Устройство нагружения для стендового испытания рулевой поверхности

Полезная модель относится к области экспериментальной аэродинамики летательных аппаратов и может быть использована при исследованиях на стенде вне аэродинамических труб характеристик аэродинамических моделей (АДМ).
Устройство нагружения является составной частью стенда, предназначенного для отработки кинематики управляющих механизмов отклонения рулевых поверхностей аэродинамической модели самолета, и служит для создания имитирующей нагрузки, действующей на отклоняемую поверхность в процессе экспериментальных исследований в аэродинамической трубе. Использование полезной модели позволит определять характеристики аэродинамических моделей без дорогостоящих экспериментальных исследований в аэродинамических трубах.
Известно гидравлическое устройство для нагружения механического типа с использованием пружин (патент RU 2330195, F16J 1/10, F15В 19/00, F15В 15/14, 2008), содержащее цилиндр, поршни, шток, стопорные кольца, регулировочную гайку, пружину, эластичные кольца, регулирующие упоры, полость, заполненную консистентной смазкой, переменную динамическую нагрузку создают одной пружиной при перемещении штока «на выпуск» и «на уборку», регулировку люфтов осуществляют регулировочной гайкой. Основной недостаток состоит в том, что усилие передается линейно вдоль одной оси, так как шток движется внутри цилиндра.
Также известно устройство нагружения (патент RU 49591, F15B 15/26, 2006), содержащее корпус, шток, две пружины, крышки, эластичные упругие кольца, упоры и рабочую жидкость. Основной недостаток состоит в том, что усилие передается линейно вдоль одной оси, так как шток движется внутри цилиндра.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является узел нагружения для испытания аэродинамических моделей на стенде (патент RU 174813, МПК F15B 15/14, F15B 15/26, G01M 9/00, 2017), содержащий пружины, имеющий стойки с пазами по которым перемещаются пальцы, на пальцах закреплены пружины растяжения, имитирующие полезную нагрузку, пальцы закреплены на платформах с направляющими для роликов, при повороте отклоняемой рулевой поверхности на заданный угол пальцы скользят вдоль пазов, выполненных в стойках, рычаг один конец которого закреплен на отклоняемой поверхности, а второй конец закреплен на оси с двумя роликами, ось с роликами перемещается по направляющим, установленным на каждой платформе, вдоль одной из двух платформ, четыре кронштейна обеспечивают жесткое крепление узла нагружения на стенде во время эксперимента. Основной недостаток данного узла заключается в том, что создаваемая нагрузка при отклонении рычага, закрепленного в специальном пазе на отклоняемой аэродинамической поверхности, действует точечно (площадь поверхности, к которой прикладывается нагрузка в разы меньше общей площади отклоняемой аэродинамической поверхности), а также точка приложения нагрузки смещена относительно центра масс отклоняемой поверхности. Это создает дополнительный перекос исследуемой отклоняемой поверхности. Из-за перекоса рулевой поверхности возникали дополнительные паразитные нагрузки в петлях, крепящих рулевую поверхность к консоли крыла, и, как следствие, искажалась картина нагружения рулевой аэродинамической поверхности.
Задачей и техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание устройства нагружения имитирующего нагрузки, приблизительно равные действующим на отклоняемую рулевую поверхность аэродинамической модели самолета (интерцептор, элерон, тормозной щиток) в процессе экспериментальных исследований в аэродинамической трубе.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в устройстве нагружения для стендового испытания рулевой поверхности, содержащем передаточную силовую систему и систему нагружения, передаточная силовая система содержит кронштейн с рычагами и закрепленной на них исследуемой рулевой поверхностью, тяги, одним концом закрепленные на рычагах, а другим концом прикрепленные к толкателям, система нагружения содержит четыре пружины сжатия, работающие попарно
На фигуре 1 показано устройство нагружения, закрепленное на консоли крыла с исследуемой отклоняемой рулевой поверхностью (интерцептором, элероном, тормозным щитком), установленной на стенде.
На фигуре 2 показаны установленный на стенде элемент консоли крыла аэродинамической модели и управляющий привод приводящий в движение отклоняемую рулевую поверхность (интерцептор, элерон, тормозной щиток).
На фигуре 3 показаны отклоняемая рулевая поверхностью (интерцептор, элерон, тормозной щиток) в нулевом положении и конструкция устройства нагружения (стенд и консоль крыла не показаны).
На фигуре 4 показаны конструкция устройства нагружения (стенд и консоль крыла не показаны) и отклоняемая рулевая поверхностью (интерцептор, элерон, тормозной щиток) в разрезе.
На фигуре 5 показаны отклоняемая рулевая поверхностью (интерцептор, элерон, тормозной щиток) в верхнем положении и, соответственно этому положению, сжатые пружины устройства нагружения (стенд и консоль крыла не показаны).
На фигуре 6 показаны отклоняемая рулевая поверхностью (интерцептор, элерон, тормозной щиток) в нижнем положении и, соответственно этому положению, сжатые пружины устройства нагружения (стенд и консоль крыла не показаны).
Устройство нагружения является составной частью стенда 14, предназначенного для отработки кинематики управляющих механизмов 15 отклонения рулевых поверхностей 1 аэродинамической модели самолета и состоит из передаточной силовой системы, системы нагружения и крепежной системы Передаточная силовая система состоит из кронштейна 4, рычагов 5, тяг 6 и толкателей 7. Система нагружения состоит из четырех пружин сжатия 11, которые работают попарно при отклонении элерона вверх и вниз от нейтрального положения (см. фиг. 3, 5, 6). Крепежная система содержит штанги 8, уголки 9, опоры 10. (см. фиг. 1, 3). Рулевая поверхность (интерцептор, элерон, тормозной щиток) 1 поворачивается в осях петлей 2, закрепленных на консоли крыла 3 аэродинамической модели. Хвостовик тензовесов 16, жестко закрепленных на рулевой поверхности (интерцептор, элерон, тормозной щиток) через вилку 17 крепится к тяге 15, связанной с управляющим приводом 18 (см. фиг. 2, 3, 5, 6). Управляющий привод 18 создает необходимые усилия для поворота рулевой поверхности (интерцептор, элерон, тормозной щиток) 1 на требуемый угол, согласно программе испытаний. Через передаточную силовую систему - массивный кронштейн 4, рычаги 5 и тяги 6 вращательные движения рулевой поверхности 1 передаются на толкатели 7, которые совершают линейные перемещения вдоль осей направляющих штанг 8, закрепленных на консоли крыла 3 посредством уголков 9 и опор 10. Соединение тяг 6 с рычагами 5 и толкателями 7 осуществляется с помощью цилиндрических осей 12, обеспечивающих их поворот относительно друг друга. Для снижения трения при перемещении толкателей 7 вдоль осей направляющих штанг 8 в их конструкцию включены специальные бронзовые втулки 13, имеющие низкий коэффициент трения, запрессованные в толкателях и закрепленные на них винтами (фиг. 4).
Работа устройства нагружения происходит следующим образом. Рулевая поверхность (интерцептор, элерон, тормозной щиток) 1, приводимая в движение управляющим приводом 18, поворачивается относительно своей оси на положительный или отрицательный угол. Через передаточный кронштейн 4, рычаги 5 и тяги 6 движение передается на толкатели 7. Толкатели 7 совершают линейные перемещения вдоль осей штанг 8 в направлении рулевой поверхности (при положительном угле) или от рулевой поверхности (при отрицательном угле). Таким образом передаточная силовая система производит обжатие пары пружин 11, создающих имитирующую нагрузку эквивалентную действующей на отклоняемую поверхность в процессе экспериментальных исследований в аэродинамической трубе.
Для определения соответствия нагрузки при повороте рулевой поверхности (интерцептора, элерона, тормозной щитка) 1 на каждом фиксированном угле отклонения рулевой поверхности дополнительно проводился расчет соответствия усилий от пружин, усилиям, действующим на отклоняемую рулевую поверхность (интерцептор, элерон, тормозной щиток) 1 при эксперименте в аэродинамической трубе.
Таким образом решена задача создания устройства нагружения имитирующего нагрузки, приблизительно равные действующим на отклоняемую рулевую поверхность аэродинамической модели самолета (интерцептор, элерон, тормозной щиток) в процессе экспериментальных исследований в аэродинамической трубе. Поэтому появилась возможность сократить число дорогостоящих экспериментов в аэродинамической трубе, заменив их проведением экспериментов на стенде, оснащенном представленным в заявке устройством нагружения.