Нагрузочная машина для динамических испытаний рулевых приводов летательных аппаратов

Полезная модель относится к области испытаний систем автоматического управления, в частности, к области экспериментальных исследований рулевых приводов ЛА и предназначена для статического и динамического нагружения рулевых приводов, а также для отработки системы управления ЛА при имитации реальных условий полета.
Известен нагрузочный стенд для испытаний рулевой машины, содержащий стол, нагрузочный рычаг, на симметрично расположенных консолях которого установлены грузы, узлы крепления рулевой машины, один из которых размещен на кронштейне, жестко закрепленном на столе, а второй - на нагрузочном рычаге (Патент на изобретение №2465563, G01M 17/00, автор: Чеканов В.В., 2012 г.).
Недостатком такой установки является невозможность воспроизведения динамической нагрузки и реальных полетных нагрузок на рулевых агрегатах ЛА.
Известна также испытательная машина, предназначенная для автоматизированного процесса испытаний рулевых приводов ЛА (патент на изобретение №1165929, авторы: Корякин Л.М., Кочетков В.П., Макаров Ю.О., Манукян Б.С., 1985 г.).
Указанная машина содержит силовую раму, гидроподъемник с напорной и сливной магистралями, выполненные в виде телескопически установленных труб, устройство нагружения в виде гидроцилиндра (силовозбудитель), источник подачи рабочей жидкости (источник гидропитания), блок (сервоклапан) управления силовозбудителем, трехпозиционный кран, блок запуска в виде двух электрогидравлических кранов, аварийное устройство в виде двух золотников, два дросселя постоянного проходного сечения.
Такая машина обладает рядом недостатков: сложность монтажа испытуемых изделий, высокая погрешность воспроизведения нагрузки и пониженная жесткость конструкции при динамических испытаниях, пульсации в гидросистеме, снижающие ресурс гидравлических компонентов машины, отсутствие контроля давления в полостях гидроцилиндра, отсутствие возможности проведения испытаний в условиях, приближенных к реальному полету.
Техническим результатом является повышение точности проведения динамических испытаний рулевых приводов летательных аппаратов с воспроизведением реальных полетных нагрузок.
Технический результат достигается тем что, в нагрузочной машине для динамических испытаний рулевых приводов летательных аппаратов, содержащей силовую раму, установленный на ней подъемник с траверсой, источник гидропитания, силовозбудитель в виде гидроцилиндра с гидравлическими входом и выходом, шток которого соединен со штоком испытуемого рулевого привода через датчик силы, сервоклапан управления, установленный на силовозбудителе, соединяющий источник гидропитания с силовозбудителем, гидрораспределитель, электрогидравлический кран, соединенный с гидрораспределителем, дополнительно установлены гидроаккумуляторы на гидравлических входе и выходе силовозбудителя, датчики давления в полостях силовозбудителя, датчик перемещения и акселерометр на штоке силовозбудителя, а также электромотор с приводом для перемещения траверсы подъемника и обжимающий траверсу механизм. Обжимающий траверсу механизм выполнен в виде двух гидроцилиндров, соединенных с электрогидравлическим краном.
На фигуре изображена схема нагрузочной машины для динамических испытаний рулевых приводов летательных аппаратов.
Нагрузочная машина для динамических испытаний рулевых приводов летательных аппаратов содержит силовую раму 1, установленный на силовой раме 1 подъемник, состоящий из траверсы 2, электромотора 3, привода 4 и обжимающего траверсу механизма в виде двух гидроцилиндров 5 и 6, электрогидравлический кран 7, переключающий направление подачи гидравлической жидкости для гидроцилиндров 5 и 6, силовозбудитель 8 в виде вертикально установленного гидроцилиндра, шток которого соединен со штоком испытуемого рулевого привода 9 через датчик силы 10, сервоклапан 11 для управления силовозбудителем 8, гидрораспеределитель 12, соединяющий источник гидропитания 13 с силовозбудителем 8 и электрогидравлическим краном 7, гидроаккумуляторы 14 и 15 на гидравлических входе и выходе силовозбудителя 8, датчики давления 16 и 17, соединенные с полостями силовозбудителя 8, датчик перемещения 18 и акселерометр 19, установленные на штоке силовозбудителя 8.
Устройство работает следующим образом. Включают источник гидропитания 13 и подают электрический сигнал на электрогидравлический кран 7, соответствующий расжатию гидроцилиндров 5 и 6 траверсы 2, перемещают траверсу 2 при помощи электромотора 3 с приводом 4 в заданное положение для монтажа испытуемого рулевого привода 9. После установки испытуемого рулевого привода 9 на силовой раме 1 и соединения со штоком силовозбудителя 8 электрогидравлический кран 7 подачей электрического сигнала переводят в положение, при котором происходит обжатие гидроцилиндрами 5 и 6 траверсы 2. Обжатие необходимо для обеспечения дополнительной жесткости конструкции в процессе высокочастотного динамического нагружения испытуемых рулевых приводов.
При нулевом входном сигнале управления на сервоклапане 11 рабочие давления жидкости в полостях силовозбудителя 8, измеряемые датчиками давления 16 и 17, равны, и сила, создаваемая силовозбудителем 8 на штоке испытуемого рулевого привода 9:
F=Δp⋅S=0,
где:
2
S - площадь поршня гидроцилиндра силовозбудителя [см];
Δp - перепад давления в полостях гидроцилиндра силовозбидителя [атм].
При подаче управляющего сигнала на вход сервоклапана 11 управления силовозбудителем 8, происходит изменение расхода и, соответственно, перепада давления Δp в рабочих полостях силовозбудителя 8, таким образом, на штоке испытуемого рулевого привода 9 возникает нагрузка.
Силовозбудитель 8 является гидравлическим приводом, управляемым по силе и по перемещению. Обратная связь по силе реализована за счет использования датчика силы 10, а по положению - за счет использования датчика перемещения 18.
Гидроаккумуляторы 14 и 15, установленные на гидравлическом входе и выходе силовозбудителя 8, служат для аккумулирования энергии, демпфирования пульсаций рабочей жидкости, а также для компенсации утечки рабочей жидкости и компенсации объема рабочей жидкости при работе силовозбудителя. Дополнительный сигнал обратной связи с акселерометра 19 используются в системе управления нагружением для корректировки управляющей силы при частотных испытаниях с целью поддержания заданной фиксированной нагрузки на испытуемом рулевом приводе 9. Сигнал обратной связи по положению штока силовозбудителя 8, измеряемый датчиком перемещения 18, используется в экспериментальной отработке рулевых приводов при имитации реальных условий полета, когда величина внешней нагрузки на органе управления зависит от положения самой рулевой поверхности.
Технический результат состоит в том, что предлагаемая полезная модель с введенными элементами позволяет повысить точность проведения динамических испытаний рулевых приводов летательных аппаратов с воспроизведением реальных полетных нагрузок.
Использование указанной нагрузочной машины позволяет проводить нагружение рулевого привода как для определения его запасов устойчивости, так и определения запасов устойчивости самолета при полунатурном моделировании с различными по величине нагрузками. С ее помощью возможно имитировать простые и сложные нагрузки, такие как, статические, инерционные, упруго-массовые, аэродинамические.
Особой темой исследования рулевых приводов является определение характеристик их статической и динамической жесткости. В процессе проектирования ЛА может возникнуть потребность в определении жесткости и собственной частоты колебаний конструкции установки привода на изделии, а также определение запасов устойчивости контура управления приводом или изделием.
Для определения жесткости конструкции «опора-привод-орган управления» необходимо знать статическую жесткость привода, которая может быть определена только экспериментальным путем на нагрузочном стенде. Не менее важным является экспериментальное определение динамической жесткости рулевого привода как одной из важнейших характеристик флаттерных частот органа управления ЛА.
Указанные задачи также решаются при помощи нагрузочной машины для динамических испытаний, которая способна воспроизводить силу на штоке испытуемого рулевого привода, изменяющуюся синусоидально в широкой полосе управляющих частот. При этом введение обжимающего механизма для траверсы подъемника в виде двух гидроцилиндров, позволяет значительно снизить искажения определяемой динамической жесткости рулевого привода за счет увеличения жесткости конструкции машины в целом.
Кроме того, предлагаемая нагрузочная машина имеет повышенный ресурс гидравлических компонентов силовозбудителя, а конструкция машины становится более упрощенной и надежной.