用于变速杆的故障检测机构
相关申请案
本申请是在优先权上不依赖任何其他专利申请的第一次提交的美国专利申请。
发明领域
本发明涉及允许检测诸如可存在于飞行器驾驶舱中的变速杆的故障的机构的构造和操作。更具体地，本发明涉及允许检测可用于控制飞行器高升力系统的控制器变速杆的潜在故障的机构。
发明背景
如对本领域的技术人员显而易见的是，飞行器和飞行器相关零部件的设计通常包括冗余特征。
在具有冗余特征的零部件和部件的设计中，通常存在主要元件和辅助元件。如果主要元件发生故障，则期望辅助元件通过在缺少主要元件的情况下作用来维持设备的功能。当两个元件都没有发生故障时，这两个元件通常配合以确保零部件的功能。
出于安全的原因，涉及的冗余的概念贯穿每架飞行器上的大部分(即使并非全部)关键部件。
不足为奇的是，例如用于飞行器上的襟翼的控制器的设计包括冗余特征和方面。
作为本发明的背景，参照英国专利No.GB 747,507(在下文称为“GB‘507”)，该专利描述了用于致动飞机控制面的控制系统的改进。 参考在GB‘507中的图3和图4，其提供了飞行员的着陆襟翼控制单元的侧视图。襟翼控制单元包括手柄或手杆11、外驱动杆49、内驱动杆50和襟翼索轮51，它们全部可旋转地且独立地并排安装在装配螺栓52上。(GB‘507中第3页第80行-第86行。)手杆11包括经由扭转弹簧54连接到内驱动杆50的外端。(GB‘507中第3页第86行-第90行。)手杆11由飞行员致动以改变杆件的位置。
尽管与用于控制飞行器上的襟翼的操作的手杆无关联，但美国专利No.3,935,754(在下文中称为“‘754专利”)描述了用于飞行器襟翼致动系统的故障检测器和指示器。具体地，‘754专利描述了用于检测和指示飞行器上的襟翼致动系统的主要驱动系的故障的方法和装置。(‘754专利中第1栏第48行-第52行。)‘754专利描述的方法包括在将电源联接到辅助驱动系的联接系统中形成自由运动区。(‘754专利中第1栏第52行-第55行。)该方法也包括感测何时跨越自由运动区、感测在主要驱动系发生故障时发生哪种状况。(‘754专利中第1栏第55行-第57行。)
美国专利申请公开No.2004/0128038(在下文中称为“‘038申请”)描述了用于生成致动飞行器的襟翼和缝翼的控制命令的装置。具体地，‘038申请结合图5描述了与调节杆3配合的止动器机构。(‘038申请中第[0026]段。)如图所示和所述，止动器卡扣构件33接合多个止动器31。(‘038申请中第[0026]段-第[0027]段。)
美国专利No.3,710,644(在下文中称为“‘644专利”)也描述了用于飞行器襟翼和缝翼的控制设定装置。
美国专利No.4,244,541(在下文中称为“‘241”专利)结合图2A描述了包括凸耳41的控制设备，凸耳41沿弯曲构件32接合凹口38。(‘241专利中第5栏第6行-第18行。)该控制设备用于调节飞行器上的襟翼的位置。
虽然现有技术包括销在板中接合止动器以控制飞行器上的襟翼的位置的实施例，但仍存在缺少允许检测控制杆或控制器的局部故障或接近故障的任何设备的情况。
发明概要
本发明解决与适于控制飞行器上的襟翼的位置的控制器相关联的一个或多个缺陷。
本发明的一个实施例提供了变速杆，该变速杆包括限定前端和后端的外壳。杆件包括枢转地设置在外壳中的横轴上的轴。该轴限定轴线，并且杆件具有设置在外壳外面的顶部。可移动轴与杆件相关联。可移动轴沿轴线基本上轴向可移动。销邻近可移动轴的底端设置。该销包括与第二突起轴向相对的第一突起。第一止动器板设置在可移动轴的第一侧上。第一止动器板至少包括接收第一突起的第一狭槽。第二止动器板设置在可移动轴的第二侧上，基本上平行于第一止动器板。第二止动器板至少包括在其中接收第二突起的第二狭槽。第一故障检测狭槽与第一槽相关联，从而在缺少第二突起的情况下允许第一突起在其中移动。
