熱相変化による駆動を利用した着陸装置のアップロックメカニズム

专利摘要:
着陸装置システムを保持及び解放するためのアップロックアセンブリであって、膨張可能な材料を内部に収容するように形成されたチャンバと、膨張可能な材料を加熱して、この膨張可能な材料の体積膨張をもたらすように、チャンバに結合された加熱メカニズムと、チャンバに摺動可能に結合され、体積膨張に応じて延びるように構成されたピストンと、を有するサーマルアクチュエータと、前記ピストンが延びたとき、このピストンによって解放可能に動かされて、前記着陸装置の解放をもたらすアップロック解放メカニズムと、を具備するアップロックアセンブリ。
公开号:JP2011506181A
申请号:JP2010538302
申请日:2008-12-19
公开日:2011-03-03
发明作者:シュミット、アール．・カイル；シンクレア、マイケル；チャン、エドワード・チュン・ケイ
申请人:メシエ−ダウティ・インコーポレイテッド；
IPC主号:B64C25-00

专利说明:

[0001] 本発明は、着陸装置の制御システムに、特に、退避位置にあるときの着陸装置の保持及び解放のためのメカニズムに関する。]
背景技術

[0002] 航空機のアップロック（uplock）メカニズムは、退避位置で着陸装置をロックし、飛行中に着陸装置の重さを支持するのをアシストするように設計されている。従来のアップロックメカニズムは、適所で着陸装置をロックするばね負荷キャッチと、着陸時に低下される着陸装置を解放するロッキングメカニズムを解放するための油圧シリンダとからなる。]
[0003] 現在の航空機システムは、代表的には、力学的エネルギの源として多くの油圧サブシステムを使用している。代表的な最先端技術のアップロックは、解除機能を行うように、１つの油圧アクチュエータを利用し、油圧システムの故障の場合に解除を行うように手動で駆動されるケーブルシステムをしばしば使用している。他の既存のアップロックは、交互の解放のために、第２の油圧アクチュエータを利用している。好ましくないことに、油圧駆動システムは、複雑であり、運ばれる航空機に不必要な付加的な重みを加える。]
[0004] 電気駆動システムに対する航空機産業のトレンドがある。航空機の重みを全体的に減少させることは、油圧システムに優先して電気システムの使用をすることによって観察されることができる。しかし、電気駆動システムは、製造するのが複雑で、完全には信頼できない。]
[0005] 電気エネルギを使用して、アップロックを解放する挑戦に対応するために、２つのアプローチが調査された。第１のアプローチでは、第１の解放アクチュエータとして電磁気ソレノイドが利用されることができる。ソレノイドは、代表的には、単位ユニット（unit of mass）当たり比較的低い力を生じるが、これらは、単純で、信頼できる。着陸装置の重さが、駆動されているソレノイドに先立ってアップロックフックから持ち上げられるソレノイドシステムが使用されることができる。着陸装置のリフティングメカニズムが動作不能になる故障の場合には、フックに対する着陸装置の重みが、ソレノイドを解放するには多すぎるだろう。第１の解放のためにソレノイドを利用するシステムは、さらに、第２の解放メカニズムを有する。この解放メカニズムは、手動のケーブル動作の種類であり得るが、代表的には、電気機械式アクチュエータが使用される。電気機械式アクチュエータは、高い力／トルク駆動システムを提供するために、ギヤボックスに結合された電気モータが利用される。電気機械式アクチュエータは、かなりの複雑さ及び多くの苛立たせる故障モードを有する。]
[0006] 従って、上に示された欠点の少なくともいくつかをなくすか軽減するように、アップロックの解放を可能にする、航空機の着陸装置の駆動システムが必要とされる。さらに、アクチュエータの上に示された欠点の少なくともいくつかをなくすか軽減するアクチュエータが必要とされる。]
[0007] 本発明の一態様によれば、アップロックアセンブリに結合されたアップロックメカニズムの解放をもたらすための第１及び第２の熱駆動手段の少なくとも一方を有するアップロックアセンブリが提供される。従って、本発明は、アップロック解放メカニズムをもたらすために、少なくとも１つのサーマルアクチュエータを利用する。]
[0008] 一態様によれば、サーマルアクチュエータは、パラフィンろう、又は他の適切な材料のような膨張可能な材料を収容するためのチャンバを有する。サーマルアクチュエータは、アップロック解放メカニズムを動かし、このアップロック解放メカニズムを解放させるために延びるように構成されたピストンをさらに有する。加熱メカニズムは、ろうを加熱して、（例えば、固体から液体への相変化中の）パラフィンろうの体積膨張をもたらすように、サーマルアクチュエータ内で使用される。一態様によれば、加熱メカニズムは、例えば、ピストンを延ばし、直線駆動をもたらすように、円筒形のチャンバ内に収容された膨張可能な材料を溶解させるために使用される抵抗加熱素子を有する。本発明の他の態様によれば、サーマルアクチュエータは、チャンバ内の膨張可能な材料を加熱し、続いて着陸装置の解放のためにピストンの直線駆動をもたらすためのペルチェ接合装置を有する。本発明のさらなるの態様によれば、サーマルアクチュエータは、ペルチェ接合装置と、このペルチェ接合装置と共に膨張可能な材料を加熱するための抵抗加熱装置とを有する。]
[0009] 他の態様によれば、本発明は、アップロックアセンブリのアップロック解放メカニズムを部分的に、又は全体的に駆動させるためのサーマルアクチュエータを有するアップロックアセンブリを提供する。]
[0010] 本発明の一態様によれば、サーマルアクチュエータは、パラフィンろうのような膨張可能な材料を加熱するための第１及び第２の二重の冗長な加熱メカニズムをさらに有する。一態様では、第１の加熱メカニズムは、ろうを融解するようにアクチュエータに熱を伝達するためと、ろうを冷却するためにアクチュエータから熱を伝達するためとの両方のために、ペルチェ接合熱電ヒートポンプを有する。他の態様によれば、第２の加熱メカニズムは、膨張可能な材料を加熱するための抵抗加熱素子をさらに有する。]
