УСТАНОВКА ДЛЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ФЮЗЕЛЯЖА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
PLANT FOR FATIGUE TESTING OF AIRCRAFT FUSELAGE

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к установкам для прочностных испытаний летательных аппаратов.
Известно устройство циклического нагружения гермофюзеляжа летательного аппарата при испытаниях на выносливость (патент РФ №788927, МПК G01M 5/00, «Устройство для усталостных испытаний фюзеляжа летательного аппарата»).
В известном устройстве для выполнения программы нагружения фюзеляжа внутренним избыточным давлением предусматривается использование двух штуцеров, одного для наддува, другого для сброса воздуха из фюзеляжа. Применение одного штуцера для наддува ограничивает область реализуемых программ только программами пилообразной формы и снижает точность их отработки.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, описанное в патенте РФ №2416075, МПК G01M 5/00, «Установка для нагружения сжатым воздухом гермофюзеляжа летательного аппарата при испытании на выносливость». В этой установке при испытаниях гермофюзеляжей на выносливость по трапециевидным программам нагружения на восходящем и горизонтальном участках программы давление сжатого воздуха перед регулирующими большерасходным (главным) и малорасходным клапанами (вспомогательным), подающими воздух в фюзеляж, стабилизируют, а программу нагружения обеспечивают блоком программного управления, управляющим всеми клапанами устройства, как подающими сжатый воздух в гермофюзеляж, так и сбрасывающим воздух из него в атмосферу.
Для реализации перечисленных функций установка для усталостных испытаний фюзеляжа летательного аппарата содержит систему циклических нагружений сжатым воздухом, состоящую из трубопроводов подачи сжатого воздуха в фюзеляж с расположенными на них регулятором давления «после себя», главным и вспомогательным входными клапанами, трубопровода сброса воздуха из фюзеляжа с расположенными на нем клапаном сброса, средствами защиты фюзеляжа от перегрузки избыточным давлением сжатого воздуха и устройством шумоглушения, а также средств автоматического программного управления, включающих в свой состав регулятор, связанный своими входами с датчиком давления в фюзеляже и блоком задания программ, а выходом - с приводом вспомогательного входного клапана.
Недостатком данного устройства нагружения является последовательное включение в линиях подачи воздуха в фюзеляж стабилизатора давления «после себя» и управляемых клапанов, обеспечивающих расход воздуха при автоматической реализации программ нагружения. Последовательное включение двух контуров управления расходом воздуха, подаваемого в фюзеляж, приводит к их взаимовлиянию, что влечет за собой ухудшение точности реализации программ вплоть до возникновения колебательного режима. Кроме того, такое решение требует ненужных дополнительных аппаратных затрат, т.к. при стабилизации давления перед клапанами, подающими сжатый воздух в фюзеляж, нет необходимости в их непрерывном управлении. При стабильном давлении перед клапанами расход воздуха через них определяется только степенью их открытия, т.е. для соблюдения заданного темпа наддува фюзеляжа, зная расходную характеристику клапана, всегда возможно найти рабочую точку и установить в соответствующее положение затворный орган клапана. Следовательно, блок программного управления может быть значительно упрощен.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности отработки трапециевидных программ нагружения фюзеляжей внутренним избыточным давлением при испытаниях на выносливость и сокращение технических средств, необходимых для создания установок такого типа.