在本发明的进一步预期的实施例中，变速杆包括可操作地设置在轴与可移动轴之间的偏置元件，以将可移动轴朝向横轴偏置。
在另一个实施例中，变速杆包括与第二狭槽相关联的第二故障检测止动器，从而在缺少第一突起的情况下允许第二突起在其中移动。
也可以预期，变速杆可包括连接到可移动轴的销释放机构，从而允许操纵可移动轴，使得控制器可从锁定状态转变到解锁状态。
在预期变速杆包括销释放机构的情况下，该销释放机构包括套筒 和T形顶端，套筒至少部分围绕并连接到可移动轴。
可以预期，偏置元件将是弹簧，诸如卷簧。
另外，第一止动器板可包括多个狭槽。类似地，第二止动器板可包括多个狭槽。
在一个预期的实施例中，杆件的顶部与销释放机构通过手压配合。
在一个实施例中，可以预期，第一故障检测狭槽邻近第一狭槽的低谷设置。另选地，第一故障检测狭槽可邻近第一狭槽的高峰设置。更进一步，第一故障检测狭槽可设置在第一狭槽的低谷与高峰之间。
类似地，可以预期，第二故障检测狭槽可邻近第二狭槽的低谷设置。另选地，第二故障检测狭槽可邻近第二狭槽的高峰设置。最后，第二故障检测狭槽可设置在第二狭槽的低谷与高峰之间。
更进一步，可以预期，第一狭槽可邻近外壳的后端设置，而第二狭槽可邻近外壳的前端设置。另选地，第一狭槽可邻近外壳的前端设置，而第二狭槽可邻近外壳的后端设置。
可以预期，第一止动器板和第二止动器板相对于彼此具有反向对称性。
另外，变速杆可提供对飞行器上的襟翼和缝翼中的至少一个的控制。
变速杆也可包括检测偏离预定位置的杆件的位置的传感器。传感器可与横轴相关联以检测杆件的角位置。
从附图和本文的讨论可理解本发明的更进一步的特征。
附图说明
现在将结合附图来描述本发明，其中：
图1为包括本发明的故障检测特征的变速杆的第一实施例的横截面侧视图(在该视图中，其特征被杆件掩盖)；
图2为图1所示的变速杆的顶端的透视图；
图3为图1所示的变速杆的下端的放大透视图；
图4为从不同角度观看的图1所示的变速杆的透视图，其示出两个止动器板，变速杆的底端在这两个止动器板之间行进；
图5为用于本发明的变速杆的止动器板的第二实施例的放大透视图；
图6为形成本发明的变速杆的一部分的止动器板中的一个的第三实施例的一部分的另一个放大透视图；
图7为形成本发明的变速杆的一部分的止动器板中的一个的第四实施例的放大侧视图；
图8为与本发明的变速杆相关联的棘轮闸门设备的透视图；
图9为图5所示的止动器板中的一个的前视图；以及
图10为图9所示的止动器板的后视图。
具体实施方式
现在将结合一个或多个实施例来描述本发明。任何一个特定实施例的讨论均旨在说明该发明的广度和范围。换句话说，尽管注意力集中在特定实施例上，但这些实施例并非旨在限制本发明的范围。相反，在理解了本文呈现的讨论和附图之后，本领域的技术人员将容易理解所述和所示实施例的一个或多个变型和等同物。那些变型和等同物旨在被包括在本发明中，如同它们在本文被描述一样。
贯穿以下整个论述，将结合飞行器讨论本发明。虽然本发明的论述集中在飞行器上，但本发明不应被认为限制于飞行器。相反，本发 明可应用到任何其他的运输模式，包括铁路机车，其中像本发明的变速杆一样的控制器可用于控制该运输模式的一个或多个方面。另外，可应用本发明以控制包括控制杆的任何设备、交通工具或系统(诸如发电厂)。