[0011] 一態様によれば、膨張可能な材料を内部に収容するように形成されたチャンバと、前記チャンバに結合され、前記材料と連絡し、前記材料を所定の温度に加熱して維持するように動作可能な第１のサーモスタット加熱装置と、前記チャンバに結合され、前記材料と連絡し、いったん前記所定の温度にされた前記材料を加熱して、この材料の体積膨張をもたらすように動作可能な加熱メカニズムと、前記チャンバに摺動可能に結合され、前記体積膨張に応じて延びるように構成されたピストンと、を具備するサーマルアクチュエータが提供される。一態様では、前記所定の温度は、前記膨張可能な材料の融解温度未満の温度である。]
[0012] 本発明の例示的な実施の形態が、以下の図面と共に説明される。]
図面の簡単な説明

[0013] 図１は、本発明の一実施の形態に従うサーマルアクチュエータを含むアップロックアセンブリの側面図である。
図２は、図１のアップロックアセンブリのアップロック解放サーマルアクチュエータの等角投影図である。
図３は、一実施の形態によるサーマルアクチュエータの側面図並びに断面図である。
図４は、サーマルアクチュエータと共に使用される正温度係数ヒータの一適用形態の概略図である。
図５は、代わりの実施の形態によるアップロックアセンブリの等角投影図である。
図６は、一実施の形態によるサーマルアクチュエータの制御システム及び温度センサの動作を示す概略図である。
図７は、他の実施の形態によるサーマルアクチュエータのサーモスタット加熱装置及び加熱メカニズムの動作を示す概略図である。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７
実施例

[0014] 図１に示される一実施の形態によれば、閉鎖及び退避位置にある航空機の着陸装置やドアを解放するために、アップロック解放メカニズム４を駆動させてキャッチフック６を解放するためのサーマルアクチュエータ１を有するアップロックアセンブリ１００が提供される。例えば、これは、航空機の着陸のための着陸装置とは関係なく起こってもよい。また、当業者によって理解されるように、サーマルアクチュエータは、パラフィンアクチュエータ、又はろうアクチュエータとして称されることができる。] 図１
[0015] 説明されるように、サーマルアクチュエータ１は、（材料の加熱によって引き起こされる固体から液体への相変化中に体積が膨張することができるパラフィンろう、他のろう、又は材料のような）温度変化により体積変化を受ける膨張可能な材料１５（例えば、パラフィンろう、図３）を収容するように形成された、ほぼ囲んでいるチャンバ（例えば、円筒形）をさらに有する。好ましくは、この円筒形のチャンバは、硬質である。サーマルアクチュエータ１は、円筒形のチャンバに結合され、前記膨張可能な材料を加熱し、（例えば、材料の固体から液体への相変化中に）この材料の体積膨張をもたらすように前記膨張可能な材料と連絡している加熱メカニズムをさらに有する。図１を参照すると、サーマルアクチュエータ１は、チャンバに結合され、材料の前記加熱に応じて前記キャッチフック６を解放するために、前記アップロック解放メカニズム４を動かす（engage）ように構成されたピストン３をさらに有する。] 図１ 図３
[0016] アップロックアセンブリ１００の動作が、図１を参照して説明される。このアップロックアセンブリ１００は、航空機の着陸装置及び脚ドア（landing gear door）と共に使用されるように形成されている。着陸装置のアップロックアセンブリ１００の配置が、着陸装置のベイ（bay）に装着された状態で、図１に示される。動作時には、飛行中の着陸装置（図示されない）をロックするために、着陸装置（ギヤ）は、ばね負荷キャッチフック６へと引っ込み、第１の枢動点８を中心として上方に（反時計回りに）回転する。着陸装置を解放するために、サーマルアクチュエータ１の加熱メカニズムは、前記膨張可能な材料を加熱する。理解されるように、膨張可能な材料を加熱することは、材料の体積膨張をもたらす。この体積膨張は、サーマルアクチュエータ１のピストン３に抗する力を引き起こし、かくして、ピストン３は、第２の枢動点２を中心としてアップロック解放メカニズム４を枢動させるように延びる。他方では、（例えば、加熱メカニズムによって材料から熱を取り出すことによって）チャンバ内の材料がいったん冷却されると、ピストン３の収縮を果すように、チャンバ内の材料の体積を減少させる。ギヤがいったん解放されると、ばね５のような弾性的な付勢手段からの張力が、キャッチフック６を解除状態に戻す（そして、キャッチ部材６は、第１の枢動点８を中心として時計回りに枢動する）。一実施の形態によれば、アップロック解放メカニズム４に結合された手動ケーブル解除装置７を引っ張ったことにより電気システムが故障しても、ギヤが解除されることができる。] 図１
[0017] サーマルアクチュエータ７
一実施の形態によれば、サーマルアクチュエータ１の加熱メカニズムは、パラフィンろうのような膨張可能な材料を加熱するための第１及び第２の二重の冗長な加熱メカニズムの少なくとも一方をさらに有する。一態様では、第１の加熱メカニズムは、ろうのような膨張可能な材料を融解するようにアクチュエータ１に熱を伝達するためと、その後にろうをより迅速に冷却することが望ましいときにアクチュエータ１から熱を伝達するためとの両方のために、ペルチェ接合熱電ヒートポンプを有する。他の態様によれば、第２の加熱メカニズムは、膨張可能な材料を加熱するための抵抗加熱素子をさらに有する。]
[0018] 当業者によって理解されるように、冗長度（redundancy）は、複数のコンポーネントの１つが故障した、あるいは停止した場合にバックアップ機能を提供するためにシステムの特定のコンポーネントを複製したものであり、これによってシステムの信頼性を改良する。従って、説明されるように、第１及び第２の加熱メカニズムは、膨張可能な材料の冗長な加熱を与えるように構成されている。]
