Поворотная рама крена испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета

Полезная модель относится к области измерительной техники, в основном к испытательному оборудованию, предназначенному для стендовых испытаний работы топливной системы вертолетов во время выполнения ими маневров в течение полета.
При пилотировании вертолет осуществляет вертикальные и горизонтальные маневры, развороты и виражи, взлет и посадку, а также наклон по крену. Все элементы летательного аппарата, в том числе и топливная система, испытывают нагрузки, которые необходимо учитывать при разработке новых видов вертолетов, а также при их испытаниях. Необходимость испытаний обусловлена требованиями подтверждения безопасности и заявленных функциональных характеристик устройств. Испытания невозможно провести без специального оборудования. Таким оборудованием являются испытательные установки, имитирующие различные виды нагрузок, которым может подвергаться устройство в процессе эксплуатации, а также имитирующие различные пространственные положения этих устройств. Большое внимание при разработке испытательных установок уделяется созданию достоверных условий, максимально приближенных к реальным.
Известен динамический стенд (RU 86731, кл. G01C 25/00, G01P 21/00, 2008 г), содержащий станину, раму крена, установленную посредством двух осей на станине и кинематически связанную с приводом крена, раму тангажа, установленную посредством двух осей на раме крена и кинематически связанную с приводом тангажа.
Данный стенд рассчитан для испытания приборов и не обладает прочностью, позволяющей испытывать крупногабаритную топливную систему вертолета, при испытании которой поворотные рамы испытывают высокие изгибающие напряжения из-за больших габаритов и большой массы испытуемых компонентов.
Известен стенд для испытаний топливно-масляных агрегатов летательных аппаратов (SU 1360363, кл. G01M 19/00, 2006 г), содержащий станину с поворотной относительно вертикальной оси платформой, для размещения на ней испытуемого агрегата, электромеханический привод платформы и соединяемый с входным и выходным штуцерами испытуемого агрегата гидравлический контур, включающий насос, бак, теплообменник, фильтр, датчик предельного давления и расходомер. Поворотная платформа стенда выполнена П-образной формы и установлена в подшипниках станины с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси.
Однако конструкция известного стенда недостаточно жесткая и при высоких изгибающих моментах во время проведения испытания на крен в диапазоне от -15°С до +15°С с одновременным цикличным качением, элементы поворотной рамы с установленной на ней крупногабаритных испытуемых компонентов топливной системы, могут изгибаться (иметь значительные по своей величине прогибы), или даже разрушиться из-за возникающих в элементах рамы повышенных изгибных напряжений вследствие действующих на них высоких нагрузок.
Проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является усовершенствование конструкции поворотной рамы крена испытательной установки, применимой к авариестойкой топливной системе вертолета, при изменении ее пространственного положения.
Техническим результатом полезной модели является повышение жесткости конструкции, способной выдерживать повышенные изгибные напряжения.
Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются за счет того, что поворотная рама крена испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета, имитирующая ее пространственные положения по крену, согласно полезной модели состоит из продольных и поперечных стенок, выполненных из коробчатых балок прямоугольного сечения, каждая из которых образована из двух балок: верхней силовой и нижней. Верхние и нижние балки связаны между собой стойками и раскосами. Для жесткого соединения продольных и поперечных стенок на концах каждой балки приварены стыковочные пластины. На верхней силовой балке продольной стенки стыковочные пластины приварены внахлест к ее краю, а на поперечной силовой балке стыковочные пластины приварены встык. Стыковочные пластины нижних балок поперечных стенок приварены внахлест на их краях, а на продольных стенках - встык к торцу балки. Между стыковочными пластинами нижних балок расположены вставки. В месте соединения стойки с раскосами на силовой и нижней балках каждой стенки, в зоне сварных швов приварены пластины усиления. На силовых балках поперечных стенок в центральной части, на участке прикрепления к ним стойки с раскосами приварены пластины распределения нагрузок с заходом на стойку и раскосы, в каждой из которых выполнены отверстия для пальцев с целью более точной установки пальца относительно поперечных стенок. Сам палец служит для установки его в соответствующий подшипниковый узел внешней рамы для осуществления поворота внутренней рамы.
В пластине распределения нагрузок выполнены окна, проваренные по их контуру, для увеличения суммарной длины сварных швов.
Прямоугольное сечение верхней силовой балки содержит длинные и короткие пары сторон, при этом короткая сторона сечения верхней балки обращена в сторону нижней балки.
Прямоугольное сечение нижней балки равно короткой стороне сечения верхней балки.
Верхние и нижние балки продольных и поперечных стенок снабжены кронштейнами для крепления объекта испытания.
