JP6178571B2

JP6178571B2 - 動翼のアクチュエータ装置、航空機の動翼、及び、航空機

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Publication number: JP6178571B2
Application number: JP2012282530A
Authority: JP
Inventors: 賢哉石原
Original assignee: Mitsubishi Aircraft Corp
Current assignee: Mitsubishi Aircraft Corp
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: US9663221B2; JP2014125064A; US20140175216A1

Description

本発明は、航空機の動翼を駆動するアクチュエータ装置に関する。

航空機の舵面を構成する補助翼（エルロン；aileron）、昇降舵（エレベータ；elevator）、方向舵（ラダー；rudder）を駆動するのに、一般的に油圧で作動するアクチュエータが用いられている。この油圧式のアクチュエータは、航空機の機体側に設けられた油圧源から作動油を供給することで、エルロンなどの動翼を駆動する。航空機の信頼性を確保するために、少なくとも２つ以上のアクチュエータを用い、しかも、各々のアクチュエータには異なる系統の流路から作動油を供給する油圧システムが提案されている（例えば、特許文献１）。このシステムは、アクチュエータを含む一方の系統の機能が喪失又は低下したとしても、他の系統に切り代えて当該動翼を駆動する。

特開２０１２−１１６４６６号公報

２つのアクチュエータ（第１アクチュエータ１３１Ａ、第２アクチュエータ１３１Ｂ）を備える場合、図６（ｂ）に示すように、主翼２とエルロン本体１１との間に第１アクチュエータ１３１Ａ、第２アクチュエータ１３１Ｂが架設される。第１アクチュエータ１３１Ａは、そのピストンロッド１３２Ａが接続金具１４１Ａを介して、第２アクチュエータ１３１Ｂは、そのピストンロッド１３２Ｂが接続金具１４１Ｂを介して、エルロン本体１１と接続される。
通常の運航時には、第１アクチュエータ１３１Ａを使って動翼（例えば、エルロン本体１１）を駆動させるものとする。このとき、第２アクチュエータ１３１Ｂは冗長性確保のため待機しているが、この間、第２アクチュエータ１３１Ｂは第１アクチュエータ１３１Ａの動作のダンパとして働く。例えば、図６（ｂ）に示すように、第１アクチュエータ１３１Ａのピストンロッド１３２Ａが伸張するとエルロン本体１１０に押込み力Ｐが作用するが、第２アクチュエータ１３１Ｂが接続されている部分には引張力Ｔが作用する。そうすると、エルロン本体１１には、第１アクチュエータ１３１Ａの接続金具１４１Ａと第２アクチュエータ１３１Ｂの接続金具１４１Ｂの間に、せん断応力、あるいは、捻り応力が生じる。この応力Ｓが繰り返して負荷されると、エルロン本体１１の当該部分の疲労を加速させることになる。

そこで、本発明は、動翼を駆動するアクチュエータ装置であって、少なくとも２つ以上のアクチュエータのうち１つのアクチュエータを動作させる際に、動翼に生ずる応力を軽減できるアクチュエータ装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもとなされた本発明は、航空機の動翼を駆動するアクチュエータ装置であって、第１出力部を有し、動翼を駆動する第１アクチュエータと、第２出力部を有し、第１アクチュエータと交代で動翼を駆動する第２アクチュエータと、第１出力部と第２出力部が共通し、かつ直接的に接続される接続金具と、を備え、接続金具を介して動翼に接続され、第１出力部と第２出力部の間の力のやり取りが、接続金具を介して行われることを特徴とする。
本発明による動翼のアクチュエータ装置は、第１アクチュエータと第２アクチュエータという２つのアクチュエータが共通する接続金具に接続されているので、第１アクチュエータを動作させたときに、第１アクチュエータと第２アクチュエータの間の力のやり取りが、接続金具を介して行なわれる。したがって、動翼には第１アクチュエータの動作に基づく応力が負荷されないか、負荷されたとして十分に軽減できる。

