узел замка шасси, тепловой привод (варианты) и способ приведения в действие механизма замка шасси

Формула изобретения

1. Узел замка шасси для удерживания и освобождения систем шасси, включающий:

тепловой привод, содержащий:

камеру для расширяющегося материала;

систему нагрева, соединенную с камерой для нагрева расширяющегося материала, который вызывает объемное расширение этого материала;

поршень, соединенный с камерой с возможностью скольжения и предназначенный для выдвижения при указанном объемном расширении материала; и

механизм отпирания замка шасси, приводимый в действие поршнем при его выдвижении с возможностью освобождения таким образом, что при таком приведении в действие механизм отпирания замка шасси вызывает освобождение шасси;

причем система нагрева дополнительно содержит первое резистивное нагревательное устройство, предназначенное для нагрева расширяющегося материала, и второе термоэлектрическое устройство, работающее на основе эффекта Пельтье, для поочередного нагрева и охлаждения расширяющегося материала, причем нагрев и охлаждение обеспечивают привод поршня; и

резистивное нагревательное устройство и термоэлектрическое устройство выполнены таким образом, что одно из этих устройств может самостоятельно нагревать расширяющийся материал, в результате чего происходит выдвижение поршня, когда другое устройство не действует, обеспечивая резервирование.

2. Узел замка шасси по п.1, в котором расширяющийся материал содержит твердый парафин.

3. Узел замка шасси по п.1, в котором тепловой привод дополнительно содержит датчик температуры, расположенный внутри камеры и обеспечивающий измерение температуры расширяющегося материала.

4. Узел замка шасси по п.3, содержащий систему управления, соединенную с датчиком температуры, причем система управления принимает измеренные значения температуры и поддерживает температуру расширяющегося материала в заданном диапазоне, находящемся ниже заданного порогового значения.

5. Узел замка шасси по п.4, в котором заданное пороговое значение представляет собой точку плавления расширяющегося материала.

6. Узел замка шасси по п.5, в котором резистивное нагревательное устройство, выполнено с возможностью обеспечивать нагрев расширяющегося материала совместно с указанным термоэлектрическим устройством.

7. Узел замка шасси по п.1, дополнительно содержащий второй привод, выбранный из группы, состоящей из второго теплового привода, привода с электродвигателем, гидравлического привода и соленоидного привода, причем второй привод действует и взаимодействует с механизмом отпирания замка шасси, когда тепловой привод не действует.

8. Узел замка шасси по п.1, дополнительно содержащий первое термостатическое нагревательное устройство, соединенное с камерой и сообщающееся с расширяющимся материалом, причем оно предназначено для нагрева этого материала до заданной температуры и поддержания этой температуры, и система нагрева предназначена для нагрева этого материала от заданной температуры до второй температуры, в результате чего происходит объемное увеличение расширяющегося материала.

9. Узел замка шасси по п.8, в котором первое термостатическое, нагревательное устройство содержит нагреватель с положительным температурным коэффициентом.

10. Узел замка шасси по п.8, в котором заданная температура представляет собой значение температуры, находящееся ниже точки плавления расширяющегося материала.

11. Тепловой привод, содержащий:

камеру для расширяющегося материала;

систему нагрева, соединенную с камерой и содержащую первое резистивное нагревательное устройство, предназначенное для нагрева расширяющегося материала, в результате чего происходит увеличение его объема, и второе термоэлектрическое устройство, работающее на основе эффекта Пельтье, для поочередного нагрева и охлаждения этого материала, что приводит к его соответствующему объемному расширению и сжатию; и

поршень, соединенный с камерой с возможностью скольжения и предназначенный для выдвижения при указанном объемном расширении материала;

причем резистивное нагревательное устройство и термоэлектрическое устройство выполнены таким образом, что одно из этих устройств может самостоятельно нагревать расширяющийся материал, в результате чего происходит выдвижение поршня, когда другое устройство не действует, то есть, обеспечивается резервирование.

12. Тепловой привод по п.11, в котором расширяющийся материал содержит твердый парафин.

13. Тепловой привод по п.11, содержащий дополнительно датчик температуры, расположенный внутри камеры и обеспечивающий измерение температуры расширяющегося материала.

14. Тепловой привод по п.13, содержащий систему управления, соединенную с датчиком температуры, причем система управления выполнена с возможностью принимать измеренные значения температуры и поддерживать температуру расширяющегося материала в заданном диапазоне, находящемся ниже заданного порогового значения.

15. Тепловой привод по п.14, в котором заданное пороговое значение представляет собой точку плавления расширяющегося материала.

16. Тепловой привод по п.11, в котором резистивное нагревательное устройство выполнено с возможностью обеспечивать нагрев расширяющегося материала совместно с указанным термоэлектрическим устройством.

17. Тепловой привод, содержащий:

камеру для содержания в ней расширяющегося материала;

первое термостатическое нагревательное устройство, соединенное с камерой и сообщающееся с расширяющимся материалом, причем оно предназначено для нагрева этого материала до заданной температуры и поддержания этой температуры;

систему нагрева, соединенную с камерой и сообщающуюся с расширяющимся материалом, которая предназначена для нагрева этого материала от заданной температуры, в результате чего происходит объемное увеличение расширяющегося материала; и

поршень, соединенный с камерой с возможностью скольжения и предназначенный для выдвижения при указанном объемном расширении материала;

причем система нагрева содержит первое резистивное нагревательное устройство, предназначенное для нагрева расширяющегося материала, и/или второе термоэлектрическое устройство, работающее на основе эффекта Пельтье, для поочередного нагрева и охлаждения расширяющегося материала, причем нагрев и охлаждение обеспечивают привод поршня; и

резистивное нагревательное устройство и термоэлектрическое устройство выполнены таким образом, что одно из этих устройств может самостоятельно нагревать расширяющийся материал, в результате чего происходит выдвижение поршня, когда другое устройство не действует, обеспечивая резервирование.

