СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ФЮЗЕЛЯЖА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА ВЫНОСЛИВОСТЬ
AIRCRAFT FUSELAGE DURABILITY TEST BENCH

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к установкам для прочностных испытаний летательных аппаратов.
Известно устройство циклического нагружения сжатым воздухом гермофюзеляжа летательного аппарата при испытаниях на выносливость, патент РФ, МПК G01M 5/00, №788927 «Устройство для усталостных испытаний фюзеляжа летательного аппарата».
В указанном 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, работающего по принципу «открыт-закрыт», ограничивает область реализуемых программ только программами пилообразной формы и снижает точность их отработки.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, описанное в патенте РФ МПК G01M 5/00 №2416075 «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 большерасходными и малорасходным клапанами, 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. На восходящем участке программы работает большерасходный клапан, на горизонтальном участке - малорасходный.
Для реализации перечисленных функций установка включает в себя систему циклических нагрузок сжатым воздухом, состоящую из источника сжатого воздуха, основного трубопровода подачи сжатого воздуха в фюзеляж с расположенным на нем регулятором давления «после себя», входным большерасходным регулирующим клапаном, байпасного трубопровода с малорасходным трехходовым регулирующим клапаном, трубопровода сброса воздуха из фюзеляжа с расположенным 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 давления в фюзеляже и датчик давления.
Недостатком данного устройства нагружения является последовательное включение в линиях подачи воздуха в фюзеляж регулятора давления «после себя» и управляемых клапанов, обеспечивающих подачу воздуха в фюзеляж 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 испытаний вплоть до возникновения колебательного режима. Использование малорасходного трехходового регулирующего клапана для стабилизации давления на горизонтальном участке программы сокращает диапазон испытываемых фюзеляжей по величине их объема и утечек, т.к. величина утечки не может превысить пропускную способность малорасходного клапана. 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, поскольку при измерении давления перед клапанами, например, в источнике сжатого воздуха или на его выходе и знании расходных характеристик регулирующего клапана можно определить степень его открытия, необходимую для соблюдения заданного темпа наддува фюзеляжа. Точное поддержание давления на горизонтальном участке программы можно обеспечить регулятором давления "после себя", заменив им малорасходный трехходовой регулирующий клапан, т.к. сброс воздуха через этот клапан при конструктивной негерметичности фюзеляжа не нужен. Расширение диапазона компенсации утечек воздуха при испытании фюзеляжей с разной степенью герметичности можно обеспечить использованием второй байпасной линии с расположенным на нем клапаном с ручным приводом, настраиваемым на нужную степень открытия при наладке стенда. Предложенные изменения конструкции стенда улучшают точность реализации программ испытаний, а также повышают универсальность использования стенда для испытания различных объектов, существенно отличающихся как по объему, так и по степени герметичности.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности отработки трапециевидных программ нагружения фюзеляжей внутренним избыточным давлением при испытаниях на выносливость, сокращение технических средств, необходимых для создания стенда, а также расширение области его применения.
