传感器承载件、起落架组件、飞行器和相关方法与流程

本公开涉及用于感测飞行器起落架组件处的载荷的设备比如传感器和方法。更具体地但非排他地，本公开涉及用于感测飞行器起落架组件处的制动扭矩的传感器和方法。

背景技术：

1、许多商用飞行器配备有起落架传感器系统以监测诸如飞行器制动动作和硬着陆之类的事件。例如，在一些波音747飞行器主起落架(mlg)组件和协和式飞行器上，采用应变仪传感器来监测制动扭矩，使得在感测到的扭矩过高的情况下，制动压力被降低。

2、在b747的情况下，mlg是四轮(多轴)转向架。扭矩销配装至转向架的中心点，其中，传感器联接在销与轮附接点中的每个轮附接点上的扭矩凸耳之间，以便将感测到的扭矩“解析”至转向架上的单个点。

3、对于较小的商用飞行器、比如单通道窄体载客飞行器，mlg包括通常具有两个轮的单轴起落架组件。与多轴转向架不同，这种布置不提供对扭矩进行解析且可以容易地安装应变仪传感器的单个点。可能需要大量传感器或者对单轴起落架组件进行显著的重新设计。

4、测试飞行器使用在外部安装在起落架组件上的不同位置的应变仪进行测试，但是这些应变仪难以结合至起落架组件的外部，并且需要大量校准。这对于商业航空运输操作来说是不切实际的，尤其是因为在传感器失效的情况下，起落架组件可能需要被移除并送走以进行传感器更换或维修，从而导致不必要的费用和延误。

5、此前已经提出将载荷和扭矩传感器集成到起落架结构中以提供载荷测量作为algesmo项目的一部分。algesmo(先进的起落架感测和监测)是欧盟联合技术倡议(洁净天空2)，其涉及使用光纤布拉格光栅(“fbg”)技术的基于光学的载荷监测系统。该提案要求结合和安装程序以用于将fbg传感器锁定在起落架的轴内。该程序可能非常耗时。

6、本发明旨在缓解上面提及的问题中的一个或更多个问题。替代性地或附加地，本发明旨在提供用于飞行器起落架组件的改进的起落架载荷感测设备和相关联的方法。

技术实现思路

1、根据本发明的第一方面，提供了一种用于在飞行器起落架组件的轴内使用的传感器承载件。传感器承载件包括第一联接件和第二联接件，第一联接件用于将承载件联接至轴的第一位置，第二联接件用于将承载件联接至轴的与第一位置轴向间隔开的第二位置。传感器承载件包括至少一个传感器，所述至少一个传感器布置成检测传感器承载件的第一联接件与第二联接件之间的应变。以这种方式，所述至少一个传感器配置成使得当传感器承载件位于轴内并且分别通过第一联接件和第二联接件联接至轴时，由所述至少一个传感器检测在轴的第一位置与第二位置之间发生的应变。

2、以这种方式，由于力、比如制动扭矩而在轴处发生的应变经由第一联接件和第二联接件在传感器承载件内被复制并且由所述至少一个传感器感测。所产生的指示感测到的应变的信号可以被处理并传输至飞行器的其他系统，或者存储在存储器中。

3、为了避免疑义，本文中的“轴向间隔开”意味着，当传感器承载件在轴内使用时，联接件在沿着轴的轴线的方向上彼此间隔开，轴的轴线是轮在联接至轴时的旋转轴线。还将理解的是，传感器承载件的第一联接件和第二联接件也沿着传感器承载件的纵向方向彼此纵向间隔开。在其中传感器承载件位于轴内的实施方式中，传感器承载件的纵向方向与轴的轴线对准(例如平行并重合，即同轴)。传感器承载件通常是长形的，使得其长度与传感器承载件的纵向方向对准。

4、根据这种布置的实施方式存在若干潜在的优点。首先，传感器承载件(例如，其可以呈传感器组的形式)不需要待配装至起落架组件的任何外部部件并且可以容纳在轴内。第二，传感器承载件不需要对起落架组件或飞行器的任何其他部分进行任何显著的修改即可进行安装。第三，在传感器承载件或传感器承载件的部件中的一个部件失效的情况下，传感器承载件可以被容易地替换，而无需移除轮或替换整个起落架组件。第四，对第一联接件和第二联接件以及传感器承载件的提供使得一个或多个传感器能够安装在轴中，而无需直接结合至任何飞行器结构(相反，传感器直接结合至例如传感器承载件的结构)。这可以有助于减少在飞行器上原位校准传感器的次数或者完全避免在飞行器上原位校准传感器。

5、将理解的是，实施方式的传感器承载件因此消除了对单轴双轮起落架组件进行昂贵且复杂的重新设计的需要，并且/或者简化了传感器承载件在飞行器上的安装和后续使用。

6、优选地，传感器承载件具有在传感器承载件内布置于第一联接件与第二联接件之间的多个传感器(例如，两个或更多个)。

7、传感器承载件本体在形状上可以至少部分地是大致筒形(即，管)，并且适于装配在轴的中空腔内。筒形形状可以具有中空轴的内径的至少一半、优选地至少75％并且可能与其基本相等的外径。传感器承载件的传感器可以围绕传感器承载件的内部弯曲表面以分布式同心图案布置。传感器的分布和数目确保传感器承载件能够感测在传感器承载件内沿任何方向发生的应变。

8、传感器本体可以呈笼状件的形式。笼状件可以是大致筒形的。例如，笼状件可以具有筒形(环形)端部，在所述筒形端部之间具有肋部，肋部结合有传感器。第一联接件和第二联接件可以设置在筒形端部处。替代性地，第二联接件可以设置在笼状件的中央筒形(环形)部段处。肋部可以相对于由筒形端部限定的大致筒形形状的假想包络面凹入，使得传感器可以安装在所述肋部的外表面上。

9、一系列传感器还可以提供冗余，使得在一个或更多个传感器失效的情况下，传感器承载件可以继续感测在轴处发生的应变。

10、优选地，传感器承载件包括第三联接件和至少一个另外的传感器，第三联接件用于将传感器承载件联接至轴的与第一位置和第二位置轴向间隔开的第三位置，所述至少一个另外的传感器布置成检测在轴的第二位置与第三位置之间发生的应变。所述至少一个另外的传感器配置成使得当传感器承载件联接至轴时，由所述至少一个另外的传感器检测在轴的第二位置与第三位置之间发生的应变。

11、第二位置可以位于第一位置与第三位置之间。例如，分别地，第一位置可以靠近轴的第一端部，并且第三位置可以靠近轴的与第一端部相反的第二端部，其中，第二位置位于轴的第一端部与第二端部之间。

12、第一位置和第三位置优选地远离第二联接件设置在相反的轴向方向上。

13、第一位置和第三位置可以与轮螺母在轴上的位置重合，使得由轮作用在轴上的力由传感器承载件精确地感测。

14、将理解的是，具有将传感器承载件联接至轴的有限数目的联接件(例如仅两个联接件，或可选地三个联接件)使得能够直接且有效地安装和/或移除传感器承载件。优选地，存在十个或更少(更优选地，六个或更少)这样的联接件，所述联接件执行将传感器承载件在固定位置处锚固至轴的功能。每个联接件可以包括螺栓，该螺栓例如从轴的外部穿过轴延伸至轴的内部。这样的螺栓可以从轴的位于轴的一侧的外部经由轴的内部延伸至轴的位于轴的相反侧的外部。

15、优选地，传感器承载件具有在传感器承载件内布置于第二联接件与第三联接件之间的多个另外的传感器。这些另外的传感器可以围绕传感器承载件的内部弯曲表面以分布式同心图案布置。

16、轴的第二位置优选地对应于轴与起落架支腿之间的连接部。

17、第二位置可以是轴与起落架支腿之间的接合部，并且因此是施加至起落架组件的轮的力通过其传递至起落架支腿的点。

18、传感器承载件优选地包括靠近第二联接件设置在传感器承载件内的至少一个中央传感器，所述至少一个中央传感器布置成与所述至少一个传感器和/或所述至少一个另外的传感器配合。

19、优选地，所述至少一个中央传感器包括靠近中央联接件布置在传感器承载件内的多个中央传感器。这些中央传感器可以围绕传感器承载件的内弯曲表面以分布式同心图案排列。所述另外的传感器的分布优选地确保传感器承载件能够感测围绕传感器承载件的弯曲表面发生的应变。

20、传感器可以根据待感测的应变以不同的取向和位置布置。

21、优选地，由传感器承载件检测的应变包括与附接至轴的第一端部的轮的制动动作相关的扭转应变。

22、以这种方式，制动扭矩控制可以智能地应用于飞行器的每个轮，以管理飞行器功能，比如优化减速、制动器磨损控制、制动器健康监测、制动器温度分布和控制、氧化防止和其他功能。

23、由传感器承载件检测的应变优选地包括在飞行器的着陆和起飞期间由作用在轴上的力引起的竖向应变。

24、这种竖向应变感测允许硬着陆和疲劳寿命监测，以及重量和平衡确定和轮胎偏转监测。

25、将理解的是，传感器承载件能够检测其他方向上的应变。例如，这可以包括允许跑道表面监测和疲劳寿命监测的轴阻力应变。

26、从上文将理解的是，传感器承载件可以承载围绕传感器承载件的本体轴向和周向分布的多个传感器。传感器承载件的外径可以沿着其轴线变化。由此，尽管可能是所有这样的传感器都设置在传感器承载件的内表面上的情况，但是可以存在下述一些实施方式：在这些实施方式中，传感器承载件的外径明显小于轴的内径，由此允许一个或更多个传感器安装在轴中但是安装在传感器承载件的外表面上。

27、从上文将理解的是，传感器承载件可以承载多个传感器，所述多个传感器分布成使得允许测量制动扭矩以及其他载荷、比如说例如轮上的重量、竖向载荷和/或绕横向于轴的轴线的轴线的扭转载荷等。

28、传感器承载件可以结合有轮速转速计。替代性地或附加地，传感器承载件可以结合有制动器冷却风扇马达。替代性地或附加地，传感器承载件可以结合有轮胎压力指示系统。具有结合有一个或更多个这种额外部件的传感器承载件可以有助于将若干其他部件和感测系统方便地集成到传感器承载件中。

29、传感器承载件优选地由复合材料制成。例如，传感器承载件的本体可以基本上完全由高温复合材料、比如聚醚醚酮(peek)制成。替代性地或附加地，传感器承载件本体可以主要由金属、比如不锈钢或铝制成。

30、所使用的复合材料和传感器承载件的形状针对其应变特性被选择成使得传感器承载件所经历的应变可以可靠且准确地复制轴所经历的应变，例如使得它准确地提供对在轴的一个或多个端部与中心之间发生的应变的模拟。

31、传感器承载件优选地是线路可替换单元，该特征例如通过传感器承载件的可重复使用和模块化性质以及联接件的数目和简单性来实现。

32、将理解的是，传感器承载件可以与轴分开设置，传感器承载件构造成联接在该轴中。替代性地，传感器承载件可以设置在飞行器轮轴内，传感器承载件在第一位置处通过第一联接件联接至轴并且在第二位置处通过第二联接件联接至轮，第一位置和第二位置在平行于轴的纵向轴线的方向上间隔开。

33、根据本发明的第二方面，提供了一种起落架组件，该起落架组件包括：支腿；轴，该轴联接至支腿，该轴包含根据本发明的第一方面的传感器承载件；以及可选的至少一个轮，所述至少一个轮安装在轴上。

34、起落架组件可以用于主起落架(mlg)或前起落架(nlg)。起落架组件可以包括单个轴或经由转向架联接的多个轴。轴可以是用于仅在一个端部处安装轮的短轴。

35、根据本发明的第三方面，提供了一种飞行器，该飞行器包括结合有传感器承载件的起落架组件。

36、该飞行器优选地是载客飞行器。载客飞行器优选地包括乘客舱，该乘客舱包括用于容纳多名乘客的多行且多列的座椅单元。飞行器可以具有至少20个乘客、更优选地至少50个乘客、并且更优选地多于50个乘客的容量。飞行器可以是商用飞行器、例如商用载客飞行器、例如单过道或双过道飞行器。

37、根据本发明的第四方面，提供了一种用于确定作用在飞行器起落架组件的轴上的力的方法。该方法包括：感测在位于轴内的传感器承载件处发生的应变，该传感器承载件联接在轴的两个轴向远离的位置之间。以这种方式，传感器承载件处的感测到的应变提供对在轴的两个轴向间隔开的位置之间发生的应变的指示，并且因此在实施方式中可以与制动扭矩、竖向载荷和/或轴经受的其他载荷有关。

38、传感器承载件(或组)可以包括在内部分布在传感器承载件内的多个应变传感器。

39、根据本发明的第五方面，提供了一种用于替换飞行器起落架组件的轴中的传感器组的方法，该传感器组例如通过使用可重复使用且可移除的固定件联接在轴的两个轴向间隔开的位置之间。该方法包括以下步骤：使传感器组与轴的两个轴向间隔开的位置断开联接；从轴上移除传感器组；将替换传感器组插入轴中；以及例如用相同或不同的固定件将替换传感器组联接至轴的两个轴向间隔开的位置。

40、以这种方式，传感器组/承载件在部件失效的情况下可以被快速且容易地替换，而不需要重大的维护事件。将理解的是，除了由承载件或其他飞行器系统自动执行的那些步骤之外，替换承载件优选地不需要任何特定的校准或配置步骤。

41、在插入替换传感器组的步骤之前，该方法优选地还包括校准替换传感器组的步骤，以及可选地，测试替换传感器组的步骤。以这种方式，替换传感器组可以是“即插即用”的，以便于在传感器组件失效的情况下快速替换并且因此便于飞行器调度。替换传感器组可以是线路可替换单元。

42、当然，将理解的是，关于本发明的一个方面所描述的特征可以并入到本发明的其他方面中。例如，本发明的方法可以包含参照本发明的设备所描述的特征中的任何特征，并且本发明的设备可以包含参照本发明的方法所描述的特征中的任何特征。