18. Тепловой привод по п.17, в котором первое термостатическое нагревательное устройство содержит нагреватель с положительным температурным коэффициентом.

19. Тепловой привод по п.17, в котором заданная температура представляет собой значение температуры, находящееся ниже точки плавления расширяющегося материала.

20. Способ приведения в действие механизма замка шасси тепловым приводом для освобождения запирающего элемента, удерживающего шасси, включающий:

нагрев расширяющегося материала, находящегося внутри камеры теплового привода, в результате чего происходит объемное расширение нагретого расширяющегося материала при его переходе из твердой в жидкую фазу, и как следствие происходит перемещение поршня теплового привода, который соединен с камерой; и

при этом перемещении поршень приводит в действие механизм замка шасси для освобождения запирающего элемента, упруго соединенного с ним;

нагрев расширяющегося материала содержит дополнительно:

нагрев расширяющегося материала до первой заданной температуры и поддержание этой температуры, находящейся ниже точки плавления этого материала;

получение сигнала на освобождение шасси;

нагрев расширяющегося материала до второй температуры, превышающей точку плавления этого материала, после получения указанного сигнала, причем при этой второй температуре происходит объемное расширение расширяющегося материала для обеспечения освобождения запирающего элемента;

и способ включает дополнительно:

a) использование первого и второго нагревательных устройств, каждое из которых предназначено для нагрева расширяющегося материала;

b) нагрев расширяющегося материала первым или вторым нагревательным устройством;

c) контроль работы указанного первого или второго нагревательного устройства для определения его неисправности; и

d) нагрев расширяющегося материала другим нагревательным устройством при определении неисправности указанного первого или второго нагревательного устройства.

21. Способ по п.20, в котором первое нагревательное устройство содержит резистивное нагревательное устройство, предназначенное для нагрева расширяющегося материала, и второе нагревательное устройство содержит термоэлектрическое устройство, работающее на основе эффекта Пельтье, для поочередного нагрева и охлаждения расширяющегося материала, причем нагрев и охлаждение обеспечивают привод поршня.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к системам управления шасси и, в частности, к механизмам удерживания и освобождения шасси, когда оно находится в убранном положении.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Механизмы замков шасси летательных аппаратов предназначены для запирания шасси в убранном положении и удерживания (вместе с другими конструкциями) веса шасси в полете. Механизм замка шасси традиционно состоит из подпружиненной защелки, которая запирает шасси в убранном положении, и гидравлического цилиндра, отпирающего замок для освобождения шасси, которое может быть выпущено для выполнения посадки.

В современных системах летательных аппаратов в качестве источников механической энергии обычно используются гидравлические подсистемы. Как правило, в замках шасси используется один гидравлический привод для осуществления функции отпирания замка, и часто используется дополнительно тросовая система ручного привода для отпирания замка в случае отказа гидравлической системы. В других конструкциях замков в качестве резервного средства используется вспомогательный гидравлический привод. Недостатками систем гидравлического привода является сложность конструкции и нежелательное увеличение веса летательного аппарата.

В авиационной промышленности наметилась тенденция к использованию систем электрического привода. Использование систем электрического привода вместо гидравлических систем приводит к снижению общего веса летательных аппаратов. Однако системы электрического привода достаточно сложны в изготовлении, и их надежность недостаточно высока.

При решении задачи отпирания замка шасси с помощью электрического привода использовались два подхода. В первом подходе в качестве основного исполнительного механизма использовался электромагнитный соленоид. Обычно соленоиды развивают сравнительно небольшое усилие на единицу массы, однако они имеют простую конструкцию и высокую надежность. Соленоидные системы могут использоваться в тех случаях, когда шасси может быть поднято с крюка замка перед срабатыванием соленоида, то есть, на крюк уже не будет действовать вес шасси. В случае отказа, когда механизм подъема шасси выходит из строя, вес шасси, действующий на крюк, будет слишком велик для соленоида, и он не сможет отпереть замок. Системы, в которых в качестве основного средства отпирания замка используются соленоиды, также снабжаются вспомогательными отпирающими механизмами. Такой отпирающий механизм может приводиться в действие вручную с помощью троса, но обычно используется электромеханический привод. В электромеханическом приводе используется электродвигатель вместе с редуктором для увеличения развиваемого усилия/момента. Электромеханические приводы имеют сложную конструкцию, и для них характерны режимы неприятных отказов.

