Поворотная платформа для имитации динамической качки и вибрационного воздействия испытательной установки для авариестойкой топливной системы вертолёта

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности к виброиспытательным стендам, предназначенным 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 стенды, имитирующие различные виды нагрузок, которым может подвергаться устройство в процессе эксплуатации, а также имитирующие различные пространственные положения этих устройств. Большое внимание при разработке стендов уделяется созданию достоверных условий, максимально приближенным к реальным.
Из уровня техники известен стенд для испытания на механическую вибрацию (CN 210464859 U, 2020), содержащий вибростол, фиксирующее основание, шатунное устройство, опорный стержень, основание и двигатель, четыре опорных стержня неподвижно соединенные с верхней частью основания. Фиксирующее основание жестко соединено с верхней частью опорного стержня и с двигателем и далее через подшипники, вращающие валы с четырьмя шатунными устройствами. Нижняя часть шатунных устройств жестко соединена с фиксирующим основанием, а все четыре шатунных устройства шарнирно прикреплены к верхней части вибростола, при этом испытательный стенд жестко соединен с верхней частью вибростола.
Недостатком известного устройства является невозможность одновременного осуществления воздействия на объект испытания на колебание и вибрацию, что усложняет процесс проведения испытания авариестойкой топливной системы вертолета.
Прототипом полезной модели является оборудование для испытания авиационных масляных баков на качание и вибрацию, имитирующее имитацию динамической качки с одновременным воздействием вибрации во время испытаний (CN 205719462 U, 2016). Известное оборудование содержит независимую рабочую систему вибрации, в том числе: стол с электромагнитной вибрацией в вертикальном направлении. Подвижный стол жестко соединен с подвижными частями стола с электромагнитной вибрацией в вертикальном направлении. Оборудование также содержит независимо работающую систему качания, имеющую серводвигатель, установочную монтажную раму для установки испытываемого масляного бака, которая неподвижно закреплена на столе с электромагнитной вибрацией в вертикальном направлении или на поверхности стола с горизонтальным направлением перемещения. Монтажная рама может быть установлена на приводной серводвигатель для вращательного движения вокруг оси качания. Два конца монтажной рамы масляного бака связаны с подшипником через вращающийся вал. Подшипник установлен в опорном гнезде подшипника, которое неподвижно установлено на столе с электромагнитной вибрацией в вертикальном направлении или на поверхности стола с горизонтальным направлением перемещения через монтажный кронштейн подшипника так, что ось вращающегося вала совпадает с осью качания.
Однако, известное оборудование не обеспечивает соблюдения четких режимов испытания на качение и вибрацию, из-за чего результаты проведения испытания не могут соответствовать регламентам технического обслуживания топливной системы вертолета.
Проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является усовершенствование устройства для проведения испытаний авариестойкой топливной системы вертолета при изменении ее пространственного положения по тангажу с одновременным созданием вибрационной нагрузки, приложенной к раме с закрепленным на ней объектом испытания - топливного бака вертолета.
Техническим результатом полезной модели является повышение достоверности результатов испытаний на колебание по тангажу и вибрацию авариестойкой топливной системы вертолета за счет возможного точного соблюдения заданных режимов испытаний.
Технический результат достигается за счет того, что поворотная платформа испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета включает основание, на опорах которого установлена с возможностью колебания поворотная рама тангажа с навешенной на ней вибрационной рамой с помощью кривошипно-шатунного узла, обеспечивающего вертикальное вибрационное воздействие. Согласно полезной модели для колебания поворотной рамы тангажа относительно горизонтали она соединена гидроцилиндрами подвижности с основанием, закрепленными с помощью шарниров на диаметрально противоположных сторонах поворотной рамы тангажа от оси колебания. Кривошипно-шатунные узлы для навешивания вибрационной рамы на поворотную раму тангажа установлены на двух продольных балках поворотной рамы тангажа диаметрально противоположно друг другу и симметрично относительно узлов навески поворотной рамы тангажа на опоры основания. Каждый кривошипно-шатунный узел снабжен серводвигателем с энкодером и прикреплен к поворотной раме тангажа с помощью опоры двух подшипников и коленчатого вала серводвигателя, выполненного с эксцентриситетом, соединенного с шатуном. Вибрационная рама закреплена на поворотной раме тангажа с помощью четырех тяг, две из которых расположены параллельно и с двух противоположных сторон от оси колебания поворотной рамы тангажа, а две други- перпендикулярно оси колебания поворотной рамы тангажа на ее противоположных сторонах.
Кривошипно-шатунные узлы преимущественно установлены по четыре на каждой продольной балке поворотной рамы тангажа, для обеспечения равномерного и достаточного вибрационного воздействия на вибрационную раму с закрепленным на ней объектом испытания.
Вращение серводвигателей синхронизировано между собой.
Выполнение коленчатого вала серводвигателя с эксцентриситетом обеспечивает точное задание амплитуды вибрации, которая по нормам проектирования должна быть не менее 0,8 мм.
Две тяги, расположенные по сторонам параллельным оси вращения поворотной рамы тангажа, удерживают вибрационную раму в этом же направлении. Четыре другие тяги, расположенные по сторонам перпендикулярным оси вращения поворотной рамы тангажа, удерживают вибрационную раму в этом же направлении, для исключения перемещения вибрационной рамы с объектом испытания в продольном направлении и ее удерживания при осуществлении качания и вибрации.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где
на фиг. 1 - поворотная платформа с поворотной рамой тангажа и вибрационной рамой испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета;
на фиг. 2 - крепление шатуна в поворотной раме тангажа;
на фиг. 3 - тяги крепления вибрационной рамы к поворотной раме тангажа;
на фиг. 4 - крепление шатуна к коленчатому валу;
на фиг. 5 - соединение гидроцилиндрами подвижности поворотной рамы с основанием.
На чертежах позициями обозначено:
1 - основание;
2 - опора основания;
3 - поворотная рама тангажа;
4 - вибрационная рама;
5 - гидроцилиндры подвижности поворотной рамы 3 тангажа;
6 - шарниры гидроцилиндров 5;
7 - ось колебания поворотной рамы 3 тангажа;
8 - кривошипно-шатунный узел;
9 - продольные балки поворотной рамы 3 тангажа;
10 - узел навески поворотной рамы 3 тангажа;
11 - опора подшипникового узла;
12 - подшипник;
13 - коленчатый вал, выполненный с эксцентриситетом;
14 - серводвигатель;
15 - шатун;
16 - тяги, расположенные параллельно и с двух противоположных сторон от оси колебания поворотной рамы 3 тангажа;
17 - тяги, расположенные перпендикулярно оси колебания поворотной рамы 3 тангажа.
Поворотная платформа испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета работает следующим образом.
На вибрационной раме 4 закрепляют объект испытания - топливные баки вертолета через оснастку (на фигуре не показано). Поворотную раму 3 приводят к колебательному движению по горизонтали, относительно оси колебания 7, два гидроцилиндра подвижности 5 (фиг. 5), обеспечивая качание объекта испытаний (количество циклов/мин от 16 до 20) для имитации пространственное положение топливных баков по тангажу с углом качки ±15°. Одновременно приводят в действие восемь серводвигателей 14 с энкодером (на фигуре не показано) каждого кривошипно-шатунного узла 8. Серводвигатели 14 с энкодером вращают коленчатые валы 13, которые приводят в движение шатуны 15, а они, в свою очередь, приводят в движение с заданной частотой вибрации от 16 до 33,3 Гц и амплитудой вибрации от 0,8 до 1 мм вибрационную раму 4. Таким образом, объект испытаний (топливный бак) одновременно испытывают на вибрацию и качение.
Вибрационная рама 4, зафиксирована в двух направлениях, через тяги 16, расположенные параллельно и с двух противоположных сторон от оси 7 колебания поворотной рамы 3 тангажа и тяги 17, расположенные перпендикулярно оси 7 колебания поворотной рамы 3 тангажа. Тяги 16 и 17 обеспечивают направление движения только в вертикальном направлении и служат для крепления объекта испытаний и для равномерного распределения нагрузки на узлы кривошипно-шатунных узлов 8. За счет кривошипно-шатунных узлов 8 и тяг 16 и 17, вибрационная рама 4 совершает колебания вдоль вертикальной составляющей по отношению к поворотной раме тангажа 3 с определенной амплитудой. Амплитуда определяется из конфигурации коленчатого вала 13.
В результате конструкции поворотной платформы испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета совокупное движение у объекта испытания составляет угол наклона (тангаж) и амплитудные движение перпендикулярно углу наклона вибрационной рамы 4. Каждый из серводвигателей 14 оснащен угловым энкодером, позволяющим контролировать положение ротора с помощью системы управления виброприводами.
В настоящее время поворотная платформа испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета находится на стадии изготовления.