图1为根据本发明的第一实施例的手动操作的变速杆10的横截面侧视图。如上所述，预期变速杆10控制飞行器上的各种控制面(未示出)诸如襟翼和/或缝翼的位置。具体地，预期本发明的变速杆结合与飞行器相关联的高升力表面中的一个或多个使用。然而，应当注意，本发明并非旨在限制于用作用于飞行器的高升力表面的控制器。在不脱离本发明的范围的情况下，变速杆10在不同环境中可具有其他不同用途。
变速杆10包括具有扩张的顶部14的杆件12。杆件12可旋转地设置在外壳16内，使得该杆件围绕枢转点18旋转。枢转点由将杆件12固定在外壳16内的横轴20限定。
杆件12由可旋转地固定到横轴20的轴22限定。在轴22的顶端处，杆件12包括在轴22内滑动的可移动轴24。显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可移动轴24可在轴22的外部(或围绕轴22)。
如图1所示，杆件12包括手指致动的销释放器26。销释放器26的横截面为T形结构。销释放器26围绕可移动轴24和轴22的顶部部分两者。销释放器26包括扩张的顶端28和圆柱形下端30。扩张的顶端28邻近杆件12的扩张的顶部14设置。扩张的顶端28和扩张的顶部14彼此配合，使得飞行员(或副飞行员)可操作与杆件12相关联的锁定机构，如将在下面详细讨论。
如从图1显而易见，销释放器26经由两个紧固件32,34连接到可 移动轴24。在所示的实施例中，销释放器26通过设置在扩张的顶部14和可移动轴24之间的弹簧36在朝向横轴20的方向上偏置。
可移动轴24的底端38包括销40，销40与来自设置在外壳16内的一对止动器板44中的多个止动器42中的一个接合。为使销40从止动器板44脱开，飞行员在箭头46的方向上向上拉动销释放器26。飞行员通过用他或她的手指朝向扩张的顶部14挤压销释放器26来向上拉动销释放器26，从而压缩弹簧36。当飞行员释放销释放器26时，弹簧36在箭头48的方向上施加弹簧力，以向下推动可移动轴24，从而将销40插入两个邻近止动器41之间的狭槽42中的一个中。
如从图1和以上论述显而易见，当飞行员在销释放器26上施力时，销40从狭槽42脱开。因此，箭头46指示销释放器26的解锁方向和变速杆10的解锁状态。当飞行员释放销释放器26时，弹簧36推动销40进入两个邻近止动器41之间的狭槽42中的一个中。因此，箭头48指示销释放器26的锁定方向和变速杆10的解锁(译者注：根据上下文，此处应为“锁定”)状态。
图2为变速杆10的顶端的透视图。如图所示，扩张的顶部14设置在距销释放器26一定的距离处。在该取向中，变速杆10为锁定状态。弹簧36在变速杆10的顶端的这种部分骨架化描述中可见。紧固件32,34在该视图中也可见。
图3为包括可移动轴24的底端38的轴22的一部分的透视图。在该视图中也提供了销40的位置。
在所示的实施例中，销40包括从轴22的两侧中的任一侧延伸出的两个突起50,52。销40也包括在包括突起52的销一侧上的凸缘部分54。凸缘54有助于将销40维持在在可移动轴24内的适当位置中。为了容纳突起50,52，轴22包括在其两侧中的任一侧上的两个狭槽56。 突起50,52从可移动轴24向外延伸穿过狭槽56。
如上所述，飞行器零部件的设计经常依赖于冗余概念。这种概念在带有其两个突起50,52的销40的设计中是明显的。据此，主要突起50与辅助突起52配合，以提供针对在外壳16内的变速杆10的操作的冗余。如将在以下论述中更加显而易见，如果突起50,52中的一个将从可移动轴24断开或受损，剩下的突起将提供变速杆10的操作所需的锁定功能。