Данный технический результат достигается тем, что в стенде для испытаний фюзеляжа летательного аппарата на выносливость, содержащем систему циклических нагрузок сжатым воздухом, состоящую из источника сжатого воздуха, основного трубопровода подачи сжатого воздуха в фюзеляж с расположенным на нем входным большерасходным регулирующим клапаном, байпасного трубопровода, трубопровода сброса воздуха из фюзеляжа с расположенным 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 давления в фюзеляже и первый датчик давления, дополнительно используется регулятор давления ″после себя″, который расположен на первом байпасном трубопроводе параллельно основному трубопроводу подачи сжатого воздуха, кроме того, в устройство дополнительно введены второй байпасный трубопровод, параллельный основному трубопроводу подачи сжатого воздуха, первый и второй соленоидные клапаны, клапан с ручным приводом, второй датчик давления, расположенный в источнике сжатого воздуха, блок уставки степени открытия входного большерасходного регулирующего клапана, блок коррекции, ключевой элемент, триггер, командоаппарат, таймер, блоки задания максимального и минимального уровней давления в фюзеляже, блоки сравнения максимального и минимального уровня давления, при этом первый соленоидный клапан расположен на первом байпасном трубопроводе перед регулятором давления ″после себя″, а второй соленоидный клапан и клапан с ручным приводом последовательно расположены на втором байпасном трубопроводе, входы управления соленоидными клапанами соединены с соответствующими выходами командоаппарата, выход регулятора ″после себя″ соединен с фюзеляжем, управляющий вход входного большерасходного регулирующего клапана соединен с выходом ключевого элемента, вход ключевого элемента подключен к выходу блока коррекции, один из входов которого подключен к выходу блока уставки степени открытия входного большерасходного регулирующего клапана, другой вход блока коррекции связан с выходом второго датчика давления, управляющий вход ключевого элемента соединен с выходом триггера, установочный вход которого подключен к выходу ″пуск″ командоаппарата, вход сброса триггера связан с выходом блока сравнения максимального уровня давления, один из входов которого соединен с выходом первого датчика давления, а другой - с выходом блока заданий максимального уровня давления, кроме того, выход блока сравнения максимального уровня давления соединен с входом командоаппарата и входом включения таймера, выход первого датчика давления, кроме блока сравнения максимального уровня давления, соединен с одним из входов блока сравнения минимального уровня давления, другой вход которого связан с выходом блока задания минимального уровня давления, а выход - с входом сброса таймера, выход таймера соединен с соответствующим входом командоаппарата, а соответствующий выход командоаппарата подключен к входу управления клапана сброса.
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого стенда, на фиг. 2 - программа испытаний.
Устройство содержит источник сжатого воздуха 1, основной трубопровод 2, подающий сжатый воздух от источника питания через входной большерасходный регулирующий клапан 3 в фюзеляж 4, трубопровод 5 сброса воздуха из фюзеляжа, на котором расположены клапан сброса 6, средства защиты 7 и устройство шумоглушения 8. В состав системы автоматического управления установки входят: регулятор давления ″после себя″ 9, датчик 10 давления воздуха в фюзеляже, командоаппарат 11, датчик давления 12 в источнике сжатого воздуха перед входным регулирующим клапаном 3, блоки задания максимального и минимального уровней давления 13, 14, блоки сравнения максимального и минимального уровней давления 15, 16, блок уставки 17 степени открытия входного регулирующего клапана, блок коррекции 18, триггер 19, ключевой элемент 20, таймер 21, первый байпасный трубопровод 22 с последовательно расположенными на нем первым соленоидным клапаном 23 и регулятором давления ″после себя ″ 9, второй байпасный трубопровод 24 с последовательно расположенными на нем вторым соленоидным клапаном 25 и клапаном с ручным приводом 26.
При этом входы управления соленоидными клапанами 25, 23 соединены с соответствующими им выходами ″а″ и ″б″ командоаппарата 11. Выход регулятора давления ″после себя″ 9 соединен с фюзеляжем 4. Управляющий вход входного большерасходного регулирующего клапана 3 соединен с выходом ключевого элемента 20. Вход ключевого элемента подключен к выходу блока коррекции 18, один из входов которого подключен к выходу блока 17 уставки степени открытия входного большерасходного регулирующего клапана, другой вход блока коррекции 18 связан с выходом второго датчика давления 12, управляющий вход ключевого элемента 20 соединен с выходом триггера 19, установочный вход которого подключен к выходу ″пуск″ (″в″) командоаппарата 11, вход сброса триггера 19 связан с выходом блока 15 сравнения максимального уровня давления, один из входов которого соединен с выходом первого датчика давления 10, а другой - с выходом блока 13 заданий максимального уровня давления. Кроме того, выход блока 15 сравнения максимального уровня давления соединен с первым (вх. 1) входом командоаппарата 11 и входом включения таймера 21. Выход первого датчика 10 давления, кроме блока 15 сравнения максимального уровня давления, соединен с одним из входов блока 16 сравнения минимального уровня давления, другой вход которого связан с выходом блока 14 задания минимального уровня давления, а выход - с входом сброса таймера 21. Выход таймера соединен со вторым (вх. 2) входом командоаппарата 11, а выход ″г″ командоаппарата 11 подключен к входу управления клапана сброса 6.