[0019] 好ましい実施の形態によれば、二重の冗長な加熱メカニズムが与えられる。図３を参照すると、両加熱メカニズム（ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２及び抵抗加熱素子１３）を利用するサーマルアクチュエータ１の側面並びに断面が示される。従って、電気的な加熱方法が、材料を膨張させて、アップロック解放メカニズム４を駆動させるように、サーマルアクチュエータ１内に収容された膨張可能な材料（例えば、パラフィンろう１５）を融解させるために使用される。好ましくは、航空機のアプリケーションの信頼性を改良するために、二重の電気的な加熱方法が、パラフィン１５を加熱するために利用される。本発明の一実施の形態では、ニクロム抵抗加熱ワイヤ１３が、ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２と共に使用される。各加熱方法は、アップロック解放メカニズム４を独立して解放するのに十分なエネルギを与えることができる。すなわち、２つの加熱メカニズムの一方（例えば、ニクロム抵抗加熱ワイヤ１３とペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２との一方）が故障するか、停止したとき、２つの加熱メカニズムの他方が、材料１５を加熱して、ピストン３の延びをもたらすのに十分な体積膨張を与えるように動作可能である。さらに、両方の加熱メカニズム（例えば、抵抗加熱１３及びペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２）が共に使用されたとき、材料１５のより速い加熱及びピストン３のより速い延びを可能にし、これによって、アップロック解放メカニズム４を駆動させるための応答時間を短くする。] 図３
[0020] さらに、ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２は、ろう１５を融解するためにアクチュエータ１に熱を伝達することと、ろう１５をより急速に冷却するためにアクチュエータ１から熱を伝達することとの両方をするように動作可能である。既に説明されたように、抵抗加熱素子１３も、材料を加熱するために使用されることができる。サーマルアクチュエータ１が図３に示されるような両加熱メカニズムを有するとき、ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２は、抵抗加熱素子１３と共に膨張可能な材料を加熱するように動作可能である。従って、二重の冗長な加熱メカニズムは、膨張可能な材料（例えば、パラフィン１５）をより速く加熱するために、ピストン３の駆動及びアップロック解放メカニズム４の動きがより即座に果されるようにする。さらに、上で述べられたように、ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２は、膨張可能な材料をより速く冷却することを可能にするように、アクチュエータ１からの熱を伝達するように動作可能であり、これによって、材料の体積をより速く減少させる。既に説明されたように、材料の体積の収縮は、ピストン３に働く力をなくし、ピストン３を縮ませる。] 図３
[0021] 従って、融解されたとき、パラフィンろう１５、又は他の膨張可能な材料の小さな体積が、チャンバ内に高圧を生成することができ、かくして、ピストン３を延ばすように、ピストン３に高い駆動力を与える。このようにして、１つ又は両方の加熱メカニズム（ペルチェ接合ヒートポンプ１２及び抵抗加熱素子１３）が、パラフィン１５のような膨張可能な材料を加熱するために使用されることができる。さらに、この二重の冗長な加熱メカニズムは、加熱メカニズムの一方の故障の場合には、加熱メカニズムの他方がパラフィンろう１５を加熱するタスクを行うことを可能にする。さらに、加熱メカニズム（ペルチェ接合ヒートポンプ１２及び抵抗加熱素子１３）が両方とも使用されたとき、これは、膨張可能な材料１５がより速く加熱及び冷却されることを可能にする。]
[0022] 図２を参照すると、サーマルアクチュエータ１は、コネクタ９と、熱伝導性のエンドキャップ１１と、膨張可能な材料を内部に有するチャンバを収容するためのハウジング１０と、ピストン３とを有する。] 図２
[0023] 図３の横断面図は、断熱性のハウジング１０の内部に収容された膨張可能な材料（例えば、パラフィン）と、熱伝導性のエンドキャップ１１とを示す。ピストン３を延ばすために、電流は、前述の加熱メカニズム（ペルチェ接合ヒートポンプ１２及び抵抗加熱素子１３）の一方又は両方に与えられる。ペルチェ装置１２は、サーマルアクチュエータ１の外部から、熱伝導性のエンドキャップ１１を通って、パラフィン１５に熱を伝える、又はパラフィン１５から熱を遠ざける。本発明の一実施の形態は、気密に封止されたコネクタ９によって、ニクロム抵抗加熱ワイヤ１３に電流を供給する。] 図３
[0024] サーマルアクチュエータ１を設計する際、各サイクルの後にピストン３のほぼ十分な収縮を確実にするための考慮がなされる。一実施の形態によれば、サーマルアクチュエータ１を再利用するために、ろう１５が冷却されて凝固するのに従って、ピストン３を戻すのをアシストするように、ばね１７がアクチュエータ１に埋設されている。]
[0025] 図３に示されるように、サーマルアクチュエータ１は、膨張可能な材料１５の凝固中にピストン３のほぼ完全な収縮を確実にするために、ばね１７の使用を利用する。現在の実施の形態によれば、冷却状態中、ピストン３がその完全な収縮状態に戻されるように、圧縮ばね１７は、ピストン３の直線延長部に抵抗する。さらなるピストンの構成体１６は、ハウジング１０と装着キャップ２０との間をピストン３が移動するのを制限するように、ハードストップとしての機能を有する。] 図３
[0026] 図３を再び参照すると、サーマルアクチュエータ１は、加熱中、相変化を受けるので、膨張するパラフィン１５を収容している高圧シール１４をさらに有する。さらに、サーマルアクチュエータ１は、汚染物質がピストン３かばね１７の内部運動を妨げないことを確実にする環境シール１８を有する。装着キャップ２０とエンドキャップ１１との両方は、これらが所定の位置にねじ留めされたとき、ねじ部１９にねじ留めされ、ハウジング１０に固定される。] 図３
