ДИНАМИЧЕСКИЙ МОДЕЛИРУЮЩИЙ СТЕНД

Предполагаемая полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована для моделирования в лабораторных условиях режимов эксплуатации испытуемых объектов.
Известен стенд, воспроизводящий в трех координатных плоскостях угловые движения испытуемого объекта (см., например, Чернышев А.В. Проектирование стендов для испытания и контроля бортовых систем летательных аппаратов: Учебник для авиационных специальностей вузов. - М.: Машиностроение, 1983, с.с.85-86) и содержащий платформу, выполненную в виде круглой в плане, с зубьями шестерни по контуру пластины, с закрепленными на ней кронштейнами, на которых на опорах с возможностью поворота вокруг оси, параллельной плоскости этой платформы, установлена первая рама, на которой на опорах с возможностью поворота относительно оси, перпендикулярной оси поворота первой рамы, установлена вторая рама. При этом стенд содержит также привода поворота платформы и первой и второй рам, а также датчики поворота этой платформы и рам и устройство управления, причем привод поворота платформы связан с ней соответствующей шестерней, привод поворота первой рамы размещен на платформе и соответственно связан с этой рамой, а привод поворота второй рамы соответственно связан со второй рамой и установлен на первой раме, датчик поворота платформы соответственно связан с платформой, датчик поворота первой рамы размещен на платформе и соответственно связан с первой рамой, а датчик поворота второй рамы соответственно связан с этой рамой и установлен на первой раме.
Известный стенд обеспечивает возможность задания многостепенных динамических нагрузок, однако его выполнение ограничивает номенклатуру испытуемых объектов, например, функционирующих радиоэлектронных блоков, за счет влияния выступающих деталей стенда, уменьшающих пространство обзора для таких объектов и создающих соответствующие помехи.
Наиболее близким аналогом-прототипом является динамический моделирующий стенд (см., например, патент РФ №53009 на полезную модель «Динамический моделирующий стенд» с приоритетом от 27.04.2006 г.), содержащий платформу, выполненную в виде пластины, круглой в плане, с возможностью поворота вокруг оси и с зубьями шестерни по контуру, на которой с возможностью поворота вокруг оси, параллельной плоскости этой платформы, установлена первая рама, с размещенной на ней с возможностью поворота относительно оси, перпендикулярной оси поворота первой рамы, второй рамой, при этом стенд содержит также редукторные привода поворота платформы и первой и второй рам, а также датчики поворота этой платформы и рам и устройство управления, причем привод поворота платформы связан с ней соответствующей шестерней, привод поворота первой рамы размещен на платформе и соответственно связан с этой рамой, а привод поворота второй рамы соответственно связан со второй рамой и установлен на первой раме, датчик поворота платформы соответственно связан с платформой, датчик поворота первой рамы размещен на платформе и соответственно связан с первой рамой, а датчик поворота второй рамы соответственно связан с этой рамой и установлен на первой раме, введены станина, блоки концевых выключателей и буферные упоры поворота платформы и рам, а также дополнительная платформа, причем дополнительная платформа жестко закреплена на второй раме, привод и датчик поворота платформы закреплены на станине, блок концевых выключателей и буферный упор поворота платформы закреплены на станине и соответственно связаны с платформой, блок концевых выключателей и буферный упор поворота первой рамы размещены на платформе и соответственно связаны с первой рамой, а блок концевых выключателей и буферный упор поворота второй рамы соответственно связаны с этой рамой и установлены на первой раме, при этом электрические входы приводов поворота платформы, и первой и второй рам соединены с соответствующими с первого по третий выходами устройства управления, выходы датчиков поворота платформы, и первой и второй рам подключены к соответствующим с первого по третий входам устройства управления, а электрические выходы блоков концевых выключателей платформы, и первой и второй рам соединены соответственно с четвертого по двенадцатый входами устройства управления, причем первая и вторая рамы выполнены каждая в виде двух параллельно расположенных и жестко соединенных, например, с помощью пластин плоских кольцевых секторов, установленных, например, на роликах, в соответствующих дугообразных направляющих, причем направляющие первой рамы закреплены на платформе, а направляющие второй рамы установлены на пластине, соединяющей сектора первой рамы, при этом на пластине, соединяющей сектора второй рамы, установлена дополнительная платформа, внешний контур на одном из секторов каждой рамы выполнен в виде части зубчатого колеса, связанного с соответствующей шестерней соответствующего привода.
Данный стенд обеспечивает возможность задания многостепенных динамических нагрузок без ограничения номенклатуры испытуемых объектов, однако конструктивное выполнение стенда, особенно при его длительной эксплуатации, не исключает появления люфтов и других нарушений взаимонастройки блоков, приводящее к снижению точности воспроизведения задаваемых режимов.
Задача полезной модели состоит в разработке динамического моделирующего стенда, обеспечивающего надежное функционирование в течение длительного времени.
Сущность полезной модели состоит в том, что динамический моделирующий стенд, содержит системы задания режимов испытаний и их воспроизведения, а также системы управления и контроля, причем система задания режимов испытаний группой выходов соединена с первой группой входов системы управления, группой выходов подключенной к группе входов системы воспроизведения режимов испытаний, первой и второй группами выходов соединенной соответственно со второй группой входов системы управления и группой входов системы контроля, группой выходов подключенной к третьей группе входов системы управления, при этом система задания режимов испытаний группой входов соединена с группой входов динамического моделирующего стенда.
При этом система воспроизведения режимов испытаний, выполнена в виде опорно-поворотного механизма (далее ОПМ), включающего устройства, обеспечивающие с помощью соответствующих приводов реализацию динамических нагрузок и заданных движений вокруг вертикальной оси (далее устройство канала курса), вокруг оси, перпендикулярной вертикальной и параллельной основанию ОПМ (далее устройство канала тангажа) и вокруг оси, перпендикулярной оси канала тангажа и в начальной установке параллельной основанию ОПМ (далее устройство канала крена), а также концевые выключатели и арретиры, при этом устройство канала курса установлено на основании ОПМ и содержит курсовую платформу, выполненную в виде U-образного кронштейна, установленного на основании ОПМ с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, причем в размещенных в боковых полках этого U-образного кронштейна подшипниковых опорах на двух соосно установленных полуосях помещена рама канала тангажа, выполненная с возможностью поворота вокруг своей оси, при этом на двух других соосно установленных полуосях в подшипниковых опорах, размещенных на двух других сторонах рамы канала тангажа с возможностью поворота вокруг соответствующей оси, установлена платформа устройства канала крена с площадкой для крепления испытуемого объекта, причем все полуоси соединены с соответствующими приводами, при этом привода ОПМ выполнены безредукторными, а привода поворота рамы канала тангажа и платформы устройства канала крена выполнены также и двухдвигательными, при этом каждый двигатель этих приводов установлен на своей полуоси с жестким объединением на общей нагрузке, причем концевой выключатель поворота курсовой платформы соответственно связан с ней и закреплен на станине, концевые выключатели рамы канала тангажа и платформы устройства канала крена соответственно с ними связаны и размещены соответственно на курсовой платформе и на раме канала тангажа, а арретиры выполнены в виде подвижных штырей с возможностью их установки в соответствующие отверстия полуосей поворота рамы канала тангажа и платформы устройства канала крена, причем входы приводов курсовой платформы, рамы канала тангажа и платформы устройства канала крена образуют группу входов, а выходы концевых выключателей поворота курсовой платформы, рамы канала тангажа и платформы устройства канала крена соответствуют первому, второму и третьему выходам первой группы выходов системы воспроизведения режимов испытаний.
Кроме того, привода ОПМ выполнены в виде высокомоментных электродвигателей, причем статор электродвигателя привода курсового канала закреплен на станине, статоры электродвигателей привода рамы канала тангажа закреплены на курсовой платформе, а статоры электродвигателей привода устройства канала крена закреплены на раме канала тангажа, при этом роторы этих электродвигателей закреплены соответственно на курсовой платформе, раме канала тангажа и на платформе устройства канала крена.
При этом система контроля включает установленный на основании и связанный с курсовой платформой датчик угла поворота этой платформы, установленный на курсовой платформе и связанный с рамой канала тангажа датчик угла поворота этой рамы и установленный на раме тангажа и связанный с платформой устройства канала крена датчик угла ее поворота, причем датчик угла поворота курсовой платформы выполнен многооборотным, а датчики угла поворота рамы канала тангажа и платформы устройства канала крена выполнены однооборотными, при этом входы и электрические выходы этих датчиков образуют соответственно первый, второй и третий входы и выходы групп входов и выходов системы контроля.
Предложенный динамический моделирующий стенд обеспечивает возможность задания эксплуатационных нагрузок и повышения надежности за счет конструктивного выполнения, основанного на использовании безредукторных приводов и устранения в процессе эксплуатации необходимости в проведении целого ряда регулировок.
На фиг.1 приведена функциональная блок-схема динамического моделирующего стенда, на фиг.2 представлен общий вид систем воспроизведения режимов испытаний и контроля, на фиг.3 показан вид представленных на фиг 2 систем в разрезе по А-А.
Динамический моделирующий стенд (фиг.1) содержит систему 1 задания режимов испытаний, систему 2 управления, а также систему 3 воспроизведения режимов испытаний и систему 4 контроля, причем система 1 задания режимов испытаний группой выходов соединена с первой группой входов системы 2 управления, группой выходов подключенной к группе входов системы 3 воспроизведения режимов испытаний, первой и второй группами выходов соединенной соответственно со второй группой входов системы 2 управления и группой входов системы 4 контроля, группой выходов подключенной к третьей группе входов системы 2 управления, при этом система 1 задания режимов испытаний группой входов соединена с группой входов динамического моделирующего стенда.
Система 1 задания режимов испытаний предназначена для формирования сигналов, соответствующих задаваемым динамическим воздействиям на испытуемый объект (на фиг.1 ИО, не пронумерован) по каждому каналу стенда, и выполнена в виде вычислительного устройства (см., например, Стенд С3-ПР. Руководство по эксплуатации. ЮСИЯ.2006.14-000 РЭ, ГосНИИАС, Москва, 2006, с.23).
Система 2 управления предназначена для преобразования сигналов, принимаемых от системы 1 задания режимов испытаний, в сигналы управления работой системы 3 воспроизведения режимов испытаний, а также для приема сигналов от системы 4 контроля и соответствующей корректировки передаваемых в систему 3 воспроизведения управляющих сигналов. Система 2 управления построена на базе использования программируемой логической матрицы (ПЛИС) и сервоконтроллеров (на фиг. не показаны) типа Unidrive SP фирмы CONTROL TECHNIQUES и выполнена в виде соответствующего устройства управления (см., например. Стенд С3-ПР. Руководство по эксплуатации. ЮСИЯ.2006.14-000 РЭ, ГосНИИАС, Москва, 2006, с.с.11-13).
Система 3 воспроизведения режимов испытаний предназначена для непосредственного динамического воздействия на испытуемые, например, инерциальные системы.
Система 4 контроля предназначена для получения информации о реально воспроизводимых стендом нагрузках.
Система 3 воспроизведения режимов испытаний выполнена в виде (фиг.2 и 3) опорно-поворотного механизма (далее ОПМ, на фиг. не пронумерован), включающего устройства, обеспечивающие с помощью соответствующих приводов реализацию динамических нагрузок и заданных движений вокруг вертикальной оси (далее устройство канала курса, на фиг. не пронумеровано), вокруг оси, перпендикулярной вертикальной и параллельной поверхности основания 5 ОПМ (далее устройство канала тангажа, на фиг. не пронумеровано) и вокруг оси, перпендикулярной оси канала тангажа и в начальной установке параллельной поверхности основания 5 ОПМ (далее устройство канала крена, на фиг. не пронумеровано), а также концевые выключатели 6 и арретиры 7.
1
2
2
2
2
3
3
1
2
1
2
1
2
При этом устройство канала курса содержит курсовую платформу 8, выполненную в виде U-образного кронштейна, установленного на основании 5 ОПМ с возможностью поворота с помощью электродвигателя 9 вокруг вертикальной оси, причем на боковых сторонах 10 этого U-образного кронштейна соосно установлены два электродвигателя (9  и 9 ), к роторам 11  и 11  которых прикреплена рама 12 канала тангажа, выполненная с возможностью поворота вокруг этой горизонтальной оси, а на двух других сторонах рамы 12 соосно установлены электродвигатели 9  и 9 , к роторам которых (на фиг. не показаны) с возможностью поворота вокруг соответствующей оси прикреплена платформа 13 устройства канала крена с площадкой 14 для крепления испытуемого объекта (на фиг. не пронумерован).
Курсовая платформа 8, рама 12 канала тангажа и платформа 13 канала крена соединены с соответствующими приводами (на фиг. не пронумерованы), которые выполнены безредукторными в виде высокомоментных электродвигателей 9, а привода поворота рамы 12 канала тангажа и платформы 13 устройства канала крена выполнены также и двухдвигательными с жестким объединением на общей нагрузке.
1
1
Концевой выключатель 6 поворота курсовой платформы 8 соответственно связан с ней и закреплен на основании 5, концевые выключатели (на фиг. не показаны) рамы 12 канала тангажа и платформы 13 устройства канала крена соответственно с ними связаны и размещены соответственно на курсовой платформе 8 и на раме 12 канала тангажа, а арретиры 7 выполнены в виде подвижных штырей (на фиг. не показаны) с возможностью их установки в соответствующие отверстия (на фиг. не показаны) рамы 12 канала тангажа и платформы 13 устройства канала крена соответственно, причем входы приводов курсовой платформы 8, рамы 12 канала тангажа и платформы 13 устройства канала крена образуют группу входов, а выходы концевых выключателей 6 поворота курсовой платформы 8 и концевых выключателей (на фиг. не показаны) рамы 12 канала тангажа и платформы 13 устройства канала крена соответствуют первому, второму и третьему выходам первой группы выходов системы 3 воспроизведения режимов испытаний.
1
1
2
2
2
2
3
3
3
3
2
2
3
3
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Кроме того, привода ОПМ выполнены в виде высокомоментных электродвигателей 9, причем статор 15 электродвигателя 9 привода курсового канала закреплен на основании 5, статоры 15  и 15  электродвигателей 9  и 9  привода рамы 12 канала тангажа закреплены на курсовой платформе 8, а статоры 15  и 15  электродвигателей 9  и 9  привода устройства канала крена закреплены на раме 12 канала тангажа, при этом роторы 11 этих электродвигателей (соответственно роторы 11  и 11 , а также 11  и 11 ) установлены соответственно на курсовой платформе 18, раме 12 канала тангажа и на платформе 13 устройства канала крена.
1
2
1
2
Система 4 контроля включает установленный на основании 5 и связанный с курсовой платформой 8 датчик 16 угла поворота этой платформы, установленный на курсовой платформе 8 и связанный с рамой 12 канала тангажа датчик 17 угла поворота этой рамы и установленный на раме 12 канала тангажа и связанный с платформой 13 устройства канала крена датчик 17 угла ее поворота, причем датчик 16 угла поворота курсовой платформы выполнен многооборотным, а датчики 17 и 17 угла поворота рамы 12 канала тангажа и платформы 13 устройства канала крена выполнены однооборотными, причем входы и электрические выходы этих датчиков образуют соответственно первый, второй и третий входы и выходы групп входов и выходов системы 4 контроля.
При этом в качестве концевых выключателей 6 поворота курсовой платформы 8, рамы 12 канала тангажа и платформы 13 устройства канала крена использованы магнитные цифровые малоразрядные (9 разрядов) датчики типа RM22P (см., например, Стенд С3-ПР. Руководство по эксплуатации. ЮСИЯ.2006.14-000 РЭ, ГосНИИАС, Москва, 2006, с.7).
1
2
2
3
3
1
2
1
2
Курсовая платформа 8 установлена на подшипнике (на фиг. не пронумерован) типа INA Axial/radial bearings YRT 850 (см., например, www.inadam.de), встроенном в электродвигатель 9 привода курсовой платформы 8. Рама 12 тангажа установлена на двух подшипниках (на фиг. не пронумерованы) типа INA Crossed roller bearings SX011828 (см., например, www.inadam.de), встроенных в электродвигатели 9  и 9  привода этой рамы, а платформа 13 устройства канала крена установлена на двух подшипниках (на фиг. не пронумерованы) типа INA Crossed roller bearings SX011818 (см., например, www.inadam.de), встроенных в электродвигатели 9  и 9  привода данной платформы.
В качестве высокомоментных электродвигателей 9 приводов ОПМ применены электродвигатели фирмы РУХСЕРВОМОТОР, причем для привода курсовой платформы 8 выбран электродвигатель типа RSM-T36-275-100-C-GS-YRT-RHG (см., например, http://www ruchser vomotor.com). для привода рамы 12 канала тангажа выбраны электродвигатели типа RSM-T24-153-50-C-GS-SX-NE (см. там же), а для привода платформы 13 устройства канала крена - электродвигатели типа RSM-T24-92-25-C-GS-SX-NE (см. там же).
1
2
Датчик 16 угла поворота курсовой платформы 8 выполнен в виде многооборотного цифрового угла типа ROQ-425 фирмы Heidenhaim (см., например. Каталог изделий фирмы Heidenhaim, июнь 2006, с.32, а также www. heidenhaim.de), датчик 17 угла поворота рамы 12 канала тангажа и датчик 17 угла поворота платформы 18 устройства канала 8 крена выполнены в виде цифровых однооборотных датчиков угла типа ROC-417 той же фирмы (см. там же).
Динамический моделирующий стенд работает следующим образом:
Предварительно на компьютере (на фиг. не показан) системы 1 задания режимов испытаний формируют математическую модель, например, самолета (см., например, Г.М.Петров и др. «Методы моделирования систем управления на аналоговых и аналого-цифровых вычислительных машинах». Изд. «Машиностроение», М., 1975, с.с.82-116).
Испытываемый аппаратурный блок (на фиг. не показан), реагирующий на действие угловых возмущений (например, блок гироскопических датчиков навигационной системы самолета) устанавливают на площадке 14 устройства канала крена, после чего подвижные узлы стенда (курсовую платформу 8, раму 12 канала тангажа и платформу 13 устройства канала крена с помощью компьютера (на фиг. не показан) системы 2 управления и соответствующих приводов) устанавливают в нулевом положении.
1
2
Затем на соответствующие входы компьютера системы 2 управления подают оцифрованные сигналы, соответствующие текущим значениям углов поворота самолета по курсу, тангажу и крену, а также сигналы датчиков 16, 17 и 17, соответствующие фактическим угловым положениям (сигналы обратной связи) подвижных узлов стенда. Компьютер определяет разности задаваемого и фактически отработанных углов поворота соответствующих подвижных узлов стенда и формирует сигналы ошибки, соответствующие (например, пропорциональные) полученным разностям, которые далее суммирует с корректирующими, пропорциональными задаваемым скоростям и ускорениям соответствующих каналов стенда сигналами.
Эти суммарные сигналы усиливают с помощью усилителей мощности (на фиг. не показаны) и подают на соответствующие цифровые следящие привода 20, отрабатывающие заданные углы поворота.
В результате испытуемый аппаратурный блок совершает пространственные угловые движения, соответствующие определенным на вышеуказанной математической модели угловым движениям самолета.
При этом сигналы датчиков исследуемой аппаратуры передают (на фиг. не показано) на дополнительный управляющий компьютер (на фиг. не показан), например, для замыкания контура системы управления реализуемой модели.