СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ПОДЪЕМНОЙ ТЯГИ ВИНТОВ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к области авиации, в частности к устройствам для испытаний подъемной тяги винтов при проектировании и испытаниях беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).
Известен «Универсальный стенд для определения характеристик электроприводов и движителей действующих моделей БПЛА», патент RU 2594048, МПК G01M 13/02 (2006.01), G01M 9/00 (2006.01), G01L 3/00 (2006.01), опубл. 10.08.2016, Бюл. №22, содержащий корпус стенда, основание с кронштейнами крепления электропривода и датчика крутящего момента. Корпус стенда содержит узлы крепления нагрузочного устройства или вентилятора-движителя, при этом электропривод соединен с вентилятором посредством валов и муфт. Нагрузочное устройство содержит вентилятор, радиально-кольцевой конфузор и направляющий аппарат. Достигается возможность проведения испытаний электроприводов и движителей на одном стенде.
В процессе испытаний привод рабочего колеса вентилятора движителя осуществляется от электропривода, а измерение - датчиком, прикрепленный на кронштейнах на общем основании, закрепленный в свою очередь на корпусе стенда и сообщается с валом электродвигателя и с валом нагрузочного устройства.
Недостатками стенда являются сложность конструкции, заключающаяся в наличии нескольких валов, а именно на вал электродвигателя и нагрузочный вал, соединяющийся с вентилятором-движителем.
Наиболее близкой по технической сущности и взятой в качестве прототипа является «Установка для измерения сил и моментов при испытании лопастей воздушных винтов», патент RU 2035029, МПК G01L 5/12, опубл. 10.05.1995, БИ 24/2000, содержащая рычажные весы с измерительной шкалой и перемещающимся вдоль плеча уравновешивающим грузом. В качестве противовеса рычажных весов использован закрепленный на плече рычажных весов электродвигатель привода воздушного винта. На оси этого двигателя закреплена втулка с узлом изменения шага воздушного винта. В установке имеются амперметр, вольтметр, трансформатор с блоком стабилизации напряжения и стробоскопический тахометр.
Для каждого значения скорости производятся замеры силы тяги, частоты вращения, силу тока и напряжения. По результатам замеров строятся зависимости и делаются выводы.
Недостатком установки для измерения сил и моментов при испытании лопастей воздушных винтов является длительное ожидание достоверного результата, что снижает эффективность установки. Поскольку установка не компьютеризирована, то значения силу тока и напряжения заносят в вычислительное устройство вручную, что снижает функциональные возможности установки, и может снижать точность вносимой информации. Таким образом, помимо времени, затраченного на ввод и обработку информации, можно принять во внимание и человеческий фактор, что в целом усложняет процесс испытаний. Так как данная установка содержит уравновешивающий груз, тросовую проводку, то конструктивно она является более сложной. Существенным недостатком является тот факт, что установку необходимо постоянно калибровать, чтобы получить достоверную информацию, что снижает производительность. С течением времени тросовая проводка может ослабнуть и электродвигатель не сможет переместить груз в определенное место для равновесия рычажной системы, поэтому необходимо следить и за натяжение троса, что также снижает производительность, а в целом эффективность установки.
Решаемой задачей предлагаемой полезной модели является создание простого эффективного устройства для испытания подъемной тяги винтов путем упрощения конструкции и расширения функциональных возможностей с одновременным повышением производительности, за счет исключения человеческого фактора, приводящего к низкой точности результата и производительности.
Техническим результатом от использования полезной модели является создание простого высокоэффективного стенда для испытаний подъемной тяги винтов БПЛА путем упрощения конструкции и расширения функциональных возможностей.
Простота обслуживания устройства заключается в том, что оператору необходимо ввести только первоначальные параметры, а сам процесс испытания и обработки информации выполнит персональный компьютер. Поскольку стенд компьютеризирован, то результаты измерения будут точны и достоверны, поскольку человеческий фактор будет сведен к минимуму.
Новизна:
Заявляемая полезная модель, «Стенд для испытания подъемной тяги винтов беспилотных летательных аппаратов», позволяет обеспечить высокую эффективность, точность, достоверность, простоту проведения испытаний путем введения персонального компьютера и соединение его с тензодатчиком, что минимизирует человеческий фактор, и упрощение конструкции, в частности исключение упругих элементов.
Технический результат достигается тем, что в стенде для испытания подъемной тяги винтов электродвигателей БПЛА включающем в себя защитную раму, двуплечий рычаг, в виде прямоугольной балки, электродвигатель, закрепленный на одном конце двуплечего рычага, опору оси вращения рычага, расположенную на основании, состоящем из продольных, поперечных и вертикальной балок квадратного сечения, жестко соединенных между собой диагоналями, согласно которому вводят 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.
