют это прохождение. Для того чтобы согласовать открывание подвижных кожухов 4 с перекрывающим положением блокировочных дверец 6, каждая из этих дверец механически связана с одним из подвижных кожухов 4 с помощью шарниров, а также с неподвижной конструкцией с помощью специальной системы тяг (не показана).

Подвижные кожухи 4 смещаются вдоль внешней поверхности конструкции посредством группы силовых цилиндров 8а, 8b, установленных на передней раме 9 реверсора 3 тяги, внутри которой размещены электродвигатель 10 и гибкие передаточные валы (не показаны), соединенные с соответствующими цилиндрами 8а, 8b для приведения их в действие.

Более конкретно, каждый подвижный кожух 4 может совершать поступательное движение под действием трех силовых цилиндров 8а, 8b, включающих в себя центральный цилиндр 8а и два дополнительных цилиндра 8b, которые приводятся в действие одним общим электродвигателем 10. Мощность, вырабатываемая этим электродвигателем, вначале подается посредством двух гибких передаточных валов на центральные цилиндры 8а, а затем с помощью других гибких передаточных валов, на дополнительные цилиндры 8b.

Каждая половина 41 реверсора 3 тяги тоже выполнена подвижной и снабжена двумя боковыми электроцилиндрами 12, которые приводятся в действие электродвигателем 35 и обеспечивают радиальное раскрытие каждой половины 41, что позволяет приступить к проведению техобслуживания в отношении части турбореактивного двигателя 2, окруженной реверсором 3 тяги.

В зоне перед реверсором 3 тяги гондола 1 снабжена двумя обтекателями 13, которые располагаются на обеих ее сторонах и могут перемещаться посредством двух электроцилиндров 14, приводимых в действие электродвигателем 36, что позволяет раскрыть гондолу 1 и обеспечить тем самым доступ к турбореактивному двигателю 2 при выполнении работ по его техобслуживанию.

Работой электроцилиндров 8а, 8b, 12, 14 управляет специальный электронный блок 15 управления, содержащий электронный модуль 15а, приводящий в действие цилиндры 8а, 8b, 12, 14, и силовой модуль 15b, обеспечивающий энергию для электродвигателей 10, 35, 36. Электронный блок 15 управления образует вместе с цилиндрами 8а, 8b, 12, 14 систему управления, закрепленную в передней раме 9 реверсора 3 тяги. Схема этой системы управления показана на фиг.3.

Электронный модуль 15а, входящий в состав электронного блока 15 управления, имеет управляющие входы 16, 17, обеспечивающие управление, соответственно, раскрытием и закрытием обтекателей 13, управляющие входы 18, 19, обеспечивающие управление радиальным раскрытием и закрытием половин 41 реверсора 3 тяги для выполнения операций техобслуживания, и управляющие входы 20, 21, обеспечивающие раскрытие и закрытие подвижных кожухов 4, выполняющих функцию реверса тяги.

Управляющие входы 16, 17, 18, 19 активизируются кнопками 37, 38, 39, 40 типа «dead man», предусмотренными на внешней поверхности гондолы 1.

Управляющие входы 20, 21 соединены с системой 22 управления турбореактивного двигателя, известной под названием FADEC.

Кроме того, система FADEC 22 соединена с электронным модулем 15а с помощью группы информационных входов 23, служащих для приема различных рабочих параметров турбореактивного двигателя (таких как скорость вращения вентилятора, значение давления в струе потока турбореактивного двигателя) и любых других параметров, которые может использовать электронный блок 15 управления для согласованного приведения в действие цилиндров 8а, 8b, 12, 14.

Каждый из цилиндров 8а, 8b, 12, 14 соединен с соответствующим выходом 25, 26, 27, по которому вэлектродвигатели 10, 35, 36, приводящие в действие эти цилиндры, по запускающей команде подается электроэнергия, необходимая для их надлежащей работы. Для этой цели электронный модуль 15а содержит специальные электронные платы (не показаны), каждая из которых выполняет по меньшей мере одну управляющую последовательность, реализующую функцию, для выполнения которой она предназначена. Это значит, что электронный модуль 15а вмещает в себя по меньшей мере одну электронную плату для выполнения последовательностей закрытия и раскрытия обтекателей 13, электронную плату для выполнения последовательностей радиального закрытия и раскрытия половин 41 реверсора тяги 3 с целью проведения работ по техобслуживанию и электронную плату для выполнения последовательностей закрытия и раскрытия подвижных кожухов 4 реверса тяги. Также в системе предусмотрен преобразователь 42, обеспечивающий преобразование напряжения электроэнергии от принимаемого уровня до уровня, требующегося выходам 25, 26, 27, с учетом того, какой из электродвигателей 10, 35, 36 активизирован.