Данный технический результат достигают тем, что установку для усталостных испытаний фюзеляжа летательного аппарата, содержащую систему циклических нагружений сжатым воздухом, состоящую из основного трубопровода подачи сжатого воздуха в фюзеляж с расположенными на нем регулятором давления «после себя» и главным входным клапаном, байпасного трубопровода подачи воздуха в фюзеляж с расположенным на нем вспомогательным клапаном, трубопровода сброса воздуха из фюзеляжа с расположенными на нем клапаном сброса, средствами защиты фюзеляжа от перегрузки избыточным давлением сжатого воздуха и устройством шумоглушения, а также средства автоматического программного управления, имеющие в своем составе регулятор, связанный своими входами с датчиком давления в фюзеляже и блоком задания программ, а выходом с приводом вспомогательного входного клапана, средства автоматического программного управления системы циклического нагружения сжатым воздухом дополняют блоком задания высокого уровня давления, блоком задания низкого уровня давления, блоком сравнения высокого уровня давления, блоком сравнения низкого уровня давления, блоком установки максимальной степени открытия главного входного клапана, блоком установки минимальной степени открытия главного входного клапана, двумя ключевыми элементами, четырьмя триггерами и одним элементом «ИЛИ». При этом выход датчика давления в фюзеляже соединен с входами обоих блоков сравнения, другие входы которых соединены с соответствующими им по названию блоками задания уровней давления, выход блока сравнения высокого уровня давления связан с входами «сброс» первого и «установка» второго триггеров, выходы которых соответственно соединены с управляющими входами первого и второго ключевых элементов, сигнальный вход первого ключевого элемента соединен с выходом блока установки максимальной степени открытия главного входного клапана, сигнальный вход второго ключевого элемента соединен с выходом блока установки минимальной степени открытия главного входного клапана, выходы указанных ключевых элементов объединены и связаны с входом привода главного входного клапана, выход блока сравнения низкого уровня давления соединен с одним из входов логического элемента «ИЛИ», на другой вход которого подается сигнал «пуск», выход элемента «ИЛИ» связан с входами «установка» первого и третьего и входом «сброс» четвертого триггеров, а также с входом блока задания программ, дискретный выход которого соединен соответственно с входами «сброс» второго и третьего триггеров и входом «установка» четвертого триггера, выходы третьего и четвертого триггеров соответственно подключены к входам открытия и закрытия привода клапана сброса.
На фиг.1 приведена схема предлагаемой установки; на фиг.2 дана программа испытаний.
Установка состоит из основного трубопровода 1, подающего сжатый воздух в фюзеляж 2, байпасного трубопровода 3. На трубопроводах 1, 3 соотвественно располагаются регулятор давления «после себя» 4, главный и вспомогательный входные клапаны 5, 6. Для сброса воздуха из фюзеляжа используется трубопровод 7 с расположенными на нем клапаном сброса 8, средствами защиты 9 от перегрузки фюзеляжа избыточным давлением сжатого воздуха, устройством шумоглушения 10. В состав средств автоматического программного управления входят регулятор 11, связанный своими входами с датчиком давления в фюзеляже 12 и блоком задания программ 13, а выходом - с приводом вспомогательного входного клапана 6. Кроме того, в состав средств автоматического программного управления входят блок задания высокого уровня давления 14, блок задания низкого уровня давления 15, блок сравнения 16 высокого уровня давления, блок сравнения 17 низкого уровня давления, блок установки 18 максимальной степени открытия главного входного клапана 5, блок установки 19 минимальной степени открытия главного входного клапана 5, два ключевых элемента 20, 21, четыре триггера 22, 23, 24, 25 и логический элемент «ИЛИ» 26.
При этом выход датчика давления 12 соединен с входами блоков сравнения 16, 17. Другие входы блоков сравнения 16, 17 соединены с соответствующими им по названию блоками задания уровней давления 14, 15. Выход блока сравнения 16 связан с входом «сброс» первого 22 и входом «установка» второго 23 триггеров. Выходы триггеров 22, 23 соответственно соединены с управляющими входами первого 20 и второго 21 ключевых элементов. Входы первого и второго ключевых элементов 20, 21 соответственно соединены с выходами блоков 18, 19 установки максимальной и минимального степени открытия главного входного клапана 5. Выходы ключевых элементов 20, 21 объединены и связаны с входом привода главного входного клапана 5. Выход блока сравнения 17 низкого уровня давления соединен с одним из входов логического элемента «ИЛИ» 26, на другой вход которого подается сигнал «пуск». Выход элемента «ИЛИ» 26 связан с входами «установка» первого 22 и третьего 24 триггеров, а также с входом «сброс» четвертого триггера 25. Кроме того, выход элемента «ИЛИ» 26 связана с входом блока задания программ 13. Дискретный выход блока 13 соединен с входами «сброс» второго 23 и третьего 24 триггеров и входом «установка» четвертого триггера 25. Выходы триггеров 24, 25 соответственно подключены к входам «открытие» и «закрытие» клапана сброса 8.