Соответственно, существует потребность в системе привода шасси летательного аппарата, которая обеспечивает отпирание замка шасси таким образом, что вышеуказанные недостатки сводятся к минимуму или вообще исключаются. Кроме того, существует потребность в механизме привода, в котором сведены к минимуму или вообще исключаются недостатки известных технических решений.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предлагается узел замка шасси, содержащий основной и/или вспомогательный тепловой привод для отпирания соединенного с ним механизма замка шасси. В соответствии с настоящим изобретением для приведения в действие механизма отпирания замка шасси используется по меньшей мере один тепловой привод.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения тепловой привод содержит камеру для содержания расширяющегося материала, такого как твердый парафин, или другой подходящий материал. Тепловой привод содержит дополнительно поршень, устроенный таким образом, что он выдвигается для приведения в действие механизма отпирания замка шасси и его освобождения. В тепловом приводе используется нагревательная система для нагрева твердого парафина и его соответствующего объемного расширения, например, при переходе из твердой фазы в жидкую. В одном из вариантов осуществления изобретения система нагрева содержит, например, резистивные нагревательные устройства, которые используются для плавления расширяющегося материала, содержащегося внутри цилиндрической камеры, для обеспечения выдвижения поршня и его линейного перемещения. В соответствии с другим вариантом тепловой привод содержит термоэлектрическое нагревательное устройство, в котором используется эффект Пельтье, для нагрева расширяющегося материала в камере и линейного перемещения поршня для последующего освобождения шасси. В соответствии с другим вариантом тепловой привод содержит термоэлектрическое устройство и резистивное нагревательное устройство для совместного нагрева расширяющегося материала.

В настоящем изобретении предлагается еще один вариант узла замка шасси, содержащего тепловой привод для частичного или полного привода механизма отпирания замка шасси.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения тепловой привод содержит дополнительно первое и второе нагревательные устройства с однократным резервированием для нагрева расширяющегося материала, такого как твердый парафин. В одном из вариантов первое нагревательное устройство содержит термоэлектрический тепловой насос для передачи тепла в привод для плавления парафина и для отвода тепла из привода для охлаждения парафина. В соответствии с другим вариантом второе нагревательное устройство содержит дополнительно резистивный нагревательный элемент для нагрева расширяющегося материала.

В соответствии с одним из вариантов предлагается тепловой привод, который содержит: камеру для содержания в ней расширяющегося материала; первое термостатическое нагревательное устройство, соединенное с камерой и сообщающееся с расширяющимся материалом, причем это первое термостатическое нагревательное устройство предназначено для нагрева материала до заданной температуры и поддержания этой температуры; нагревательное устройство, соединенное с камерой и сообщающееся с расширяющимся материалом, которое предназначено для нагрева этого материала от заданной температуры, в результате чего происходит объемное увеличение расширяющегося материала; и поршень, соединенный с камерой с возможностью скольжения и предназначенный для выдвижения при указанном объемном расширении материала.

В одном из вариантов заданная температура является температурой, которая ниже температуры плавления расширяющегося материала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Некоторые варианты осуществления изобретения описываются ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:

фигура 1 - вид сбоку узла замка шасси, содержащего тепловой привод, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

фигура 2 - вид в перспективе теплового привода отпирания замка, входящего в состав узла замка шасси фигуры 1;

фигура 3 - вид сбоку и вид сечения теплового привода в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

фигура 4 - электрическая схема нагревателя с положительным температурным коэффициентом (РТС-нагревателя), используемого в тепловом приводе;

фигура 5 - вид в перспективе узла замка шасси в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

фигура 6 - блок-схема, иллюстрирующая работу системы управления и датчика температуры теплового привода в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

фигура 7 - блок-схема, иллюстрирующая работу термостатического нагревательного устройства и нагревателя теплового привода в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фигуре 1 представлен вид одного из вариантов узла 100 замка шасси, содержащего тепловой привод 1, приводящий в действие механизм 4 отпирания замка и освобождающий запорный крюк 6 для отпускания шасси и/или дверей летательного аппарата, которые находятся в убранном или закрытом положении. Например, может обеспечиваться освобождение шасси для посадки летательного аппарата. Как это будет ясно специалистам в данной области техники, тепловые приводы могут также указываться как парафиновые или восковые приводы.

Тепловой привод 1 содержит по существу закрытую камеру, которая может иметь, например, цилиндрическую форму, устроенную таким образом, чтобы в ней содержался расширяющийся материал 15, например, твердый парафин (см. фигуру 3), объем которого может изменяться при изменении температуры (например, твердый парафин или другие материалы, которые могут расширяться при фазовом переходе из твердого в жидкое состояние, вызываемом нагревом материала). Предпочтительно цилиндрическая камера изготовлена из жесткого материала. Кроме того, тепловой привод 1 содержит нагревательное устройство, присоединенное к цилиндрической камере и сообщающееся с расширяющимся материалом для его нагрева, вызывающего расширение материала, например, при его переходе из твердой фазы в жидкую. Как показано на фигуре 1, тепловой привод 1 содержит дополнительно поршень 3, соединенный с камерой и предназначенный для взаимодействия с механизмом 4 отпирания замка шасси для освобождения запорного крюка 6 при нагреве расширяющегося материала.

Работа узла 100 замка шасси описывается ниже со ссылками на фигуру 1. Узел 100 замка предназначен для использования с шасси летательного аппарата и дверцами люка шасси. Узел 100 замка шасси на фигуре 1 показан в таком положении, как он сориентирован в нише шасси. Для запирания шасси (не показано) в процессе полета его сажают на подпружиненный запорный крюк 6, который поворачивается вверх (против часовой стрелки) вокруг первого центра 8 вращения. Для освобождения шасси нагревательное устройство теплового привода 1 нагревает расширяющийся материал. Повышение температуры расширяющегося материала приводит к увеличению его объема. В результате увеличения объема материала возникает сила, действующая на поршень 3 теплового привода 1, так что поршень 3 выдвигается и поворачивает механизм 4 отпирания замка вокруг второго центра 2 вращения. С другой стороны, когда расширяющийся материал внутри камеры охлаждается, например, путем отвода тепла от материала с помощью нагревательного устройства, объем материала уменьшается, что приводит к втягиванию поршня 3. После того как шасси освобождено, сила натяжения упругого смещающего элемента, такого как пружина 5, возвращает запорный крюк 6 в положение отпирания, то есть, запорный крюк 6 поворачивается по часовой стрелке вокруг первого центра 8 вращения. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения при отказе системы электропривода шасси также может быть освобождено с помощью тросового устройства 7, соединенного с отпирающим механизмом 4 замка.

