DE3618776A1

DE3618776A1 - Drive arrangement for flaps and control surfaces of aircraft

Info

Publication number: DE3618776A1
Application number: DE19863618776
Authority: DE
Inventors: Josef Karg
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1986-06-04
Filing date: 1986-06-04
Publication date: 1987-12-10
Also published as: DE3618776C2

Abstract

The invention relates to a drive arrangement for flaps and control surfaces of aircraft and space vehicles, which flaps and control surfaces are extended and/or pivoted by means of an actuator, this arrangement being constructed as a multiple cylinder arrangement in which the bearing is integrated as a hinge for the respective control surface and is itself completely integrated in this control surface. The invention is explained with reference to exemplary embodiments and numerous figures in the drawing. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanordnung für Klappen und Steuerruder von Luft- und Raumfahrzeu gen gemaß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a drive arrangement for flaps and rudders of air and space vehicles gen according to the preamble of claim 1.

Antriebsanordnungen der eingangs genannten Art sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. So offenbart beispielsweise die US-PS 39 87 983 eine Verstellmecha nik für eine Flügelklappe, bei der ein an der Struktur des Flügels angeordneter Hydraulikzylinder eine spe zielle Klappe ausfährt, an der zur Spaltbildung ein Ge lenkmechanismus befestigt ist. Abgesehen von der erfor derlichen hohen Bauhöhe des Flügels werden die gesamten auftretenden Kräfte in die Struktur eingeleitet. Ist diese Struktur - wie heute bei Hochleistungsflugzeugen üblich - aus CFK-Material, beziehungsweise überhaupt aus einem Faserverbundmaterial hergestellt, so ergeben sich erhebliche Strukturstörungen.Drive arrangements of the type mentioned are known in numerous embodiments. For example, US-PS 39 87 983 discloses a Verstellmecha technology for a wing flap, in which a hydraulic cylinder arranged on the structure of the wing extends a special flap to which a steering mechanism is attached to form a gap. Apart from the required high overall height of the wing, the entire forces are introduced into the structure. If this structure - as is common today in high-performance aircraft - is made of CFRP material, or even of a fiber composite material, there will be considerable structural disturbances.

Durch die US-PS 44 71 928 ist eine weitere Variante der vorgenannten Art bekanntgeworden, aber auch hier ist der Klappenantrieb an der Flügelstruktur befestigt und lediglich die mechanischen Übertragungselemente der Stellkräfte sind an bzw. in der Klappe bzw. dem Ruder angeordnet. Damit ergeben sich aber dieselben Probleme wie bereits vorstehend aufgeführt.Through the US-PS 44 71 928 is a further variant of the has become known, but also here the flap drive is attached to the wing structure and only the mechanical transmission elements of the Actuating forces are on or in the flap or the rudder arranged. But this creates the same problems as already listed above.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung für Klappen und Steuerruder der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl eine Mehrfachlasteinleitung ermöglicht, ohne daß die Betäti gungskräfte über die Struktur geleitet werden müssen, als auch Strukturstörungen - beispielsweise eines Flü gels aus CFK-Material - vermeidet, sowie gleichzeitig eine Einsparung von Bauhöhe und Baulänge ermöglicht und die Auswechselhäufigkeit wesentlich reduziert.The present invention has for its object to provide a drive assembly for flaps and rudders of the type mentioned, which enables both multiple load initiation without the actuation forces must be passed through the structure, as well as structural disorders - such as a wing made of CFRP Material - avoids, while at the same time saving construction height and length and significantly reducing the frequency of replacement.

Der wesentliche Erfindungsgedanke sieht also vor, eine Antriebsanordnung zu schaffen, die bei gegebenem schlankem Flügelprofil es trotzdem sicherstellt, daß kein Bauelement aus der Flügelkontur tritt.The main idea of the invention therefore provides one To create a drive arrangement that is given slim wing profile it still ensures that no component emerges from the wing contour.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteil hafte Ausgestaltungen angegeben und in der nachfolgen den Beschreibung sind Ausführungsbeispiele beschrieben, die in den Figuren der Zeichnung so dargestellt sind, daß sie die Beschreibung ergänzen. Es zeigtThis object is achieved by those listed in claim 1 Measures solved. In the subclaims are advantageous stipulated configurations and in the follow The description describes exemplary embodiments, which are shown in the figures of the drawing that they complement the description. It shows

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Flügelklappe mit einer Seitenansicht der darin gelagerten Mehr fachzylinderanordnung, Fig. 1 shows a cross section through a wing flap with a side view of the mounted therein multiple cylinder arrangement,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die als Mehrfachzylinderan ordnung ausgebildete Antriebsanordnung mit ihrem Flügelanschluß, Fig. 2 is a plan view of the drive assembly as Mehrfachzylinderan properly trained with their wings terminal,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 2, Fig. 3 is a section along the line AA of Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt durch das Klappenprofil und einen Antriebszylinder der Mehrfachzylinderanordnung sowie die Ausschlagsendstellungen der Klappe, Fig. 4 is a section through the flap profile and a drive cylinder of the multiple cylinder arrangement and the rash end positions of the flap,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Flügelklappe, deren Profiloberseite abgehoben ist und so Anordnung und Lage der Mehrfachzylinderanordnung und de ren Ansteuerelemente und Stellunggeber inner halb des Klappenraumes verdeutlicht, Fig. 5 is a plan view of a wing flap, the profile of the upper side is lifted and thus arrangement and location of the multiple cylinder arrangement and de ren drive elements and position transmitter inner half of the door space makes it clear

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Flugzeug-Seitenruders mit eingebauter Mehrfachzylinderanordnung und deren Ansteuerungslemente etc., Fig. 6 is a side view of an aircraft rudder with built-in multi-cylinder assembly and its Ansteuerungslemente etc.,

Fig. 7 einen Querschnitt des Seitenruderprofils und eines darin angeordneten Steuerzylinders der Mehrfachzylinderanordnung, sowie die Schwenk endstellungen des Seitenruders, Fig. 7 is a cross-section of the rudder profile, and a control cylinder arranged therein, of the multiple cylinder arrangement and the pivot end positions of the rudder,

Fig. 8 ein schematisches Blockschaltbild der Ansteue rung durch ein Primärsystem, Fig. 8 is a schematic block diagram of the dently tion by a primary system,

Fig. 9 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausfüh rungsbeispiels einer Sekundärsteuerung, d.h. der Ansteuerung der Sekundärantriebe wie Vor derkantenklappen oder Lufteinlauframpen usw. Fig. 9 is a schematic block diagram of an example of exporting approximately a secondary control, the secondary control of the actuators that is, as before derkantenklappen or air inlet ramps, etc.

Die neuen Flugzeugkonzeptionen fordern nicht nur höhere Leistungen, sondern daraus resultierend erhebliche Widerstandsverringerungen usw., was unter anderem auch zu immer dünner und im Profil flacher werdenden Flügel führt. Da sich aber infolge der höheren Leistungen die Scharniermomente für die Steuerflächen (Ruder, Klappen etc.) erhöhen, wird auch die Lasteinleitung des An triebsmomentes an einem Punkt in die Steuerfläche problematisch. Als weiteres Kriterium ist der Einbau der Antriebe dieser Steuerflächen anzusehen, denn dieser ist nun problematisch geworden, insbesondere wenn diese Flächen nach einem CFK-Struktur-Konzept ge fertigt worden sind, denn hier führt jeder Eingriff in diese Struktur zu ganz erheblichen Störungen, die die Gewichtsvorteile, die so ein Konzept erbringen, sehr stark beeinflussen.The new aircraft designs not only require higher ones Achievements, but resulting from it substantial Resistance reductions, etc., which among other things to wings that are becoming ever thinner and flatter in profile leads. But because of the higher performance Hinge moments for the control surfaces (rudders, flaps etc.) increase, the load transfer of the An driving torque at one point in the control surface problematic. Installation is another criterion the drives of these control surfaces, because this has now become problematic, in particular if these areas are based on a CFRP structure concept have been made, because here every intervention leads to this structure to very significant disruptions that the Weight advantages that such a concept brings, very much strongly influence.

Aus der eingangs aufgeführten Aufgabenstellung und der im Anspruch 1 offenbarten Lösung derselben sind nun An triebsanordnungen für Ruder und Klappen geschaffen, die im Klappen- oder Ruderprofil keine Ausbeulungen mehr erfordern, die eine Mehrfachlasteinleitung ermöglichen und vor allem keine Störungen der CFK-Struktur mehr hervorrufen.From the task listed at the beginning and the solution of the same disclosed in claim 1 are now drive arrangements for rudders and flaps created no more bulges in the flap or rudder profile require that allow multiple load initiation and above all no more disturbances in the CFRP structure cause.