ву
пот
ну
Работает установка следующим образом. Предварительно перед испытаниями в зависимости от программ испытаний в блоке 14 устанавливается величина сигнала Р, соответствующая 95÷99% от максимальной величины давления по программе испытаний Р (см. фиг.2). В блоке 15 устанавливается сигнал, соответствующий давлению, равному Р=1,01÷1,03 ата. В зависимости от заданной программной скорости наддува фюзеляжа регулятором «после себя» 4 устанавливают давление перед главным входным клапаном 5. Блоком установки 18 задают степень его максимального открытия, обеспечивающую 90÷95% поступления воздуха в фюзеляж. Блоком 19 установки минимальной степени открытия главного входного клапана задают, исходя из технических характеристик фюзеляжа, такой расход сжатого воздуха, которой компенсирует 85÷95% штатных утечек воздуха из фюзеляжа. Указанные цифры предварительной настройки блоков 4, 18, 19 могут корректироваться в процессе испытаний.
После проведения указанных операций установка готова к работе. Для этого командой «пуск», подаваемой на вход элемента «ИЛИ» 26, инициируют сигнал на его выходе, который поступает на вход «установка» первого и третьего триггеров 22, 24 и вход «сброс» четвертого триггера 25. Кроме того, сигнал с выхода элемента «ИЛИ» поступает на вход блока задания программ 13. В результате срабатывания триггеров 24, 25 клапан сброса 8 на линии сброса 7 закрывается, т.е. фюзеляж 2 готов к наполнению его сжатым воздухом. Срабатывание триггера 22 приводит к закрытию первого ключевого элемента 20, и тем самым на вход привода клапана 5 от блока 18 поступает сигнал о величине его максимальной степени открытия. Клапана 5 открывается. В фюзеляж 2 с выхода регулятора 4 давления «после себя» через клапан 5, открытый на указанную выше величину, поступает постоянный расход воздуха, т.к. давление перед клапаном 5 стабилизировано. Как указывалось выше, сигнал с элемента «ИЛИ» 26 поступает на вход блока задания программ 13. На программном выходе этого блока появляется сигнал, задающий программу испытаний (см. фиг.2).
Этот сигнал регулятором 11 сравнивается с сигналом, поступающим от датчика давления 12, и сформированный сигнал управления с выхода регулятора 11 поступает на привод вспомогательного входного клапана 6, который регулирует расход воздуха по байпасной линии 3. Этим регулируемым расходом в сумме с постоянным расходом через главный входной клапан 5 обеспечивается поддержание заданного программой темпа наддува.
ву
пот
ву
к
ну
ну
При достижении в фюзеляже давления Р=(0,95÷0,99Р) блок сравнения 16 сравнивает сигнал от датчика давления 12 с сигналом с выхода блока 14 задания высокого уровня давления (Р) и при их равенстве на своем выходе вырабатывает сигнал, который сбрасывает первый триггер 22 и устанавливает второй триггер 23, в результате чего первый ключевой элемент 20 размыкается, а второй ключевой элемент 21 замыкается. Тем самым сигнал с выхода первого блока установки 18 снимается с входа привода клапана 5 и на его вход поступает сигнал с выхода второго блока установки 19, который существенно меньше предыдущего сигнала. Клапан 5 прикрывается до величины, обеспечивающей расход воздуха через него, равный 90÷95% от величины штатных утечек. Регулятор 11 в это время продолжает работать и, управляя посредством клапана 6 дополнительным расходом воздуха, обеспечивает отработку программы, задаваемой блоком 13. Таким образом отслеживается горизонтальный участок программы. По окончании заданного интервала времени блок задания программ 13 вырабатывает сигнал Т, который с его дискретного выхода поступает на входы «сброс» второго 23 и третьего 24 триггеров, а также на вход «установка» четвертого 25 триггера. В результате произошедших действий триггер 23 открывает второй ключевой элемент 21. Клапан 5 закрывается. Триггер 25 открывает клапан сброса 8. Регулятор 11, отслеживая программный сигнал от блока 13, закрывает клапан 6. Давление в фюзеляже падает. Когда давление в фюзеляже достигает величины Р=1,01÷1,03 ата, задаваемой блоком задания 15, второй блок сравнения 17 вырабатывает сигнал Т, поступающий на другой вход элемента «ИЛИ» 26 и начинается следующий цикл программы испытаний. Средства защиты фюзеляжа и устройство шумоглушения выполнены известными способами и выполняют свое прямое функциональное назначение.
Опытная эксплуатация установки показала, что погрешность стабилизации давления на горизонтальном участке программы не превысила 0,2% от заданного уровня.