[0027] ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２
以下の説明は、図３に示されるようなサーマルアクチュエータ１と共に使用されるペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２の動作の概略を与える。ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２は、対向している２枚のプレートの間の熱力学エネルギの流れを誘導する半導体装置である。伝達される熱量は、ｎ型半導体及びｐ型半導体の交互の配列を通過する電流の量に比例し、以下の数式により与えられる。
Ｑ＝２・Ｎ・{α・Ｉ・ＴＣ−［（Ｉ２・ρ）／（２・Ｇ）］−κ・ΔＴ・Ｇ}
Ｑ：供給された熱（Ｗ）
Ｎ：熱電対の数
α：シーベック係数（Ｖ／Ｋ）
Ｉ：電流（Ａ）
ＴＣ：冷却側の温度（Ｋ）
ρ：抵抗率（Ω・ｃｍ）
Ｇ：熱電素子の面積／長さ（ｃｍ）
κ：熱伝導率（Ｗ／ｃｍ・Ｋ）
ΔＴ：加熱側の温度−冷却側の温度（Ｋ）
ペルチェ装置１２は、環境からエネルギを取り出すことによって、及びその内部抵抗の電力損失から熱を伝達することによって、パラフィン１５のような物体を効率的に加熱するために使用されることができる。ペルチェ接合１２の電気的極性を反転させることは、他の方向に熱を汲み、この熱を大気中に解放することによって、物体を冷却する。従って、一実施の形態によれば、膨張可能な材料１５を加熱した結果として着陸装置が解放されたとき、液体のパラフィン１５の熱エネルギが、ペルチェ装置１２の電気的極性を反転させることによって積極的に散逸されることができる。ペルチェ装置１２の双方向の伝熱特性を使用して加熱及び冷却を組み合わせることは、アクチュエータの全体のサイクル時間を減らし、パラフィン１５のより速い加熱及び冷却を可能にするので、効果的である。] 図３
[0028] 冷却状態中、ペルチェ装置１２によって伝達された熱エネルギは、ヒートシンク（図面には示されない）によって散逸される。駆動中に加熱されるべきである金属の体積を減らすために、ヒートシンクは、好ましくは小さく、また、ファンの強制対流が、必要な熱エネルギを散逸させるために使用される。]
[0029] ハウジング１０
パラフィン１５を囲んでいるか、パラフィン１５と接触しているかの少なくとも一方の材料が、これら材料が低い熱伝導率を有するように選択される。この設計の原理は、熱散逸による熱損失を減少させ、効率を高め、それ故、駆動サイクル時間を短くする。例として、これは、高強度ポリマから、又は金属のハウジングの内部の絶縁された挿入体の使用によって、アクチュエータ１（図２並びに図３）のハウジング１０を製造することによって果されることができる。キャップ１１によってペルチェ装置１２へ、及びペルチェ装置１２からの熱の適切な熱伝導を可能にするために、考察が与えられなければならない。] 図２ 図３
[0030] 既に述べられたように、一実施の形態によれば、シングルチャンバのサーマルアクチュエータ１は、アップロック解放動作を行うために利用される。二重の伝熱方法（例えば、ニクロム抵抗性ワイヤ１３及びペルチェ接合ヒートポンプ１２）は、所定のレベルの冗長度を与えるために利用される。]
[0031] 代わりの実施の形態によれば、第２のサーマルアクチュエータ１（図示されない）が、ここで説明される第１のサーマルアクチュエータ１に第２の解放システムと同じ機能を持たせるように、アップロックアセンブリ１００に与えられる。この第２のアクチュエータ１は、冗長な駆動源として機能するように、独立した給電で動作する。理解されるように、第１及び第２のサーマルアクチュエータ１の一方が故障したとき、第１及び第２のサーマルアクチュエータ１の他方は、アップロック解放メカニズム４を駆動させて、キャッチフック６及び着陸装置の解放をもたらすように、バックアップとして使用される。加熱方法（例えば、当業者によって理解されるような、ニクロム抵抗性ワイヤ１３、ペルチェ接合ヒートポンプ１２又は他の加熱メカニズム）の一方（又は両方）が、この第２のアクチュエータ中のパラフィン１５を溶解し、着陸装置の解放をもたらすように実行されることができる。]
[0032] 効果的には、サーマルアクチュエータ１は、小さな単位量（unit mass）に対して比較的大きな力を発生させる。一般的に、サーマルアクチュエータは、滑らかな動作特性を示し、閉ループフィードバックシステムで使用されることができる。既知のサーマルアクチュエータの欠点は、サイクル時間である。なぜならば、加熱システムが暖まらなければならず、ろうを融解させ、駆動プロセスが、瞬間的ではないからである。一実施の形態によれば、動作時間は、ハウジング１０の円筒形のチャンバ中のろう１５の体積を最小にすることによって減らされることができ、これによって、アクチュエータ本体による熱伝導を最小にし、エネルギ入力を最大にする。]
[0033] 温度センサ６０２及び制御システム６０４
一実施の形態に従って、サーマルアクチュエータ１は、図６に示されるように、温度センサ６０２及び制御システム６０４をさらに有する。温度センサ６０２は、膨張可能な材料（例えば、パラフィン１５）の温度の読み（示度）（reading）を検出するように動作可能であり、また、制御システム６０４は、温度の読みを受けて、温度の読みによる材料の温度を絶えず制御するように動作可能である。] 図６
[0034] 例えば、温度センサ６０２は、サーマルアクチュエータ１のパラフィン１５内に埋設されている。図６に示されるように、パラフィン１５の温度データは、パラフィン１５の温度をちょうど融点以下に維持するように動作可能な制御システム６０４へフィードバックされることができる。この点では、パラフィン１５の温度がいったんちょうど融点６０４以下になると、加熱装置６０３（例えば、ニクロム、抵抗性のワイヤ１３、ペルチェ接合ヒートポンプ１２又は他の加熱メカニズム）は、融解の潜熱を克服し、かつパラフィン１５の体膨脹及びピストン３の延びをもたらすパラフィン１５を融解するのに十分なエネルギを単に供給することを必要とする。従って、膨張可能な材料１５が、既に融解温度未満の所定の温度であり、ニクロム抵抗ワイヤ１３とペルチェ接合ヒートポンプ１２との少なくとも一方が、膨張可能な材料１５を融解するのに十分なエネルギを与えるので、この実行は、アクチュエータ１の応答時間を短くする。さらに、当業者によって理解されるように、温度センサ６０２及び制御システム６０４は、同様に、第２のサーマルアクチュエータ（図示されない）で実行されることができる。] 図６
[0035] 一実施の形態によれば、サーマルアクチュエータ１は、膨張可能な材料及び制御システム６０４に結合された圧力センサをさらに有する。この圧力センサは、膨張可能な材料の圧力を監視し、これの圧力の読み（示度）を与えるように構成されている。一態様では、制御システム６０４は、圧力の読みを受信して、膨張可能な材料の圧力を所定量に制御するように動作可能である。制御システムは、サーマルアクチュエータ１の故障が過大圧力の読みにより生じたかどうか判断するように、さらに動作可能である。]
[0036] ここに述べられるように、膨張可能な材料１５の融点よりもちょうど低い所定の温度で膨張可能な材料１５を維持することが好ましく、融解の潜熱を克服するのに十分なエネルギのみが、ピストン３の延びをもたらすために与えられる。上に記述された実施の形態では、アクティブな制御システム６０４は、温度センサ６０２からのフィードバックを備えた所望の温度に温度を維持するために利用される。他の実施の形態によれば、サーマルアクチュエータ１は、サーモスタット加熱装置７０２によって、第１の所定の閾値で膨張可能な材料１５の温度を維持することによって、改良されたサイクル時間を提供する。]
[0037] サーモスタット加熱装置７０２
図７に示される実施の形態によれば、サーマルアクチュエータ１は、チャンバに結合され、材料１５と連絡する第１のサーモスタット加熱装置７０２を有し、かくして、この第１のサーモスタット加熱装置７０２は、第１の所定の温度へと材料１５を加熱し、材料１５をこの第１の所定の温度（例えば、膨張可能な材料の融解温度よりもわずかに低い）に維持するように動作可能である。] 図７
[0038] この実施の形態によれば、サーマルアクチュエータ１は、チャンバに結合され、材料１５と連絡する第２の加熱メカニズム７０４をさらに有し、かくして、この第２の加熱メカニズム７０４は、第１の所定の温度から第２の所定の温度へと、膨張可能な材料１５を加熱するように動作可能である。これら第１及び第２の所定の温度は、所望の温度の範囲を含むことができることが当業者によって理解されるだろう。]
[0039] 一態様では、第１のサーモスタット加熱装置は、膨張可能な材料１５を加熱し、所望の閾値温度に維持するように構成された正温度係数（ＰＴＣ）ヒータを有する。また、第２の加熱メカニズムは、膨張可能な材料１５に熱を伝達するために、抵抗加熱素子又はペルチェ接合熱電ヒートポンプのような加熱メカニズムを有する。説明されるように、第２の加熱メカニズム７０４は、サーモスタット加熱装置７０２によって達した第１の温度から、第２の所定の温度（例えば、膨張可能な材料の融解温度）へと、膨張可能な材料を加熱するように構成されている。すなわち、第２の加熱メカニズム７０４は、材料１５の融解を引き起こし、かつピストン３を伸ばすのに十分なエネルギを与えるように、この材料の体積の増加をもたらすところまで、膨張可能な材料を加熱するように構成されている。]
[0040] 既に述べられたように、好ましい実施の形態によれば、サーマルアクチュエータ１は、二重の冗長な加熱メカニズムを提供し、これにより、一方の加熱メカニズムが故障したか、そうでなければ一時的に停止したとき、他方の加熱メカニズムがピストン３の延びをもたらすために膨張可能な材料１５を十分に加熱するように動作可能である。さらに、二重の冗長な加熱メカニズムは、膨張可能な材料１５のより速い加熱を引き起こし、かつサイクル時間をさらに短くするために、２つの加熱メカニズムを一緒に働かせることを可能にする。]
[0041] この実施の形態によれば、第２の加熱メカニズム７０４は、二重の冗長な加熱メカニズムを有する。この場合、二重の冗長な加熱メカニズムは、サーモスタット加熱メカニズムと共に前記膨張可能な材料１５を加熱するように動作可能である。すなわち、サーモスタット加熱装置７０２は、駆動に先立って、膨張可能な材料１５の温度を予め規定された閾値（例えば、材料１５の融点温度未満の第１の所定の温度）に維持することができる。二重の冗長な加熱メカニズムの一方が、駆動時に膨張可能な材料１５を融解するのに十分なエネルギを独立して与えることができるか、両加熱メカニズムが、駆動時に膨張可能な材料１５のより速い加熱を可能にするように、並行して使用されることができる。]
[0042] 一態様では、二重の冗長な加熱メカニズムは、ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２のような第１の加熱メカニズムと、抵抗加熱素子１３のような第２の加熱メカニズムとを有する。この二重の冗長な加熱メカニズムは、膨張可能な材料１５を加熱する際、正温度係数ヒータを有するサーモスタット加熱メカニズム７０２と協働するように動作可能である。]
[0043] 当業者によって理解されるように、二重の冗長な加熱メカニズムの他の組合せが想到されることができる。例えば、二重の冗長な加熱メカニズムは、２つのペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２を含むことができる。これら２つのペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２は、膨張可能な材料１５と連絡し、膨張可能な材料１５を、第１の所定の温度（例えば、ちょうど融点温度未満）から第２の所定の温度へと加熱するように、サーモスタット加熱メカニズムと協働するように動作可能であり、これにより、材料１５の体積膨脹を引き起こし、ピストン３が延びる。]