Wie die Fig. 1 bis 4 veranschaulichen ist zur Ersparnis von Flügelprofil-Bauhöhe die Antriebsanordnung der Klappe oder des Ruders 12 - die nachfolgend nur als Steuerfläche 12 - bezeichnet werden, als sogenannte Mehrfachzylinderanordnung 10 ausgebildet. Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel so einer Anordnung. Hier sind mehrere nebeneinander lie gende, gegebenenfalls teleskopartig ausfahrende Zylin der, die nebeneinander zu einem Block angeordnet sind. In dieser Mehrfachzylinderanordnung 10 bildet die allen Zylinderkolbengehäusen 14 a gemeinsame Lagerwelle ein sogenanntes Scharnier 11. Diese Mehrfachzylinderanord nung ist in der Steuerfläche 12 integriert und stellt die Lagerung der Klappe bzw. des Ruders dar. Wie wei terhin ersichtbar, ist die gesamte Mehrfachzylinderan ordnung innerhalb des von der Steuerflächenbeplankung 16 umschlossenen Raumes der Steuerfläche 12 unterge bracht, ohne daß hierfür Ausbeulungen etc. erforderlich sind. As illustrated in FIGS. 1 to 4, the drive arrangement of the flap or rudder 12 - which are referred to below as control surface 12 - is designed as a so-called multiple cylinder arrangement 10 in order to save wing profile overall height. Fig. 2 shows a plan view of the embodiment of such an arrangement. Here are several juxtaposed, possibly telescopically extending cylinders, which are arranged side by side to form a block. In this multi-cylinder assembly 10, the all cylinder piston housings 14 a common bearing shaft forms a so-called hinge. 11 This Mehrfachzylinderanord voltage is integrated in the control surface 12 and illustrates the mounting of the flap or of the rudder. As wei terhin ersichtbar, the entire Mehrfachzylinderan is properly within the space enclosed by the Steuerflächenbeplankung 16 space of the control surface 12 underweight body introduced, without requiring bulges etc . required are.

Die Ausbildung der Antriebsanordnung als Mehrfachzylin deranordnung erbringt aber noch einen weiteren wesent lichen Vorteil, denn dadurch wird eine Lasteinleitung an mehreren Punkten ermöglicht und die bisherigen Last einleitungsprobleme damit nahezu vollständig beseitigt.The formation of the drive assembly as a multiple cylinder the arrangement provides yet another essential advantage, as this will initiate the load enabled at several points and the previous load introductory problems almost completely eliminated.

Um nun auch noch zu vermeiden, daß die Betätigungskräf te, die ja infolge der kleinen realisierbaren Hebelarme doch relativ hoch sind, über die Struktur geleitet wer den müssen, ist die Lagerung der jeweiligen Steuerflä che 12 in die Mehrfachzylinderanordnung 10 integriert und als Scharnier 11 ausgebildet. Um weiterhin keine Störung bzw. negative Beeinflussung der tragenden Flü gelstruktur aus Faserverbundmaterial, wie beispielswei se CFK, hervorzurufen, sind die Mehrfachzylinderanord nungen jeweils in die Steuerfläche 12 selbst integriert.In order to avoid the fact that the actuating forces, which are relatively high due to the small feasible lever arms, must be passed through the structure, the bearing of the respective control surface 12 is integrated into the multiple cylinder arrangement 10 and is designed as a hinge 11 . In order not to cause any disturbance or negative influence on the load-bearing wing structure made of fiber composite material, such as CFRP, the multiple cylinder arrangements are each integrated into the control surface 12 itself.

Um die gegebene Bauhöhe der Steuerfläche 12 gut nutzen zu können, muß die Länge der Mehrfachzylinderanordnung 10 senkrecht zur Drehachse der Steuerfläche 12 so kurz wie möglich sein. Dies wird dadurch ermöglicht, daß der Lenker 13 im Kolben 14 als Kugel 13 a ausgebildet ist, die in einer Kugelpfanne 13 b lagert. Dadurch wird die Baulänge vermindert und trotzdem die Seitenkräfte sehr klein gehalten, da die Lenkerlänge ausreichend ist und eine nicht überkragende, optimale Abstützung erreicht wird.In order to be able to use the given structural height of the control surface 12 well, the length of the multiple cylinder arrangement 10 perpendicular to the axis of rotation of the control surface 12 must be as short as possible. This is made possible by the fact that the link 13 in the piston 14 is designed as a ball 13 a , which is supported in a ball socket 13 b . As a result, the overall length is reduced and the lateral forces are kept very small, since the handlebar length is sufficient and optimal, non-protruding support is achieved.

Wie die Fig. 2 weiterhin veranschaulicht, ist die Mehr fachzylinderanordnung 10 als sogenannte "Brücke" 10 a zwischen Flügel 12 a und Steuerfläche 12 ausgebildet, die den Holm 15 der Steuerfläche 12 in diesem Bereich ersetzt und gleichzeitig - wie bereits erwähnt - als Scharnier 11 für die Steuerflächenlagerung ausgebildet ist. Um die Übertragung des Drehmomentes unmittelbar auf die Steuerfläche durchführen zu können, ist die Mehrzylinderanordnung 10 mittels Befestigungsschrauben 16 a direkt mit der Beplankung 16 verbunden.As FIG. 2 further illustrates, the multi-cylinder arrangement 10 is designed as a so-called "bridge" 10 a between wing 12 a and control surface 12 , which replaces the spar 15 of the control surface 12 in this area and at the same time - as already mentioned - as a hinge 11 is designed for the control surface storage. In order to be able to transmit the torque directly to the control surface, the multi-cylinder arrangement 10 is connected directly to the planking 16 by means of fastening screws 16 a .

Durch die vorbeschriebene Ausgestaltung wird ein bisher nicht ausgenutzter bzw. als nicht ausnutzbar angesehe ner Raum für die Integration der Antriebseinrichtung und des Klappen- oder Ruderlagers ausgenutzt.Due to the above-described design is a previously not used or regarded as unusable ner space for the integration of the drive device and the flap or rudder bearing used.

Nun weist jedoch eine Konfiguration mit hoher Integra tion meistens den Nachteil einer erschwerten Auswech selbarkeit auf. Diesem Nachteil begegnet die Erfindung dadurch, daß in die Mehrfachzylinderanordnung 10 keine elektrischen oder elektronischen Bauelemente eingebaut werden, sondern z.B. die Stellungsgeber für die Signal rückführung 20 und Steuerventile sowie alle Ansteue rungselemente 21 hydraulisch betrieben werden und alle diese Elemente außerhalb der Mehrfachzylinderanordnung 10 angeordnet sind, wie die Fig. 5 veranschaulicht. Dort können sie problemlos, je nach Konzeption, auch elektrisch bzw. elektronisch angesteuert werden. Die Mehrfachzylinderanordnung 10 ist frei von elektroni schen Elementen und daher nur mehr höchstens bei einem Dichtungswechsel, was heute nur mehr alle 10 Jahre er forderlich ist, auszubauen. Hierfür ist diese Anordnung 10 ausbaubar zwischen zwei Rippen 23 gelagert und der Ausbau ist so ermöglicht, daß kein tragendes Bauteil entfernt werden muß.However, a configuration with high integration mostly has the disadvantage of difficult interchangeability. This disadvantage is overcome by the invention in that no electrical or electronic components are installed in the multiple cylinder arrangement 10 , but instead, for example, the position transmitter for the signal feedback 20 and control valves and all control elements 21 are operated hydraulically and all these elements are arranged outside the multiple cylinder arrangement 10 , as Fig. 5 illustrates. There they can also be controlled electrically or electronically, depending on the design. The multiple cylinder assembly 10 is free of electronic's rule and therefore only at most with a seal change, which is now only every 10 years he is required to expand. For this purpose, this arrangement 10 can be removed between two ribs 23 and the removal is made possible so that no load-bearing component has to be removed.

Nachzutragen ist noch, daß der Festpunkt 17 am Flügel 12 a zugleich der Anlenkpunkt der Zylinder ist, der Holm 15 der Steuerfläche 12 mit einem Zylinderanschlußprofil 22 versehen ist. Der flügelseitige Beschlag ist mit 18 bezeichnet und der Hydraulikanschluß in diesem Ausfüh rungsbeispiel mit 19.It should be added that the fixed point 17 on the wing 12 a is also the pivot point of the cylinder, the spar 15 of the control surface 12 is provided with a cylinder connection profile 22 . The wing-side fitting is denoted by 18 and the hydraulic connection in this exemplary embodiment is 19 .

Die Figuren der Zeichnung sind so ausführlich ausgear beitet, daß sich weitere Ausführungen über Funktion und Ausgestaltung erübrigen dürften.The figures in the drawing are so detailed maintains that further explanations about function and Design may be superfluous.

