[发明专利]旋转致动器、铰接面板组件以及固定翼飞机

说明书

一种旋转致动器，用于例如固定翼飞机的铰接面板组件，该旋转致动器包括滚珠、外筒、活塞和内轴。外筒允许来自流体压力供应部的流体压力。活塞由外筒外接。活塞、外筒和滚珠共同形成外滚珠丝杠。活塞响应于流体压力沿纵向中心轴线平移。内轴由活塞外接，其中内轴、活塞和滚珠共同形成与外滚珠丝杠同轴的内滚珠丝杠。滚珠丝杠形成具有一个或多个共享滚珠路径的交错的滚珠回路。活塞平移使该活塞和内轴旋转，从而使滚珠通过交错的滚珠回路在外滚珠丝杠和内滚珠丝杠之间再循环。

技术领域

本申请涉及一种包括再循环滚珠丝杆的旋转致动器以及具有该旋转致动器的铰接面板组件和固定翼飞机。

背景技术

流体动力线性和旋转致动器广泛用于动态系统中，以将扭矩和线性力施加至被驱动负载。滚珠丝杠组件为一种常见类型的线性致动器。典型的滚珠丝杠组件使用相对较低的螺距，以便响应于相对较低的输入扭矩实现高线性力和平移。旋转致动器通常包括电动机，该电动机可以机械地联接到被驱动负载并且可以经由多单元电池组或另一电源选择性地通电。通电的电动机通过产生输出扭矩来做出响应，然后将输出扭矩传递到联接的被驱动负载。旋转致动器也可以被流体致动，诸如在旋转叶片和齿条齿轮致动器的情况下。螺纹对螺纹爱克米(acme)螺杆组件为通常用于向被驱动负载施加力的另一示例致动器。然而，由于沿对接螺纹的高摩擦力，因此爱克米螺杆更通常用于这样的摩擦和由此产生的可能的破坏模式被相对较好地耐受的应用中。

发明内容

本文公开了一种紧凑的旋转致动器，在其各种实施例中，其被配置为相对于上面总体上描述的常规致动器提供高扭矩效率和低摩擦。旋转致动器可以用作轴上或离轴解决方案，以有效地驱动铰接面板组件的转动铰接头。代表性的铰接面板组件包括但不限于气动飞行控制表面/面板，诸如襟翼、副翼、方向舵、装饰翼片或布置在固定翼飞机(例如，薄翼飞机)的机翼和尾翼上的支柱。其他航空应用可以从本教导中受益，包括但不限于起落架门和货舱门，所描述的旋转致动器在需要紧凑/高效旋转致动的其他行业中也具有实用性。

如下面详细阐述的，本公开的旋转致动器经由具有一个或多个共享滚珠路径的交错的滚珠回路形成或限定在它们之间共享/再循环滚珠的两个同轴滚珠丝杠。滚珠丝杠中的一个滚珠丝杠相对于旋转致动器的纵向中心轴线径向地位于另一滚珠丝杠内，因此，为了更加清楚起见，两个滚珠丝杠在本文中被称为外滚珠丝杠和内滚珠丝杠。

在公开的实施例中，一个或两个活塞响应于所允许的来自外部压力供应部的流体压力而在外筒内平移。当发生这种情况时，外滚珠丝杠和内滚珠丝杠沿相反的轴向方向平移，平移运动和因此形成的一个或多个活塞的旋转最终导致滚珠在内滚珠丝杠和外滚珠丝杠之间再循环。这完全发生在外筒的外壳内，因此旋转致动器的特点在于没有外部滚珠返回路径。相反，滚珠在一个或多个共享滚珠路径内滚动并沿其平移，该共享滚珠路径可以实施为单个连续的滚珠路径或多个共享滚珠路径，并且一个或多个共享滚珠路径共同形成上述交错的滚珠回路。活塞的旋转最终使内轴旋转，该内轴继而联接至被驱动负载，诸如但不限于上述转动铰接头或铰接面板组件。

外筒限定了一组螺旋形或盘旋形凹槽，这些凹槽形成了外滚珠丝杠的内螺纹。借助于跨过活塞面的压差在外筒内平移的活塞具有包括外滚珠丝杠的外螺纹的外径。活塞的内径包括内滚珠丝杠的内螺纹。由活塞和外筒外接的内轴包括内滚珠丝杠的外螺纹。因此，通过内滚珠丝杠的作用使内轴相对于活塞旋转。

本公开的旋转致动器可以可选地与这种铰接面板组件的转动铰接头同轴地定位，这在薄翼飞机的示例中将消除将相关联的曲柄组件和机械连杆机构容纳在大型下翼独木舟整流罩内的需要。其他配置将旋转致动器从转动铰接头离轴地定位，并经由一个或多个机械连杆将旋转致动器连接至转动铰接头。

在公开的非限制性实施例中，旋转致动器包括多个滚珠、外筒、活塞和内轴。外筒具有多个流体端口，每个流体端口被配置为允许来自流体压力供应部的流体压力。活塞由外筒外接。活塞、外筒和滚珠共同形成外滚珠丝杠。另外，活塞被配置为响应于流体压力而沿着旋转致动器的纵向中心轴线平移。内轴由活塞外接，其中内轴、活塞和滚珠共同形成内滚珠丝杠，该内滚珠丝杠围绕纵向中心轴线与外滚珠丝杠同轴。