用于撐桿應(yīng)用的高靈敏性，負載減緩負載傳感器的制造方法
【專利說明】用于撐桿應(yīng)用的高靈敏性，負載減緩負載傳感器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年3月22日申請的美國臨時專利申請61/804，559的權(quán)益，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明大體涉及結(jié)構(gòu)載荷情況的測量以檢測故障和減輕可能產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)損害。通過非限制性例子，本發(fā)明在高升力系統(tǒng)的航空器控制表面的致動領(lǐng)域具有特殊應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0004]航空器控制表面，例如位于固定翼的尾緣上的襟翼，可由旋轉(zhuǎn)致動器驅(qū)動，該旋轉(zhuǎn)致動器有時被稱為“齒輪傳動的旋轉(zhuǎn)致動器”或“GRA”，作為航空器的高升力系統(tǒng)的一部分。驅(qū)動撐桿可布置成在GRA的輸出曲柄和襟翼之間傳遞負載。更具體地，驅(qū)動撐桿具有可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到GRA輸出曲柄的第一端和可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到襟翼的第二端，其中GRA曲柄的旋轉(zhuǎn)運動被傳遞到襟翼以致使襟翼以由與襟翼相關(guān)聯(lián)的安裝連桿機構(gòu)決定的方式改變位置。驅(qū)動撐桿在襟翼的門控或中間位置還制動并保持襟翼。該高升力系統(tǒng)中的GRA可響應(yīng)于來自縫翼襟翼控制計算機(“SFCC”)的運動命令。
[0005]在一些航空器襟翼系統(tǒng)中，驅(qū)動撐桿被構(gòu)造為負載感測驅(qū)動撐桿(“LSDS”)，該負載感測驅(qū)動撐桿能夠測量LSDS所經(jīng)歷的載荷情況并向SFCC和其他控制裝置提供表明LSDS所經(jīng)歷的載荷的負載信號。
[0006]—些撐桿應(yīng)用，包括上述LSDS航空器應(yīng)用，需要非常高的承載能力以用于正常使用，但是也必須感測到何時發(fā)生結(jié)構(gòu)斷開。如果驅(qū)動撐桿從GRA或襟翼斷開，高升力系統(tǒng)將發(fā)生故障。在斷開故障的事件中，期望的是防止進一步襟翼運動命令被傳送到GRA以減緩結(jié)構(gòu)損害。在航空器襟翼系統(tǒng)的本例子中，發(fā)生結(jié)構(gòu)斷開的感興趣的載荷區(qū)域與驅(qū)動撐桿的最終承載能力的比例可為40至50的因子。進一步地，載荷測量中的精確度需求，在全刻度的基礎(chǔ)上，可為四百分之一(0.25%)或者甚至更少。這在LSDS的設(shè)計中提出了挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種負載感測撐桿，該負載感測撐桿具有對在與可發(fā)生結(jié)構(gòu)斷開的感興趣的載荷區(qū)域?qū)?yīng)的預(yù)定載荷范圍內(nèi)的所施加的負載中的變化的提尚的靈敏性，并且還具有遠遠超過感興趣的區(qū)域的非常高的承載能力。負載感測撐桿可被用在例如致動高升力系統(tǒng)中的航空器控制表面。
[0008]本發(fā)明的負載感測撐桿大體包括主體、負載感測構(gòu)件和負載減緩構(gòu)件，主體具有縱向載荷軸線，所施加的負載沿縱向載荷軸線傳遞，負載感測構(gòu)件布置成當所施加的負載在預(yù)定載荷范圍內(nèi)時承載所施加的負載的至少一部分，負載減緩構(gòu)件布置成當所施加的負載在預(yù)定載荷范圍外時減少由負載感測構(gòu)件承載的所施加的負載的一部分。負載感測構(gòu)件包括產(chǎn)生負載信號的至少一個負載傳感器。因為當所施加的負載在預(yù)定載荷范圍內(nèi)時與當所施加的負載在預(yù)定載荷范圍外時相比，負載感測構(gòu)件承載所施加的負載的更大的一部分，所以與負載感測構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的一個或多個負載傳感器在所施加的負載在預(yù)定載荷范圍內(nèi)時比在所施加的負載在預(yù)定載荷范圍外時具有對所施加的負載中的增量變化的更強的敏感性。
[0009]在本發(fā)明的一個實施例中，預(yù)定載荷范圍可包括拉伸負載和壓縮負載。負載感測構(gòu)件可包括在負載軸線上對齊的圓柱形套筒，其中多個負載傳感器以繞載荷軸線的成角度地間隔布置應(yīng)用到圓柱形套筒的表面上。可以提供預(yù)加載構(gòu)件，例如可螺紋地調(diào)整的螺母，以將軸向地定向的預(yù)加載施加到負載感測構(gòu)件。