图4为变速杆10的一部分的透视图，其示出形成本发明的一部分的止动器板44的第一实施例。销40和可移动轴24的一部分在该图中可见。如显而易见的是，因为销40接合止动器板44中的狭槽42中的一个，所以变速杆10处于锁定状态。该视图也示出了第二冗余止动器板44，该第二冗余止动器板44设置在外壳16的相对侧上，平行(或至少基本上平行)于第一止动器板44。
为了与冗余的构思一致，外壳16包括彼此相同的两个止动器板44。一个突起50与止动器板44中的一个接合，而另一个突起52与另一个止动器板44接合。
如上所讨论，止动器板44包括若干止动器41，其限定飞行器上的襟翼的不同位置。在所示的实施例中，每个止动器板44包括标记为58、60、62、64、66、68的六个狭槽42。狭槽42中的每个提供有不同的标识参考，以便于以下的论述。
应当注意，在不脱离本发明的范围的情况下，狭槽58、60、62、64、66、68的数量和形状可变化。换句话说，根据安装了变速杆10的飞行器的操作特性，可提供更多或更少数量的狭槽。
在图4中所描绘的外壳16显示具有在左边的后端70和在右边的 前端72。“后”和“前”的定义仅为参考而提供，而和与飞行器相关联的纵向方向没有关系。
外壳16经设计围绕二等分外壳16并且平行于变速杆10的行进方向延伸的平面具有反向对称性。下面将更详细描述反向对称性。
继续参考图4，狭槽58最接近外壳16的后端70。狭槽68最接近外壳16的前端72。狭槽58、60、62、64、66、68中的每个根据其在止动器板44内的位置均具有稍微不同的形状。如上所述，狭槽58、60、62、64、66、68的形状不需要与经描述实践本发明的那些狭槽的形状相同。
现在将焦点集中到狭槽58，狭槽58包括成为本发明的故障机构的基础的至少一个特征。狭槽58包括靠近其上端的故障检测狭槽74。故障检测狭槽74经定位使得变速杆10的操作者可触觉上确定突起50,52中的一个是否已经从销40断开。换句话说，故障检测狭槽74经特别提供以允许操作者诸如飞行员或副飞行员评估销40是否有潜在(即，部分)故障。另选地，如将在下面更详细讨论，故障检测可经由响应变速杆10的异常位置的传感器自动执行。
当杆件12处于邻近外壳16的后端70的位置或处于邻近外壳16的前端72的位置时，故障检测狭槽74旨在与杆件12的运动配合。所述狭槽中的仅一个狭槽具体是狭槽58在其中包括故障狭槽止动器74。因为外壳具有反向对称性，所以在外壳16的右侧上的狭槽58邻近外壳16的后端70，而在外壳16的左侧上的狭槽58邻近外壳16的前端72。换句话说，故障检测狭槽74并不在外壳16的两侧上的相同位置处。
外壳16的反向对称性旨在为变速杆10而提供。其原因很简单。使用反向对称性，可以确定销40在杆件12的两侧中的任一侧上是否 有故障。换句话说，使用反向对称性，飞行员或副飞行员可确定突起50,52中的一个缺失或损坏。这允许在销40有整体故障之前将其替换，销40的整体故障可导致飞行器上的襟翼和/或缝翼无意展开(或收缩)，从而意想不到地地影响飞行器操作和性能。
现在将结合在图4中所示的实施例描述故障检测狭槽74的操作。
如果两个突起50,52都存在于销40上，使得销40按照设计进行操作，则突起50,52将接合止动器41的侧并且提供“稳固的”接合感觉。换句话说，当两个突起50,52都存在并且适当操作时，飞行员将体验在沿杆件12的弧度的狭槽42的任何位置处的杆件12的稳固接合。
在图4所示的实施例中，当杆件12处于邻近外壳16的后端70的最后位置时，当飞行员提升销释放器26并且将销40移动到上部位置时，突起52将处于与故障检测狭槽74相同的水平面。如果突起50(在杆件12的相对侧上)缺失，则杆件12将能够在故障检测狭槽74内向前和向后移动。换句话说，缺少突起50的情况将允许突起52在故障检测狭槽74内移动。如果杆件12在处于该配置中时移动，突起50已经受损或已经发生故障，则建议替换销40。
如从前述显而易见，如果杆件12由于突起接合故障检测狭槽74而偏离其正常定位，则飞行员可意识到杆件12处于异常位置。因此，飞行员能够评估突起50已经受损或已经发生故障。另选地，如将在下面更详细讨论，传感器可连接到杆件12(或相关联结构)以测量杆件12是否处于异常位置。如果传感器确定杆件12处于异常位置，则传感器就可提供触发发出突起50已经受损或已经发生故障的信号的警报的信号。
为测试突起52的可行性，杆件12必须移动到邻近外壳16的前端72的最前方位置。在此，狭槽68不包括故障检测狭槽74。然而，外 壳16的另一侧上的狭槽58包括故障检测狭槽74，如图所示。因此，当杆件12处于最前方位置并且销释放器26经致动使得杆件12处于解锁状态时，如果突起52缺失，则突起50将到达故障检测狭槽74内的底部。如果突起52缺失或损坏，则突起50将能够在故障检测狭槽74内移动。如果杆件12在处于在外壳16内的最前方位置时脱离正常位置(即，前进经过其正常位置)，则飞行员能够确定突起52是损坏还是缺失，并且因此确定应当替换销40。再次，可利用一个或多个传感器来协助该确定。
结合图4，应当注意，如果突起52在销40中缺失并且杆件12前进经过其正常位置，则杆件12就可碰撞外壳16。具体地，外壳16包括具有后边缘106和前边缘108的切口104。如果突起52在销40中缺失，则突起50将到达故障检测狭槽74内的底部，从而允许杆件12撞击切口104的后边缘106。如应当显而易见的是，如果突起50缺失，则杆件12就可撞击外壳16中的切口104的前边缘108。
图5示出本发明的变速杆10的第二实施例。在该实施例中，外壳16包括止动器板76。在此，故障检测狭槽78提供在狭槽58的底部(或低谷)而非提供在狭槽58的顶端(或高峰)。故障检测狭槽78以与以上结合图1-4所示的实施例所讨论的狭槽74相同的方式操作。然而，关于该实施例，销40的测试在销释放器26处于锁定位置而不是处于解锁位置时发生。如前所述，如果突起50,52中的任一个缺失，则杆件12可撞击外壳16顶部中的切口104的任一边缘106,108。
图6示出根据本发明的止动器板80的第三实施例的局部视图。在该第三实施例中，故障检测狭槽82定位在狭槽58的低谷与顶部之间的中间点。该实施例认识到介于狭槽58的顶部和底部中间的任何位置均可用于故障检测。销40的测试在销释放器26处于在狭槽58的低谷与高峰之间的中间位置时发生。杆件12在销40处于在狭槽58的顶端和底端之间转换时从其正常位置脱离可指示销40的潜伏故障。另外， 应当注意，在不脱离本发明的范围的情况下，故障检测狭槽84可位于狭槽58的低谷与高峰之间的任一点处。
图7为根据本发明的止动器板84的第四实施例的局部视图。在该第四实施例中，故障检测狭槽86向下成角度并且从狭槽58的低谷向后。换句话说，故障检测狭槽86的配置与图5所示的故障检测狭槽74的配置不同。该实施例也示出当杆件12在其最后方位置与其最前方位置之间移动时，故障检测狭槽86不需要遵循平行于销40的弧形运动的路径。换句话说，在不脱离本发明的范围的情况下，故障检测狭槽86的形状可脱离本文所提供的实施例。