Стыковочные пластины верхних и нижних балок выполнены с отверстиями под болты и скреплены между собой болтовым соединением.
Каждая вставка состоит из соединенных друг с другом сваркой двух пластин и короткой трубы, расположенной между пластинами, длина и геометрия которой определяется взаимным положением пластин предварительно закрепленных на концах нижних балок.
Выполнение продольных и поперечных стенок из коробчатых балок прямоугольного сечения, обусловлено тем, что указанные балки лучше сопротивляются изгибу и кручению и могут нести большую нагрузку.
Выполнение стенок из верхней силовой и нижней балки выполнено для того, чтобы уменьшить вес поворотной рамы и при этом сохранить способность выдерживать высокие изгибные напряжения. Задача верхней балки короткой стенки - это основной силовой элемент, к которому прикреплен основной несущий элемент длинной стенки и палец для установки во внешней раме.
Нижняя балка в совокупности со стойками и раскосами служит для увеличения общей жесткости конструкции короткой стенки. Связь верхних балок с нижними балками с помощью стоек и раскосов обеспечивает их соединение и служит для фиксации взаимного положения этих балок
Задача вставки между стыковочными пластинами нижних балок - обеспечить их механическое соединение друг с другом при возможном отклонении концов этих балок в результате погрешностей при изготовлении и сборке в единую конструкцию рамы.
Пластины усиления служат для распределения нагрузки в зоне соединения между собой стоек, раскосов и балок путем увеличения зоны соединения и, как следствие, для распределения нагрузки на увеличенную стыковочную зону.
Пластины распределения нагрузок служат для распределения нагрузки в зоне соединения стоек, раскосов и нижней балки между собой путем увеличения зоны соединения и распределения нагрузки на увеличенную стыковочную зону.
Наличие окон в пластине распределения нагрузок позволяет увеличить общую длину сварных швов, крепящих пластину распределения нагрузки на конструкции короткой стенки, повысив тем самым прочность ее крепления к другим элементам конструкции короткой стенки. Кроме того, наличие указанных окон уменьшает общую массу короткой стенки.
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг. 1 представлена внутренняя поворотная рама для имитации наклона по крену, внешний вид; на фиг. 2 - продольная стенка рамы; на фиг. 3 - поперечная стенка рамы; на фиг. 4 - продольная и поперечная стенки рамы, соединенные друг с другом.
Задача внутренней поворотной рамы испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета заключается в испытании системы при изменении ее пространственного положения по крену. Внутренняя поворотная рама (фиг. 1) состоит из продольных стенок 1 и поперечных стенок 2, выполненных из коробчатых балок прямоугольного сечения. Продольная стенка 1 (фиг. 2) включает верхнюю силовую балку 3 и нижнюю балку 4. Прямоугольное сечение верхней силовой балки 3 содержит длинные и короткие пары сторон. Короткая сторона сечения верхней балки 3 обращена в сторону нижней балки 4. Прямоугольное сечение нижней балки 4 равно короткой стороне сечения верхней балки 3. Верхние силовые балки 3 стенки 1 связаны с нижними балками 4, стойками 5 и раскосами 6. Для соединения продольных стенок 1 с поперечными стенками 2 на концах верхней силовой балки 3 приварены внахлест к ее краю стыковочные пластины 7. На нижней балке 4 стыковочные пластины 8 приварены встык к торцу балки 4. Стыковочные пластины 7 и 8 выполнены с отверстиями под болты. В месте соединения стоек 5 и раскосов 6 на нижней балке 4, в зоне сварных швов приварены пластины 9 усиления. На верхних силовых балках 3 и нижних балках 4 продольных стенок 1 установлены кронштейны 10 для крепления объекта испытания.