Тепловой привод 1

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения нагревательная система теплового привода 1 содержит дополнительно первое и/или второе нагревательные устройства, с обеспечением однократного резервирования, для нагрева расширяющегося материала, такого как твердый парафин. В одном из вариантов первое нагревательное устройство содержит термоэлектрический тепловой насос, работающий на основе эффекта Пельтье, который обеспечивает передачу тепла в привод 1 для плавления расширяющегося материала, такого как воск, а также отводит тепло от привода 1, когда необходимо более быстрое охлаждение воска. В соответствии с другим вариантом второе нагревательное устройство содержит дополнительно резистивный нагревательный элемент для нагрева расширяющегося материала.

Как хорошо известно специалисту в данной области техники, резервирование представляет собой повышение надежности системы за счет дублирования некоторых компонентов системы для обеспечения ее работоспособности, когда один из ее компонентов выходит из строя или по любой иной причине становится неработоспособным. Соответственно, как будет описано ниже, первое и второе нагревательные устройства предназначены для обеспечения резервирования функции нагрева расширяющегося материала.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения используются нагревательные устройства с однократным резервированием. На фигуре 3 показан вид сбоку и вид сечения теплового привода 1, в котором используются два нагревательных устройства, а именно, термоэлектрический тепловой насос 12, работающий на основе эффекта Пельтье, и резистивный нагревательный элемент 13. Таким образом, для плавления расширяющегося материала, например твердого парафина 15, содержащегося внутри теплового привода 1, используется электрический нагрев, в результате чего материал расширяется и вызывает срабатывание механизма 4 отпирания замка шасси. Предпочтительно, для повышения надежности при использовании теплового привода на летательных аппаратах, для нагрева парафина 15 используется электрический нагрев с однократным резервированием. В одном из вариантов осуществления изобретения используется резистивный нагреватель 13 из нихромовой проволоки и термоэлектрический тепловой насос 12, работающий на основе эффекта Пельтье. Каждый вид нагрева может обеспечить достаточно энергии для независимого привода механизма 4 отпирания замка шасси. То есть, если одно из двух нагревательных устройств, резистивный нагреватель 13 из нихромовой проволоки или термоэлектрический тепловой насос 12, выходит из строя, то другое нагревательное устройство может нагревать материал 15 и обеспечивать его достаточное объемное расширение для обеспечения выдвижения поршня 3. Кроме того, когда оба нагревательных устройства, резистивный нихромовый нагреватель 13 и термоэлектрический тепловой насос 12, используются вместе, то обеспечивается более быстрый нагрев материала 15 и более быстрое выдвижение поршня 3, в результате чего снижается время срабатывания механизма 4 отпирания замка шасси.

Следует отметить также, что термоэлектрический тепловой насос 12 обеспечивает подачу тепла в привод 1 для плавления воска 15, а также может обеспечивать отвод тепла из привода 1 для его более быстрого охлаждения. Как уже указывалось, резистивный нагревательный элемент 13 также может использоваться для нагрева расширяющегося материала. Когда тепловой привод 1 содержит оба нагревательных устройства, как показано на фигуре 3, термоэлектрический тепловой насос 12 обеспечивает нагрев расширяющегося материала совместно с резистивным нагревательным элементом 13. Таким образом, нагревательные устройства с однократным резервированием обеспечивают более быстрый нагрев расширяющегося материала, например парафина 15, для более быстрого выдвижения поршня 3 и срабатывания механизма 4 отпирания замка шасси. Кроме того, как указывалось выше, термоэлектрический тепловой насос 12 обеспечивает также отвод тепла из привода 1 для более быстрого охлаждения расширяющегося материала и, соответственно, для более быстрого уменьшения объема материала. При уменьшении объема материала на поршень 3 больше не будет действовать выталкивающая сила, и он может втягиваться.

Соответственно, небольшие объемы твердого парафина 15 или другого расширяющегося материала при их плавлении могут создавать высокие давления в камере, действующие на поршень 3, в результате чего он выдвигается. Таким образом, одно или оба нагревательных устройства, термоэлектрический тепловой насос 12 и резистивный нагревательный элемент 13, могут использоваться для нагрева расширяющегося материала, такого как парафин 15. Кроме того, такой нагрев с однократным резервированием обеспечивает выполнение нагрева твердого парафина 15 одним из нагревательных устройств в случае отказа другого устройства. В том случае, когда используются оба нагревательных устройства, термоэлектрический тепловой насос 12 и резистивный нагревательный элемент 13, обеспечивается более быстрый нагрев и более быстрое охлаждение расширяющегося материала 15.

Как показано на фигуре 2, тепловой привод 1 содержит соединитель 9, теплопроводную торцевую крышку 11, корпус 10, формирующий камеру с расширяющимся материалом, и поршень 3.

