飞机辅助动力系统的进气风门装置的制作方法

1.本发明涉及飞机设计领域，具体地涉及飞机的辅助动力系统的进气风门装置的设计。


背景技术：

2.飞机的辅助动力系统(apu)是在飞机的主动力装置之外为独立供应额外的压缩空气或供电的装置。现有的飞机辅助动力系统的进气装置的主流类型的进气风门都是采用旋转开启形式，其中风门在作动器的驱动下绕铰链枢转，以开启和关闭进气口。进气风门的开启方式分为向外开启(图1)和向内开启(图2)。
3.在图1和图2所示的现有的进气风门装置中，包括安装在飞机机身1上的进气风门2。该进气风门2经由铰链3可枢转地连接在飞机机身1上。作动器4例如是电动机，该作动器4的驱动杆连接在进气风门2上，通过驱动杆的伸缩使进气风门2绕铰链3枢转，以打开和关闭进气口。
4.在作动器4中集成有传感器来监测进气风门2的状态，并向作动器4的控制器提供该风门状态信息，以用于对进气风门2的控制。目前在作动器4中使用的通常是旋转压差传感器(rvdt)。
5.这种传统的进气风门装置的形式在使用中被发现存在以下的一些问题：
6.首先，由于进气风门的开启会对飞机的气动性能(例如飞行阻力)产生影响，因此进气风门的开启角度不能过大，这就要求设置较大的进气口才能满足apu的进气要求。增大的进气口又会增加对飞机结构设计的限制。
7.其次，在进气风门为向外开启的情形中，打开的进气风门会正对着气流方向，这就增加了飞机的迎风面积，从而在飞行状态下产生较大的阻力，这会增加飞机的能耗。而若将进气风门改为向内开启的形式，则进气风门又会遮挡apu的进气通道，给维修人员对apu的维护造成妨碍。
8.再次，为了维持开启状态，需要作动器具有较大的作动功率，而较大的作动功率意味着作动器的电机的设计更为复杂，电机也重量更重且体积更大。较大体积的作动器也会影响apu中其他部件的安装和维护。
9.而且，从图1和2中可以看到，无论是将进气风门设置成向内开启还是向外开启，作动器的驱动杆都横亘在进气通道内，从而影响apu的进气效率。而且，在结冰气象条件下，这种横亘在进气通道内的驱动杆会成为冰晶的附着物，增加结冰的风险，而且结在驱动杆上的冰有可能会被apu吸入，造成apu喘振等较为危险的状况。
10.因此，在飞机设计领域中，存在对进气风门装置进行进一步改进的需求，减小进气风门装置的体积以及减轻其重量，从而降低设计难度和制造成本。此外，还需要通过改进进气风门装置的结构来降低飞机能耗、降低apu进气损失，以及降低结冰风险。