Поперечная стенка 2 (фиг. 3) включает верхнюю силовую балку 11 и нижнюю балку 12. Балки 11 и 12 связаны между собой стойками 13 и раскосами 14. Стыковочные пластины 15 нижних балок 12 поперечных стенок 2 приварены внахлест на их краях. Стыковочные пластины 16 на верхних силовых балках 11 приварены встык к торцу балки 11. Стыковочные пластины 15 и 16 также выполнены с отверстиями под болты. Между стыковочными пластинами 15 нижних балок 12 прикреплены вставки 17. Каждая вставка 17 состоит из соединенных друг с другом сваркой двух пластин и короткой трубы, расположенной между пластинами, длина и геометрия которой определяется взаимным положением пластин, предварительно закрепленных на концах нижних балок 4 и 12. В месте соединения стойки 13 с раскосами 14 на нижней балке 12 поперечной стенки 2 в зоне сварных швов приварены пластины 18 усиления. На силовых балках 11 поперечных стенок 2 в центральной части, на участке прикрепления к ним стойки 13 и раскосов 14, приварены, с заходом на стойку 13 и раскосы 14, пластины 19 распределения нагрузок. В пластинах 19 распределения нагрузок выполнены отверстия 20 для пальцев 21 с целью более точной установки пальца относительно поперечной стенки. В пластине 19 распределения нагрузок выполнены окна 22 проваренных по контуру, для увеличения суммарной длины сварных швов. Балки 11 и 12 поперечных стенок 2 снабжены кронштейнами 23 (см. фиг. 4) для крепления объекта испытания. Стыковочные пластины 7, 8, 15 и 16 верхних силовых балок 3 и 11 и нижних балок 4 и 12 скреплены болтами 24.
Поворотную раму для имитации наклона по крену с закрепленным в ней объектом испытания (на фигуре не показано) устанавливают с помощью пальцев 21 в подшипниковых узлах внешней рамы испытательной установки. С помощью площадок 25 для выставления внутренней рамы в горизонт (их 4), расположенных на силовых балках 3 устанавливают мишени для выставления положения продольных стенок 1 рамы в горизонтальное положение с помощью лазерного уровня. Площадки 25 для выставления внутренней рамы в горизонт могут также являться базовыми поверхностями для установки на них датчиков положения рамы, которые также выдают сигнал о положении рамы, т.е. о величине ее наклона. Каждый из двух пальцев 21 служит опорой внутренней рамы во внешней путем своего расположения в соответствующем подшипниковом узле, расположенном на внешней раме. На пальцы 21 для установки во внешней раме приходится вся нагрузка от веса объекта испытаний, самой рамы, приводов внутренней рамы, коммуникаций, расположенных на раме, и других элементов конструкции испытательной установки, закрепленных непосредственно на раме. Пальцы 21 закреплены в своих опорах посредством подшипников, входящих в состав опор с возможностью поворота вместе с рамой вокруг своих осей. Нагрузка на пальцы 21 направлена перпендикулярно их осям. Поворотная рама для имитации наклона по крену расположена в другой поворотной раме, причем оси вращения двух рам перпендикулярны друг другу. Таким образом, при повороте рамы тангажа возникает составляющая силы от веса закрепленных на раме крена элементов испытательной установки, которые направлены вдоль продольной оси пальцев 21. Составляющая силы может быть направлена как в одну, так и в другую - противоположную сторону, вдоль осей пальцев 21. В зонах посадочных поверхностей пальцев 21 приходят силы, возникающие в раме от элементов испытательной установки, установленных на раме при ее работе. Вследствие наличия этих сил на верхних силовых балках 3 и 11 возникают внутренние напряжения, и происходит их прогиб. Величина напряжений и величина прогиба обратно пропорциональны величине жесткости балок 3 и 11. Увеличить жесткость балок 3 и 11 можно путем соответствующего увеличения геометрии поперечного сечения балки, либо путем соединения с балкой 3 и 11 другой, связанной с ней нижней балки 4 и 12. Первый путь приведет к большему увеличению массы балки, второй - к меньшему увеличению величины общей массы балок при равном увеличении жесткости. Учитывая тот факт, что увеличение веса балки приведет к дополнительной нагрузке на пальцы 21, был выбран второй путь. По этой причине стенки 1 и 2 рамы состоят из мощных верхних силовых балок 3 и 11 и дополнительных нижних балок 4 и 12, соединенных между собой стойками 5 и 13 и раскосами 6 и 14, для фиксации их взаимного положения. Применительно к верхним балкам 11 стенок 2 на них установлены элементы крепления пальцев 21. Учитывая тот факт, что палец 21 представляет собой консоль, жестко закрепленную на стенке 2 верхней балки 11, в зоне его закрепления возникают большие внутренние напряжения. Чтобы избежать этого между балкой 11 и пальцем 21, установлена пластина 19 распределения нагрузки с отверстием 20 под палец 21. Пластина для увеличения эффекта распределения нагрузки заходит на стойку 13 и раскосы 14, расположенные рядом с областью закрепления пальца, и соединена с ними.
Поворотная рама крена испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета при изменении ее пространственного положения по крену за счет представленной конструкции выдерживает в процессе испытания высокие напряжения на изгиб и кручение за счет повышенной жесткости силовых элементов и возможности распределения изгибающих нагрузок между конструкционными элементами.
В настоящее время поворотная рама крена испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета находится на стадии изготовления.