アクチュエータ装置は、一方端が第１アクチュエータに回転可能に支持され、他方端が接続金具に回転可能に支持される第１リンク部材と、一方端が第２アクチュエータに回転可能に支持され、他方端が前記接続金具に回転可能に支持される第２リンク部材と、を備え、第１アクチュエータは、第１出力部が、第１リンク部材が支持される位置から離間した位置で接続金具に回転可能に接続され、第２アクチュエータは、第２出力部が、第２リンク部材が支持される位置から離間した位置で接続金具に回転可能に接続される構成とすることができる。この構成により、第１アクチュエータ，第２アクチュエータは、それを駆動することにより、接続金具を搖動回転させるスライダ・クランク機構をなすことができる。この機構は、第１アクチュエータ、第２アクチュエータが動作することで発生する力を、各々の当該機構の中でやり取りすることができる。
本発明のアクチュエータ装置は、第１アクチュエータと第２アクチュエータが、異なる油圧系統から作動油が供給される場合に効果的である。
第１アクチュエータと第２アクチュエータの一方（仮に、第１アクチュエータ）の機能を喪失した場合には第２アクチュエータで動翼を駆動することになるが、第１アクチュエータが全く動作できなくなったものとすると、第２アクチュエータの動作に対して第１アクチュエータは極めて強い抵抗として働く。この場合、第１アクチュエータと第２アクチュエータの間に大きな力のやり取りが生じるので、それが動翼を介して行なわれると、動翼の疲労を著しく加速し、動翼の破損を招くおそれもある。ところが、共通する接続金具を用いていれば、動翼の破損を回避することができる。

本発明による動翼のアクチュエータ装置によれば、２つのアクチュエータを共通する接続金具を介して２つのアクチュエータを動翼に接続するので、一方のアクチュエータを動作させたときに、他方のアクチュエータとの力のやり取りが、接続金具を介した範囲に収められる。したがって、アクチュエータの動作に基づく応力が動翼に負荷されないか、負荷されたとしても支障のない程度に軽減できる。

航空機を示す斜視図である。本実施形態に係るエルロンを示す斜視図である。本実施形態に係るエルロンのアクチュエータ近傍を示す拡大斜視図である。本実施形態に係るアクチュエータを示す斜視図である。本実施形態に係るエルロンに取り付けられたアクチュエータ接続金具を示す図である。（ａ）本実施形態のエルロンにおける２つのアクチュエータ間の力のやり取りを説明する図、（ｂ）は従来のエルロンにおける２つのアクチュエータ間の力のやり取りを説明する図である。本実施形態に係るアクチュエータ装置に作動油を供給する油圧系統の概略構成を示す図である。

以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態は、本発明のアクチュエータ装置を図１に示す航空機１の主翼２に設けられるエルロン１０に適用した例について説明する。ただし、本発明が適用される部位は、エルロン１０に限らず、他の動翼、例えば水平尾翼４に設けられるエレベータ５、垂直尾翼６に設けられるラダー７に適用することもできる。

エルロン１０は、図２，図３に示されるように、舵面として機能するエルロン本体１１と、エルロン本体１１を主翼２に対して昇降動作が可能に支持するヒンジ２０と、エルロン本体１１を駆動するアクチュエータ装置３０と、を備えている。エルロン１０は、主翼２の後桁３に対し４箇所でヒンジ２０により接続され、所定の可動角度の範囲内で時計回り、反時計回りに回転することで、航空機１にロール運動を与える。

エルロン本体１１は、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic；炭素繊維強化プラスチック）からなる上部スキン１２及び下部スキン１３によりその外殻が形成されており、主翼２に対向する開口側に、ヒンジ２０、アクチュエータ装置３０が配置されている。

ヒンジ２０は、一方端が主翼２の後桁３に、また、他方端がエルロン本体１１側に接続される。４つのヒンジ２０はエルロン本体１１の長手方向に所定の間隔をあけて設けられており、中央に配置される２つのヒンジ２０の間にアクチュエータ装置３０が設けられている。エルロン本体１１は、アクチュエータ装置３０の動作に追従して、ヒンジ２０の支点Ｆを中心にして可動角度の範囲で回転駆動する。なお、図２，図３において、ヒンジ２０、アクチュエータ装置３０を、エルロン本体１１などに固定するための締結具の記載は省略している。後述する図４も同様である。

