УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ И КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, СОЗДАВАЕМЫХ ВИНТАМИ ВИНТОКРЫЛОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к области измерительной техники и предназначена для измерения подъемной силы и крутящего момента, создаваемых несущим и рулевым винтами винтокрылого аппарата.
Известно устройство для измерения параметров несущего винта малоразмерных беспилотных вертолетов (патент КНР 2816871, МПК G01M 99/00, 2006 г.). Известное устройство содержит платформу с приспособлением для закрепления несущего винта и системой противовесов с гирями для измерения вертикальной силы. Недостатками аналога являются невозможность размещения винтокрылого аппарата целиком, невозможность измерения крутящего момента, создаваемого рулевым винтом, отсутствие электронных датчиков и электронной аппаратуры.
Ближайшим по совокупности существенных признаков и по назначению, т.е. прототипом, является устройство по патенту КНР 203572672, МПК G01M 13/00, G01M 15/00, G01M 99/00, 2014 г.
Прототип содержит горизонтальную неподвижную базовую жесткую платформу и горизонтальную жесткую силоприемную платформу. Горизонтальная неподвижная базовая жесткая платформа и горизонтальная жесткая силоприемная платформа соединены датчиками силы. С датчиками силы соединена измерительная электронная аппаратура.
Недостатки прототипа: большое число датчиков силы, вносящие дополнительную погрешность силопередающие тяги, использование отдельного датчика крутящего момента. Все это увеличивает высоту устройства в целом, а это существенно снижает его жесткость. Уменьшение жесткости устройства существенно снижает точность измерения, особенно на динамических режимах с резкими изменениями значений подъемной силы, создаваемой несущим винтом и крутящего момента, создаваемого рулевым винтом.
Предложенное устройство направлено на устранение отмеченных недостатков прототипа. Техническим результатом является повышение точности измерения подъемной силы и крутящего момента, создаваемых винтами винтокрылого аппарата.
На фиг. 1 показано устройство для измерения подъемной силы и крутящего момента, создаваемого винтами винтокрылого аппарата с установленным на нем винтокрылым аппаратом, вид сбоку.
На фиг. 2 показано устройство для измерения подъемной силы и крутящего момента, создаваемого винтами винтокрылого аппарата со снятой горизонтальной жесткой силоприемной платформой, вид сверху.
Устройство для измерения подъемной силы и крутящего момента, создаваемого винтами винтокрылого аппарата, содержит горизонтальную базовую жесткую платформу 1 и горизонтальную жесткую силоприемную платформу 2. Горизонтальная базовая жесткая платформа 1 и горизонтальная жесткая силоприемная платформа 2 соединены датчиками 3 силы. Измерительная электронная аппаратура (на чертеже не показана), соединена с датчиками 3 силы. Датчики 3 силы выполнены двухкомпонентными тензорезисторными, каждый двухкомпонентный тензорезисторный датчик 3 силы выполнен в виде консоли и содержит первый и второй мосты тензорезисторов (на чертеже не показаны). Каждый двухкомпонентный тензорезисторный датчик 3 силы содержит жесткий опорный узел 4 и жесткий силоприемный узел 5. Тензорезисторы первого моста каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 силы измеряют силу 6, направленную вдоль вертикальной первой измерительной оси 7, перпендикулярной продольной оси 8 каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3. Тензорезисторы второго моста каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 силы измеряют силу 9, направленную вдоль второй измерительной оси 10 каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 силы, перпендикулярной продольной оси 8 каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 силы и первой измерительной оси 7. Жесткие опорные узлы 4 каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 силы жестко соединены с неподвижной базовой жесткой платформой 1, жесткие силоприемные узлы 5 каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 силы жестко соединены с горизонтальной жесткой силоприемной платформой 2, при этом первые измерительные оси 7 каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 силы расположены параллельно друг другу и перпендикулярно горизонтальной жесткой силоприемной платформе 2, вторые измерительные оси 10 каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 силы расположены в горизонтальной плоскости, параллельны горизонтальной жесткой силоприемной платформе 2 и перпендикулярны продольной оси 8 каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 силы соответственно. Измерительная электронная аппаратура (на чертеже не показана), соединенная с датчиками силы, преобразует сигналы от первых и вторых мостов тензорезисторов каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 силы раздельно.
На горизонтальной жесткой силоприемной платформе 2 с помощью посадочного узла 11 закреплен испытываемый винтокрылый аппарат 12, снабженный несущим винтом 13, создающим подъемную силу 14 вдоль вертикальной оси 15, и рулевым винтом 16, создающим компенсирующий момент, препятствующий закручиванию испытываемого винтокрылого аппарата 12 в сторону, противоположную вращению несущего винта 13.
Устройство работает следующим образом.
Испытываемый винтокрылый аппарат 12 посредством посадочного узла 11 жестко прикрепляется к горизонтальной жесткой силоприемной платформе 2. После запуска несущего винта 13 возникает подъемная сила 14. Одновременно от несущего винта 13 возникает реактивный момент, и испытываемый винтокрылый аппарат 12 стремится повернуться вокруг вертикальной оси 15 в сторону, противоположную направлению вращения несущего винта 13. Этому повороту противодействует горизонтальный крутящий момент, создаваемый запущенным одновременно рулевым винтом 16, и противодействующий вращению.
Измерение подъемной силы 14 производится с помощью двухкомпонентных тензорезисторных датчиков 3 силы следующим образом. Несущий винт 13 испытываемого винтокрылого аппарата 12 тянет его вверх, стремясь оторвать от горизонтальной жесткой силоприемной платформы 2. Посадочный узел 11 испытываемого винтокрылого аппарата 12 жестко прикреплен к горизонтальной жесткой силоприемной платформе 2. Жесткие силоприемные узлы 5 каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 силы жестко соединены с горизонтальной жесткой силоприемной платформой 2, жесткие опорные узлы 4 каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 силы жестко соединены с неподвижной базовой жесткой платформой 1. Вследствие этого подъемная сила 14 распределяется по трем двухкомпонентным тензорезисторным датчикам 3. Тензорезисторы первого моста каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 силы измеряют силу 6, направленную вдоль первой измерительной оси 7, перпендикулярной продольной оси 8 консоли и плоскости горизонтальной жесткой силоприемной платформы 2. Сумма сигналов этих мостов пропорциональна переменной подъемной силе 14 за вычетом постоянного веса испытываемого винтокрылого аппарата 12. Часть суммарного сигнала от постоянного веса испытываемого винтокрылого аппарата 12 может быть компенсирована в электронной аппаратуре (на чертеже не показана) еще до запуска несущего винта 13. Сигналы первых мостов тензорезисторов поступают на обработку в электронную аппаратуру (на чертеже не показана), где суммируются и преобразуются в форму, удобную потребителю, например в индицируемое на дисплее компьютера значение подъемной силы 14 несущего винта 13, или в другую форму, например, пригодную для передачи на расстояние.
Одновременно с запуском несущего винта 13 возникает реактивный момент вращения, коллинеарный вертикальной оси 15, и направленный в сторону, противоположную вращению несущего винта 13. Этот реактивный момент преобразуется в силы 9, направленные вдоль вторых измерительных осей 10 каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3.
Тензорезисторы вторых мостов каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 силы преобразуют силы 9 в пропорциональный электрический сигнал.
Сигналы вторых мостов тензорезисторов каждого двухкомпонентного тензорезисторного датчика 3 поступают на обработку в электронную аппаратуру (на чертеже не показана), где суммируются и преобразуются в форму, удобную потребителю, например в индицируемое на дисплее компьютера значение суммы реактивного момента от несущего винта 13 и компенсирующим его моментом вращения от рулевого винта 16, или в другую форму, например, пригодную для передачи на расстояние.
Технический результат полезной модели состоит в повышении точности измерения подъемной силы, создаваемой несущим винтом 13 и крутящего момента, создаваемого рулевым винтом 16, особенно на динамических режимах.
Прототип для измерения одной силы и одного крутящего момента содержит пять датчиков силы и один датчик момента. Из-за большого числа датчиков в прототипе они расположены в трех уровнях, что резко снижает жесткость всей конструкции, требует применения дополнительных стабилизирующих тяг в силоизмерительных цепях. Все это приводит к снижению точности измерения прототипа, особенно на динамических режимах с резкими изменениями значений подъемной силы, создаваемой несущим винтом и крутящего момента, создаваемого рулевым винтом.
Предложенное устройство выполняет эти же функции, но содержит три двухкомпонентных тензорезисторных датчика 3 силы. Это позволяет расположить три двухкомпонентных тензорезисторных датчика 3 силы предложенного устройства компактно, и на одном уровне. Поэтому жесткость устройства увеличивается, а это повышает точность измерения подъемной силы 14 несущего винта 13, и момента, создаваемого рулевой винт 16, особенно на динамических режимах с резкими изменениями значений подъемной силы, создаваемой несущим винтом 13 и крутящего момента, создаваемого рулевым винтом 16.