[发明专利]气动定位系统

说明书

本公开涉及一种气动定位系统。提供了用于气动轴定位系统的机构和处理。根据各种实例，该气动轴定位系统包括：烟火阀，被配置为控制气体从加压气源流动至压力室。该压力室包括：第一活塞，可滑动地耦接至压力室。当来自加压气源的气体填充压力室时，该活塞被配置为滑动通过压力室并且将轴推动至预定位置。

技术领域

本公开涉及一种气动定位系统(Pneumatic Positioning System)。

背景技术

致动器被用在各种机械设备中以控制这些设备的零件(feature)和移动部分。具体地，致动器是用于控制系统、机构、设备、结构等的电动机。致动器能够通过各种能量源提供动力并且能够将所选择的能量源转换为运动。

例如，致动器被用在计算机磁盘驱动器中以控制读取/写入磁头的位置，通过该读取/写入磁头将数据存储在磁盘上以及从磁盘读取数据。另外，致动器被用在机器人中(即，用在自动化工厂中)以对产品进行装配。致动器还操作车辆上的制动器、打开和关闭车门、升起和降下铁路栅门(railroad gate)并且执行日常生活的众多其他任务。因此，致动器具有广泛的用途。

在航空领域中，致动器被用于控制允许飞机飞行的无数个控制面。例如，需要致动器的位于各个机翼中的每一个襟翼(flap)、扰流器和副翼。另外，在尾部的致动器控制飞机的方向舵(rudder)和升降舵(elevator)。此外，在机身中的致动器打开并且关闭覆盖起落架舱的舱门。致动器还用于升起和降低飞机的起落架。另外，位于各个发动机上的致动器通过控制推力反向器使飞机减速。

普遍使用的致动器从属于两种总体范畴：液压式和电动式，这两种类别之间的差异在于原动力，通过该原动力来实现移动或控制。液压致动器需要加压的、不可压缩的工作流体，通常是油类。电动致动器使用电动机，电动机的轴的旋转被用于使用某种变传动装置(transmission)来产生线性位移。

虽然液压致动器已经被广泛地用于飞机，但是利用液压致动器的问题是分配并且控制加压的工作流体所需要的管路(plumbing)。在飞机中，因为需要仔细地路由液压管线，故产生高压工作流体的泵和路由工作流体所需要的管路增加了重量并且增加了设计复杂性。另外，在液压系统中可能的失灵模式包括对用于位置控制面的伺服阀(servo valve)的加压故障、泄漏和电气故障。然而，液压系统的一种固有特征是液压飞行控制系统能够在检测完故障之后使用阻尼力来维持稳定性。

电动致动器克服了液压系统的许多个缺点。具体地，通过电能提供动力并且控制的电动致动器仅需要配线来操作和控制。然而，在飞机运行期间电动致动器还可能出故障。例如，电动机的绕组易于被热量和水损坏。另外，电动机轴上的轴承磨损。本质上比用于液压致动器的活塞和气缸更复杂的电动机与负载之间的传动装置也易于出故障。在电力和液压系统这两者中，致动器的机械故障(例如，齿轮或轴承故障等)会导致动器机械功能的损失。另外，电力系统会出故障。当存在向致动器发送通信的命令循环的故障时发生一种类型的电力故障。当致动器内的电力回路(power loop)(诸如对电动机的高电力回路)出故障时发生另一类的电力故障。

随着电动致动器系统逐渐地用在飞机设计中，需要解决这些系统的可能的失灵模式的新的途径。在这些系统中需要故障容限，即维持一个或多个部件失灵或故障仍保持工作的能力。因为电子飞行控制系统不具有可获得阻尼的液压流体，故需要能够用于故障事故的可替换的自动防故障系统(fail safe system)。

发明内容

提供了一种气动轴定位系统，在主系统故障期间该气动轴定位系统被用作辅助自动防故障系统。根据各种实例，气动轴定位系统包括：第一压力室(pressure chamber)；加压气源(pressurized gas source)，连接至第一压力室；第一阀，控制气体从加压气源流动至第一压力室中；以及第一活塞，凸出到第一压力室并且可滑动地耦接至第一压力室。当来自加压气源的气体填充第一压力室时，第一活塞将轴推动至预定位置。