Стенд для испытания конструкции летательного аппарата на механическую прочность под действием изгибающего момента
STAND FOR TESTING THE DESIGN OF THE FLYING MACHINE FOR MECHANICAL STRENGTH UNDER THE ACTION OF THE BENDING MOMENT

Область техники, которой относится изобретение
Изобретение  относится к области испытательной техники и, конкретно, к стенду, предназначенному для испытания конструкций летательного аппарата на механическую прочность под действием изгибающего момента. К числу конструкций, испытания которых могут осуществляться на предлагаемом стенде, относятся, преимущественно, крыло летательного аппарата (или его части, например, кессон), а также элементы механизации крыла: интерцептор, элерон, закрылок и др.
Уровень техники
Известно устройство для испытания на прочность под действием изгибающего момента конструкции крыла летательного аппарата, имеющее основание, на которое опираются через гидравлические силовозбудители верхняя и нижняя многозвенные рамы, расположенные со стороны верхней и нижней обшивок крыла. На рамах размещены эластичные камеры,  контактирующие с поверхностями обшивок и соединенные с источником давления. При проведении испытаний добиваются воспроизведения необходимого распределения нагрузок на поверхности  крыла путем перемещения верхней и нижней многозвенных рам при помощи гидравлических  силовозбудителей и одновременной подачи рабочей среды от источника давления в эластичные камеры (см. SU 581787  А1). Устройство имеет громоздкую, ненадежную и неудобную в эксплуатации конструкцию из-за использования двухсторонней схемы нагружения объекта испытаний (со стороны верхней и нижней обшивок), требующей применения двойного набора нагружающих средств, из-за значительного количества гидравлических силовозбудителей, использования эластичных камер и дополнительного использования  источника давления для подачи рабочей среды в камеры.
Известна установка для испытания на механическую прочность под действием изгибающего момента крыла летательного аппарата, содержащая оснастку для фиксации испытываемого объекта в горизонтальном положении при проведении испытаний и систему нагружения, соединённую с устройством создания механической нагрузки и с элементами локального воздействия на крыло (нагрузочными распределительными хомутами), расположенными вдоль крыла и охватывающими его в поперечном направлении. Система нагружения образована множеством траверс, связывающих устройство создания  механической нагрузки (силовой привод) с распределительными хомутами (см. US 4481817  А). Недостаток известной конструкции состоит в том, что траверсы, формирующие установку, имеют сложную ориентацию в пространстве, что значительно усложняет обслуживание установки.
Известен стенд для испытания конструкции брусового типа на механическую прочность под действием изгибающего момента, содержащий оснастку для фиксации испытываемой конструкции в горизонтальном положении при проведении испытаний и систему нагружения, соединённую с устройством создания механической нагрузки (силовым приводом) и с элементами локального воздействия на испытываемую конструкцию (нагрузочными распределительными балками), располагаемыми в ряд под конструкцией в поперечном направлении. Система нагружения включает приводную траверсу, подсоединенную к силовому приводу, и связанные с ней распределительные траверсы, тяги которых присоединены к нагрузочным балкам  (см. RU 2539835 С1).  Используемая в стенде схема создания нагрузки на испытываемую конструкцию имеет существенные недостатки. Система нагружения расположена над испытываемой конструкцией, и действие нагрузки на конструкцию направлено вверх, что требует использования в стенде очень мощной громоздкой несущей рамы, имеющей большие габариты (это хорошо можно видеть на фиг. 1 патента). Кроме того, обслуживание такого стенда, в котором узлы и механизмы находятся на значительной высоте, представляется весьма затруднительным, т.к. потребуется использование специальных помостов, подъемников, лестниц.
