патент
№ RU 2630966
МПК B64C13/50

ЭЛЕКТРОПРИВОД ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА (ВАРИАНТЫ)

Авторы:
Исмагилов Флюр Рашитович Хайруллин Ирек Ханифович Вавилов Вячеслав Евгеньевич
Все (12)
Номер заявки
2016137415
Дата подачи заявки
19.09.2016
Опубликовано
15.09.2017
Страна
RU
Дата приоритета
21.02.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Иллюстрации 
2
Реферат

Группа изобретений относится к авиакосмическим летательным аппаратам. Электропривод для летательного аппарата содержит корпус, шарико-винтовую пару, состоящую из гайки и винта, аксиальный подшипник, электродвигатель, зубчатую передачу, датчик положения ротора, демпфер и систему управления. Система управления выполнена с возможностью отключения и включения электромагнитного возбуждения демпферов и пуска/останова электродвигателя. По первому варианту гайка шарико-винтовой пары выполнена в виде двухстороннего конического зубчатого колеса. Демпфер выполнен в виде n-электромеханических демпферов с электромагнитным возбуждением, соединенных с гайкой шарико-винтовой передачи через зубчатые колеса. Вал электродвигателя расположен перпендикулярно винту шарико-винтовой передачи и соединен с гайкой шарико-винтовой передачи также через зубчатое колесо. По второму варианту: гайка шарико-винтовой пары выполнена в виде двухстороннего конического зубчатого колеса, электродвигатель выполнен с коническим ротором, демпфер выполнен в виде n-электромеханических демпферов с электромагнитным возбуждением, соединенных с гайкой шарико-винтовой передачи через зубчатые колеса. Вал электродвигателя расположен перпендикулярно винту шарико-винтовой передачи и соединен с гайкой шарико-винтовой передачи также через зубчатое колесо. Группа изобретений направлена на повышение надежности и энергоэффективности электропривода. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения

1. Электропривод для летательных аппаратов, содержащий корпус, шарико-винтовую пару, состоящую из гайки и винта, аксиальный подшипник, электродвигатель, зубчатую передачу, датчик положения ротора, демпфер, систему управления, отличающийся тем, что гайка шарико-винтовой пары выполнена в виде двухстороннего конического зубчатого колеса, демпфер выполнен в виде n-электромеханических демпферов с электромагнитным возбуждением, соединенных с гайкой шарико-винтовой передачи через зубчатые колеса, вал электродвигателя расположен перпендикулярно винту шарико-винтовой передачи и соединен с гайкой шарико-винтовой передачи также через зубчатое колесо, при этом система управления выполнена с возможностью отключения и включения электромагнитного возбуждения демпферов и пуска/останова электродвигателя, причем система управления выполнена с соблюдением условия, что при пуске двигателя электромагнитное возбуждение демпфера снижается до значения, при котором демпфер поглощает не более 0,5% энергии в системе, а при останове электродвигателя - повышается до номинального значения.
2. Электропривод для летательных аппаратов, содержащий корпус, шарико-винтовую пару, состоящую из гайки и винта, аксиальный подшипник, электродвигатель, зубчатую передачу, датчик положения ротора, демпфер, систему управления, отличающийся тем, что гайка шарико-винтовой пары выполнена в виде двухстороннего конического зубчатого колеса, электродвигатель выполнен с коническим ротором, демпфер выполнен в виде n-электромеханических демпферов с электромагнитным возбуждением, соединенных с гайкой шарико-винтовой передачи через зубчатые колеса, вал электродвигателя расположен перпендикулярно винту шарико-винтовой передачи и соединен с гайкой шарико-винтовой передачи также через зубчатое колесо, причем между зубчатым колесом электродвигателя и гайкой шарико-винтовой передачи имеется зазор, при этом система управления выполнена с возможностью отключения и включения электромагнитного возбуждения демпферов и пуска/останова электродвигателя, причем система управления выполнена с соблюдением условия, что при пуске двигателя электромагнитное возбуждение демпфера снижается до значения, при котором демпфер поглощает не более 0,5% энергии в системе, а при останове электродвигателя - повышается до номинального значения.

Описание

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в качестве электропривода для авиакосмических летательных аппаратов.

Известен электропривод управления рулевыми поверхностями летательных аппаратов [патент РФ №2503583, кл. В64С 9/00, 2014 г.], содержащий корпус, шарико-винтовую передачу, связанную с валом руля, два гиромотора, вентильный электродвигатель, статор которого закреплен в корпусе привода.