[0044] 好ましくは、一態様では、サーマルアクチュエータ１は、ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２と組み合わせた正温度係数（ＰＴＣ）ヒータを利用する。両装置は、膨張可能な材料１５を加熱するように構成されている。動作中、正温度係数ヒータは、膨張可能な材料に熱を伝達し、この材料を第１の所定の温度に維持するように駆動される。ＰＴＣヒータが膨張可能な材料に熱を伝達している間、ピストン３の駆動が望まれるまで、ペルチェ接合熱電ヒートポンプは駆動されない。正温度係数ヒータがサーモスタット動作をすることができるので、この正温度係数ヒータは、意図された臨界温度（例えば、第１の所定の温度）に自動調整し、定常状態の温度に達する。前記意図された臨界温度は、予め規定された温度であるように、正温度係数ヒータの形態で選択されることができ、かくして、前記予め規定された温度で、膨張可能な材料がその融点以下に維持される。ピストン３の駆動がいったん望まれると、ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２は、膨張可能な材料１５の融解の潜熱を克服するためのエネルギを与えるように駆動され、これによって、（例えば、第２の所定の温度に達することによって）材料１５を融解し、アクチュエータ１を動作させる。収縮に関して、ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２の動作は、材料１５を凝固するために、材料からエネルギを取り去るように逆にされる。予め規定された温度に達したとき、ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２は、駆動されず、正温度係数ヒータは、意図された臨界温度（例えば、第１の所定の温度）で材料１５を定常状態の温度へともたらすように動作可能である。]
[0045] 代わって、上に述べられた実施の形態は、ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２ではなくニクロム抵抗ヒータ１３で構成されることができ、かくして、ピストン３の駆動がいったん望まれれば、ニクロム抵抗ヒータ１３が材料１５を溶解するように構成される。]
[0046] ＰＴＣヒータの動作
正温度係数ヒータの動作の概略が、ここに述べられる。好ましくは、前記ヒータは、正温度係数を有するセラミック材料により形成されており、高い非直線の熱応答が、特定の臨界温度を過ぎたとき、材料の抵抗に突然現れる。この特徴を有する代表的な材料は、チタン酸バリウムとチタン酸鉛との合成物である。この材料を使用することによって、ヒータは、それ自身のサーモスタットとして機能することができ、また、ヒータの温度を受動的に制御する。流れがヒータに与えられたとき、抵抗は比較的低く、従って、抵抗加熱により温度が上昇する。しかし、意図された臨界温度を過ぎて温度が上昇したとき、抵抗は著しく上昇し、電流、そして、抵抗加熱が小さくなる。結果としては、臨界温度（例えば、第１の所定の温度）のヒータの温度で定常状態である。]
[0047] 図４に示される他の実施の形態では、正温度係数抵抗器は、抵抗加熱素子と共に直列に配列され、かくして、ＰＴＣ抵抗器は、加熱素子によって電流の流れを規制し、定常状態の温度を維持するように機能する。２つの抵抗器が直列に配列されているので、これらは同じ電流の流れを共有する。ＰＴＣヒータにおける抵抗率と温度との間の関係によって、増加する抵抗は、温度が上昇するのに従って、ブランチを通って流れる全電流を減少させる。さらなる加熱が必要とされたとき、ＰＴＣ抵抗器は、発熱素子によって完全な電流の流れを可能にするスイッチメカニズムの使用によって０オームに分路されることができる。] 図４
[0048] 二重の冗長度
上で簡潔に述べられたように、サーマルアクチュエータ１を駆動させるための多くの加熱メカニズムの使用は、冗長度を与える。図３に示される一実施の形態には、両加熱メカニズム（ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２と抵抗加熱素子１３）を利用したサーマルアクチュエータ１の側面図並びに横断面図である。さらに、上で述べられたように、一実施の形態によって、ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２は、第１の加熱メカニズムとして動作し、また、抵抗加熱素子１３は、第２の加熱メカニズムとして動作する。かくして、故障の場合に、又は（ペルチェ接合熱電ヒートポンプ１２及び抵抗加熱素子１３が並行して動作されたとき）膨張可能な材料をより速く加熱するために、冗長な加熱を与える。] 図３
[0049] 一動作中、アップロックアセンブリを解放することが望ましいとき、第１の加熱メカニズムは、膨張可能な材料を加熱するように駆動されるか、本発明の一実施の形態のように、膨張可能な材料を予め規定された温度の点に維持するように駆動される。さらに、第１及び第２の加熱メカニズムの両方が、本発明の一実施の形態によって述べられるように、膨張可能な材料と共に加熱されるように構成されることができる。第２の加熱メカニズムによって与えられる冗長度は、第１の加熱メカニズムの故障の場合に、第２の加熱メカニズムがアップロックメカニズムを駆動させるタスクを行うことを可能にする。第１の加熱メカニズムの故障モードは、限定的ではないが、給電の故障や予期しない温度の読みを含むことができる。このような場合において、サーマルアクチュエータ１の制御システム６０４が、膨張可能な材料の温度を監視することができるので、例えば、膨張可能な材料の実際の温度と所望の温度との間に広がった相違（disparity）が加熱メカニズムの故障の信号を送ることができる。第１及び第２の加熱メカニズムの動作は、上で述べられている。]