В качестве ближайшего аналога к заявляемому стенду принята установка для испытания на механическую прочность под действием изгибающего момента крыла летательного аппарата, содержащая основание с установленным на нем подъёмником, стойку, установленную на основании и служащую для закрепления испытываемого крыла над подъемником, и систему нагружения (CN204422347 U, опубл. 24 06 2015). Система нагружения включает массивные тяжеловесные блоки, установленные в ряд на платформе подъёмника и под крылом, и нагрузочные распределительные балки по числу блоков, устанавливаемые в ряд на верхней обшивке крыла в поперечном к нему направлении и подсоединенные посредством тросов к блокам. При опускании подъемника платформа перемещается вниз и перестает поддерживать блоки, которые в результате переходят в подвешенное состояние и передают необходимую нагрузку на балки, нагружающие крыло. Несмотря на то, что размещаемая под крылом система нагружения является, по сравнению с конструкцией по RU 2539835 более доступной для монтажных работ при эксплуатации установки, однако, использование в этой системе массивных тяжеловесных блоков значительно усложняет обслуживание установки. При таком выполнении ограничена возможность регулировки величины нагрузок, передаваемых на крыло. Изменение нагрузки возможно лишь изменением массы блоков за счет, например, навески на них дополнительных грузов, что, с одной стороны крайне неудобно и трудоемко, и не дает возможность регулировать нагрузки в широком диапазоне, а с другой - такая регулировка носит ступенчатый характер и не позволит создавать  бесступенчатую нагрузку на испытываемую конструкцию (как это требуется условиями проведения испытаний), существенно ограничивая технологические возможности установки.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка стенда для проведения испытаний на механическую прочность конструкций летательного аппарата  с созданием при этом напряженно-деформированного состояния, аналогичного работе конструкции летательного аппарата при действии  изгибающего момента в реальных условиях.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в упрощении обслуживания стенда в процессе его эксплуатации с расширением при этом технологических возможностей стенда за счет создания нагрузки на испытываемую конструкцию в широком диапазоне и обеспечения бесступенчатой регулировки нагрузки.
Для достижения указанного технического результата предлагается Стенд для испытания конструкции летательного аппарата на механическую прочность под действием изгибающего момента, содержащий основание с закрепленной на нем стойкой, несущей оснастку для фиксации испытываемой конструкции, распределительные балки, расположенные над верхней поверхностью указанной конструкции в ряд одна за другой вдоль всей ее длины в поперечном направлении относительно продольной оси конструкции, силовой привод, установленный на основании, и систему нагружения, размещенную под зоной установки указанной конструкции и соединённую с распределительными балками. В отличие от известного стенда система нагружения заявленного стенда содержит приводную траверсу, связанную с силовым приводом, и смонтированные на ней распределительные траверсы, каждая из которых связана посредством тяг с каждой парой распределительных балок
Предпочтительно стенд дополнительно содержит каретку, установленную на стойке с возможностью вертикального перемещения, с закрепленной на ней консолью, расположенной над распределительными балками.
Стенд также дополнительно содержит подвески, закрепленные на консоли со стороны ее поверхности, обращенной к распределительным балкам.
На каждой распределительной балке предпочтительно предусмотрена пара держателей, расположенных по разные стороны от вертикальной оси симметрии балки, в каждом из которых установлен ролик с возможностью свободного вращения.
Стенд предпочтительно содержит, по меньшей мере, два опорных узла для поддержания испытываемой конструкции, включающих в себя закрепленный на консоли подвесной держатель и расположенный на его конце опорный ролик.
Опорный ролик предпочтительно выполнен с возможностью регулировки по высоте и/или углу установки.
Силовой привод предпочтительно представляет собой гидроцилиндр.
Краткое описание чертежей
Изобретение  иллюстрируется чертежами, где:
На фиг. 1 изображен  предлагаемый стенд, вид спереди;
На фиг. 2 – предлагаемый стенд, вид сбоку;
На фиг. 3 – вид по А-А на фиг. 1;
На фиг. 4 – вид по Б-Б на фиг. 3.
Осуществление изобретения
Предлагаемый стенд обеспечивает возможность проведения испытаний конструкции летательного аппарата на механическую прочность под действием изгибающего момента. Испытания проводятся для определения НДС элементов испытываемой  конструкции, оценки их жесткости и связаны с необходимостью проведения прочностного анализа конструкции для описания процесса разрушения конструкции с последующей экспериментальной верификацией полученных результатов.
Стенд содержит основание 1 с закрепленной на нем вертикальной стойкой 2, в верхней части которой расположена силовая оснастка 3,  которая обеспечивает фиксацию конструкции в процессе проведения ее испытаний, и систему нагружения. Силовая оснастка 3 должна предусматривать  закрепление испытываемых конструкций такое же, как и в реальной конструкции летательного аппарата.
Далее описание предлагаемого стенда показано на примере использования, в качестве испытываемой конструкции, кессона крыла летательного аппарата.
Система нагружения расположена в нижней части стенда на основании 1 под испытываемой конструкцией (под кессоном 4). Конкретная система нагружения, показанная на фиг. 1, 2, включает приводную траверсу 5 и две распределительные траверсы 6 и 7, название которых обусловлено выполняемой ими функцией – распределение нагрузки от силового привода (гидроцилиндра) 10 на участки испытываемого кессона 4 крыла.
Балка 8 приводной траверсы 5 подсоединена через вилку 9 к штоку гидроцилиндра 10, установленного через датчик усилия 11 на опорном узле 12, смонтированном на основании 1. Балка 13 каждой распределительной траверсы 6, 7 представляет собой крестовину с боковинами 14 и перемычкой 15.
На концевых участках балки 8 на равных расстояниях от ее вертикальной оси 16 (через которую проходит ось гидроцилиндра 10) закреплены тяги 17и 18. Конец тяги 17 подсоединен к середине перемычки 15 балки 13 распределительной траверсы 6 и соответственно конец тяги 18 подсоединен к середине перемычки 15 балки 13 распределительной траверсы 7.
На каждой боковине 14 балки 13 распределительной траверсы 6, по разные стороны от перемычки 15 и на одинаковом расстоянии от вертикальной оси симметрии перемычки, закреплены по две тяги 19. Аналогично, на каждой боковине 14 балки 13 распределительной траверсы 7, по разные стороны от перемычки 15 и на одинаковом расстоянии от вертикальной оси симметрии перемычки, закреплены по две тяги 20. Указанные расстояния для обеих распределительных траверс выдержаны в одном размере.
Передача нагрузки, создаваемой системой нагружения, на испытываемую конструкцию обеспечивается распределительными балками 21. Балки 21 установлены со стороны верхней поверхности 22 кессона 4 крыла в поперечном к нему направлении и расположены в ряд одна за другой и параллельно друг другу от участка фиксации испытываемой конструкции в оснастке 3 и до дистальной, по отношению к участку фиксации, части 23 кессона крыла. В случае испытания конструкций, имеющих аэродинамический профиль (например, конструкции крыла), поверхности распределительных балок 21, примыкающие к криволинейной поверхности такой конструкции,  имеют конфигурацию, обеспечивающую их плотное прилегание к этой криволинейной поверхности  (в частности – к обшивке крыла).
Для распределительной траверсы 6 две противолежащие тяги 19, закрепленные на разных боковинах 14 балки 13 траверсы 6, подсоединены своими концами к концевым участкам распределительной балки 21а, и две другие противолежащие тяги 19, закрепленные на разных боковинах 14 балки 13 траверсы 6, подсоединены своими концами  к концевым участкам соседней распределительной балки 21b.
Аналогично, для распределительной траверсы 7 две противолежащие тяги 20, закрепленные на разных боковинах 14 балки 13 траверсы 7, подсоединены своими концами к концевым участкам распределительной балки 21с, и две другие противолежащие тяги 20, закрепленные на разных боковинах 14 балки 13 траверсы 7, подсоединены своими концами к концевым участкам соседней распределительной балки 21d. Таким образом, пара соседних распределительных балок 21а, 21b соединена с распределительной траверсой 6, и пара соседних распределительных балок 21с, 21d соединена с  распределительной траверсой 7.
На каждой распределительной балке 21 смонтирована пара держателей 25 и 26, располагаемые по разные стороны от вертикальной оси 27  симметрии балки. В каждом из держателей установлен свободно вращающийся ролик 28.