Недостаток такой конструкции состоит в том, что предлагаемый электропривод не позволяет обеспечивать пассивный режим работы электропривода, так как подвергается значительным механическим нагрузкам, обусловленным аэродинамическими силами, а также сложность конструкции, обусловленная наличием гиромоторов.

Известен привод электрогидравлический [патент РФ №2474731, кл. F15B 11/15, 2013], содержащий электрический привод, насосную станцию, гидролинии с установленными на них клапанами прямого и обратного действия, силовой гидроцилиндр, шаговый двигатель, шарико-винтовую пару и вал-винт, два гидроцилиндра, соединенных между собой валом и гидролинией с установленными на ней клапанами прямого и обратного действия, датчик реверса его хода, блок управления, к входу которого подключен датчик реверса хода шток-поршня, а к выходам - шаговый двигатель и блоки клапанов прямого и обратного действия.

Недостатками данной конструкции являются значительные массогабаритные показатели и сложность ее конструкции, а также невысокая надежность, обусловленная применением гидравлического узла.

Известен электрогидравлический рулевой привод [патент РФ №2288133, В64С 1/00, 2006], содержащий корпус с каналами, соединенными с гидролиниями нагнетания, слива и полостями силового гидроцилиндра с силовым поршнем, электрогидравлический усилитель мощности, рулевую машину в виде гидроцилиндра с поршнем, связанным с золотниковым распределителем с буртами, электрогидравлический клапан, клапан включения в виде подпружиненного распределительного плунжера, к которому подведены гидролинии нагнетания, слива, полостей силового гидроцилиндра и золотникового распределителя, причем в приводе установлены два подпружиненных обратных клапана таким образом, что они обеспечивают прохождение рабочей жидкости в одну из полостей силового гидроцилиндра.

Недостатками данной конструкции являются значительные массогабаритные показатели и сложность ее конструкции, а также невысокая надежность, обусловленная применением гидравлического узла.

Известен электрогидравлический агрегат [патент РФ №2233768, МПК7 В64С 13/42, F15B 9/00,], содержащий корпус с каналами, соединенными с гидролиниями нагнетания и слива и полостями силового гидроцилиндра, электрогидравлический усилитель мощности, рулевую машину в виде гидроцилиндра с поршнем, связанным с золотниковым распределителем, электрогидравлический клапан, гидромеханическое устройство в виде механизма стопорения с поршнями и дифференциальной качалкой с шарнирными узлами, связанными с механизмом стопорения и с золотниковым распределителем, клапан включения с распределительным плунжером, к которому подведены гидролинии нагнетания (слива), полостей рулевой машины.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является электропривод для летательных аппаратов [F. Claeyssen, P. , R. LeLetty, О. Sosniki, A. Pages, G. Magnac, M. Christmann, G. Dodds New Actuators for Aircraft, Space and Military Applications // ACTUATOR 2010, 12th International Conference on New Actuators, Bremen, Germany, 14-16 June 2010], содержащий корпус, шарико-винтовую пару, аксиальный подшипник, электродвигатель, зубчатую передачу, датчик положения ротора, демпфер с использованием магнитной жидкости.

Недостатками указанной конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные применением демпфера с использованием магнитной жидкости и необходимость использования дополнительных датчиков для измерения момента и перемещения шарико-винтовой пары, кроме того, недостатком является механическая связь демпфера и электродвигателя, а также завышенные характеристики электродвигателя, обусловленные тем, что используется неуправляемый демпфер.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей, благодаря реализации пассивного и активного режимов работы электропривода, а также использованию в качестве демпфера n-электромеханических преобразователей с распределенной вторичной средой, а также возможность синтеза электромеханического демпфера и датчика момента и перемещения.

Техническим результатом является повышение надежности и энергоэффективности электропривода летательных аппаратов, снижение механических нагрузок в пассивном режиме работы электропривода, и повышения тем самым его ресурса работы, а также развязка демпфера и электродвигателя, в том числе и механическая.