На сечении теплового привода 1, приведенного на фигуре 3, показан расширяющийся материал 15, например парафин, содержащийся внутри термоизолированного корпуса 10, и теплопроводная торцевая крышка 11. Для выдвижения поршня 3 на оба нагревательных устройства, термоэлектрический тепловой насос 12 и резистивный нагревательный элемент 13, подается электрическое напряжение. Термоэлектрический нагреватель 12, передающий тепло парафину 15 или отводящий тепло от него через теплопроводную торцевую крышку 11, находится снаружи теплового привода 1. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения напряжение на резистивный нагревательный элемент 13 подается через герметичный соединитель 9.

При разработке теплового привода 1 особое внимание было уделено обеспечению полного втягивания поршня 3 после каждого цикла работы. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения для возврата теплового привода 1 в исходное состояние он снабжен встроенной пружиной 17, которая способствует втягиванию поршня 3, когда воск 15 охлаждается и твердеет.

Как показано на фигуре 3, для обеспечения практически полного втягивания поршня 3 при затвердевании расширяющегося материала 15 в тепловом приводе 1 используется пружина 17. В соответствии с рассматриваемым вариантом пружина 17 сжатия противодействует линейному выдвижению поршня 3, так что при охлаждении поршень 3 возвращается в исходное положение. Дополнительный кольцевой выступ 16 поршня используется в качестве жесткого упора для ограничения движения поршня 3 между корпусом 10 и монтажной крышкой 20.

Как можно видеть на фигуре 3, тепловой привод 1 содержит также уплотнения 14 высокого давления, которые удерживают расширяющийся парафин 15, когда он плавится при нагреве. Кроме того, тепловой привод 1 содержит уплотнения 18, которые предотвращают попадание внутрь привода загрязняющих веществ и частиц из внешней среды, которые могли бы создавать препятствия внутреннему движению привода 3 или пружины 17. Монтажная крышка 20 и торцевая крышка 11 присоединяются к корпусу 10 с помощью резьбы 19.

Термоэлектрический тепловой насос 12, работающий на основе эффекта Пельтье

Ниже приводится общее описание работы термоэлектрического теплового насоса 12, используемого в тепловом приводе 1, показанном на фигуре 3. Термоэлектрический тепловой насос 12 является полупроводниковым прибором, который создает поток термодинамической энергии между двумя противолежащими пластинами. Количество передаваемого тепла пропорционально величине тока, проходящего через чередующиеся слои полупроводников n-типа и р-типа, и выражается формулой:

Q=2N{ IT_c-[(I² )/(2G)]-K TG}

Q: перекачиваемое тепло (Вт)

N: число термопар

: коэффициент Зеебека (V/K)

I: ток (А)

T_c: температура холодной стороны (К)

: сопротивление (Ом)

G: величина/длина термоэлектрического элемента (см)

K: удельная теплопроводность (Вт/см·К)

T: температура горячей стороны минус температура холодной стороны (К).

Термоэлектрические устройства 12 могут использоваться для эффективного нагрева таких материалов, как парафин 15, путем отбора тепла от окружающей среды, а также путем передачи тепла, возникающего в результате внутренних резистивных потерь. Изменяя полярность напряжения, подаваемого на термоэлектрический тепловой насос 12, можно охлаждать материал путем перекачивания тепла в другом направлении и выпуска его в атмосферу. Таким образом, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, когда шасси освобождается в результате нагрева расширяющегося материала 15, тепловая энергия жидкого парафина 15 может активно рассеиваться путем изменения полярности напряжения, подаваемого на термоэлектрическое устройство 12. Такое сочетание нагрева и охлаждения с использованием свойства реверсивной передачи тепла термоэлектрическим устройством 12 является достоинством, поскольку в результате более быстрого нагрева и охлаждения парафина 15 сокращается общее время цикла работы привода.

Тепловая энергия, передаваемая через термоэлектрическое устройство 12 на этапе охлаждения, рассеивается через теплоотвод (на фигурах не показан). Для уменьшения количества металла, которое должно быть нагрето при срабатывании привода, теплоотвод имеет небольшие размеры, и для рассеивания необходимой тепловой энергии используется принудительная конвекция, создаваемая вентилятором.

Корпус 10

Материалы, окружающие и/или находящиеся в контакте с парафином 15, выбираются таким образом, чтобы они имели низкую удельную теплопроводность. Этот принцип конструирования позволяет снизить тепловые потери в результате рассеивания тепла, увеличить эффективность и, соответственно, сократить время цикла работы привода. Осуществление этого принципа может проявляться в изготовлении корпуса 10 привода 1 (фигуры 2, 3) из высокопрочного полимера или в использовании изолирующих вставок внутри металлического корпуса. При этом особое внимание должно быть уделено необходимой передаче тепла в термоэлектрическое устройство 12 и от него через торцевую крышку 11.

Как уже указывалось, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения для осуществления функции отпирания замка используется тепловой привод 1 с одной камерой. Передача тепла от двух источников, например, от резистивного нихромового нагревателя 13 и термоэлектрического теплового насоса 12, используется для повышения надежности за счет резервирования.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения в узле 100 замка шасси используется второй тепловой привод (на фигурах не показан) в качестве вспомогательной системы отпирания замка дополнительно к первому тепловому приводу 1. Этот второй тепловой привод 1 работает от отдельного источника питания для обеспечения дополнительного резервирования привода. Понятно, если один из двух тепловых приводов выйдет из строя, то другой привод будет обеспечивать срабатывание механизма 4 отпирания замка шасси и, соответственно, освобождение запорного крюка 6 и шасси. В этом втором тепловом приводе может использоваться одно из нагревательных устройств, резистивный нихромовый нагреватель 13 или термоэлектрический тепловой насос 12, или оба устройства для плавления парафина 15 и, соответственно, освобождения шасси.

