Результат интеллектуальной деятельности: СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СОЧЛЕНЕНИЙ РУКАВОВ ВТУЛКИ С КОРПУСОМ ВТУЛКИ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА

Стенд для испытаний сочленения втулки несущего винта вертолета относится к испытательному оборудованию, а именно к стендам для усталостных, в том числе периодических, ресурсных и других испытаний образцов сочленения втулки несущего винта вертолета на воздействие динамических и статических нагрузок характерных для полета. При этом объектом испытаний является сочленение втулки несущего винта, выполненное в виде двух рукавов втулки, развернутых по направлению к друг другу и соединенных имитатором лопасти.

Известна конструкция стенда для динамических испытаний воздушных винтов (патент SU 251888, G01M 17/00, публ. 10.09.1969 г.), который содержит станину с подвешенным на ней на упругих связях корпусом, эксцентрично расположенный в корпусе груз, соединенный с приводом, гидропоршни имитации центробежных сил, смонтированные во втулке корпуса, соединенные с комлями лопастей через сферические вкладыши, и устройство для имитации силы тяги винта без вращательного движения. При этом с целью возможности снижения резонансной частоты и предварительного статического нагружения лопастей при испытании винта, в нем устройство имитации силы тяги винта выполнено в виде грузов, расположенных на оси симметрично лопасти и монтируемых на ее конце или комле, и винтовой стяжки со сферическими вкладышами соединения оси с лопастью, соединяющей грузы пар лопастей испытуемых соосно расположенных на корпусе винтов. После подготовки стенда, подобрав грузы нужной величины, устанавливают оптимальную частоту колебаний, соответствующую образованию максимальных напряжений в зоне прикомлевой части, т.е. в той части лопасти, где во время полета возникают максимальные напряжения. Все напряжения фиксируются датчиками и регистрируются указателями.

К недостаткам данного решения можно отнести то, что сила тяги имитируется закрепленными грузами, при этом грузы нужной величины подбираются вручную, что снижает точность и увеличивает нагрузку на операторов.

Известна конструкция стенда для испытаний втулок воздушных винтов (патент SU 1762622, G01M 17/00, публ. 09.01.1995 г.), содержит валы для установки испытываемых втулок, закрепленные коаксиально, привод вращения испытываемых втулок, картер и каналы отвода и подачи рабочей жидкости. С целью расширения эксплуатационных возможностей за счет обеспечения испытаний втулок воздушных винтов различных типоразмеров, стенд снабжен переходником с фланцами для крепления на внешнем валу и к испытываемой втулке с каналами подачи рабочей жидкости и с размещенной внутри переходника перпендикулярно его продольной оси перегородкой с каналами отвода рабочей жидкости и установленными на внутреннем валу съемными черпаками и связанными с ними направляющими патрубками. При этом съемные черпаки расположены в полости переходника, образованной фланцем для крепления на внешнем валу и перегородкой, а направляющие патрубки размещены во внутреннем валу и направлены в сторону картера.

Недостаток данного решения - ограниченность применения, возможность проведения испытаний только одной конкретной детали.

Известна конструкция стенда для испытаний системы привода соосных несущих винтов вертолета, наиболее близкая к заявляемому техническому решению (патент RU 59251, G01M 7/00, публ. 10.12.2006 г.), который относится к стендам для ресурсных испытаний элементов трансмиссии вертолета, например, главного редуктора с главным валом и приводами вертолетных агрегатов при комбинированных и повышенных нагрузках, при воздействии многокомпонентных внешних силовых нагрузок, адекватных аэродинамическим нагрузкам по величине, соотношению и повторяемости, а также исследованию работоспособности редуктора и его элементов (шестерни, подшипники) при перегрузках по тяге, крутящему моменту и при имитации режимов авторотации, которые технически невозможно воспроизвести на натурном наземном стенде (вертолете на привязи) ввиду их жестких взаимосвязей, зависимости от внешней среды и ограничений, обусловленных параметрами двигателей и несущих винтов. Стенд содержит станину, приводную машину, устройство нагружения крутящим моментом, устройство нагружения изгибающим моментом в осевой плоскости, соединенные с испытуемым образцом, и механизмом поворота устройств нагружения изгибающим моментом, соединенные с испытуемым образцом, причем соединительные валы установлены на промежуточных опорах и соединены с мультипликаторами пластинчатыми муфтами, два устройства нагружения крутящим моментом соединены с двумя выходными соосными валами испытываемого образца. Каждое устройство состоит из нагрузочной машины, которая через соединительный вал с измерителем крутящего момента, раздаточный редуктор, две пластинчатые муфты, связанные промежуточным валом, и шлицевую обойму соединена с соответствующим выходными соосным валом, две вертикальные стойки нижнего устройства через ролики опираются на подставки, закрепленные на подредукторной плите испытываемого образца с возможностью передачи нагрузки от веса монтажных плит с закрепленными на них раздаточными редукторами и устройствами нагружений через вертикальные стойки с опорными роликами и подставки на подредукторную плиту. В процессе сборки до установки и крепления монтажных и подредукторной плит к опорным кронштейнам станины стенда, подредукторная плита закреплена на силовом каркасе подвижной фермы, четыре колеса которой установлены на направляющих рельсах фундамента, оси колес закреплены на нижних концах двух соосных пар качалок, установленных на силовом каркасе шарнирно с левой и правой стороны. Нагрузочные машины, выполненные как генераторы постоянного или переменного тока, при имитации авторотации переводятся в двигательный режим работы.