Поставленная задача решается и указанный результат по первому варианту достигается тем, что в электроприводе для летательных аппаратов, содержащем корпус, шарико-винтовую пару, состоящую из гайки и винта, аксиальный подшипник, электродвигатель, зубчатую передачу, датчик положения ротора, демпфер, систему управления, согласно изобретению, гайка шарико-винтовой пары выполнена в виде двухстороннего конического зубчатого колеса, демпфер выполнен в виде n-электромеханических демпферов с электромагнитным возбуждением, соединенных с гайкой шарико-винтовой передачи через зубчатые колеса, вал электродвигателя расположен перпендикулярно винту шарико-винтовой передачи и соединен с гайкой шарико-винтовой передачи также через зубчатое колесо, при этом система управления выполнена с возможностью отключения и включения электромагнитного возбуждения демпферов и пуска/останова электродвигателя, причем система управления выполнена с соблюдением условия, что при пуске двигателя электромагнитное возбуждение демпфера снижается до значения, при котором демпфер поглощает не более 0,5% энергии в системе, а при останове электродвигателя - повышается до номинального значения.

Поставленная задача решается и указанный результат по второму варианту достигается тем, что в электроприводе для летательных аппаратов, содержащем корпус, шарико-винтовую пару, состоящую из гайки и винта, аксиальный подшипник, электродвигатель, зубчатую передачу, датчик положения ротора, демпфер, систему управления, согласно изобретению, гайка шарико-винтовой пары выполнена в виде двухстороннего конического зубчатого колеса, электродвигатель выполнен с коническим ротором, демпфер выполнен в виде n-электромеханических демпферов с электромагнитным возбуждением, соединенных с гайкой шарико-винтовой передачи через зубчатые колеса, вал электродвигателя расположен перпендикулярно винту шарико-винтовой передачи и соединен с гайкой шарико-винтовой передачи также через зубчатое колесо, причем между зубчатым колесом электродвигателя и гайкой шарико-винтовой передачи имеется зазор, при этом система управления выполнена с возможностью отключения и включения электромагнитного возбуждения демпферов и пуска/останова электродвигателя, причем система управления выполнена с соблюдением условия, что при пуске двигателя электромагнитное возбуждение демпфера снижается до значения, при котором демпфер поглощает не более 0,5% энергии в системе, а при останове электродвигателя - повышается до номинального значения.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фигуре 1 изображен разрез электропривода летательного аппарата по первому варианту. На фигуре 2 изображен разрез электропривода летательного аппарата по второму варианту.

Предложенное устройство по первому варианту содержит (фиг. 1) корпус 1, шарико-винтовую пару 2, состоящую из гайки 3, выполненной в виде двухстороннего конического зубчатого колеса и винта 4, аксиальный подшипник 5, электродвигатель 6, датчик положения ротора 7, систему управления 8, n-электромеханических демпферов с электромагнитным возбуждением 9, соединенных с гайкой шарико-винтовой передачи через зубчатые колеса 10, вал электродвигателя 11, расположенный перпендикулярно винту 4 шарико-винтовой передачи и соединенный с гайкой 3 шарико-винтовой передачи также через зубчатое колесо 12.

Предложенное устройство по второму варианту содержит (фиг. 2) корпус 1, шарико-винтовую пару 2, состоящую из гайки 3, выполненной в виде двухстороннего конического зубчатого колеса и винта 4, аксиальный подшипник 5, электродвигатель с коническим ротором 6, датчик положения ротора 7, систему управления 8, n-электромеханических демпферов с электромагнитным возбуждением 9, соединенных с гайкой шарико-винтовой передачи через зубчатые колеса 10, вал электродвигателя 11, расположенный перпендикулярно винту 4 шарико-винтовой передачи и соединенный с гайкой 3 шарико-винтовой передачи также через зубчатое колесо 12, причем между зубчатым колесом электродвигателя с коническим ротором 6 и гайкой 3 шарико-винтовой передачи имеется зазор.