[0050] 図３に示されるサーマルアクチュエータ１は、アップロック解放メカニズム４を単独で駆動させるように構成されている。代わりの実施の形態によれば、サーマルアクチュエータ１は、混成構成体（hybrid configuration）において機能するように動作可能であり、これによって、サーマルアクチュエータ１が第１のアクチュエータとして機能し、第２の代わりのアクチュエータが第２のアクチュエータとして機能する。第２の代わりのアクチュエータは、例えば、最新技術によって記述されるような、電気モータアクチュエータ、油圧アクチュエータ、電気ソレノイドアクチュエータ及び他のこのようなアクチュエータ、又はこれらの組合せを含む。第１及び第２のアクチュエータの各々は、もっぱらアップロックメカニズムを駆動させるように構成されることができ、これによって、なおも他のレベルの冗長度を与える。この二重の冗長度は、アクチュエータの一方が故障した場合に、アクチュエータの他方がアップロックメカニズムを解除するタスクを行うことを可能にする。代わって、第１及び第２のアクチュエータは、アップロックメカニズムを部分的に駆動させるように構成されることができる。さらに、第１及び第２のアクチュエータは、連結されている解放メカニズムを駆動させるように動作可能である。] 図３
[0051] 図５を参照すると、２つのアクチュエータを利用したアップロックアセンブリ１００の等角投影図が示される。この実施の形態では、アップロックアセンブリ１００は、第１のサーマルアクチュエータ１と、第２の油圧アクチュエータ２１とを有する。この構成では、両アクチュエータ（１、２１）は、アップロック解放メカニズム４を駆動させることができる。サーマルアクチュエータのピストン３及び油圧アクチュエータのピストン２２は、シングルアクチュエータの構成に関して述べられたようにしてアップロックメカニズム１００を駆動させるように、アップロック解放メカニズムと接触することができる。] 図５
[0052] 上で述べられたように、２つのアクチュエータ１、２１は、アップロック解放メカニズムを駆動させる際に二重の冗長度を与えるように動作されることができる。図５に示される一態様によれば、サーマルアクチュエータ１は、第１のアクチュエータとして動作し、油圧アクチュエータ２１は、第２のアクチュエータとして動作する。サーマルアクチュエータ１が故障したような振る舞いを示した場合、サーマルアクチュエータ１は、一時的に動かなくなり（例えば、停止）、油圧アクチュエータ２１は、第１のアクチュエータの役割（例えば、駆動）を引き受ける。このような故障したような振る舞いは、限定的ではないが、ヒータ（第１及び第２の加熱メカニズムの両方）の故障、又は予め規定された時間の後に駆動できないことを含むことができる。このような場合、アップロックアセンブリ１００の処理システムは、アップロック解放メカニズム４の位置を監視し、所望の駆動と実際の駆動との間の経過時間を判断することができる。例えば、容認できない（unacceptable）経過時間は、アップロックアクチュエータの故障を示すことができ、それ故、第２のアクチュエータが第１のアクチュエータの役割（例えば、駆動）を引き受け、第１のアクチュエータが一時的に動かなくなる（例えば、停止）ように、第２のアクチュエータに信号を送る。] 図５
[0053] 並列に、又は個々に動作することができる二重の冗長な加熱メカニズム（例えば、ニクロム抵抗ワイヤ１３及びペルチェ接合ヒートポンプ１２）を有する図３に示されたサーマルアクチュエータ１は、アップロックアセンブリ１００と共に使用されるようにここに記載されているが、他の使用及びサーマルアクチュエータ１に関するアプリケーションが想到され得ることが当業者によって理解されるだろう。] 図３
[0054] 本発明が、例示的な実施の形態並びに例を参照して記載されてきたが、これらの記載は、限定的な意味に解釈されることを意図したものではない。従って、本発明の図示された実施の形態のさまざまな変更、他の実施の形態が、これらの記載を参照して、当業者にとって自明であろう。それ故、添付された特許請求の範囲は、いかなるこのような変更又は実施の形態をもカバーするだろう。]
[0055] 本発明の好ましい実施の形態がここに述べられたが、本発明の趣旨や添付された特許請求の範囲から逸脱することなく、さまざまな変更がなされることができることが当業者によって理解されるだろう。]

权利要求:

請求項1
着陸装置システムを保持及び解放するためのアップロックアセンブリであって、膨張可能な材料を内部に収容するように形成されたチャンバと、前記膨張可能な材料を加熱して、この膨張可能な材料の体積膨張をもたらすように、前記チャンバに結合された加熱メカニズムと、前記チャンバに摺動可能に結合され、前記体積膨張に応じて延びるように構成されたピストンと、を有するサーマルアクチュエータと、前記ピストンが延びたとき、このピストンによって解放可能に動かされて、前記着陸装置の解放をもたらすアップロック解放メカニズムと、を具備するアップロックアセンブリ。
請求項2
前記加熱メカニズムは、前記膨張可能な材料を加熱するように動作可能な第１の抵抗加熱装置と、前記膨張可能な材料を交互に加熱及び冷却して、前記ピストンの駆動をもたらすように動作可能な第２のペルチェ接合装置と、をさらに有する請求項１のアップロックアセンブリ。
請求項3
前記膨張可能な材料は、パラフィンろうを含む請求項１のアップロックアセンブリ。
請求項4
前記サーマルアクチュエータは、前記チャンバ内に位置され、かつ前記膨張可能な材料の温度を測定するように動作可能な温度センサをさらに有する請求項１のアップロックアセンブリ。
請求項5
前記温度センサと連絡する制御システムをさらに具備し、この制御システムは、前記測定された温度を受信し、予め規定された閾値未満の所定の範囲に前記温度を維持するように動作可能である請求項４のアップロックアセンブリ。
請求項6
前記予め規定された閾値は、前記膨張可能な材料の融点温度を含む請求項５のアップロックアセンブリ。
請求項7
前記抵抗加熱装置は、前記ペルチェ接合装置と共に前記材料を加熱するように動作可能である請求項２のアップロックアセンブリ。
請求項8
前記抵抗加熱装置及びペルチェ接合装置の一方は、前記抵抗加熱装置及び第２のペルチェ接合装置の他方が停止しているとき、冗長度を与えるために、前記材料を独立して加熱して前記ピストンの延びをもたらすように動作可能である請求項２のアップロックアセンブリ。
請求項9
