Стенд для копровых испытаний трубчатых полозковых шасси вертолетов

Полезная модель относится к области устройств для наземных испытаний авиационной техники, в частности к стендам для копровых испытаний полозкового шасси вертолета.
Известен стенд, моделирующий посадку вертолета или какого-либо иного летательного аппарата на каком-либо агрегате (например, полозковое шасси, колесное шасси, сотовая подушка), амортизирующем посадочный удар. Стенд содержит массово-инерционный макет вертолета (далее - МИМВ) или какого-либо иного летательного аппарата, который крепят при помощи металлических тросов к подвеске. Посадочной платформой является бетонная полоса. В момент соударения МИМВ с посадочной платформой тросы отстреливают при помощи пиропатронов. Величина и направление скорости движения МИМВ регулируемы. К посадочной платформе примыкает бетонная стена с горизонтальными и вертикальными линиями, что делает более удобным последующий анализ результатов испытаний, поскольку процесс посадки, соударения и дальнейшего пробега МИМВ по посадочной платформе записывается на видеокамеру. Стенд изначально проектировался для испытаний приземляющихся космических капсул, но в дальнейшем был использован в вертолетостроении (Martin S. Annet. LS-DYNA Analysis of Full-Scale Helicopters Crash Test // 11th International LS-DYNA Users Conference, June 06-08, 2010).
Недостатками данного стенда являются высокая стоимость, большие габариты, сложность конструкции, длительное время для подготовки к проведению испытаний, отсутствие измерения напряженно-деформированного состояния конструкции амортизационного агрегата, практическая невозможность (вследствие высокой стоимости) проведения испытаний в количестве достаточном для статистической обработки результатов, невозможность проведения испытаний, имитирующих посадку с заданным отношением между горизонтальными боковыми нагрузками и вертикальными реакциями посадочной поверхности.
Также известен стенд, содержащий МИМВ, устройство для подъема и сброса МИМВ, наклонную посадочную платформу, датчики для измерения перемещений консолей рессор. Движение стенда по наклонной посадочной платформе имитирует посадку с горизонтальной поступательной скоростью (Efficient helicopter skid landing gear dynamic drop simulation using LS-DYNA. Cheng-Ho Tho, Chad E. Sparks, Ashish K. Sareen, Michael R. Smith, Courtney Johnson. American Helicopter Society 59th Annual Forum, 2003).
Недостатками данного стенда являются невозможность воспроизведения второго посадочного удара и имитации вертикальной посадки, отсутствие измерения усилий, воспринимаемых рессорами, большие габариты, сложность конструкции, невозможность проведения испытаний, имитирующих посадку на посадочную поверхность с заданным отношением между горизонтальными боковыми нагрузками и вертикальными реакциями посадочной поверхности.
Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является стенд для копровых испытаний трубчатых полозковых шасси вертолетов с посадочными массами в пределах от 2400 до 3900 кгс, содержащий массово-инерционный макет вертолета - МИМВ, устройство для подъема и сброса МИМВ, портал для крепления устройства для подъема и сброса МИМВ, посадочную платформу, акселерометры, установленные в центре масс МИМВ и в районе передней и задней рессор, устройства, предназначенные для измерения перемещений консолей рессор относительно МИМВ и перемещения центра масс МИМВ относительно горизонтальной посадочной платформы при помощи которого возможна имитация двух посадочных случаев, посадка с горизонтальной поступательной скоростью и вертикальная посадка, вертикальным копровым сбросом с использованием одного и того же стенда, возможно воспроизведение в обоих случаях двух последовательных посадочных ударов в пределах одной посадки, возможно уменьшение габаритных размеров и упрощение конструкции стенда. Ударная поверхность посадочной платформы параллельна горизонтальной плоскости, а величину эффективной массы и смещение центра тяжести МИМВ определяют согласно зависимостям, изложенным в патенте RU 120225 U1 (Стенд для копровых испытаний трубчатых полозковых шасси вертолетов. - МПК: G01M 17/04).
Функционирование данного стенда основано на совершенно ином принципе, чем стендов, рассмотренных выше. Имитация посадки с горизонтальной поступательной скоростью достигается вертикальным сбросом МИМВ со смещенным центром тяжести. Простота конструкции устраняет недостатки стендов, рассмотренных выше.