In den Fig. 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbei spiel der Erfindung gezeigt und zwar in einer Seitenru der-Antriebsanordnung. Auch hier wird die vorbeschrie bene Mehrfachzylinderanordnung 10 zur Verschwenkung des Seitenruders 24 in demselben vollkommen integriert, wie es in der vorbeschriebenen Klappenanordnung erläutert ist, d.h. das Seitenruder 24, das am Seitenruder-Hin terholm 25 angeordnet ist, bildet den Lagerraum der kompletten Antriebsanordnung, wogegen die Stellunggeber 20 und Ansteuerungselemente 21 - wie bei der Klappenan ordnung - auch außerhalb des Ruderprofils angeordnet sein können. Die Figuren der Zeichnung sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel so detailliert ausgearbeitet worden, daß sich weitere Ausführungen erübrigen.In Figs. 6 and 7 is another Ausführungsbei game of the invention shown and in a Seitenru the drive assembly. Again, the multi-cylinder arrangement 10 described above for pivoting the rudder 24 is completely integrated in the same, as is explained in the above-described flap arrangement, ie the rudder 24 , which is arranged on the rudder rear member 25 , forms the storage space of the complete drive arrangement, whereas the positioner 20 and control elements 21 - as with the Klappenan arrangement - can also be arranged outside the rudder profile. The figures of the drawing have also been worked out in such detail in this exemplary embodiment that further explanations are unnecessary.

In den Fig. 8 und 9 sind Ausführungsbeispiele für die Ansteuerung der Mehrfachzylinderanordnung 10 gege ben. Diese Ansteuerung ist für Primärsteuerung und Se kundärsteuerung unterschiedlich, es wird jedoch in bei den Fällen ein sogenannter "Direct-Drive-Valve" verwen det.In FIGS. 8 and 9 are embodiments 10 gege ben for the control of multiple cylinder arrangement. This control is different for primary control and secondary control, but a so-called "direct drive valve" is used in the cases.

Zur Primärsteuerung (Fig. 8) ist anzuführen, daß hier, um zwei direkt nebeneinanderliegende Zylinder, die an zwei verschiedenen Hydrauliksystemen liegen, zwei Probleme zu lösen sind, nämlich das Problem der Last verteilung und das Problem des sog. Kraftkonflikts (Forcefighting). Diese Probleme werden durch die in der Fig. 8 gezeigten Konzeption gelöst, die als Ausfüh rungsbeispiel anzusehen ist. Auch hier ist die Zeich nung so detailliert, daß sie jedem Fachmann einwandfrei verständlich ist und deshalb auf weitere Ausführungen verzichtet werden kann. Dasselbe darf für die in der Fig. 9 gezeigten Sekundärsteuerung gesagt werden. Es wird ebenfalls ein "Direct-Drive-Valve" vorgeschlagen, obwohl auch andere Lösungen möglich sind. Die bei der Primärsteuerung existierenden Probleme sind hier nicht gegeben.For primary control ( Fig. 8) it should be mentioned that here to solve two directly adjacent cylinders, which are located on two different hydraulic systems, two problems, namely the problem of load distribution and the problem of so-called force conflict (force fighting). These problems are solved by the concept shown in FIG. 8, which is to be regarded as an exemplary embodiment. Again, the drawing is so detailed that it is perfectly understandable to any specialist and can therefore be dispensed with further explanations. The same may be said for the secondary control shown in FIG. 9. A "direct drive valve" is also proposed, although other solutions are also possible. The problems with primary control are not given here.

Claims

1. Drive arrangement for flaps and rudders of aircraft and spacecraft, which are extended and / or pivoted by means of an actuator, as characterized in that the drive arrangement is formed as a multiple cylinder arrangement ( 10 ), in which the bearing as a hinge ( 11th ) of the respective control surface ( 12 ) integrated and it ( 10 ) is fully integrated into this control surface ( 12 ).

2. Drive arrangement according to claim 1, characterized in that the Mehrfachzylin deranordnung ( 10 ) handlebars ( 13 ) which are formed in the respective gene piston ( 14 ) as a ball ( 13 a ) which is mounted in a ball socket ( 13 b ).

3. Drive arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the multi-cylinder arrangement ( 10 ) as a "bridge" ( 10 a ) is ausgebil det, which replaces the spar ( 15 ) of the control surface ( 12 ) in this area and at the same time Hinge ( 11 ) for the storage of the control surface ( 12 ) forms.

4. Drive arrangement according to claims 1 to 3, characterized in that the multi-cylinder arrangement ( 10 ) on the planking ( 16 ) of the control surface ( 12 ) (flap or rudder) is directly connected.

5. Drive arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the positioner ( 20 ) for the signal feedback and all control elements ( 21 ) outside of the multi-cylinder arrangement ( 10 ) are mounted.

6. Drive arrangement according to one or more of claims 1-5, characterized in that the multiple cylinder arrangement ( 10 ) can be used both in the primary ( Fig. 8) and secondary ( Fig. 8) control.