[0010]負載減緩構(gòu)件可包括圍繞撐桿的主體的外管構(gòu)件，其中負載減緩構(gòu)件在載荷軸線上對齊。在一個具體的實施例中，負載減緩構(gòu)件位于繞主體布置的軸環(huán)和繞主體布置的鄰接環(huán)之間，主體包括法蘭，法蘭與軸環(huán)相對以在法蘭和軸環(huán)之間限定出環(huán)形空間，并且負載減緩構(gòu)件包括容納在環(huán)形空間內(nèi)的內(nèi)部徑向臺階。撐桿可進一步包括布置在法蘭和軸環(huán)之間的可彈性地變形的構(gòu)件以當所施加的負載在預(yù)定載荷范圍內(nèi)時維持法蘭和內(nèi)部徑向臺階之間的間隙以及軸環(huán)和內(nèi)部徑向臺階之間的間隙。當所施加的負載在預(yù)定載荷范圍內(nèi)時，負載減緩構(gòu)件不是通過撐桿的載荷路徑的一部分。但是，當所施加的負載在預(yù)定載荷范圍外時，至少一個間隙關(guān)閉以使負載減緩構(gòu)件成為通過撐桿的載荷路徑的一部分。
【附圖說明】
[0011]參考下面詳細的描述和附圖，本公開的實施例的特征和優(yōu)點將會變得明顯，其中:
[0012]圖1是示出了合并根據(jù)本發(fā)明的一個實施例形成的負載感測驅(qū)動撐桿的航空器襟翼系統(tǒng)的示意圖；
[0013]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例形成的負載感測驅(qū)動撐桿的透視圖；
[0014]圖3是圖2中所示的負載感測驅(qū)動撐桿的截面透視圖；
[0015]圖4是示出了圖2中所示的負載感測驅(qū)動撐桿的感測部分的放大截面透視圖；
[0016]圖5是圖4中所示的感測部分的剖視圖；
[0017]圖6是用于負載感測驅(qū)動撐桿的負載感測構(gòu)件的位移對負載的曲線圖，示出了本發(fā)明的非線性載荷方案。
【具體實施方式】
[0018]圖1示出了作為本發(fā)明的LSDS在其中有用的應(yīng)用的一個例子的航空器襟翼系統(tǒng)。盡管本文描述了一個示例應(yīng)用，但是本發(fā)明并不限于這個應(yīng)用并且在結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)受載荷的各種應(yīng)用中具有實用性。
[0019]如圖1所示的航空器襟翼系統(tǒng)包括固定翼10和通過安裝連桿機構(gòu)14連接到固定翼10的尾緣襟翼12，安裝連桿機構(gòu)14允許襟翼相對于固定翼10的調(diào)整以控制空氣動力特性。旋轉(zhuǎn)致動器安裝在固定翼10上用于驅(qū)動襟翼12的調(diào)整運動。旋轉(zhuǎn)致動器16通過LSDS 20與襟翼12相連，LSDS 20在其一端處通過旋轉(zhuǎn)節(jié)點22與旋轉(zhuǎn)致動器16的曲柄構(gòu)件相聯(lián)接，并且在其相對端處通過旋轉(zhuǎn)節(jié)點24與襟翼12相聯(lián)接?？梢岳斫?，LSDS 20在旋轉(zhuǎn)制動器16和襟翼12之間傳遞載荷，由此旋轉(zhuǎn)制動器16是可操作的以調(diào)整襟翼12相對于固定翼10的位置。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，LSDS 20以這樣的方式構(gòu)造以使當LSDS 20暴露到外部負載時，其以非線性的方式運轉(zhuǎn)，非線性的方式對在載荷的較大范圍內(nèi)的感興趣的具體區(qū)域內(nèi)的負載提供較高的敏感性，而對在感興趣的區(qū)域外的負載提供較低的敏感性。在襟翼系統(tǒng)中的感測驅(qū)動撐桿斷開的例子中，感興趣的區(qū)域與相對低的負載情況相對應(yīng)。
[0021]圖2-5更加詳細地示出了 LSDS 20。在所描述的實施例中，LSDS 20包括主體26和連接到主體26的桿端28，其中LSDS沿LSDS 20的縱向軸線A傳遞所施加的負載。在LSDS20的相對端30和32處提供球面軸承34，但是在圖3中只示出一個球面軸承。LSDS 20進一步包括以圍繞主體26的外管構(gòu)件的形式的負載減緩構(gòu)件36，以及以感測套筒的形式的負載感測構(gòu)件38，感測套筒的一端抵靠主體26的內(nèi)表面接合，相對端與可螺紋地調(diào)整的預(yù)加載螺母接合。負載減緩構(gòu)件36位于密封軸環(huán)54和繞主體26布置的鄰接環(huán)55之間，密封軸環(huán)54繞主體26布置且具有接合負載減緩構(gòu)件36的內(nèi)壁的O形環(huán)密封件52。負載減緩構(gòu)件36包括配合到主體26上的法蘭29和密封軸環(huán)54之間的環(huán)形空間中的內(nèi)部徑向臺階37。貝氏墊圈50維持徑向臺階37和法蘭29之間的微小間隙58，以及徑向臺階37和密封軸環(huán)54之間的微小間隙60。這些間隙的目的將會在下面的描述中解釋。間隙58和60例如可為大