Недостатком данного решения является применение натурного дорогостоящего образца, который расходует свой ресурс в ходе проведения испытаний.

Техническая проблема заключается в создании стенда для проведения испытаний, имитирующих воздействие многокомпонентных внешних силовых нагрузок, соответствующих заданным аэродинамическим полетным нагрузкам, исследование перегрузок, при этом исключение натурного дорогостоящего образца.

Техническим результатом является уменьшение габаритов стендового оборудования в два и более раза за счет вертикальной компоновки и применения компактного испытуемого образца; уменьшение количества нагружающих каналов, потребления энергоресурсов, расхода гидравлической жидкости, снижение нагрузки насосной станции за счет применения испытуемого образца, содержащего всего два рукава втулки несущего винта; повышение точности и уменьшение трудоемкости испытаний за счет использования автоматической системы измерения и контроля, которая позволяет как задавать, так и контролировать точные нагрузки, заданные программой испытаний, имитирующие полетные нагрузки, и исключить необходимость регулировки задаваемых нагрузок вручную; повышение надежности фиксации испытуемого образца.

Для достижения технического результата предлагается стенд для испытаний сочленения втулки несущего винта вертолета, содержащий раму 1, которая включает основание 2 с закрепленными на нем колоннами, тумбой и кронштейнами, нагружающими устройствами отличающийся тем, что на основании 2 неразъемно закреплены три колонны 3, 4, 5, на колоннах 3, 4 неразъемно закреплена плита 9, а на колоннах 3, 5 неразъемно закреплены кронштейн 6, тумба 7, боковые опоры 49, при этом на тумбе 7 установлен рычаг 16, шарнир которого содержит наконечник 18, кронштейны 15, внутри которых установлены подшипники 19 и вал 20, при этом вал 20 жестко закреплен в наконечнике 18 и установлен во внутренних обоймах подшипников 19, длинное плечо рычага 16 выполнено в виде наконечника, в котором установлен шарнирный наконечник 22 тяги 23, к которой закреплен гидравлический силовозбудитель 11, который другим концом закреплен к кронштейну 26, установленному на плите 9, на колоннах 3, 5 установлены кронштейны 27, 44 с закрепленными на них гидравлическими силовозбудителями 12, 13 соответственно, которые размещены в вертикальном положении, параллельно друг другу, причем штоки силовозбудителей 12, 13 оснащены наконечниками 28 в которых установлены тяги 30 своими шарнирными наконечниками 29, на кронштейне 6 рамы 1 закреплен гидравлический силовозбудитель 14, оснащенный наконечником 31, на котором установлена тяга 33 своим шарнирным наконечником 32, при этом рама 1 включает боковые опоры 49, на одной из которых установлен кронштейн 10 с накладкой 50, к которой закреплена тяга 51 с помощью наконечника 52 через установленный внутри него шарнирный подшипник 53, гидравлические силовозбудители 11, 12, 13, 14 соединены с гидросистемой стенда, на каждой тяге 23, 30, 33 установлен соответственно датчик силы 24, 34, 35, при этом тяги 30, 33 включают каждая по два шарнирных наконечника 36, 37 соответственно, а тяга 51 оснащена наконечником 54 для соединения с испытуемым образцом 38.

Кроме того, рама 1 выполнена в виде сварной неразъемной конструкции.

При этом испытуемый образец 38 расположен вертикально и содержит имитатор корпуса втулки 57, корпус втулки 58, два осевых шарнира 59 втулки несущего винта, соединенных между собой имитатором лопасти 60, при этом свободные концы осевых шарниров 59 соединены скобами 61 с корпусом втулки 58 и с имитатором корпуса втулки 57 соответственно, а на каждой скобе 61 установлено по гидравлическому демпферу 62.

Кроме того, испытуемый образец 38 закреплен снизу к основанию 2 рамы 1 с помощью стоек 63, 64 и вала 65, а сверху испытуемый образец 38 имитатором корпуса втулки 57 закреплен к стенду с помощью шпилек 68.

При этом на тягах 23, 30, 33 установлены тензорезисторные датчики силы.

Использование рамы 1, в конструкции которой на основании 2 неразъемно закреплены три колонны 3, 4, 5, на колоннах 3 и 4 неразъемно закреплена плита 9, а на колоннах 3 и 5 неразъемно закреплены кронштейн 6, тумба 7, боковые опоры 49, при этом к элементам рамы 1 закреплены гидравлические силовозбудители и тяги, снабженные наконечниками, позволяет надежно закрепить (зафиксировать) испытуемый образец.

Применение гидравлических силовозбудителей 11, 12, 13, 14, соединенных с гидросистемой стенда, позволяет имитировать на испытуемом образце 38 многокомпонентные внешние силовые нагрузки, соответствующие реальным аэродинамическим полетным нагрузкам.

Наличие датчиков силы, которые установлены на тягах, соединенных с гидравлическими силовозбудителями, при этом датчики силы связаны с системой измерения и управления стенда, позволяет задавать, так и контролировать точные нагрузки, заданные программой испытаний, имитирующие полетные нагрузки и исключить необходимость регулировки задаваемых нагрузок вручную.

Общая компоновка элементов рамы 1 и стенда в целом, использование компактного испытуемого образца позволяет уменьшить габариты стендового оборудования в два и более раз по сравнению с прототипом.

Стенд для усталостных испытаний сочленения втулки несущего винта вертолета поясняется следующими чертежами:

фиг. 1 - стенд с демонтированным сочленением втулки несущего винта.

фиг. 2 - стенд для усталостных испытаний сочленения втулки несущего винта вид слева.

фиг. 3 - стенд для усталостных испытаний сочленения втулки несущего винта с установленным испытуемым образцом вид фронтальный.

фиг. 4 - стенд для усталостных испытаний сочленения втулки несущего винта с установленным испытуемым образцом вид слева.

фиг. 5 - выносной элемент А фиг. 3, поясняющий крепление испытуемого образца к раме стенда сверху.

фиг. 6 - сечение Б-Б фиг. 3, поясняющее крепление испытуемого образца к раме стенда снизу.

фиг. 7 - выносной элемент В фиг. 3, поясняющий крепление силовозбудителя к раме стенда и к испытуемому образцу в центре.

фиг. 8 - выносной элемент Г фиг. 7, поясняющий крепление силовозбудителя к испытуемому образцу в центре.

фиг. 9 - вид Д фиг. 4, поясняющий крепление реактивной тяги к раме стенда.

фиг. 10 - сечение Е-Е фиг. 4, поясняющее ограничение испытуемого образца от поворота.

фиг. 11 - сечение Ж-Ж фиг. 4, поясняющее крепление силовозбудителя к имитатору лопасти.

фиг. 12 - вид И фиг. 4, поясняющий крепление реактивной тяги к образцу.

фиг. 13 - испытуемый образец.

Пояснения к чертежам:

Для испытаний используют сочленение втулки несущего винта, состоящее из двух рукавов втулки, соединенных между собой имитатором лопасти.

Стенд для усталостных испытаний сочленения втулки несущего винта вертолета содержит раму 1, состоящую из основания 2, колонн 3, 4 и 5, кронштейна 6, тумбы 7, опоры верхней 8, плиты 9, кронштейна 10, гидравлические силовозбудители 11, 12, 13 и 14 (фиг. 1, 2). Рама 1 выполнена в виде сварной неразъемной конструкции, в которой на основании 2 неразъемно закреплены, приварены три колонны 3, 4 и 5. На колоннах 3 и 4 приварена плита 9. На колоннах 3 и 5 приварены кронштейн 6 и тумба 7. К тумбе 7 рамы 1 два кронштейна 15 закреплены болтами (фиг. 3). Рычаг 16 содержит шарнир 17, который состоит из наконечника 18, внутри которых установлены сферические роликовые подшипники 19 и вал 20.