На вертикальной стойке 2 на стороне противоположной размещению силовой оснастки 3 расположена вертикально ориентированная каретка 29. Каретка имеет возможность перемещения в вертикальной плоскости относительно стойки 2 по направляющим роликам 30, предусмотренным на стойке. Перемещение каретки 29 обеспечивается рукояткой 31 винтового механизма 32. На верхнем торце каретки 29 закреплена консоль 34, которая простирается над распределительными балками 21а - 21d. С целью снижения  массы каретка 29 и консоль 34 выполнены рамочного типа.
К консоли 34 со стороны ее поверхности, обращенной к распределительным балкам 21а - 21d, приварены подвески. Для каждой распределительной балки 21а - 21d предусмотрена пара подвесок 35 и 36, которые располагаются по разные стороны от вертикальной оси 27  симметрии балки и дальше от этой оси, чем держатели 25 и 26.
В подвесках 35 и 36 предусмотрены отверстия 37, а в держателях 25 и 26 – прорези. Через отверстия каждой пары подвесок и через прорези каждой пары держателей  проходит ось 39.
Для обеспечения удобства подачи испытываемой конструкции к силовой оснастке 3 и удержания ее в процессе фиксации в оснастке используются, по меньшей мере, два опорных узла. Каждый из узлов образован парой подвесных держателей 40, смонтированных на консоли 34 и ориентированных вертикально вниз, и  расположенными на концах держателей опорными элементами, представляющими собой съемные свободно вращающиеся ролики 41.Положение роликов 41 регулируется как по высоте, так и по углу установки.
Испытание конструкции летательного аппарата на предлагаемом стенде  осуществляется следующим образом.
В процессе подготовки кессона крыла к испытаниям  производят установку  тензометрических датчиков на участки кессона, в зависимости от заданных условий на проведение испытаний.
На начальном этапе производят монтаж узлов стенда. При этом консоль 34 выставляют в крайнее верхнее положение путем перемещения ее вверх вращением рукоятки 31 винтового механизма 32.  К консоли 34, находящейся в таком положении, подвешивают распределительные балки 21. Для этого, по отношению к каждой распределительной балке 21а - 21d, через прорези в держателях 25 и 26 и через отверстия 37 в  подвесках 35 и 36 пропускают ось 39. Распределительные балки  21а - 21d подняты, надежно висят на своих осях 39, и можно начинать монтажные работы. Распределительные траверсы 6 и 7 необходимо подсоединить  к распределительным балкам 21а - 21d. К концевым  участкам  распределительных балок  21а - 21d подсоединяют тяги 19 (для балок 21а, 21b), и тяги 20 (для балок 21с, 21d). К свободным концам тяг присоединяют балки 13 распределительных траверс 6 и 7, к которым, в свою очередь, прикрепляют тяги 17, 18 приводной траверсы 5, закрепляемой на гидроцилиндре 10.
Как уже отмечалось, на этом этапе консоль 34 находится в своем верхнем положении. Устанавливают съемные ролики 41 на подвесные держатели 40 и закатывают на ролики 41 испытываемую конструкцию (кессон  4 крыла). Вращением рукоятки 31 винтового механизма 32 обеспечивают перемещение вниз каретки 29. Вместе с кареткой 29 опускается консоль 34 с подвешенными на ней распределительными балками 21а - 21d до положения, при котором балки 21а - 21d войдут в контакт с поверхностью испытываемого кессона  4. Дополнительно опускают консоль 34  еще ниже, для обеспечения возможности освобождения осей 39 и их извлечения.
По окончании монтажа приступают к испытанию зафиксированного в оснастке 3 кессона 4. Включают гидропривод. При опускании штока гидроцилиндра 10  происходит перемещение вниз приводной траверсы  5 и распределительных траверс 6 и 7. Нагрузка, создаваемая гидроцилиндром 10, передается через указанные траверсы на распределительные балки 21а - 21d, которые  передают нагрузку на кессон 4, подвергая его интенсивному  изгибу. В процессе  испытаний изменяют нагрузку в соответствии с методикой проведения испытаний. При проведении испытаний регистрируют действующую нагрузку и деформацию испытываемой конструкции по показаниям тензометрических датчиков.