在图7所示的实施例中，突起52处于如果突起50未损坏或缺失突起52应位于的位置。如果突起50损坏或缺失，突起52将移动到故障检测狭槽86的最低位置。因此，当杆件12处于最前方位置或最后方位置时，杆件12将自动行进到非标准位置。因此，因为杆件12的位置将与杆件12的正常定位不同，所以杆件12的位置的这种变化将指示销40的局部故障。
图8为针对本发明所述的全部实施例所共有的控制器10的一部分的透视图。图8示出靠近外壳16的顶部设置的闸门机构88。图1示出闸门机构88的预期位置。
闸门机构88包括第一闸门90和第二闸门92。第一闸门90在第一销96的位置处枢转地连接到桥架94。因此，第一闸门90围绕第一销96枢转。类似地，第二闸门92在第二销98的位置处枢转地连接到桥架94。因此，第二闸门92围绕第二销98枢转。第一弹簧100围绕第一销96延伸，并且在一端紧靠第一弹簧销110，在另一端紧靠第一闸门90，以使第一闸门90维持在闭合的阻挡位置。类似地，第二弹簧102围绕第二销98延伸，并且在一端紧靠第二弹簧销112，在另一端紧靠第二闸门92，以使第二闸门92维持在闭合的阻挡位置。第一闸门 90和第二闸门92充当棘轮，以阻止杆件12在一个方向上的移动，如规定所要求。闸门90,92允许杆件12在相对方向上的无限制移动。
图9为图5所示的止动器板76中的一个的侧视图。止动器板76处于与图5所示的止动器板76相同的取向。所示销40的突起52处于销52在非故障操作期间应位于的位置。如上所述，如果突起50具有故障，则突起52接合故障检测狭槽78，从而允许检测潜伏缺陷。
图10为从图9的相对侧所示的止动器板76的透视图。销40连同其突起50,52在该视图中可见。
结合本发明的一个或多个实施例，应当注意，在不脱离本发明的范围的情况下，故障检测狭槽74、78、82、86可并入狭槽58、60、62、64、66、68中的任何一个中。换句话说，本发明不应被理解为限于故障检测狭槽74、78、82、86仅被包括在狭槽58中的一个实施例。
另外，在预期实施例的一个或多个中，也可预期，可设计外壳16的罩盖以包括用来说明杆件12何时已经超出正常位置的标记。
另外，可以预期，在外壳16内可包括电子传感器，以有利于突起50,52中的一个的故障或局部故障的检测。在该预期的实施例中，传感器可提供在横轴20上。在该实施例中，传感器可经配置通过检测例如轴24的角位置来检测杆件12是否移动到正常操作范围以外。在该实施例中，如果突起50,52中的一个能移动到故障检测止动器74、78、82、86中的一个中，则传感器可检测杆件12的角位置变化。传感器可连接到警报器以提供突起50,52中的一个的潜在故障的可听或可视指示。
继续参考图1，传感器114可定位在横轴20上(或与横轴20相关联)。传感器114可将信号传送到与其连接的处理器116。在接收指示 杆件12从正常位置偏离的信号之后，处理器116然后可发布警报信号到一个或多个警报设备，包括发布可听警告的扬声器118。
在另一个预期的实施例中，传感器(未示出)可提供在在故障检测狭槽74、78、82、86自身当中。在该实施例中，如果突起50,52将要接触传感器，则传感器可经配置生成可触发合适警报的信号。
如上所述，结合本发明的一个或多个实施例对本发明进行了描述。这些实施例旨在说明本发明的广度。焦点集中在任何一个特定的实施例上并非旨在对本发明进行限制。因此，如本领域的技术人员所理解的，本发明旨在包括变型和等同物。