Кроме того, следует заметить, что каждый цилиндр 8а, 8b, 12, 14 снабжен датчиком 30 положения, а каждый электродвигатель 10, 35, 36, приводящий в действие эти цилиндры 8а, 8b, 12, 14, снабжен датчиком 31 скорости, предназначенным для измерения скорости электродвигателя 10, 35, 36. Каждый датчик 30 положения и каждый датчик 31 скорости соединен с электронным модулем 15а с помощью входов 32, 33 состояния, которые предназначены для сбора данных о положении и скорости при необходимости использования этих данных в качестве входных параметров для последовательности приведения цилиндров 8а, 8b, 12,14 в действие.

Пользователь, желающий раскрыть обтекатели 13, должен действовать следующим образом. Прежде всего, надо нажать кнопку 37 типа «dead man», выделенную для раскрытия обтекателей 13. При этом активизируется соответствующий управляющий вход 16, запускающий выполнение рабочей последовательности на соответствующей электронной плате, находящейся в электронном модуле 15а и отвечающей за раскрытие и закрытие обтекателей 13. В ходе выполнения этой последовательности осуществляется управление и регулирование мощности, подаваемой на электродвигатель 36, приводящий в действие цилиндры 14. После того как раскрытие произошло, пользователь может приступать к работам по техобслуживанию. По завершении этих работ пользователь должен произвести закрытие обтекателей 13, нажав соответствующую кнопку 38 типа «dead man», активизирующую управляющий вход 17. При этом он аналогичным образом запускает рабочую последовательность для закрытия, которая выполняется на электронной плате, выделенной для обтекателей 13.

По соображениям безопасности в качестве кнопок 37, 38 рекомендуется использовать кнопки типа «dead man». Дело в том, что для выполнения последовательности раскрытия и закрытия обтекателей 13 требуется, чтобы оператор держал эти кнопки постоянно нажатыми. Если он отпустит кнопку 37, 38 до окончания цикла раскрытия или закрытия, то этот цикл будет прерван.

Надо также иметь в виду, что приводить обтекатели 13 в движение можно только на земле, т.е. когда турбореактивный двигатель 2 находится в бездействующем состоянии. Перед тем, как активизировать соответствующую рабочую последовательность, проверить функционирует турбореактивный двигатель 2 или нет, можно с помощью информационных входов 23, сигналы на которые поступают от системы FADEC 22, и, если понадобится, воспрепятствовать выполнению последовательности раскрытия или закрытия обтекателей 13.

По аналогии с вышесказанным, пользователь, желающий осуществить радиальное раскрытие половин 41 реверсора 3 тяги для техобслуживания той части турбореактивного двигателя 2, которая окружена этим реверсором, должен действовать следующим образом. Прежде всего, надо нажать кнопку 39 типа «dead man», выделенную для радиального раскрытия половин 41. При этом активизируется соответствующий управляющий вход 18, запускающий рабочую последовательность на соответствующей электронной плате, находящейся в электронном модуле 15а и отвечающей за радиальное раскрытие и закрытие половин 41. В ходе выполнения этой последовательности осуществляется управление и регулирование мощности, подаваемой на электродвигатель 35, приводящий в действие цилиндры 12. По завершении техобслуживания пользователь должен произвести закрытие половин 41 реверсора 3 тяги, нажав соответствующую кнопку 40 типа «dead man», активизирующую управляющий вход 19. При этом он аналогичным образом запускает рабочую последовательность, соответствующую закрытию половин 41, которая выполняется на соответствующей электронной плате.