Достоинством предлагаемого в изобретении технического решения является то, что тепловой привод 1 вырабатывает сравнительно большое усилие на единицу массы. Как правило, тепловые приводы обладают гладкими рабочими характеристиками и могут использоваться в системах управления с обратной связью. Недостатком известных тепловых приводов является большое время рабочего цикла. Поскольку нагревательная система должна нагреть и расплавить воск, привод не может сработать мгновенно. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения время срабатывания привода может быть сокращено за счет минимизации объема воска в цилиндрической камере корпуса 10, в результате чего минимизируется теплопередача через корпус привода и достигается подача максимального количества энергии.

Датчик 602 температуры и система 604 управления

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения тепловой привод 1 содержит также датчик 602 температуры и систему 604 управления, как показано на фигуре 6. Датчик 602 температуры обеспечивает измерение температуры расширяющегося материала, например парафина 15, а система 604 управления принимает измеренные значения температуры и осуществляет непрерывное управление температурой материала на основе измеренных значений.

Датчик 602 температуры может быть установлен внутри парафина 15 теплового привода 1. Как показано на фигуре 6, измеренные значения температуры парафина 15 могут быть поданы в систему 604 управления, которая обеспечивает поддержание температуры, которая немного ниже точки плавления парафина. В этом случае, когда температура парафина 15 находится чуть ниже точки плавления, нагревательные устройства 603, например резистивный нихромовый нагреватель 13 и/или термоэлектрический тепловой насос 12 или другие нагревательные устройства, должны доставить лишь количество тепловой энергии, которое равно скрытой теплоте плавления, для плавления парафина 15, в результате чего он расширяется, и поршень 3 выдвигается. Такое решение позволяет уменьшить время реакции теплового привода 1, поскольку расширяющийся материал 15 поддерживается при заданной температуре чуть ниже точки плавления, и резистивный нихромовый нагреватель 13 и/или термоэлектрический тепловой насос 12 доставляют достаточно энергии для плавления расширяющегося материала 15. Кроме того, специалисту в данной области техники будет ясно, что датчик 602 температуры и система 604 управления могут быть аналогичным образом реализованы и во втором тепловом приводе (не показан).

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения тепловой привод 1 содержит также датчик давления, соединенный с расширяющимся материалом и системой 604 управления. Датчик давления предназначен для измерения давления расширяющегося материала и передачи измеренных значений давления. В одном из вариантов осуществления изобретения система 604 управления принимает измеренные значения давления и поддерживает давление расширяющегося материала на заданном уровне. Система управления обеспечивает также определение неисправности теплового привода 1, возникшего в результате избыточного давления.

Как уже было указано, в предпочтительном варианте температура расширяющегося материала 15 поддерживается на заданном уровне, чуть ниже точки его плавления, так что для выдвижения поршня 3 достаточно лишь энергии, которая равна скрытой теплоте плавления. В рассматриваемом варианте для поддержания температуры на требуемом уровне используется система 604 активного управления с обратной связью от датчиков 602 температуры. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения тепловой датчик 1 обеспечивает сокращение длительности цикла работы привода путем поддержания температуры расширяющегося материала 15 на первом заданном уровне с помощью термостатического нагревательного устройства 702.

Термостатическое нагревательное устройство 702

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, представленным на фигуре 7, тепловой привод 1 содержит первое термостатическое нагревательное устройство 702, соединенное с камерой и сообщающееся с материалом 15, так что оно в процессе работы нагревает материал 15 до первой заданной температуры и поддерживает эту первую заданную температуру, которая может быть, например, немного ниже температуры плавления расширяющегося материала.

В соответствии с рассматриваемым вариантом тепловой привод 1 содержит также вторую нагревательную систему 704, соединенную с камерой и сообщающуюся с материалом 15, так что в процессе работы вторая нагревательная система 704 нагревает расширяющийся материал 15 от первой заданной температуры до второй заданной температуры. Специалисту в данной области техники будет ясно, что первая и вторая заданные температуры могут включать диапазон необходимых температур.

В одном из вариантов первое термостатическое нагревательное устройство содержит нагреватель с положительным температурным коэффициентом (РТС-нагреватель), предназначенный для нагрева расширяющегося материала 15 до требуемой пороговой температуры и поддержания этой температуры материала 15. Второе нагревательное устройство содержит нагреватель, такой как резистивный нагревательный элемент или термоэлектрический тепловой насос, работающий с использованием эффекта Пельтье, для передачи тепла расширяющемуся материалу 15. Как уже указывалось, вторая нагревательная система 704 предназначена для нагрева расширяющегося материала от первой температуры, полученной с помощью термостатического нагревательного устройства 702, до второй заданной температуры, например, до температуры плавления расширяющегося материала. Таким образом, вторая нагревательная система 704 обеспечивает нагрев расширяющегося материала до некоторой температуры, при которой происходит плавление материала 15 и, соответственно, увеличение его объема, в результате чего возникает сила, достаточная для выдвижения поршня 3.

Как уже указывалось, в соответствии с предпочтительным вариантом тепловой привод 1 снабжен двумя нагревательными устройствами для обеспечения однократного резервирования, так что если одно из устройств выходит из строя или не работает под другой причине, другое нагревательное устройство будет обеспечивать нагрев расширяющегося материала 15 в достаточной степени для выдвижения поршня 3. Кроме того, в нагревательной системе с однократным резервированием два нагревательных устройства могут работать совместно для более быстрого нагрева расширяющегося материала 15 и дополнительного сокращения цикла работы привода.

В соответствии с рассматриваемым вариантом вторая нагревательная система 704 содержит нагревательные устройства с однократным резервированием. В этом случае нагревательная система с однократным резервированием обеспечивает нагрев расширяющегося материала 15 совместно с термостатическим нагревательным устройством. То есть, термостатическое нагревательное устройство 702 может перед срабатыванием привода поддерживать заданную пороговую температуру расширяющегося материала 15, например, первую заданную температуру, которая может быть ниже точки плавления материала 15. Каждое из двух нагревательных устройств системы с однократным резервированием после включения привода может независимо обеспечивать достаточно энергии для плавления расширяющегося материала 15, или же оба нагревательных устройства могут использоваться параллельно для обеспечения более быстрого нагрева расширяющегося материал 15 после включения привода.

В одном из вариантов система нагрева с однократным резервированием содержит первое нагревательное устройство, такое как термоэлектрический тепловой насос 12, и второе нагревательное устройство, такое как резистивный нагревательный элемент 13. Система нагрева с однократным резервированием осуществляет нагрев расширяющегося материала 15 вместе с термостатическим нагревательным устройством 702, содержащим нагреватель с положительным температурным коэффициентом.

Как это будет ясно специалисту в данной области техники, могут быть предложены системы нагрева с однократным резервированием, содержащие и другие комбинации нагревательных устройств. Например, система нагрева с однократным резервированием может содержать два термоэлектрических тепловых насоса 12, сообщающихся с расширяющимся материалом 15 и устроенных таким образом, что они работают совместно с термостатическим нагревательным устройством для нагрева материала 15 от первой заданной температуры, например, от температуры, величина которой немного ниже температуры плавления материала, до второй заданной температуры, при которой происходит объемное расширение материала 15 и, соответственно, выдвижение поршня 3.

В одном из предпочтительных вариантов в тепловом приводе 1 используется нагреватель с положительным температурным коэффициентом вместе с термоэлектрическим тепловым насосом 12, причем оба устройства предназначены для нагрева расширяющегося материала 15. В процессе работы нагреватель с положительным температурным коэффициентом включается для передачи тепла расширяющемуся материалу и для поддержания первой заданной температуры материала. В то время как нагреватель с положительным температурным коэффициентом передает тепло расширяющемуся материалу, термоэлектрический тепловой насос выключен, пока не потребуется привести в действие поршень 3. Поскольку нагреватель с положительным температурным коэффициентом может работать в качестве термостата, то он будет обеспечивать поддержание расчетной критической температуры, например, первой заданной температуры, в результате чего установится устойчивый температурный режим. Указанная расчетная критическая температуры может быть выбрана при формировании нагревателя с положительным температурным коэффициентом таким образом, чтобы установившаяся температура расширяющегося материала была ниже его температуры плавления. Когда необходимо привести в действие поршень 3, включают термоэлектрический тепловой насос 12 для обеспечения энергии, равной скрытой теплоте плавления расширяющегося материала 15, в результате чего он плавится, например, путем доведения его до второй заданной температуры, и обеспечивает срабатывание привода 1. При необходимости втягивания поршня 3 термоэлектрический тепловой насос 12 переключается на работу в противоположном направлении (реверс) для отвода энергии от материала 15 для его затвердевания. После достижения заданной температуры термоэлектрический тепловой насос 12 выключается, и нагреватель с положительным температурным коэффициентом работает для приведения материала 15 в устойчивое температурное состояние при расчетной критической температуре, например, при первой заданной температуре.

В другом варианте вместо термоэлектрического теплового насоса 12 может использоваться резистивный нихромовый нагреватель 13, который обеспечивает плавление расширяющегося материала 15 при необходимости приведения в действие поршня 3.

Работа нагревателя с положительным температурным коэффициентом (РТС-нагревателя)

Ниже описывается работа нагревателя с положительным температурным коэффициентом. В предпочтительном варианте такой нагреватель выполнен из керамического материала с положительным температурным коэффициентом, удельное сопротивление которого резко возрастает при превышении его температурой определенного критического значения. Типичными материалами с такой характеристикой являются композиты на основе титаната бария и титаната свинца. Нагреватель, в котором используется такой материал, может действовать в качестве пассивного регулятора собственной температуры. Когда на нагреватель подается напряжение, удельное сопротивление сравнительно невелико, и в результате резистивного нагрева температура растет. Однако, когда температура превышает расчетное критическое значение, удельное сопротивление резко возрастает, в результате чего величина тока и, соответственно, резистивный нагрев падают. В результате возникает устойчивое состояние, в котором температура нагревателя равна критической температуре, например первой заданной температуре.

В другом варианте осуществления изобретения, представленном на фигуре 4, резистор с положительным температурным коэффициент включен последовательно с резистивным нагревательным элементом и, таким образом, осуществляет регулирование величины тока, протекающего через нагревательный элемент, и поддерживает устойчивый температурный режим. Поскольку резисторы включены последовательно, то через них протекает одинаковый ток. Поскольку удельное сопротивление увеличивается с температурой, то при росте температуры величина тока, протекающего через эти сопротивления, уменьшается. Если требуется дополнительный нагрев, то резистор с положительным температурным коэффициентом можно зашунтировать с помощью переключателя, в результате чего через нагревательный элемент будет протекать повышенный ток.

Однократное резервирование

Как уже указывалось, использование нескольких нагревательных устройств для приведения в действие теплового привода 1 обеспечивает резервирование. На фигуре 3 показан вид сбоку и вид сечения теплового привода 1, в котором используются два нагревательных устройства, а именно, термоэлектрический тепловой насос 12, работающий на основе эффекта Пельтье, и резистивный нагревательный элемент 13. Как уже указывалось, в соответствии с одним из вариантов термоэлектрический тепловой насос 12 действует в качестве основного нагревательного устройства, а резистивный нагревательный элемент 13 является вспомогательным нагревательным устройством, и, таким образом, обеспечивается нагрев с резервированием для случая, когда одно из устройств выходит из строя, или более быстрый нагрев расширяющегося материала, когда оба нагревательных устройства работают параллельно.

В одном режиме работы основное нагревательное устройство включается для нагрева расширяющегося материала, когда необходимо отпереть узел замка шасси, или же в соответствии с одним из вариантов включается для поддержания заданной температуры расширяющегося материала. Кроме того, основное и вспомогательное нагревательные устройства могут быть подключены для совместного нагрева расширяющегося материала. Резервирование, обеспечиваемое вспомогательным нагревательным устройством, позволяет выполнить задачу включения привода отпирания замка в случае, когда основное нагревательное устройство неисправно. К таким неисправностям основного нагревательного устройства относятся, например, отказ источника питания или ошибки измерения температуры. В таких случаях система 604 управления теплового привода 1 может контролировать температуру расширяющегося материала таким образом, что продолжительные расхождения между фактической и требуемой температурой расширяющегося материала могут сигнализировать о неисправности нагревательного устройства. Работа основного и вспомогательного нагревательных устройств уже описывалась.

Тепловой привод 1, вид которого представлен на фигуре 3, предназначен исключительно для приведения в действие механизма 4 отпирания замка шасси. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения тепловой привод 1 имеет гибридную конструкцию, в которой тепловой привод 1 действует в качество основного привода и второй привод действует в качестве вспомогательного привода. Такой вспомогательный привод может содержать, например, электродвигатель, гидравлический механизм, соленоидный механизм или другие виды приводных механизмов, известных в технике, или их комбинации. И основной, и вспомогательный привод могут быть устроены таким образом, чтобы они могли независимо приводить в действие механизм отпирания замка шасси, то есть, обеспечивается еще один уровень резервирования. Такое однократное резервирование обеспечивает выполнение задачи отпирания замка шасси одним устройством, если другое устройство неисправно. В другом варианте основной и вспомогательный приводы могут быть устроены таким образом, чтобы они осуществляли частичный привод механизма отпирания замка шасси. Кроме того, основной и вспомогательный приводы могут совместно приводить в действие отпирающий механизм.

На фигуре 5 приведен вид в перспективе узла 100 замка шасси, в котором используется два привода. В этом варианте узел 100 замка шасси содержит первый тепловой привод 1 и второй гидравлический привод 21. В такой конфигурации оба привода (1 и 21) могут приводить в действие механизм 4 отпирания замка шасси. Поршень 3 с тепловым приводом и поршень 22 с гидравлическим приводом могут взаимодействовать с механизмом отпирания замка шасси для обеспечения привода механизма 100 замка шасси, как это было описано выше в отношении конфигурации с одним приводом.

Как уже указывалось, использование двух приводов 1, 21 обеспечивает однократное резервирование функции отпирания механизма замка шасси. В соответствии с вариантом, представленным на фигуре 5, тепловой привод 1 действует в качестве основного привода, а гидравлический привод 21 действует в качестве вспомогательного привода. В случае, когда появляются признаки неисправности теплового привода 1, он отключается, и в качестве основного привода используется гидравлический привод 21. Такими признаками неисправности могут быть, например, отказ нагревателя (как основного, так и вспомогательного нагревательного устройства) или отсутствие срабатывания механизма в течение определенного времени. В таких случаях система обработки информации узла 100 замка шасси может отслеживать положение механизма 4 отпирания замка и определять время, прошедшее с момента включения привода и действительным срабатыванием привода. Например, недопустимая величина прошедшего времени может указывать на неисправность привода замка шасси и давать сигнал на использование вспомогательного привода в качестве основного привода и на отключение основного привода.

Хотя тепловой привод 1, вид которого представлен на фигуре 3 и в котором обеспечивается однократное резервирование за счет использования двух нагревательных устройств, резистивного нихромового нагревателя 13 и термоэлектрического теплового насоса 12, которые могут работать совместно или по отдельности, описан применительно к узлу 100 замка шасси, специалисту в данной области техники будет ясно, что такой тепловой привод 1 может использоваться и в других применениях.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылками на рассмотренные варианты и примеры, однако описание не должно рассматриваться как ограничивающее объем изобретения. Таким образом, специалист в данной области техники после ознакомления с настоящим описанием сможет предложить различные модификации рассмотренных вариантов, а также и другие варианты осуществления изобретения. Поэтому предусматривается, что прилагаемая формула изобретения будет охватывать любые такие модификации или варианты.

Хотя в описании были рассмотрены предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, однако специалистам в данной области технике будет ясно, что в эти варианты могут быть внесены изменения без выхода за рамки сущности изобретения или объема, который определяется прилагаемыми пунктами формулы.