Результат интеллектуальной деятельности: Установка для исследования рулевых винтов вертолета на режиме неуправляемого вращения

Изобретение относится к области авиации и касается исследования рулевых винтов вертолета на режиме неуправляемого вращения.

В настоящее время существует большое количество установок для исследования винтов вертолета и в частности рулевых винтов: Антропов B.Ф. Экспериментальные исследования по аэродинамике вертолета / В.Ф. Антропов, Г.Б. Бураков, А.С. Дьяченко; ред. А.К. Мартынов - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 240 с; patent US №5251847 «tail rotor anti-torque system for a helicopter», МПК B64C 27/82, 1993; Acree, C.W., Sheikman, A., "Development and Initial Testing of the Tiltrotor Test Rig," Presented at the AHS International 74th Annual Forum & Technology Display, Phoenix, Arizona, May 14-17, 2018.

Такие установки предназначены для исследования изолированного рулевого винта; комбинации рулевого винта и несущего; комбинации рулевого винта и фюзеляжа, оперения. Исследования на таких установках проводятся в аэродинамических трубах, при различных числах Маха и Рейнольдса. Установки имеют различные масштабы к натурным рулевым винтам и соответственно различные числа подобия. Установки позволяют проводить исследования на различных режимах: горизонтальный полет, набор и снижение, осевые режимы полета, включая режим «вихревого кольца».

Наиболее близким прототипом является установка ВП-5 (Антропов В.Ф. Экспериментальные исследования по аэродинамике вертолета, с. 68, 1980 г.), содержащая силовую раму с расположенными на ней моделью вертолета с двигателем несущего и рулевого винтов. Установка имеет возможность проводить в аэродинамических трубах экспериментальные исследования рулевого винта совместно с несущим и планером вертолета. Недостаток установки заключается в отсутствии возможности вращать саму модель вертолета вокруг вертикальной оси при номинальных оборотах несущего и рулевого винта.

Задачей и техническим результатом изобретения является разработка эффективной установки для исследования рулевых винтов вертолета, позволяющей моделировать режим неуправляемого вращения вертолета.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в установке для исследования рулевых винтов вертолета на режиме неуправляемого вращения, содержащей силовую раму с расположенными на ней моделью вертолета с двигателем несущего и рулевого винтов, на силовой раме установлен с возможностью вращения вертикальный вал, на торце которого закреплена платформа для установки на ней модели вертолета, при этом вертикальная ось модели вертолета и ось вертикального вала совпадают и проходят через центр втулки несущего винта модели вертолета. Для вращения платформы, несущего и рулевого винтов использованы автономные двигатели.

Технический результат достигается также тем, что вращение платформы вокруг вертикальной оси осуществлено с помощью электродвигателя, горизонтального вала, цилиндрического редуктора, вертикального вала и углового редуктора.

Технический результат достигается также тем, что управление оборотами электродвигателя осуществлено с помощью частотного преобразователя.

Технический результат достигается также тем, что для вращения несущего и рулевого винтов использованы вентильные электродвигатели, питание которых осуществлено от аккумуляторных батарей.

Технический результат достигается также тем, что управление электродвигателями несущего и рулевого винтов осуществлено с помощью транзисторных коммутаторов.

Технический результат достигается также тем, что для измерения тяги и крутящего момента рулевого винта на статоре электродвигателя рулевого винта закреплены тензометрические весы.

Технический результат достигается также тем, что передача управляющих сигналов на установку и сбор информации с нее осуществлены по беспроводному каналу связи.

На фиг. 1-6 представлены:

На фиг. 1 - общий вид установки; на фиг. 2 - силовая рама с вращающейся платформой и вертикальным валом; на фиг. 3 - привод несущего винта вертолета; на фиг. 4 - общий вид рулевого винта; на фиг. 5 - тензометрические весы; на фиг. 6 - система управления и сбора информации.

Установка состоит (фиг. 1) из следующих основных элементов: силовой рамы 1 с вращающейся платформой, модели вертолета 4, несущего 2 и рулевого 3 винтов, системы управления и сбора информации.

Силовая рама 1 с вращающейся платформой состоит (фиг. 2) из вертикального вала 9, электродвигателя 5, цилиндрического 6 и углового 7 редукторов.

Цилиндрический редуктор 6 двухступенчатый с передаточным отношением 1:12,5 служит для понижения оборотов электродвигателя 5. Угловой редуктор 7 служит для передачи вращения с горизонтального вала на вертикальный 9 с передаточным отношением 1:1. К торцу вертикального вала крепится вращающаяся платформа 8 с корпусом вертолета. Вращающаяся платформа приводится во вращение с помощью электродвигателя 5. Угловая скорость вращения этой части платформы может регулироваться в пределах от 0,5 до 6 рад/с. Управление двигателем вращающейся платформы осуществляется с помощью частотного преобразователя.

Вертикальная ось вертолета и ось вертикального вала совпадают и проходят через центр втулки 10 несущего винта (фиг. 3), обеспечивая моделирование вращения вертолета вокруг вертикальной оси OY_g с угловой скоростью вращения ω_y. (фиг. 2).

Главным отличием режима неуправляемого вращения является вращение вертолета вокруг вертикальной оси. На этом режиме тяги рулевого винта не хватает для уменьшения вращения вертолета. Поэтому вертолет, вошедший по каким-либо причинам во вращение вокруг вертикальной оси, не способен остановить это вращение.

Несущий винт (фиг. 3) приводится во вращение с помощью вентильного электродвигателя 13 через муфту 12 и редуктор 11. Электродвигатель питается от аккумуляторных батарей 15 и приводится во вращение с помощью транзисторного коммутатора 14. Частота вращения несущего винта может регулироваться в пределах от 200 до 600 об/мин.

Вращение рулевого винта (фиг. 4) осуществляется с помощью отдельного вентильного электродвигателя 20, который питается от аккумуляторных батарей 16 и приводится во вращение с помощью транзисторного коммутатора 17. Частота вращения рулевого винта может регулироваться в пределах от 1000 до 3000 об/мин.

Вращение с ротора электродвигателя передается напрямую без редуктора на вал и втулку 21 рулевого винта. Статор электродвигателя крепится к тензометрическим весам 19, установленным на кронштейне 18.

Тензометрические весы (фиг. 5) служат для измерения во время эксперимента тяги Т и крутящего момента рулевого винта М_к. Ось OY тензовесов проходит через ось вала рулевого винта (РВ). Диапазон допустимых значений тяги Т рулевого винта для весов: от минус 5 до плюс 5 кгс, диапазон допустимых значений крутящего момента М_к: от минус 0,33 до плюс 0,33 кгс⋅м.

Для управления двигателями несущего и рулевого винтов применяется система беспроводного управления и сбора информации (фиг. 6). Данная система состоит из программы Srv_XADI_ADIS_15, установленной на персональный компьютер (ПК) оператора, бортового вычислителя, установленного внутри корпуса модели вертолета и аккумуляторных батарей. Оператор со своего рабочего места, расположенного на расстоянии в безопасном боксе, вводит необходимые обороты двигателей несущего и рулевого винтов. Далее сигнал с ПК через беспроводную сеть передается на многофункциональный блок, который преобразует его в управляющий сигнал для транзисторных коммутаторов.

В процессе эксперимента, значения угловой скорости вращения вертолета ω_у и показания тензометрических весов поступают в многофункциональный блок. Далее эти величины оцифровываются и передаются по беспроводной сети на ПК оператора и записываются в файл программой Srv_XADI_ADIS_15.

Таким образом, технический результат, заключающийся в обеспечении возможности моделировать на установке режим неуправляемого вращения вертолета, достигается тем, что модель вертолета с вращающимися несущим и рулевым винтами приводится во вращение вокруг вертикальной оси, проходящей через центр втулки несущего винта.