По аналогии с вышеописанным, смещать половины 41 в радиальном положении можно только, когда турбореактивный двигатель 2 выключен. Перед тем, как активизировать соответствующую рабочую последовательность, проверяют функционирует или нет турбореактивный двигатель 2 с помощью специального информационного входа и, при необходимости, принимают меры к воспрепятствованию выполнения последовательности раскрытия или закрытия половин 41. Следует иметь в виду, что перед смещением половин 41 в радиальном направлении, обычно требуется раскрыть подвижные кожухи 4.

Подвижные кожухи 4 смещаются цилиндрами 8а, 8b. Этим смещением управляет пилот летательного аппарата из своей кабины. Для этого он посредством пульта управления отдает соответствующие команды, которые ретранслируются в систему FADEC 22, а затем в электронный модуль 15а через управляющие входы 20 или 21, в зависимости от того, осуществляет ли пилот раскрытие или же закрытие подвижных кожухов 4.

При активизации управляющего входа 20, 21 происходит запуск рабочей последовательности на соответствующей электронной плате, находящейся в электронном модуле 15а и отвечающей за смещение подвижных кожухов 4 реверсора тяги. Благодаря сбору информации о работе турбореактивного двигателя 2 с информационных входов 23 рабочая последовательность может выбираться с учетом различных параметров турбореактивного двигателя 2 - таких, например, как его рабочая скорость.

Следует напомнить, что смещение обтекателей 13 и половин 41 реверсора 3 можно осуществлять только на земле, когда турбореактивный двигатель выключен. Для этого требуется суммарная электрическая мощность, не превышающая мощность, необходимую для приведения в действие тех цилиндров 8а, 8b, 12, 14, которые подвержены наиболее значительным нагрузкам, т.е. цилиндров 8а, 8b, отвечающих за смещение подвижных кожухов 4 во время реверса тяги. Соответственно, модуль 15b питания должен быть рассчитан таким образом, чтобы он был способен вырабатывать максимальную электрическую мощность, достаточную для приведения в действие подвижных кожухов 4 в режиме реверса тяги, поскольку эта мощность является достаточной для раскрытия обтекателей 13 и половин 41 в ходе выполнения операции техобслуживания, когда летательный аппарат находится в бездействующем состоянии. Следовательно, нет необходимости предусматривать силовой модуль 15b с большими размерами, чем у существующих силовых модулей.

Хотя изобретение описано на примере лишь нескольких вариантов осуществления, следует понимать, что объем его правовой охраны не ограничивается этими вариантами и охватывает самые разнообразные технические эквиваленты рассмотренных здесь средств, а также их комбинации, при условии, что они не противоречат сущности изобретения. Следует также иметь в виду, что изобретение не ограничивается устройствами, обеспечивающими функции реверса тяги и подготовки к техобслуживанию, реализуемые электромеханическими рабочими органами, а может охватывать и любую другую функцию с электрическим управлением, реализуемую в гондоле турбореактивного двигателя.

Реферат

Изобретение относится к электрической системе управления, предназначенной для установки в гондоле турбореактивного двигателя летательного аппарата. Электрическая система управления содержит группу электромеханических органов (8а, 8b, 12, 14), установленных во вспомогательных исполнительных устройствах турбореактивного двигателя, и электронный блок управления (15). Электронный блок управления (15) имеет группу управляющих входов (16-21), выполненных с возможностью подключения к управляющим органам (37-40), и группу выходов (25-27), подключенных к указанным электромеханическим рабочим органам вспомогательных исполнительных устройств. Электронный блок управления выполнен с возможностью преобразования каждой принятой команды в рабочую последовательность по меньшей мере одного соответствующего электромеханического рабочего органа. Гондола, устанавливаемая на турбореактивном двигателе, содержит по меньшей мере один подвижный обтекатель для техобслуживания, по меньшей мере один реверсор тяги, имеющий по меньшей мере один подвижный кожух, и электрическую систему управления. Обтекатель для техобслуживания и подвижный кожух выполнены с возможностью смещения по меньшей мере одним электромеханическим рабочим органом (8а, 8b, 12, 14). Система управления обеспечивает централизацию операций управления и выполнение рабочих последовательностей исполнительных устройств, относящихся к обтекателю для техобслуживания и кожуху. Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула