Стенд для исследования изменения шума винта беспилотного летательного аппарата от частоты вращения путем звукового воздействия на систему приемников звуковых волн

Полезная модель относится к акустике, в частности к исследованиям звуковых колебаний, возникающих при работе винтомоторной группы, и может быть использована для разработки и производства винтов беспилотных летательных аппаратов гражданского, военного и двойного назначения и оценки винтомоторных групп по таким критериям как создаваемая винтомоторной группой тяга и шум.
В основе работы установки лежит явление возникновения звуковых колебаний и создание тяги, вызванные работой винтомоторной группы, и устройства измерения возникающего шума и создаваемой тяги при тестировании различных конструкций винтов.
Известно устройство для создания и исследования крутильных колебаний ротора машины (RU 154365 U1, МПК G01H 11/06), содержащее cтенд для исследования колебаний ротора машины, содержащий установленный на неподвижном основании электродвигатель.
Недостатком данного устройства является то, что оно позволяет проводить исследование только крутильных колебаний, при этом имеется неприспособленность устройства для приема звуковых волн, возникающих при работе электромотора в режиме работы.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ остронаправленного приема звуковых волн (RU 2012144160 А, МПК G01H 11/00), содержащее приемники звуковых волн, расположенные на жесткой линейной основе.
Недостатком данной системы является неприспособленность устройства для установки винтомоторной группы и средств измерения создаваемой винтомоторной группой тяги, также метод приема звуковых волн предусматривает фильтрацию входящего звука, что не подходит для целей изобретения.
Задачей настоящей модели является оценка винтов для беспилотных летательных аппаратов по таким показателям как создаваемые винтомоторной группой в режиме работы сила тяги и шум, таким образом производить сравнительные испытания винтов с разной геометрией и винтомоторных групп для оценки их характеристик, в том числе для уменьшения звуковой заметности разведывательных беспилотных летательных аппаратов.
При решении указанной задачи была разработана установка-стенд, позволяющая достигнуть технический результат, заключающийся в испытании конструкционных особенностей исследуемых геометрических параметров винтов, сборе и обработке тяговых и шумовых сигналов, генерируемых этими параметрами и модификация на их основе геометрии винта.
Сущность заявляемого стенда для исследования изменения шума винта БПЛА от частоты вращения, заключается в том, что он содержит исследуемый объект, электронное устройство измерения силы тяги и систему приемников звуковых волн.
Исследуемый объект может быть выполнен в виде сменного винта БПЛА.
Электронное устройство измерения силы тяги может быть выполнено в виде весов различной конструкции в зависимости от направления тяги, создаваемой винтомоторной группой.
Система приемников звуковых волн может состоять из микрофонов, неподвижно закрепленных на линейных основах так, что на одной линейной основе расположен один приемник.
Стенд для исследования изменения шума винта беспилотного летательного аппарата от частоты вращения путем звукового воздействия на систему приемников звуковых волн представлен на:
фиг. 1 - структурная схема.
Стенд для исследования изменения шума винта БПЛА от частоты вращения содержит неподвижную платформу 1 (Фиг. 1), выполненную в форме квадрата с длиной стороны более 100 мм, которая обеспечивает устойчивое положение всей конструкции полезной модели. На неподвижной платформе 1 установлена платформа 2, на которой жестко установлен электродвигатель 3, причем неподвижное основание 1 связано с платформой 2 электронными средствами определения тяги винта 8, способными считывать показания тяги, создаваемой винтомоторной группой в режиме работы. При этом конструкция предполагает возможность смены закрепленного мотора. Электронные средства измерения 8 способны считывать показания значения тяги, создаваемой винтомоторной группой, как в случае направления тяги вверх, так и в случае направления тяги вниз. Электромотор 3, установленный на платформе 2, подключен к контроллеру электромотора 4, к которому подсоединены регулятор оборотов электромотора 5 и источник питания 6. Подсоединение к электромотору 3 происходит таким образом, что не препятствует штатной работе электромотора и не вносит погрешностей в показания измерителя тяги винтомоторной группы 8. На валу электродвигателя 3 установлен исследуемый объект 7 в виде винта, причем конструкция предполагает возможность смены винта 7 без необходимости снятия мотора 3 с платформы. К неподвижному основанию 1 присоединена система приемников звуковых волн, приемники звуковых волн 9 расположены на жестких линейных основах. На одной линейной основе расположен один приемник. Линейные основы прикреплены к неподвижному основанию 1 так, что между двумя близлежащими линейными основами сохраняется равенство углов. Положение линейных основ друг относительно друга обеспечивает круговое расположение микрофонов вокруг винтомоторной группы, что обеспечивает объемное измерение создаваемых винтомоторной группой шумов. В качестве приемников звука 9, закрепленных на линейной основе, используют микрофоны, причем на линейных основах предусмотрены неподвижные крепления для микрофонов. Крепление микрофона жестко фиксирует его на линейной основе. Направление микрофонов определяют нормальным положением к линейной основе, то есть к середине неподвижной платформы 1. Используют не менее трех микрофонов, таким образом, микрофоны, расположенные на линейных основах, расположены равномерно по кругу вокруг винтомоторной группы. В случае увеличения количества микрофонов пропорционально увеличивается количество линейных основ таким образом, что на одной линейной основе установлен один микрофон, а само расположение линейных основ меняется таким образом, чтобы сохранять равенство углов между собой, обеспечивая круговое расположение микрофонов вокруг винтомоторной группы.
Изготовление устройства подразумевает использование в конструкции деревянных, пластиковых и металлических деталей, использование электронных приборов. На неподвижном основании из дерева, пластика или металла жестко закреплены электронное устройство измерения силы тяги и линейные направляющие. В качестве электронного устройства измерения тяги выступают весы различной конструкции в зависимости от направления тяги, создаваемой винтомоторной группой. Жестко закрепленные на неподвижном основании весы связывают неподвижное основание и платформу, на которой установлен электромотор, предусмотрено специальное крепление из пластика или металла для жесткой посадки электромотора с возможностью замены электромотора. Электромотором выступает коллекторный или бесколлекторный двигатель, на валу которого предусмотрено крепление для винта. К электромотору подсоединены контроллер электродвигателя, регулятор оборотов электродвигателя и источник питания. Линейные направляющие и крепления микрофонов выполнены из пластика или металла. Линейные направляющие должны обеспечивать стабильное положение микрофонов и их правильное ориентирование в процессе проведения измерений. Микрофонами могут выступать цифровые шумомеры.
Исследования изменения шума винта с помощью описанного стенда производится следующим образом. В лабораторных условиях на стенд устанавливается винтомоторная группа, к которой подключаются контроллер электромотора, регулятор оборотов электромотора и источник питания. Включается система приемников звуковых волн, включаются электронные средства определения тяги винта. Используя регулятор оборотов электромотора, винтомоторная группа приводится в режим работы. Винтомоторная группа в режиме работы производит шум, воспринимаемый системой приемников звуковых волн, которые преобразовывают значение в цифровую форму. Винтомоторная группа в режиме работы создает тягу, воспринимаемую электронными средствами определения тяги.
Повышение достоверности измерения звуковых колебаний по сравнению с прототипом обеспечивается за счет использования независимых друг от друга приемников звуковых колебаний, имеющие характеристики диапазона измерения не хуже диапазона от 30 дБ до 130 дБ с точностью 1,5 дБ и диапазона частот от 31,5 Гц - 8,5 кГц. По сравнению с прототипом, конструкция подразумевает жесткое крепление электромотора, обеспечивающее при этом возможность размещения электронных средств измерения создаваемой винтомоторной группой тяги, имеющие характеристики максимальной нагрузки не менее 10 кг, с дискретностью до 1 г и точностью до 1 г.
Наибольший эффект применения данной полезной модели будет выражен в сфере разработки и производства винтов и моторов для беспилотных летательных аппаратов и беспилотных летательных аппаратов гражданского, военного и двойного назначения.