Стенд для испытаний подъемной тяги воздушных винтов беспилотного летательного аппарата
STAND FOR TESTING THE LIFTING THRUST OF PROPELLERS OF AN UNMANNED AERIAL VEHICLE

Изобретение относится к области беспилотной авиации, в частности к устройствам для испытаний подъемной тяги воздушных винтов при их проектировании и испытании в лабораторных условиях.
Известна установка для измерения сил и моментов при испытании лопастей воздушных винтов (см. RU 2035029 С1, 10.05.1995), содержащая рычажные весы с измерительной шкалой и перемещающимся вдоль плеча уравновешивающим грузом. В качестве противовеса рычажных весов использован закрепленный на плече рычажных весов электродвигатель привода воздушного винта. На оси этого двигателя закреплена втулка с узлом изменения шага воздушного винта. В установке имеются амперметр, вольтметр, трансформатор с блоком стабилизации напряжения и стробоскопический тахометр. В этом техническом решении для каждого значения скорости производятся замеры силы тяги, частоты вращения, силу тока и напряжения. По результатам замеров строятся зависимости и делаются выводы.
Недостатком установки для измерения сил и моментов при испытании лопастей воздушных винтов, является длительное ожидание достоверного результата, что снижает эффективность установки.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип стенд для испытаний подъемной тяги винтов летательного аппарата (см. RU 186022 U1, 2018.12.26). Данный стенд включает в себя защитную раму, двуплечий рычаг в виде прямоугольной балки, электродвигатель, закрепленный на одном конце двуплечего рычага, опору оси вращения рычага, расположенную на основании, состоящем из продольных, поперечных и вертикальной балок квадратного сечения, жестко соединенных между собой диагоналями. Также стенд содержит тензодатчик, который установлен на другом конце двуплечего рычага, аккумулятор и контроллер, которые закреплены на двуплечем рычаге, причем аккумулятор соединен с электродвигателем через контроллер, притом закрепленные на двуплечем рычаге контроллер и тензодатчик соединены с персональным компьютером через USB порт посредством коммуникационного провода. Персональный компьютер с помощью программы строит график мощности от частоты оборотов электродвигателя, где выделяют оптимальный режим работы при удовлетворительной потребляемой мощности. После чего делают вывод о пригодности испытуемого винта для проектируемого летательного аппарата.
К недостаткам этого известного технического решения можно отнести конструкторскую сложность и низкий коэффициент относительной чувствительности тензодатчика, определяемый как отношение изменения сопротивления проводника к изменению длины проводника, а также температурную погрешность из-за изменения температурного коэффициента сопротивления материала.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является упрощение конструкции испытательного стенда и повышение чувствительности измерения подъемной силы, необходимой для взлета воздушного винта.
Технический результат достигается тем, что в стенд для испытаний подъемной тяги воздушных винтов беспилотного летательного аппарата, содержащий электродвигатель с винтом и проводом питания, коммуникационный провод и основание, введены электронные весы с аккумуляторной батарей, блок питания с регулируемым выходным напряжением, преобразователь и измеритель времени, электродвигатель с винтом установлен на основании, основание снабжено электронными весами с аккумуляторной батарей, причем выход блока питания с регулируемым напряжением посредством провода питания подключен к электродвигателю, выход дисплея электронных весов с помощью коммуникационного провода соединен с входом преобразователя, выход которого подключен к измерителю времени.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что измерение времени постепенного подъема электродвигателя с воздушным винтом с платформы электронных весов вверх, дает возможность определить подъемную тягу воздушного винта.
Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу определения подъемной тяги воздушного винта благодаря измерению времени постепенного подъема электродвигателя с винтом вверх с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением конструкции испытательного стенда и повышением чувствительности измерения подъемной силы, необходимой для взлета воздушного винта.
На чертеже приведена функциональная схема стенда.
Стенд содержит основание 1, электродвигатель 2 с винтом и проводом питания, электронные весы 3, коммуникационный провод 4, блок питания с регулируемым выходным напряжением 5, преобразователь 6 и измеритель времени 7.
Стенд работает следующим образом. Электронные весы 3 устанавливают на основании 1. На платформу весов ставят электродвигатель 2 с винтом и проводом питания. С помощью аккумуляторной батареи производят электрическое питание весов. По цифровым показаниям дисплея электронных весов получают информацию о начальном весе (режим покоя) электродвигателя с винтом и проводом питания. После этого благодаря проводу питания, осуществляют электрическое питание электродвигателя от блока питания с регулируемым выходным напряжением 5. При плавном увеличении выходного напряжения, от нуля до определенного значения, блока питания, фиксируют начало процесса подъема двигателя с винтом вверх. Одновременно с этим, сигнал с выхода дисплея электронных весов, соответствующий началу подъема электродвигателя с изменением показаний дисплея о весе двигателя, посредством коммуникационного провода 4, передают на вход преобразователя 6.
По закону динамики, когда двигатель с винтом и проводом начинает подниматься вверх (начало взлета винта), сила давления на платформу весов уменьшается по мере подъема электродвигателя. Она должна быть меньше силы тяжести двигателя с винтом. В конце подъема электродвигатель с винтом получает ускорение, направленное вниз. В это время показания дисплей электронных весов должны равняться нулю (отсутствие электродвигателя с винтом на платформе весов). В соответствии с этим, в предложенном техническом решении эффект постепенного подъема вверх электродвигателя с винтом с уменьшением показаний дисплея весов до нуля, используется для определения подъемной тяги воздушного винта. Так как в данном случае постепенный подъем электродвигателя с винтом сопряжен со временем, то измерение этого времени, характеризующего изменение веса электродвигателя с винтом от начального веса до нуля при определенном фиксированном напряжении блока питания, даст возможность определить воздушную тягу винта. Другими словами, время постепенного подъема винта с платформы весов вверх, становится функцией его воздушной тяги. Для этого, согласно предлагаемому стенду, с выхода дисплея электронных весов цифровой сигнал, констатирующий диапазон изменения веса электродвигателя с винтом при его постепенном подъеме от платформы весов, поступает на вход преобразователя 6. В этом преобразователе цифровой сигнал об изменении веса электродвигателя с винтом преобразуется в аналоговый сигнал и далее передается на вход измерителя времени 7 в виде электронного секундомера с внешним управлением. При этом в режиме покоя электродвигателя с винтом его максимальный вес должен равняться нулевому значению (показанию) секундомера, а после взлета винта (нулевой вес) - максимальному значению времени отсчета. Следовательно, отсюда можно заключить, что при лабораторном испытании электродвигателя с винтом, измерением времени процедуры постепенного подъема электродвигателя с винтом вверх, можно обеспечить определение подъемной силы воздушного винта. Здесь следует отметить, что при испытании разных типов электродвигателей с винтами, напряжения для запуска электродвигателей с винтами и времена, характеризующие постепенный подъем винтов вверх будут разными.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении на основе измерения времени постепенного подъема электродвигателя с воздушным винтом, можно добиться упрощения конструкции испытательного стенда и повышения чувствительности измерения подъемной силы, необходимой для взлета воздушного винта.