アクチュエータ装置３０は、第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂの２つの駆動源を備えている。第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂは、同じ仕様の油圧式のアクチュエータ（油圧シリンダ）が適用される。いずれのアクチュエータを用いても、同じ条件でエルロン１０を駆動させるためである。
図７に示すように、第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂには、各々独立し異なる第１油圧系統５１Ａ，第２油圧系統５１Ｂから作動油が供給される。つまり、第１アクチュエータ３１Ａは、第１油圧系統５１Ａに属する第１油圧源５５Ａからの圧油で作動し、第２アクチュエータ３１Ｂは、第２油圧系統５１Ｂに属する第２油圧源５５Ｂからの圧油で作動する。航空機１には、フライトコントローラ５０が設けられている。このフライトコントローラ５０は、第１アクチュエータコントローラ５３Ａ及び第２アクチュエータコントローラ５３Ｂに対して上位の制御手段として位置付けられており、アクチュエータコントローラ５３Ａ及び第２アクチュエータコントローラ５３Ｂを介してエルロン本体１１の動作を指令するように構成されている。フライトコントローラ５０は、操縦士の操作・指示に基づいてエルロン本体１１の動作を指令する指令信号を生成し、この指令信号を２つのアクチュエータコントローラ５３Ａ，５３Ｂに送る。そうすると、アクチュエータコントローラ５３Ａ、アクチュエータコントローラ５３Ｂが当該指令信号に基づいて、各々、第１アクチュエータ３１Ａ、第２アクチュエータ３１Ｂの動作を制御する。

通常の運航時には、このうちの第１アクチュエータ３１Ａを使ってエルロン本体１１を駆動するように指示がなされる。このとき、もう一方の第２アクチュエータ３１Ｂは冗長性確保のために待機し、エルロン本体１１を積極的に駆動する動作を行なわない。第１アクチュエータコントローラ５３Ａ及び第２アクチュエータコントローラ５３Ｂは、各々の第１油圧源５５Ａ，第２油圧源５５Ｂの動作が正常か否かを作動油の圧力を取得するなどして検知している。そして、例えばアクチュエータコントローラ５３Ａが第１油圧源５５Ａの機能が喪失又は低下したものと判断すると、第１アクチュエータコントローラ５３Ａからフライトコントローラ５０にそのことを知らせる信号が送られる。そうすると、フライトコントローラ５０は、第１アクチュエータ３１Ａに代わって第２アクチュエータ３１Ｂがエルロン本体１１の駆動を担うように、第２アクチュエータコントローラ５３Ｂに指令信号を送り、第２アクチュエータ３１Ｂは、第２アクチュエータコントローラ５３Ｂからの当該指示に基づいてエルロン本体１１を駆動させる。

図４に示すように、第１アクチュエータ３１Ａ，第２アクチュエータ３１Ｂは、それぞれ油圧シリンダ３３を主たる構成要素として備える。そして、各油圧シリンダ３３は、シリンダ本体３５と、ピストン（図示省略）に接続されたピストンロッド（第１出力部，第２出力部）３９，３９を備え、シリンダ本体３５内がピストンによって２つの油室に区画されている。各油圧シリンダ３３は、シリンダ本体３５の後端部が第１リンク３６及び第１接続金具３７を介して主翼２の後桁３に回転可能に固定され、ピストンロッド３９が第２接続金具４１を介してエルロン桁１５（エルロン本体１１）に回転可能に支持される。
また、第１アクチュエータ３１Ａ，第２アクチュエータ３１Ｂは、それぞれ第２リンク４３を備えている。第２リンク４３は、シリンダ本体３５の後端部と第２接続金具４１との間に設けられる。第２リンク４３は、Ｙ字状の形態をなしており、二股に分れている側の先端がシリンダ本体３５の後端部に回転可能に支持され、他方の側の先端が第２接続金具４１に回転可能に支持されている。この支持位置は、ピストンロッド３９の支持位置より上にある。
したがって、第１アクチュエータ３１Ａ，第２アクチュエータ３１Ｂは、油圧シリンダ３３を駆動することにより、エルロン本体１１を、ヒンジ２０の支点Ｆを中心にして搖動回転させるスライダ・クランク機構をなしている。この機構は、第２リンク４３を備えているため、油圧シリンダ３３が動作することで発生する力を当該機構の中でやり取りすることができる。
なお、以下では、アクチュエータ装置３０において、主翼２に近い側を「後側」、エルロン本体１１に近い側を「前側」と定義して向きを示すことがある。

第１アクチュエータ３１Ａ及び第２アクチュエータ３１Ｂが上記のように主翼２とエルロン本体１１の間に取り付けられているため、アクチュエータのピストンロッド３９を伸ばすとエルロン本体１１は所定の向きに回転、駆動され、ピストンロッド３９を縮めるとエルロン本体１１は逆向きに回転、駆動される。

アクチュエータ装置３０は、２つの第１アクチュエータ３１Ａ、第２アクチュエータ３１Ｂが、共通する一体の第２接続金具４１を介してエルロン本体１１に接続されている。この点が、本実施形態の特徴の一つである。
第２接続金具４１は、図３〜図５に示すように概略Ｃ字状の断面を有し、その凹部４１Ａの両端に２枚で一対の支持片４２がそれぞれ設けられている。各々の支持片４２には、油圧シリンダ３３（ピストンロッド３９）、第２リンク４３を支持するための支持孔４２Ａ，４２Ｂが形成されている。第２リンク４３の前端に形成された支持孔（図示省略）及び支持片４２の支持孔４２Ａをボルトなどの締結部材で貫通することで、第２リンク４３が支持片４２を介して第２接続金具４１に支持される。また、ピストンロッド３９の前端に形成された支持孔（図示省略）及び支持片４２の支持孔４２Ｂをボルトなどの締結部材で貫通することで、第１アクチュエータ３１Ａ及び第２アクチュエータ３１Ｂの各々のピストンロッド３９（油圧シリンダ３３）が支持片４２を介して第２接続金具４１に支持される。
以上のように、第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂは、一体をなす共通の第２接続金具４１に前端側が接続されている。

以上の構成を備えるエルロン１０は、操縦士がフライトコントローラ５０を介してアクチュエータ装置３０の第１アクチュエータ３１Ａに動作（ピストンロッド３９の伸長又は収縮）の指示をすると、その指示に従ってエルロン本体１１が駆動することで航空機１にロールを行わせることができる。このアクチュエータ装置３０は、以下説明する作用効果を奏する。

第１アクチュエータ３１Ａを用いてエルロン本体１１を駆動する通常運行のとき、図６（ａ）に示すように、第１アクチュエータ３１Ａは第２接続金具４１に押込み力Ｐ（または、引張り力Ｔ）を負荷する。このとき、第２アクチュエータ３１Ｂは、第１アクチュエータ３１Ａが生成する力を減衰させる方向に働くので、第２接続金具４１に引張り力Ｔ（または、押込み力Ｐ）が負荷される。この第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂの間の力のやり取りによる応力Ｓは、第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂの両方の前端が接続されている第２接続金具４１に生ずる。つまり、共通する一体の第２接続金具４１を用いることで、第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂの間の力のやり取りがエルロン桁１５を含めたエルロン本体１１に作用することを阻止又は軽減できる。
なお、第２接続金具４１は、第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂの間の力のやり取りがエルロン桁１５（エルロン本体１１）に大きく影響しないように、剛性に配慮する。

ここで、図６（ｂ）に示すように、従来は、第１アクチュエータ１３１Ａと第２アクチュエータ１３１Ｂが各々独立した接続金具１４１Ａ，１４１Ｂを介してエルロン本体１１０に接続され、第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂの力のやり取りによる応力Ｓは、エルロン本体１１に生じていた。つまり、第１アクチュエータ１３１Ａによる押込み力Ｐ（または、引張り力Ｔ）、および、これに対抗する引張り力Ｔ（または、押込み力Ｐ）がエルロン本体１１０に加わり、第１アクチュエータ１３１Ａと第２アクチュエータ１３１Ｂの間のエルロン本体１１０に、せん断などの応力Ｓが負荷されていた。
これに対して、本実施形態によるアクチュエータ装置３０は、上述したように、第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂの間の力のやり取りを、第２接続金具４１を介して行わせることができるので、せん断などの疲労を加速する応力をエルロン本体１１に直接負荷するのを軽減できる。

以上の効果は、第１アクチュエータ３１Ａが全く動作できなくなった場合に特に有効である。この場合、第２アクチュエータ３１Ｂの動作に対して第１アクチュエータ３１Ａは極めて強い抵抗として働く。そうすると、第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂの間の力のやり取りが極めて大きくなるので、それがエルロン本体１１を介して行なわれると、エルロン本体１１の疲労を著しく加速させ、エルロン本体１１の破損を招くおそれもある。ところが、本実施形態によると、第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂが共通する接続金具４１に接続されているので、エルロン本体１１の破損を回避することができる。

なお、上記実施の形態ではエルロンを例にして説明したが、本発明は他の舵面、例えば航空機の機首を上下させるエレベータ（昇降舵)、機首の向きを左右に変えるラダー（方向舵)に適用できる。
また、第２接続金具４１は一体的に作製している例を示しているが、第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂの間の力のやり取りがエルロン本体１１に及ばない程度の剛性を備えていればよい。例えば、第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂの各々に接続される金具を剛接合してもよい。

さらに、第１アクチュエータ３１Ａと第２アクチュエータ３１Ｂの切り換えは、一方の機能が喪失又は低下したときだけに限るものでなく、本発明は、操縦士の意図的な指示にしたがって両者の切り替えができるアクチュエータ装置を包含する。また、通常の運航時には、便宜上、第１アクチュエータ３１Ａでエルロン１０を駆動する例を説明したが、フライトごとに駆動するアクチュエータと待機するアクチュエータを入れ替えてもよいことは言うまでもない。

また、本発明において、エルロン１０の各構成要素は、各々に必要とされる特性に応じた材料が適宜選択される。例えば、エルロン本体１１には、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic；炭素繊維強化プラスチック）、ＧＦＲＰ（Glass fiber reinforced plastics；ガラス繊維強化プラスチック）などの繊維強化プラスチックの他、アルミニウム合金などの金属材料が好適である。また、アクチュエータ装置３０のリンク部材、接続金具には、アルミニウム合金が好適である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１航空機
２主翼
３後桁
４水平尾翼
５エレベータ
６垂直尾翼
７ラダー
１０エルロン
１１エルロン本体
１５エルロン桁
３０アクチュエータ装置
３１Ａ第１アクチュエータ
３１Ｂ第２アクチュエータ
３５シリンダ本体
３６第１リンク
４３第２リンク
５０フライトコントローラ
１３１Ａ第１アクチュエータ
１３１Ｂ第２アクチュエータ

Claims

航空機の動翼を駆動するアクチュエータ装置であって、
第１出力部を備え、前記動翼を駆動する第１アクチュエータと、
第２出力部を備え、前記第１アクチュエータと交代で前記動翼を駆動する第２アクチュ
エータと、
前記第１出力部と前記第２出力部が共通し、かつ直接的に接続される接続金具と、を備え、
前記接続金具を介して前記動翼に接続され、前記第１出力部と前記第２出力部の間の力
のやり取りが、前記接続金具を介して行われることを特徴とする動翼のアクチュエータ装
置。
一方端が前記第１アクチュエータに回転可能に支持され、他方端が前記接続金具に回転
可能に支持される第１リンク部材と、
一方端が前記第２アクチュエータに回転可能に支持され、他方端が前記接続金具に回転
可能に支持される第２リンク部材と、を備え、
前記第１アクチュエータは、前記第１出力部が、前記第１リンク部材が支持される位置
から離間した位置で前記接続金具に回転可能に接続され、
前記第２アクチュエータは、前記第２出力部が、前記第２リンク部材が支持される位置
から離間した位置で前記接続金具に回転可能に接続される、
請求項１に記載の動翼のアクチュエータ装置。
前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータは、
異なる油圧系統から作動油が供給される、
請求項１又は請求項２に記載の動翼のアクチュエータ装置。
一方端が前記第１アクチュエータに回転可能に支持され、他方端が翼の後縁に回転可能
に支持される第３リンク部材と、
一方端が前記第２アクチュエータに回転可能に支持され、他方端が前記翼の後縁に回転
可能に支持される第４リンク部材と、を備える、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の動翼のアクチュエータ装置。
アクチュエータ装置で駆動される航空機の動翼であって、
前記アクチュエータ装置が請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置が
用いられる、
航空機の動翼。
アクチュエータ装置で駆動される動翼を備えた航空機であって、
前記アクチュエータ装置が請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置が用いられる、
航空機。