第２のサーマルアクチュエータと、電気モータアクチュエータと、油圧アクチュエータと、電気ソレノイドアクチュエータと、からなるグループから選択された第２のアクチュエータをさらに具備し、前記サーマルアクチュエータが停止しているとき、前記第２のアクチュエータが駆動されて、前記アップロック解放メカニズムを動かすように動作可能である請求項１のアップロックアセンブリ。
請求項10
前記チャンバに結合され、前記材料と連絡する第１のサーモスタット加熱装置をさらに具備し、この第１のサーモスタット加熱装置は、前記材料を加熱して所定の温度に維持するように動作可能であり、前記加熱メカニズムは、いったん前記所定の温度にされた前記材料を第２の温度へと加熱して、前記膨張可能な材料の体積膨張をもたらすように動作可能である請求項１のアップロックアセンブリ。
請求項11
前記第１のサーモスタット加熱装置は、正温度係数（ＰＴＣ）ヒータを有する請求項１０のアップロックアセンブリ。
請求項12
前記加熱メカニズムは、前記膨張可能な材料を加熱するように動作可能な第１の抵抗加熱装置と、前記膨張可能な材料を交互に加熱及び冷却して、前記ピストンの駆動をもたらすように動作可能な第２のペルチェ接合装置と、の少なくとも一方を有する請求項１０のアップロックアセンブリ。
請求項13
前記所定の温度は、前記膨張可能な材料の融解温度未満の温度を含む請求項１０のアップロックアセンブリ。
請求項14
膨張可能な材料を内部に収容するように形成されたチャンバと、前記材料を加熱して、この材料の体積膨張をもたらすように動作可能な第１の抵抗加熱装置と、前記材料を交互に加熱及び冷却して、この材料の対応する体積膨張及び収縮をもたらすように動作可能な第２のペルチェ接合装置と、を有し、前記チャンバに結合された加熱メカニズムと、前記チャンバに摺動可能に結合され、前記体積膨張に応じて延びるように構成されたピストンと、を具備するサーマルアクチュエータ。
請求項15
前記膨張可能な材料は、パラフィンろうを含む請求項１４のサーマルアクチュエータ。
請求項16
前記チャンバ内に位置され、かつ前記膨張可能な材料の温度を測定するように動作可能な温度センサをさらに具備する請求項１４のサーマルアクチュエータ。
請求項17
前記温度センサと連絡する制御システムをさらに具備し、前記制御システムは、前記測定された温度を受信し、予め規定された閾値未満の所定の範囲に前記温度を維持するように動作可能である請求項１６のサーマルアクチュエータ。
請求項18
前記予め規定された閾値は、前記膨張可能な材料の融点温度を含む請求項１７のサーマルアクチュエータ。
請求項19
前記抵抗加熱装置は、前記ペルチェ接合装置と共に前記材料を加熱するように動作可能である請求項１４のサーマルアクチュエータ。
請求項20
前記抵抗加熱装置及びペルチェ接合装置の一方は、前記抵抗加熱装置及び第２のペルチェ接合装置の他方が停止しているとき、冗長度を与えるために、前記材料を独立して加熱して前記ピストンの延びをもたらすように動作可能である請求項１４のサーマルアクチュエータ。
請求項21
膨張可能な材料を内部に収容するように形成されたチャンバと、前記チャンバに結合され、前記材料と連絡し、前記材料を加熱して所定の温度に維持するように動作可能な第１のサーモスタット加熱装置と、前記チャンバに結合され、前記材料と連絡し、いったん前記所定の温度にされた前記材料を加熱して、この材料の体積膨張をもたらすように動作可能な加熱メカニズムと、前記チャンバに摺動可能に結合され、前記体積膨張に応じて延びるように構成されたピストンと、を具備するサーマルアクチュエータ。
請求項22
前記第１のサーモスタットの加熱装置は、正温度係数（ＰＴＣ）ヒータを有する請求項２１のサーマルアクチュエータ。
請求項23
前記加熱メカニズムは、前記膨張可能な材料を加熱するように動作可能な第１の抵抗加熱装置と、前記膨張可能な材料を交互に加熱及び冷却して、前記ピストンの駆動をもたらすように動作可能な第２のペルチェ接合装置と、の少なくとも一方を有する請求項２１のサーマルアクチュエータ。
請求項24
前記所定の温度は、前記膨張可能な材料の融解温度未満の温度を含む請求項２１のサーマルアクチュエータ。
請求項25
着陸装置を保持しているキャッチ部材を解放するように、サーマルアクチュエータによってアップロックメカニズムを動かす方法であって、前記サーマルアクチュエータのチャンバ内に位置された膨張可能な材料を加熱して、前記加熱された膨張可能な材料が、固体から液体への相変化中に、体積膨張を受け、前記チャンバに結合された前記サーマルアクチュエータのピストンの駆動をもたらすことと、前記駆動に応じて、前記アップロックメカニズムに弾性的に結合された前記キャッチ部材の解放をもたらすように、前記アップロックメカニズムを動かすことと、を具備する方法。
請求項26
前記膨張可能な材料を加熱することは、前記膨張可能な材料の融点未満の第１の所定の温度に前記膨張可能な材料を加熱し維持することと、前記着陸装置を解放するリクエストを受信することと、前記受信したリクエストに応じて、前記膨張可能な材料を、この膨張可能な材料の融点よりも高い第２の温度に加熱して、前記第２の温度が、前記キャッチ部材の解放をもたらすように、前記膨張可能な材料の体積膨張をもたらすことと、をさらに含む請求項２５の方法。
請求項27
（ａ）各々が前記膨張可能な材料を加熱するように動作可能な第１及び第２の加熱メカニズムを与えることと、（ｂ）前記第１及び第２の加熱メカニズムの一方によって、前記膨張可能な材料を加熱することと、（ｃ）第１及び第２の加熱メカニズムの前記一方の故障を判断するために、第１及び第２加熱メカニズムの前記一方を監視することと、（ｄ）前記故障の判断に応じて、前記第１及び第２の加熱メカニズムの他方によって、前記膨張可能な材料を加熱することと、をさらに含む請求項２６の方法。
請求項28
前記第１の加熱メカニズムは、前記膨張可能な材料を加熱するように動作可能な抵抗加熱装置を有し、また、前記第２の加熱メカニズムは、前記膨張可能な材料を交互に加熱及び冷却して、前記ピストンの駆動をもたらすように動作可能なペルチェ接合装置を有する請求項２７の方法。