技术实现要素：

11.本发明是为了解决以上所述现有技术所存在的问题而作出的。本发明的目的是提供一种结构改进的进气风门装置，其具有较小的体积和重量。此外，本发明还提供能够降低飞机能耗和/或降低结冰风险的进气风门装置的结构。
12.本发明的飞机辅助动力系统的进气风门装置包括：进气风门，该进气风门能够打开和关闭飞机辅助动力系统的舱壁上的进气口；以及，作动器，该作动器安装在舱壁上，并驱动进气风门。其中，进气风门装置还包括一对导轨，导轨安装在舱壁上，并可滑动地承载进气风门的相对两侧，且其中，作动器设置成驱动进气风门在第一位置和第二位置之间线性运动，在第一位置，进气风门将进气口完全关闭，在第二位置，进气口完全打开。
13.本发明的进气风门装置中，作动器驱动进气风门线性运动，从而可完全打开进气口，这样，可以将进气口做得较小就可满足飞机辅助动力系统的进气要求，因而可减轻装置的整体重量。而且，由于进气风门线性运动，在打开进气口时进气风门就不会正对气流，因而不会产生额外阻力，从而能降低飞机的能耗。线性运动开启进气风门所需的功率也较小，因而可降低作动器的重量、体积和复杂程度，从而可降低成本。
14.在一种具体结构中，作动器包括驱动杆，驱动杆的一端连接在进气风门上，从而通过驱动杆的伸出和缩回来驱动进气风门沿导轨作线性运动。
15.较佳地，该作动器在舱壁上的位置设置成当进气风门运动到第二位置时，进气风门和作动器位于进气口的同一侧。这样，在打开进气口时，作动器的驱动杆31就不会横亘在进气口中，从而可降低进气损失，而且在结冰气象条件下还能降低结冰的风险。
16.较佳地，在进气风门的由导轨所承载的两侧的至少一侧上设置有至少一个滚轮，在导轨中形成有凹槽，滚轮配合在凹槽中。这样，在进气风门沿着导轨线性运动时，在进气风门和导轨之间的摩擦阻力就较小。
17.在具体的结构中，作动器可以为以下类型中的一种：电动机、气动缸以及液压缸。
18.较佳地，进气风门装置还包括止挡件，止挡件限制进气风门的行程，以防止进气风门从导轨脱出。
19.其中，止挡件可以包括设置在导轨的远离作动器的一端上的第一挡块。
20.附加地或替代地，止挡件包括在进气口的远离作动器的一侧上固定在舱壁上的第二挡块。
21.较佳地，在作动器中集成有传感器，该传感器监测进气风门的位置。作动器的控制器可根据进气风门的位置信号来控制进气风门。
附图说明
22.从附图所示的结构中可以更加清楚地了解本发明的具体实施方式，其中，在附图中：
23.图1示出了现有技术的进气风门向外开启的进气风门装置的示意图。
24.图2示出了现有技术的进气风门向内开启的进气风门装置的示意图。
25.图3示出了本发明的安装在飞机的舱壁上的进气风门装置的结构示意图，其中示出的是进气风门将进气口关闭的状态。
26.图4示出了的是本发明的进气风门装置的另一种状态的结构示意图，其中进气风
门处于将进气口打开的位置。
27.图5示出了沿着图3中的线a-a得到的剖视图。
28.图6示出了本发明的进气风门装置的一种变型的结构示意图，其中显示该进气风门装置设置有止挡件。
29.(符号说明)
30.1飞机机身(现有技术)
31.2进气风门(现有技术)
32.3铰链(现有技术)
33.4作动器(现有技术)
34.10舱壁
35.11进气口
36.20进气风门装置
37.21进气风门
38.22导轨
39.23滚轮
40.24凹槽
41.25止挡件
42.30作动器
43.31驱动杆
具体实施方式
44.下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当了解，附图中所示的仅仅是本发明的较佳实施例，其并不构成对本发明的范围的限制。本领域的技术人员可以在附图所示的实施例的基础上对本发明进行各种显而易见的修改、变型、等效替换，并且在不相矛盾的前提下，以下所描述的不同实施例中的技术特征可以互相任意地组合，这些都落在本发明的保护范围之内。
45.图3和4示出了本发明的进气风门装置20的结构示意图，该进气风门装置20安装在飞机的舱壁10上，具体是飞机的apu舱壁上。
46.进气风门装置20包括进气风门21，该进气风门21可在第一位置和第二位置之间线性运动，以打开和关闭舱壁10上的进气口11。其中，在第一位置处，进气风门21将进气口11完全关闭，该状态在图3中显示，而在第二位置处，进气风门21将进气口11完全打开，该状态在图4中显示。
47.进气风门装置20还包括导轨22，该导轨22能够引导进气风门21的线性运动。具体地，如图所示，在舱壁10上安装有一对导轨22，分别位于进气口11的相对两侧，并且用于可滑动地承载进气风门21的对应两侧。换言之，导轨22能够引导进气风门21沿着与舱壁10的平面大致平行的方向线性运动，并且能够限制进气风门21的位置。
48.进气风门装置20还包括作动器30，该作动器30固定安装在舱壁10上，并且与进气风门21相连接，用于驱动进气风门21运动。该作动器30具有能够沿线性方向伸出和收缩的驱动杆31。该驱动杆31的一端连接在进气风门21上，通过驱动杆31的伸出和收缩运动，使进
气风门21在导轨22的引导下沿着与舱壁10的平面大致平行的方向线性运动。
49.作动器30的一种示例性实施方式是电驱动，其通过电动机来致动驱动杆31。此外，作动器30还可以采用气动缸的形式，其利用气动力来致动驱动杆31。或者，作动器30还可以是液压驱动的，通过外界液压源输入，致动驱动杆31。这些都在本发明的范围之中。
50.图5示出了图3中的沿线a-a得到的进气风门装置20的截面图。从图5中可以看到，进气风门21的与导轨22相配合的两侧中的至少一侧上设置有至少一个滚轮23。导轨22中设置有凹槽24，滚轮23容纳在该凹槽24中，并能够在凹槽24中滚动。设置滚轮23有助于降低进气风门21沿着导轨22线性运动的阻力。
51.当然，进气风门21上的滚轮23是可选的结构，进气风门21也可不设置滚轮23，而是进气风门21的两条相对侧边直接与导轨22相接触，并能够相对于导轨22滑动。这也在本发明的范围之中。
52.较佳地，如图6所示，进气风门装置20还可包括止挡件25，以在驱动杆31伸出的过程中限制进气风门21的运动行程，以防止因为驱动杆31过度伸出而导致的进气风门21从导轨22脱出。例如，在图中所示的结构中，止挡件25是设置在导轨22的远离作动器30的一端上的挡块的结构。
53.或者，作为附加的或替代的情形，止挡件25也可以是安装在舱壁10上的挡块，且其位于进气口11的远离作动器30的一侧上。
54.较佳地，如图所示，对作动器30的安装位置进行选择，从而当驱动杆31伸出时，进气风门21将进气口11关闭，而当驱动杆31缩回时，进气风门21将进气口11打开。这样，如从图4中可以更好地理解的，当打开进气口11时，进气风门21和作动器30都在进气口11的同一侧，从而驱动杆31不会横亘在进气口11中，也就不会对进气效率产生影响，另外还可以降低结冰的风险。
55.另外较佳地，在作动器30中还可集成有传感器，该传感器可感测进气风门21的位置，并将该位置信息提供给作动器30的控制器，以帮助控制进气风门21的位置。其中，该传感器可以是例如旋转压差传感器(rvdt)等。
56.下面将参照图3和4中所示的优选实施结构来描述本发明的进气风门装置20的动作原理。
57.在图3所示的状态中，作动器30的驱动杆31伸出，进气风门21将进气口11关闭。当作动器30的控制器收到需要将进气口11打开的指令时，作动器30动作，驱动杆31缩回，使得进气风门21在导轨22的引导下向着预定的打开位置滑动。在进气风门21滑动的过程中，进气口11逐步露出，直到完全打开。该打开进气口11的过程可缓慢地进行，以防止气流突然涌入进气通道中而造成的振动。
58.当作动器30接收到关闭进气口11的指令时，作动器30动作，其驱动杆31伸出，使得进气风门21逐步覆盖进气口11，直至将进气口11完全覆盖。
59.通过上述结构的进气风门装置20，由于进气风门21是沿着大致平行于进气风门装置20的平面的方向线性运动的，因此可以将进气口11完全打开。这样，可以将进气口11设置得较小同样可满足进气要求。相应的，用来关闭进气口11的进气风门21也可以做得较小，从而减轻重量。另外，滑动开启的形式对作动器的功率等方面的要求也较小，因而作动器的重量、体积和复杂程度也可降低，进而降低了总体的涉及难度和制造成本，并且其安装也更方
便。
60.而且，在打开进气口11时，进气风门21可以完全缩进舱壁10中，不会暴露于飞机的外部气流，因此不会造成额外阻力，降低飞机的能耗。
61.最后，在图中所示的优选结构中，作动器30的位置设置成当进气口11打开时导轨22和作动器30都在进气口11的同一侧上，因此驱动杆31不会横亘在进气口11中。这有助于降低进气损失，而且还能降低结冰风险。

技术特征：
1.一种飞机辅助动力系统的进气风门装置，所述进气风门装置包括：进气风门，所述进气风门能够打开和关闭所述飞机辅助动力系统的舱壁上的进气口；以及，作动器，所述作动器安装在所述舱壁上，并驱动所述进气风门，其特征在于，所述进气风门装置还包括一对导轨，所述导轨安装在所述舱壁上，并可滑动地承载所述进气风门的相对两侧，且其中，所述作动器设置成驱动所述进气风门在第一位置和第二位置之间线性运动，在所述第一位置，所述进气风门将所述进气口完全关闭，在所述第二位置，所述进气口完全打开。2.如权利要求1所述的进气风门装置，其特征在于，所述作动器包括驱动杆，所述驱动杆的一端连接在所述进气风门上，从而通过所述驱动杆的伸出和缩回来驱动所述进气风门沿所述导轨作线性运动。3.如权利要求2所述的进气风门装置，其特征在于，所述作动器在所述舱壁上的位置设置成当所述进气风门运动到所述第二位置时，所述进气风门和所述作动器位于所述进气口的同一侧。4.如权利要求1所述的进气风门装置，其特征在于，在所述进气风门的由所述导轨所承载的两侧的至少一侧上设置有至少一个滚轮，在所述导轨中形成有凹槽，所述滚轮配合在所述凹槽中。5.如权利要求1所述的进气风门装置，其特征在于，所述作动器为以下类型中的一种：电动机、气动缸以及液压缸。6.如权利要求2所述的进气风门装置，其特征在于，所述进气风门装置还包括止挡件，所述止挡件限制所述进气风门的行程，以防止所述进气风门从所述导轨脱出。7.如权利要求6所述的进气风门装置，其特征在于，所述止挡件包括设置在所述导轨的远离所述作动器的一端上的第一挡块。8.如权利要求6或7所述的进气风门装置，其特征在于，所述止挡件包括在所述进气口的远离所述作动器的一侧上固定在所述舱壁上的第二挡块。9.如权利要求1所述的进气风门装置，其特征在于，在所述作动器中集成有传感器，所述传感器监测所述进气风门的位置。

技术总结
一种飞机辅助动力系统的进气风门装置包括：进气风门，该进气风门能够打开和关闭飞机辅助动力系统的舱壁上的进气口；以及，作动器，该作动器安装在舱壁上，并驱动进气风门。其中，进气风门装置还包括一对导轨，导轨安装在舱壁上，并可滑动地承载进气风门的相对两侧，且其中，作动器设置成驱动进气风门在第一位置和第二位置之间线性运动，在第一位置，进气风门将进气口完全关闭，在第二位置，进气口完全打开。该进气风门装置能够具有较小的体积和重量，并且还能通过降低飞行阻力节省飞机能耗。且还能通过降低飞行阻力节省飞机能耗。且还能通过降低飞行阻力节省飞机能耗。


技术研发人员：薛伟伟 陈亚新 马扬 顾程 李彦双
受保护的技术使用者：中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/6/14