Работает устройство следующим образом.
Предварительно перед началом зачетных испытаний производится наладка и настройка его функциональных элементов. Регулятор ″после себя″ 9 настраивается на давление Рпот. (см. фиг. 2). Блоки задания высокого и низкого давления 13, 14 настраиваются соответственно на давление Рву.=(0,95÷0,98) Рпот. и Рну.=0,01 ати. Блок 17 уставки степени открытия входного регулирующего клапана настраивается на величину сигнала, определяющего нужный программный темп наддува фюзеляжа при штатной величине давления в источнике сжатого воздуха 1.
Клапан 26 с ручным приводом, если это необходимо, приоткрыт на нужную величину из условий частичной компенсации утечек воздуха из фюзеляжа на горизонтальном участке программы.
Исходное состояние стенда перед началом испытаний: клапаны 3, 23, 25 закрыты, клапан 6 открыт. Ключевой элемент 20 разомкнут.
При нажатии кнопки ″вкл″ командоаппарат 11 на выходах ″г″ и ″в″ вырабатывает сигналы, один из которых закрывает клапан 6 сброса воздуха, а другой поступает на вход ″установка″ триггера 19, на выходе триггера 19 появляется сигнал, который закрывает ключевой элемент 20.
В результате этого сигнал о степени открытия блока 17 через блок коррекции 18 и ключевой элемент 20 поступает на управляющий вход входного регулирующего клапана 3. В клапане 3 перемещается затворный элемент до такого изменения проходного сечения клапана, при котором будет достигнут нужный темп наддува фюзеляжа.
При достижении в фюзеляже давления Рву по сигналу датчика давления 10 и сигналу с блока 13 задания максимального уровня давления срабатывает блок 15. Сигнал с этого блока поступает на вход сброса триггера 19, первый вход ″вх 1″ командоаппарата 11 и вход запуска таймера 21.
В результате произошедших переключений триггер 19 сбрасывается, ключевой элемент 20 размыкается, входной регулирующий клапан 3 закрывается. Командоаппарат 11 в зависимости от предварительной настройки вырабатывает сигналы, либо на выходе ″а″, либо на выходах ″а″ и ″б″. В первом случае открывается соленоидный клапан 23 и регулятор ″после себя″ 9 начинает поддерживать в фюзеляже давление Рпот. Во втором случае, когда на компенсацию утечек не хватает производительности регулятора ″после себя″, то в параллель этому регулятору открытием второго соленоидного клапана 25 дополнительный расход воздуха подают в фюзеляж через клапан 26, предварительно, как указывалось выше, открытый на заданную величину, обеспечивающую компенсацию части утечки воздуха из фюзеляжа 4.
Включенный сигналом с выхода блока 15 таймер 21 отсчитывает время длительности горизонтального участка программы (см. фиг. 2). По истечении заданной длительности горизонтального участка программы, таймер выдает сигнал Тк в командоаппарат 11, который по этому сигналу снимает сигналы с выходов ″а″, ″б″, ″г″, в результате чего соленоидные клапаны 23, 25 закрываются, а клапан сброса 6 открывается, тем самым начинается сброс давления из фюзеляжа. При достижении в фюзеляже давление Рну по сигналам от датчика давления 10 и блока 14 задания минимального уровня давления срабатывает блок сравнения 16, который переводит таймер 21 в исходное состояние. Цикл испытаний окончен, и стенд готов к началу нового цикла.