Недостатком данного стенда является невозможность проведения копровых испытаний трубчатого полозкового шасси на посадочную поверхность с заданным соотношением между горизонтальными боковыми нагрузками и вертикальными реакциями посадочной поверхности. В авиационных правилах АП-29 (нормативно-технический документ, в котором в концентрированном виде отображен опыт теоретических и экспериментальных исследований в области проектирования, разработки и эксплуатации вертолетов) имеются требования подтверждения прочности полозкового шасси как для случая, когда боковые горизонтальные нагрузки отсутствуют, так и для случая, когда они составляют 0,25 от вертикальных реакций посадочной поверхности.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в возможности проведения испытаний для случая, когда боковые горизонтальные нагрузки составляют 0,25 от вертикальных реакций посадочной поверхности, что соответствует требованиям АП-29 (выполнение требований АП-29 необходимо для сертификации вертолета, оборудованного полозковым шасси).
Техническим результатом заявленного технического решения является устранение недостатков прототипа, именно, достижение возможности проведения копровых сбросов с отношением между горизонтальными боковыми нагрузками и вертикальными реакциями посадочной платформы, равным 0,25 и достигается за счет наклона ударных поверхностей четырех тензоплатформ на поверхность которых нанесено машинное масло, к плоскости горизонта.
Сущностью заявленного технического решения является стенд для копровых испытаний трубчатых полозковых шасси вертолетов, с посадочными массами в пределах от 2400 до 3900 кгс, содержащий массово-инерционный макет вертолета - МИМВ, устройство для подъема и сброса МИМВ, портал для крепления устройства для подъема и сброса МИМВ, посадочную платформу, акселерометры, установленные в центре масс МИМВ и в районе передней и задней рессор, устройства, предназначенные для измерения перемещений консолей рессор относительно МИМВ и перемещений центра масс МИМВ относительно горизонтальной посадочной платформы, характеризующийся тем, что посадочная платформа состоит из четырех тензоплатформ, на поверхность которых нанесено машинное масло, причем ударные поверхности тензоплатформ наклонены по отношению к горизонтальной плоскости и перпендикулярны плоскости рессор трубчатого полозкового шасси в недеформированном состоянии, при этом угол наклона α ударных поверхностей тензоплатформ к плоскости горизонта, эффективная масса и смещение центра тяжести МИМВ определяются согласно следующим зависимостям:
α=arctg(δ) - для тензоплатформ, установленных с левой стороны МИМВ, если смотреть по полету;
α=-arctg(δ) - для тензоплатформ, установленных с правой стороны МИМВ, если смотреть по полету;
δ - величина равная отношению горизонтальных боковых нагрузок к вертикальным реакциям посадочной поверхности, δ=0,25;
величина эффективной массы и смещения центра тяжести определяются согласно следующим зависимостям:
эф
2
2
m=-6752+1,436m+6192L-0,0005526m+1,371mL-2701L;
эф
где m - эффективная масса, кг;
эф
- расстояние от оси ригеля задней рессоры до плоскости, проходящей через центр тяжести МИМВ, параллельной оси ригеля задней рессоры и перпендикулярной плоскости горизонта, величина l определяет положение смещенного центра тяжести, м;
L - проекция расстояния между осями ригелей рессор на плоскость горизонта, м;
6752 - константа, кг;
1,436 - безразмерная константа;
6192 - константа, кг/м;
0,0005526 - константа, 1/кг;
1,371 - константа, 1/м;
2
2701 - константа, кг/м;
3
1,667 - константа, 1/м;
2
9,714 - константа, 1/м;
18,6 - константа, 1/м;
11,12 - безразмерная константа.
Заявляемая полезная модель поясняется фиг. 1 и 2, которые не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующим материалом частного случая выполнения.