Вал 20 жестко закреплен в наконечнике 18 и установлен во внутренних обоймах подшипников 19. Рычаг 16 закреплен на наконечнике 18 клеммовым соединением, которое образовано корпусом наконечника 18 и прижимом 21, крепящимся винтами к корпусу наконечника 18. Длинное плечо рычага 16 выполнено в виде наконечника, в которой крепится шарнирный наконечник 22 тяги 23. К тяге 23 жестко прикреплен шток гидравлического силовозбудителя 11. На тяге 23 установлен датчик силы 24. Другим концом с помощью шарнирного наконечника 25 корпус силовозбудителя 11 закреплен к кронштейну 26, который крепится болтами к плите 9 рамы 1.

Кроме того, на колоннах 3 и 5 рамы 1, с помощью болтовых соединений, установлены кронштейны 27 с закрепленными на них с помощью шпилек силовозбудителями 12 и 13. Штоки силовозбудителей 12 и 13 оснащены наконечниками 28, в каждом из которых установлены шарнирные наконечники 29, входящие в состав тяг 30 (фиг. 2).

На кронштейне 6 рамы 1 закреплен с помощью шпилек силовозбудитель 14. Шток силовозбудителя 14 оснащен наконечником 31 в которой установлен шарнирный наконечник 32 входящий в состав тяги 33 (фиг. 7).

На тягах 23, 30, 33 установлены тензорезисторные датчики силы 24, 34, 35 соответственно, с помощью которых производятся измерения нагрузок, направленных на испытуемый образец 38 (фиг. 7, 8). Тяги 30, 33 включают по два шарнирных наконечника 36, 37 для соединения с испытуемым образцом 38 (фиг. 11).

Силовозбудитель 14 с помощью пальца 40 закрепляют к испытуемому образцу 38 с помощью шарнирного наконечника 37, который снабжен шарнирным подшипником 39. Между штоком силовозбудителя 14 и наконечником 37 установлен датчик силы 35. Наконечник 31 штока силовозбудителя и датчик силы 35 соединены пальцем 42 с наконечником 32, на котором установлен шарнирный подшипник 41. Силовозбудитель 14 закреплен шпильками 43 к кронштейну 6 рамы 1.

Силовозбудители 12 и 13 установлены в вертикальном положении, параллельно друг другу. Силовозбудитель 12 закрепляют шпильками к кронштейну 27, а последний болтами к колонне 3 рамы 1. Силовозбудитель 13 закрепляют шпильками к кронштейну 44, а последний болтами к колонне 5 рамы 1. Силовозбудитель 12 закрепляют к образцу 38 шарнирным наконечником 36, снабженным шарнирным подшипником 45, с помощью пальца 46. Между штоком силовозбудителя 12 и наконечником 36 установлен датчик силы 34. При этом датчик силы 34 соединен с наконечником 28 штока силовозбудителя с помощью наконечника 29. Наконечники 28 и 29 соединены между собой с помощью шарнирного подшипника 47 и пальца 48. Силовозбудитель 13 закрепляют к образцу 38 аналогично.

Гидравлические силовозбудители 11, 12, 13, 14 соединены с гидросистемой стенда (не показано).

Рама 1 включает боковые опоры 49, на одной из которых установлен кронштейн 10 с накладкой 50, к которой горизонтально закреплена тяга 51 с помощью наконечника 52 через установленный внутри него шарнирный подшипник 53 (фиг. 4, 9). Противоположный конец тяги 51 оснащен наконечником 54, который закреплен к испытуемому образцу 38 через шарнирный подшипник 55 и палец 56 (фиг. 12). Таким образом, испытуемый образец 38 соединен с боковой опорой 49 рамы 1 реактивной тягой 51 (фиг. 4).

Для испытаний используют испытуемый образец 38 сочленения втулки несущего винта, содержащий два рукава втулки, соединенных между собой имитатором лопасти 60. Испытуемый образец 38 содержит имитатор корпуса втулки 57, корпус втулки 58, два осевых шарнира 59 втулки несущего винта, соединенных между собой имитатором лопасти 60, при этом свободные концы осевых шарниров 59 соединены скобами 61 с корпусом втулки 58 и с имитатором корпуса втулки 57 соответственно, кроме того на каждой скобе 61 установлено по гидравлическому демпферу 62 (фиг. 6, 13). Испытуемый образец 38 располагают в стенде вертикально и закрепляют снизу к основанию рамы 2 с помощью стоек 63, 64 и вала 65 (фиг. 3). При этом в корпусе втулки 58 вставлен упор 66 с гайкой 67, который упирается в конструктивные элементы рамы 1 и фиксирует от проворота корпус втулки 58 (фиг. 10).

Сверху испытуемый образец 38 с помощью шпилек 68 закрепляют к короткому плечу рычага 16, который шарнирно закреплен на тумбе 7 рамы 1 (фиг. 5).

Устройство работает следующим образом.

Перед проведением испытаний производят монтаж испытуемого образца 38 сочленения втулки на стенд.

Образец 38 имитатором корпуса втулки 57 закрепляют на стенде сверху с помощью шпилек 68. Образец 38 снизу закрепляют на валу 65 с помощью крышек 69 и 70 через корпус втулки 58. Отсутствие поворота корпуса втулки 58 вокруг своей оси обеспечивают упор 66 с гайкой 67. Затем наконечники 36 присоединяют к имитатору лопасти 60 с помощью резьбового соединения. В центральной части испытуемый образец 38 кронштейном 71 имитатора лопасти 60 закрепляют с помощью резьбового соединения к наконечнику 37. С реактивной тягой 51 имитатор лопасти 60 соединяют с помощью наконечника 54.

После проведения указанных операций оператор включает систему измерения и управления, и в напорные трубопроводы гидросистемы стенда подается рабочая жидкость под давлением. Гидравлические силовозбудители 11, 12, 13 и 14 управляются сервоклапанами (на рисунках не показаны). Подавая электрические сигналы от системы измерения и управления на сервоклапаны, оператор устанавливает режим нагружения образца 38, регламентированный программой испытаний. Все усилия, создаваемые гидравлическими силовозбудителями 11, 12, 13, 14 на испытуемом образце 38 имитируют нагрузки, которые испытывает сочленение втулки несущего винта во время реального полета вертолета. Гидравлический силовозбудитель 11 создает осевое усилие на образце 38. Гидравлические силовозбудители 12 и 13 нагружают образец 38 силой, создающей изгибающий момент в плоскости вращения. Гидравлический силовозбудитель 14 нагружает испытуемый образец 38 силой, создающей изгибающий момент в плоскости тяги. Параметры величины нагрузок, частоты их изменения равны значениям, характерным для полетных режимов. Поддержание полетных нагрузок, которые создаются силовозбудителями 11, 12, 13 и 14 производится автоматически системой управления стенда с использованием обратных связей по силам, измеряемым датчиками силы 24, 34, 35. Во время работы силовозбудителей 11, 12, 13, 14 тяга 51 с шарнирными наконечниками 54 и 52 препятствует повороту имитатора лопасти 60. Таким образом достигается технический результат. Операции предварительной настройки режимов испытаний производятся оператором персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ), включенной в состав системы измерения и управления стенда. Дальнейшее поддержание режимов испытаний, переходы между режимами с различными нагрузками, сохранение информации о нагрузках в ходе испытаний, защита от перегрузок и других отклонений от режимов испытаний и т.д. осуществляется системой измерения и управления стенда в автоматическом режиме. Это позволяет проводить испытания при минимальном участии персонала с минимальными потерями технологического времени. Использование системы измерения позволяет как задавать, так и контролировать точные нагрузки, заданные программой испытаний, имитирующие полетные нагрузки.

Объектом испытания вместо натурного агрегата втулки несущего винта с 5-ю - 6-ю рукавами применяется упрощенный испытуемый образец 38 объекта испытаний сочленения втулки несущего винта, имитатор, содержащий два рукава втулки несущего винта с корпусом. Таким образом, в составе стенда нет сложных авиационных агрегатов, которые могли бы расходовать свой ресурс в ходе проведения испытаний. При этом проведенные на стенде испытания позволяют подтвердить качество выпускаемой продукции, втулки несущего винта в целом, и увеличить ресурс работы агрегата.

Компоновка стенда выполнена в вертикальной плоскости, несмотря на то, что несущий винт работает в горизонтальной плоскости. Таким образом, испытания проводят с помощью более компактной конструкции стенда по сравнению с прототипом, что позволяет минимизировать используемую площадь под размещения стенда в два и более раз, в зависимости от размера реального агрегата. При этом сохраняется возможность нагружения испытуемого образца нагрузками, возникающими в реальном полете.