Устройство по первому варианту работает следующим образом: шарико-винтовая передача обеспечивает преобразование вращательного движения зубчатого колеса 12 электродвигателя 6, которое достигается подачей электрического тока от системы управления 8 на обмотки электродвигателя 6, в поступательное движение винта 4. Данный режим работы является активным режимом для электропривода летательного аппарата. При этом винт 4 на своем конце несет полезную нагрузку, например, управляет закрылком летательного аппарата или положением в пространстве какой-либо платформы, в том числе платформы Стюарта. Система управления 8 при подаче электрического тока на обмотки электродвигателя 6 производит снижение подачи тока на обмотки n-электромеханических демпферов с электромагнитным возбуждением 9 до минимального значения, при котором демпферы поглощают не более 0,5% энергии в системе (что снижает их электромагнитное возбуждение), при этом ротор n-электромеханических демпферов 9 вращается, но энергия, поглощаемая ими, минимальна. Это обеспечивает развязку n-электромеханических демпферов 9 и электродвигателя 6. При этом вращение ротора n-электромеханических демпферов 9, благодаря соединению с гайкой шарико-винтовой передачи через зубчатые колеса 10 с минимальным поглощением энергии, позволяет измерять момент и перемещение винта 4 шарико-винтовой передачи, тем самым достигается возможность синтеза электромеханического демпфера и датчика момента и перемещения. Когда прекращается подача тока на обмотки электродвигателя 6, система управления 8 подает номинальный ток на обмотки n-электромеханических демпферов с электромагнитным возбуждением 9, при этом электропривод летательного аппарата работает в пассивном режиме, в котором вся энергия, создающая поступательное движение или вибрации на выходном конце винта 4, передается через гайку 3 шарико-винтовой передачи на зубчатые колеса 10, обеспечивая тем самым вращение ротора, поглощается n-электромеханическими демпферами с электромагнитным возбуждением 9. То есть данная энергия не приводит к износу или разрушению электропривода летательных аппаратов, что обеспечивает снижение механических нагрузок в пассивном режиме работы электропривода, и повышения тем самым его ресурса работы.

Устройство по второму варианту работает следующим образом: шарико-винтовая передача обеспечивает преобразование вращательного движения зубчатого колеса 12 электродвигателя с коническим ротором 6, которое достигается подачей электрического тока от системы управления 8 на обмотки электродвигателя с коническим ротором 6, в поступательное движение винта 4. При этом зацепление зубчатого колеса 12 и гайки 3 шарико-винтовой пары происходит также при подаче тока на обмотки электродвигателя с коническим ротором 6 за счет аксиальных сил, обусловленных асимметричностью конического ротора электродвигателя 6. При прекращении подачи тока на обмотки происходит расцепление колеса 12 и гайки 3 шарико-винтовой пары. Данный режим работы является активным режимом для электропривода летательного аппарата. При этом винт 4 на своем конце несет полезную нагрузку, например, управляет закрылком летательного аппарата или положением в пространстве какой-либо платформы, в том числе платформы Стюарта. Система управления 8, при подаче электрического тока на обмотки электродвигателя 6, производит снижение подачи тока на обмотки n-электромеханических демпферов с электромагнитным возбуждением 9 до минимального значения, при котором демпферы поглощают не более 0,5% энергии в системе (снижает их электромагнитное возбуждение), при этом ротор n-электромеханических демпферов 9 вращается, но энергия поглощаемая ими минимальна. Это обеспечивает развязку n-электромеханических демпферов 9 и электродвигателя 6. При этом вращение ротора n-электромеханических демпферов 9, благодаря соединению с гайкой шарико-винтовой передачи через зубчатые колеса 10 с минимальным поглощения энергии, позволяет измерять момент и перемещение винта 4 шарико-винтовой передачи, тем самым достигается возможность синтеза электромеханического демпфера и датчика момента и перемещения. Когда прекращается подача тока на обмотки электродвигателя 6, система управления 8 подает номинальный ток на обмотки n-электромеханических демпферов с электромагнитным возбуждением 9, при этом электропривод летательного аппарата работает в пассивном режиме, в котором вся энергия, создающая поступательное движение или вибрации на выходном конце винта 4, передается через гайку 3 шарико-винтовой передачи на зубчатые колеса 10, обеспечивая тем самым вращение ротора, поглощается n-электромеханическими демпферами с электромагнитным возбуждением 9. То есть данная энергия не приводит к износу или разрушению электропривода летательных аппаратов, что обеспечивает снижение механических нагрузок в пассивном режиме работы электропривода и повышение тем самым его ресурса работы.

В результате повышается надежность, энергоэффективность системы на гибридных магнитных подшипниках, а также обеспечивается получение информации о положение ротора, его вибрациях и колебаниях непосредственно с радиального пассивного демпфера.

Итак, достигается расширение функциональных возможностей электропривода летательных аппаратов, благодаря реализации пассивного и активного режимов работы электропривода и достигается синтез электромеханического демпфера и датчика момента и перемещения.

Таким образом, обеспечивается повышение надежности и энергоэффективности электропривода летательных аппаратов, снижаются механические нагрузки в пассивном режиме работы электропривода, и повышается тем самым его ресурс работы, а также обеспечивается развязка демпфера и электродвигателя.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты