Стенд для определения кинематических и силовых характеристик винта силовой установки самолета

Полезная модель относится к области авиации, в частности к устройствам для определения кинематических и силовых характеристик винта силовой установки самолета, и может быть использована в качестве исследовательского оборудования в виде стендов, демонстрирующих зависимость силы тяги от скорости вращения винта и угла поворота лопастей.
Известен «Стенд для аэродинамических и акустических исследований вентиляторов двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД)» (пат. RU2337342, МПК G01M 15/14, опубл. 27.10.2008, бюл.№30), устройство которого содержит акустическую (безэховую) камеру, содержащую проемы с установленными в них фильтрами для забора воздуха, биротативный вентилятор, редуктор, привод, например турбину или электродвигатель, эксгаустерную систему, систему измерений, причем биротативный вентилятор установлен в акустической камере на расстоянии не менее десяти диаметров рабочего колеса вентилятора от передней, задней и одной из боковых стенок камеры, содержит переднее рабочее колесо и заднее рабочее колесо, которые размещены на передних концах валопроводов, установленных соосно, задний конец каждого валопровода соответственно переднего рабочего колеса и заднего рабочего колеса через зубчатое зацепление соединен с их приводами, причем пары конических зубчатых шестерен биротативного редуктора кинематически не связаны между собой, что обеспечивает их независимое вращение по частоте и мощности рабочих колес биротативного вентилятора, валопроводы переднего и заднего рабочих колес заключены в корпус, опертый на конические оболочки, снаружи конических оболочек установлен наружный конический воздухозаборник, полость между корпусом и коническими оболочками соединена с расходомером воздуха, корпус и конические оболочки соединены с опорным корпусом, опорный корпус соединен с опорной рамой, наружный конический воздухозаборник соединен с воздухосборником, опертым на фундамент, эксгаустерная система соединена с полостью, образованной коническими оболочками и корпусом, а также с возухосборником, при этом приводы рабочих колес биротативного вентилятора, биротативный редуктор, эксгаустерная система размещены вне акустической камеры.
Недостатком технического решения является сложность конструкции, заключающаяся в наличии нескольких валопроводов, установленных соосно, причем задний конец каждого валопровода соответственно переднего рабочего колеса и заднего рабочего колеса через зубчатое зацепление соединен с их приводами, а также большие размеры конструкции, связанные с расстоянием между вентилятором и стенками камеры, равным не менее десяти диаметрам рабочего колеса вентилятора, что снижает наглядность стенда.
Известен «Стенд для измерения силы тяги двигателя» (пат. RU72544, МПК G01L 5/13, опубл. 20.04.2008, бюл.№11), устройство которого содержит содержащий динамоплатформу для крепления двигателя, шарнирно связанную со станиной, силопередающий узел и силоизмеритель, отличающийся тем, что динамоплатформа установлена на двух опорах, выполненных в виде консольных балок из упругих пластин, жестко закрепленных одной стороной на станине и имеющих на противоположной стороне два выступающих элемента, на которых установлены шарниры малого сопротивления, расположенные между динамоплатформой и жестко связанными с ней боковыми планками с двумя проемами под выступающие элементы опор, причем роль силоизмерителя выполняют опоры в виде консольных балок из упругих пластин с наклеенными на них тензодатчиками, а  шарнир малого сопротивления, представляет собой конструкцию из двух соосных усеченных конусов, закрепленных на динамоплатформе и боковой планке и контактирующих с обеими кромками отверстия, выполненного в выступающем элементе опоры, причем между усеченными конусами контакт отсутствует, либо конструкцию из двух шариков, зажатых между углублениями динамоплатформы и боковой планки и контактирующих с обеими кромками отверстия, выполненного в выступающем элементе опоры, причем между шариками контакт отсутствует, или конструкцию из двух призм, закрепленных на динамоплатформе и боковой планке и сдавливающих с обеих сторон выступающий элемент опоры, причем рабочие ребра всех призм шарниров лежат в одной плоскости, параллельной станине, причем  на станине установлены упоры, ограничивающие ход динамоплатформы в направлении действия измеряемой силы, а силопередающий узел и упоры, ограничивающие ход динамоплатформы, выполнены регулируемыми.
Недостатком технического решения является конструктивная сложность, заключающаяся в использовании двух консольных балок из упругих пластин, с наклеенными на них тензодатчиками, причем консольные балки соединены с динамоплатформой с помощью шарниров малого сопротивления, которые могут иметь различное конструктивное исполнение.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решения является «Стенд для испытаний подъемной тяги винтов беспилотного летательного аппарата» (пат. RU 186022 U1, МПК G01L 5/13, B64C 11/00, опубл. 26.12.2018, бюл.№36), содержащий защитную раму, двуплечий рычаг в виде прямоугольной балки, электродвигатель, закрепленный на одном конце двуплечего рычага, опора оси вращения рычага, расположенная на основании, состоящем из продольных, поперечных и вертикальной балок квадратного сечения, жестко соединенных между собой диагоналями, причем введен тензодатчик, который установлен на другом конце двуплечего рычага, аккумулятор и контроллер, которые закреплены на двуплечем рычаге, причем аккумулятор соединен с электродвигателем через контроллер, притом закрепленные на двуплечем рычаге контроллер и тензодатчик соединены с персональным компьютером через USB-порт посредством коммуникационного провода.
Недостатком известного технического решения является влияние силы тяжести вентилятора и силовой установки на показания тензодатчика, так как электродвигатель закреплен на одном конце двуплечего рычага, а тензодатчик установлен на другом конце этого рычага.
Технической проблемой является создание простого по конструкции стенда для определения кинематических и силовых параметров винта силовой установки самолета в качестве оборудования для исследования зависимости тяги от скорости вращения винта и угла поворота гребней.
Технический результат заключается в создании простого по конструкции стенда для определения кинематических и силовых параметров винта силовой установки самолета как оборудования для исследования зависимости тяги от скорости вращения винта и угла поворота гребней за счет введения подвижной каретки, перемещающейся по рельсам и содержащей электродвигатель, модуль питания, контроллер, вал, передающий крутящий момент от электродвигателя, с установленным на нем через подшипник ВИШ, причем к каретке крепится упругий элемент тензодатчика в виде пружины.
Технический результат достигается тем, что подвижная каретка, перемещающаяся вдоль рельс и содержащая электродвигатель, вал, передающий крутящий момент от электродвигателя ВИШ, который установлен через подшипник, причем каретка соединена с неподвижной стойкой через упругий элемент тензодатчика – пружину, а  неподвижная стойка стенда содержит тензорезистор тензодатчика, микрокомпьютер, модуль многоканальной визуализации и панель управления, содержащую рычаг управления и клавиши регулировки угла наклона гребней винта, дисплей, показывающий установленный угол поворота гребней винта, дисплей, показывающий силу тяги, дисплей, показывающий скорость вращения ВИШ, и через микрокомпьютер соединена с экраном, отображающим  полет самолета с определенной скоростью, зависящей от угла поворота гребней винта, с помощью 3D-модели самолета в небе.
Для пояснения технической сущности заявляемого решения рассмотрим графические изображения:
На фиг. 1 – общий вид стенда для определения кинематических и силовых характеристик винта силовой установки самолета, где:
1. Неподвижная стойка;
2. Рельсы;
3. Панель управления;
4. Рычаг управления;
5. Клавиши регулировки угла наклона гребней винта;
6. Дисплей, показывающий установленный угол поворота гребней винта;
7. Дисплей, показывающий силу тяги;
8. Дисплей, показывающий скорость вращения ВИШ;
9. Экран, отображающий полет самолета с определенной скоростью, зависящей от угла поворота гребней винта, с помощью 3D-модели самолета в небе;
10. Подвижная каретка;
11. Вал, передающий крутящий момент от электродвигателя к ВИШ;
12. Подшипник;
13. Винт регулируемого шага (ВИШ);
14. Упругий элемент тензодатчика – пружина.
На фиг.2 – принципиальная схема стенда, где:
1. Неподвижная стойка;
2. Рельсы;
3. Панель управления;
4. Рычаг управления;
5. Клавиши регулировки угла наклона гребней винта;
6. Дисплей, показывающий установленный угол поворота гребней винта;
7. Дисплей, показывающий силу тяги;
8. Дисплей, показывающий скорость вращения ВИШ;
9. Экран, отображающий полет самолета с определенной скоростью, зависящей от угла поворота гребней винта, с помощью 3D-модели самолета в небе;
10. Подвижная каретка;
11. Вал, передающий крутящий момент от электродвигателя к ВИШ;
12. Подшипник;
13.  Винт регулируемого шага (ВИШ);
14. Упругий элемент тензодатчика – пружина;
15.  Микрокомпьютер;
16.  Модуль многоканальной визуализации;
17.  Тензорезистор тензодатчика;
18.  Модуль питания;
19.  Контроллер;
20.  Электродвигатель.
На фиг.3 – принципиальная схема вывода информации, где:
1. Дисплей, показывающий установленный угол поворота гребней винта;
2. Дисплей, показывающий силу тяги;
3. Дисплей, показывающий скорость вращения ВИШ;
4. Экран, отображающий полет самолета с определенной скоростью, зависящей от угла поворота гребней винта, с помощью 3D-модели самолета в небе;
5. Подвижная каретка;
13. Винт регулируемого шага (ВИШ);
14. Упругий элемент тензодатчика – пружина;
15. Микрокомпьютер;
16. Модуль многоканальной визуализации;
17. Тензорезистор тензодатчика.
Предлагаемое техническое решение позволяет создать простой по конструкции стенд для определения кинематических и силовых характеристик винта силовой установки самолетакак оборудования для исследования зависимости тяги от скорости вращения винта и угла поворота гребней за счет введения подвижной каретки, перемещающейся вдоль рельс и содержащей электродвигатель, вал, передающий крутящий момент от электродвигателя ВИШ, который установлен через подшипник, причем каретка соединена с неподвижной стойкой через упругий элемент тензодатчика – пружину, также за счет введения экрана, отображающего полет самолета с определенной скоростью, зависящей от угла поворота гребней винта, с помощью 3D-модели самолета в небе, соединенный посредством модуля многоканальной визуализации с микрокомпьютером, и за счет введения на панели управления рычага управления, клавишей регулировки угла наклона гребней винта, дисплея, показывающего установленный угол поворота гребней винта, дисплея, показывающего силу тяги, и дисплея, показывающего скорость вращения ВИШ.
Конструкция стенда для определения кинематических и силовых характеристик винта  силовой установки самолета представляет собой неподвижную стойку 1 с экраном 9, отображающим полет самолета с определенной скоростью, зависящей от угла поворота гребней винта, с помощью 3D-модели самолета в небе, и упругим элементом тензодатчика -пружиной 14, состоящую из тензорезистора тензодатчика 17, рельс 2, микрокомпьютера 15, модуля многоканальной визуализации 16, панели управления 3, содержащей рычаг управления 4, клавиши регулировки угла наклона гребней винта 5, дисплей 6, показывающий установленный угол поворота гребней винта, дисплей 7, показывающий силу тяги, и дисплей 8, показывающий скорость вращения ВИШ, также подвижную каретку 10, содержащую электродвигатель 20, модуль питания 18, контроллер 19, вал 11 с подшипником 12, передающий крутящий момент от электродвигателя 20 ВИШ 13, и винт регулируемого шага (ВИШ) 13.
Стенд для определения кинематических и силовых характеристик винта силовой установки самолета работает следующим образом:
Рычаг управления 4 включает электродвигатель 20, подсоединенный к модулю питания 18 через контроллер 19. Электродвигатель 20 передает крутящий момент через вал 11 винту регулируемого шага 13, причем вал закреплен к корпусу подвижной каретки 10 с помощью подшипника 12. На неподвижной стойке 1 находится панель управления 3, содержащая рычаг управления 4, клавиши регулировки угла наклона гребней винта 5, дисплей 6, показывающий установленный угол поворота гребней винта, дисплей 7, показывающий силу тяги, и дисплей 8, показывающий скорость вращения ВИШ. Клавишами регулировки угла наклона гребней винта 5 устанавливается нужный угол. ВИШ 13 создает силу, которая растягивает упругий элемент тензодатчика – пружину 14, которая, в свою очередь, передает сигнал тензорезистору тензодатчика 17, от которого сигнал поступает в микрокомпьютер 15, и посредством модуля многоканальной визуализации 16 выводится на экран 9, отображающий полет самолета с определенной скоростью, зависящей от угла поворота гребней винта, с помощью 3D-модели самолета в небе, а также на дисплей 6, показывающий установленный угол поворота гребней винта, дисплей 7, показывающий силу тяги, и на дисплей 8, показывающий скорость вращения ВИШ.
По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, предлагаемое техническое решение позволяет получить полезную модель простого по конструкции стенда для определения кинематических и силовых характеристик винта силовой установки самолета за счет введения подвижной каретки, перемещающейся по рельсам и содержащей электродвигатель, модуль питания, контроллер, вал, передающий крутящий момент от электродвигателя, с установленным на нем через подшипник ВИШ, причем к каретке крепится упругий элемент тензодатчика в виде пружины, а также введения на панель управления рычага управления и клавишей регулировки угла наклона гребней винта, дисплея, показывающего установленный угол поворота гребней винта, дисплея, показывающего силу тяги, и дисплея, показывающего скорость вращения ВИШ, что в целом повышает наглядность стенда.