На фиг. 1 приведен общий вид стенда для копровых испытаний трубчатых полозковых шасси вертолета, где:
1. массово-инерционный макет вертолета (МИМВ);
2. устройство для подъема и сброса МИМВ;
3. портал для крепления устройства для подъема и сброса МИМВ;
4. посадочная платформа, состоящая из четырех тензоплатформ, на поверхность которых нанесено машинное масло;
5. акселерометры, установленные в центре тяжести МИМВ и в районе передней и задней рессор;
6. устройства, предназначенные для измерения перемещений консолей рессор относительно МИМВ и перемещения центра тяжести МИМВ.
На фиг. 2 (разрез А-А) изображены рессора и полозки МИМВ 1 и посадочная платформа 4 (детали МИМВ, кроме рессоры и полозков, входящих в состав МИМВ, условно не показаны), где α - угол наклона ударных поверхностей тензоплатформ к плоскости горизонта.
Заявителем разработан стенд для копровых испытаний трубчатых полозковых шасси вертолетов, с посадочными массами в пределах от 2400 до 3900 кгс, состоящий из следующих элементов: массово-инерционный макет вертолета - МИМВ 1, устройство для подъема и сброса МИМВ 2, портал для крепления устройства для подъема и сброса МИМВ 3, посадочную платформу 4, акселерометры 5, установленные в центре масс МИМВ и в районе передней и задней рессор, устройства 6 с возможностью измерения перемещений консолей рессор относительно МИМВ и перемещений центра тяжести МИМВ относительно горизонтальной посадочной платформы.
Стенд для копровых испытаний трубчатых полозковых шасси функционирует следующим образом.
МИМВ 1 подвешивают в горизонтальном положении к порталу 3 и вертикально сбрасывают при помощи устройства 2 на посадочную платформу 4. Ускорения в центре тяжести МИМВ и в районе передней и задней рессор, возникающие в процессе посадочного удара, измеряют акселерометрами 5. Перемещения консолей рессор относительно МИМВ и перемещения центра тяжести МИМВ измеряют устройствами 6. Ударные поверхности тензоплатформ наклонены по отношению к плоскости горизонта и перпендикулярны плоскости рессор трубчатого полозкового шасси в недеформированном состоянии. Угол наклона α ударных поверхностей тензоплатформ к плоскости горизонта выбирают из заданного отношения горизонтальных боковых нагрузок и величины вертикальных реакции посадочной поверхности. Угол наклона α, эффективная масса и смещение центра тяжести МИМВ определяются согласно следующим зависимостям:
α=arctg(δ) - для тензоплатформ, установленных с левой стороны МИМВ, если смотреть по полету;
α=-arctg(δ) - для тензоплатформ, установленных с правой стороны МИМВ, если смотреть по полету;
δ - величина равная отношению горизонтальных боковых нагрузок к вертикальным реакциям посадочной поверхности, δ=0,25;
величина эффективной массы и смещения центра тяжести определяются согласно следующим зависимостям:
эф
2
2
m=-6752+1,436m+6192L-0,0005526m+1,371mL-2701L;
эф
где m - эффективная масса, кг;
эф
- расстояние от оси ригеля задней рессоры до плоскости, проходящей через центр тяжести МИМВ, параллельной оси ригеля задней рессоры и перпендикулярной плоскости горизонта, величина l определяет положение смещенного центра тяжести, м;
L - проекция расстояния между осями ригелей рессор на плоскость горизонта, м;
6752 - константа, кг;
1,436 - безразмерная константа;
6192 - константа, кг/м;
0,0005526 - константа, 1/кг;
1,371 - константа, 1/м;
2
2701 - константа, кг/м;
3
1,667 - константа, 1/м;
2
9,714 - константа, 1/м;
18,6 - константа, 1/м;
11,12 - безразмерная константа.
Таким образом, из описанного выше можно сделать вывод, что заявителем достигнут заявленный технический результат, а именно, достигнута возможность проведения копровых сбросов с отношением между горизонтальными боковыми нагрузками и вертикальными реакциями посадочной платформы, равным 0,25, что достигнуто за счет наклона ударных поверхностей четырех тензоплатформ, на поверхность которых нанесено машинное масло, к плоскости горизонта.
Заявляемая полезная модель позволяет провести копровый сброс с заданным отношением между горизонтальными боковыми нагрузками и вертикальными реакциями посадочной поверхности и равным 0,25.