Для пояснения технической сущности рассмотрим чертежи:
Фиг. 1 - Стенд для испытания подъемной тяги винтов БПЛА в изометрии - вид слева;
Фиг. 2 - Стенд для испытания подъемной тяги винтов БПЛА в изометрии - вид справа;
Фиг. 3 - Стенд для испытания подъемной тяги винтов БПЛА - вид спереди;
Фиг. 4 - Стенд для испытания подъемной тяги винтов БПЛА - вид сверху стенда;
Фиг. 5 - Стенд для испытания подъемной тяги винтов БПЛА - крепежный узел электродвигателя с двуплечим рычагом, где:
1 - винт электродвигателя
2 - электродвигатель
3 - крепежный узел электродвигателя с двуплечим рычагом
4 - защитная рама
5 - контроллер
6 - аккумулятор
7 - опора оси вращения рычага
8 - ось вращения
9 - двуплечий рычаг
10 - тензодатчик
11 - персональный компьютер
12 - основание
13 - коммуникационный провод
14 - провод питания электродвигателя
Двуплечий рычаг 9, предназначенный для передачи усилия от винта 1 тензодатчику 10, устанавлен на оси вращения 8, вокруг которой вращается, ось вращения 8 в свою очередь размещена на опоре оси вращения 7. С одной стороны двуплечего рычага 9 установлен электродвигатель 2 при помощи крепежного узла электродвигателя с двуплечим рычагом 3, необходимый для создания вращения винта 1. С другой стороны двуплечего рычага 9 установлен тензодатчик 10, расположенный на основании 12, состоящем из продольных, поперечных и вертикальной балок, регистрирующий силу воздействия двуплечего рычага 9. На двуплечем рычаге 9 закреплены контроллер 5, аккумулятор 6. Электродвигатель 2 размещен внутри защитной рамы 4. Контроллер 5 к электродвигателю 2, подключен коммуникационный провод 13. Управление электродвигателем 2 осуществляется персональным компьютером 11 через контроллер 5 посредством коммуникационного провода 13, сбор и обработка данных с тензодатчика 10 осуществляется через тот же коммуникационный провод 13 с персональным компьютером 11, обладающим возможностью ввода числа оборотов электродвигателя 2 и корректировки показаний тензодатчика 10. Контроллер 5 подключен к аккумулятору 6 через провод питания электродвигателем 14.
Заявляемое устройство работает следующим образом:
В персональном компьютере 11, оснащенном специальной программой для ввода исходных данных для частоты вращения, вводим первоначальные данные, а именно тот диапазон оборотов, который соответствует предполагаемому оптимальному режиму работы электродвигателя 2. В свою очередь, персональный компьютер 11 рассчитывает какое напряжение необходимо контроллеру 5 для достижения заданных оборотов электродвигателя 2. Командой запускаем процесс измерения тяги и мощности электродвигателя 2. Персональный компьютер 11 по USB порту через коммуникационный провод 13 передает информацию контроллеру 5, который подает питание от аккумулятора 6 к электродвигателю 2. Электродвигатель 2, закрепленный на одном конце двуплечего рычага 9, вращает винт 1, который находится на выходном валу электродвигателя 2. Винт 1, вращаясь, создает подъемную силу, которая передается через двуплечий рычаг 9 на тензодатчик 10. Тензодатчик 10 деформируется под действием силы, сопротивление его активного элемента изменяется, а значит изменяется и сила тока протекающего по коммуникационному проводу 13 от тензодатчика 10 к персональному компьютеру 11 через USB порт. В отличие от прототипа, только перед проведением эксперимента тензодатчик 10 калибруют, чем исключают воздействие закрепленных на двуплечем рычаге 9 элементов: аккумулятора 6, контроллера 5, электродвигателя 2 с винтом 1. В результате серии измерений персональный компьютер 11 с помощью специальной программы строит график подъемной силы от частоты оборотов электродвигателя 2. По графику определяют сможет ли электродвигатель 2 с определенным винтом 1 создать потребную тягу, необходимую для взлета. Дополнительно персональный компьютер 11 с помощью программы строит график мощности от частоты оборотов электродвигателя 2, где выделяют оптимальный режим работы при удовлетворительной потребляемой мощности. После чего делают вывод о пригодности данного винта 1 для проектируемого летательного аппарата.
По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, предлагаемая полезная модель позволяет получить высокоэффективный стенд для испытания подъемной тяги винтов за счет упрощения конструкции в частности за счет отсутствия упругих элементов в конструкции, где двуплечий рычаг напрямую воздействует на тензодатчик, что исключает погрешности результатов, и управления процессом испытания через персональный компьютер. Наличие персонального компьютера позволяет упростить ввод, вывод и обработку информации, что позволяет повысить скорость проведения испытаний и получить более высокую точность результатов, и расширяет функциональные возможности, а именно автоматизирует процесс испытания, что позволяет уменьшить количество вводимых параметров, также автоматизируется процесс построения графиков, чем обеспечивается высокая точность.