Рама динамической качки испытательной установки для авариестойкой топливной системы вертолета

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 тангажу. 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 установки, имитирующие различные виды нагрузок, которым может подвергаться устройство в процессе эксплуатации, а также имитирующие различные пространственные положения этих устройств. Большое внимание при разработке испытательных установок уделяется созданию достоверных условий, максимально приближенных к реальным.
Известно устройство для испытания на вертикальную, горизонтальную и синусоидальную вибрацию (CN 108760213 (А) кл. G01M 7/06, 2018-11-06). Устройство содержит корпус с вертикальным, синусоидальным и горизонтальным столом, а также систему управления. Вертикальный и синусоидальный стол содержит вертикальную столешницу, при этом вертикальный и синусоидальный корпус расположены в нижней части вертикальной столешницы. Зажимные инструменты расположены на левой и правой сторонах вертикальной столешницы; и каждый зажимной инструмент содержит множество направляющих скольжения, множество фиксирующих блоков направляющих скольжения для фиксации направляющих скольжения, множество пар взаимно согласованных фиксирующих блоков скольжения зажима, расположенных на направляющих скольжения, множество взаимно зажатых правых и левых зажимных устройств, управляющих парами фиксирующих блоков скольжения зажима, множество горизонтальных ходовых винтов и продольных ходовых винтов для регулировки фиксирующих блоков скольжения зажима, а также множество гибких прижимных пластин, которые могут перемещаться вверх и вниз, расположенных над направляющими скольжения.
Известное устройство предназначено для испытания объектов в полевых условиях на вертикальную, горизонтальную и синусоидальную вибрацию. Однако данное испытательное устройство не обеспечивает условия, которые имитируют вибрационные нагрузки на объект испытания с одновременной имитацией тангажа, для испытания топливной системы вертолетов во время полетов.
Проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является усовершенствование установки для ее использования при испытании авариестойкой топливной системы вертолета при изменении ее пространственного положения по тангажу с одновременным созданием вибрационной нагрузки, приложенной к нижней раме от верхней рамы с закрепленным на ней топливным баком вертолета.
Техническим результатом полезной модели является повышение жесткости конструкции, способной выдерживать повышенные напряжения в каркасе конструкции.
Рама динамической качки испытательной установки для авариестойкой топливной системы вертолета, согласно полезной модели, включает внешний сварной каркас, выполненный из двух пар продольных балок, расположенных по краям каркаса, и поперечных балок, каждая из которых выполнена швеллерного сечения. На верхних сторонах поперечных балок закреплены внешние продольные балки. Внутри сварного каркаса с помощью механического крепежа между продольными балками закреплены внутренние балки, две из которых, расположенные рядом с поперечными балками внешнего каркаса связаны с ними механическим крепежом с помощью швеллеров.
В центральной части каждой продольной балки внешнего каркаса закреплены кронштейны с подшипниковыми узлами для навески рамы динамической качки на основание. Каждый подшипниковый узел закреплен в промежутке между двумя продольными балками внешнего сварного каркаса на оси.
По краям внешних продольных балок приварены пластины с отверстиями для крепления на них узлов навески рамы, а сверху на внешних продольных балках установлены кронштейны для возможности крепления на них тяг с целью удерживания рамы от перемещения в продольном направлении.
На внутренних балках сварного каркаса установлены кронштейны для крепления на них тяг для удерживания рамы от перемещения в поперечном направлении.
Выполнение внешнего каркаса сварным, в состав которого входят внешние поперечные и продольные балки швеллерного сечения, а также внутренние балки, связанные с внешним каркасом с помощью механического крепежа, обусловлено тем, что указанные балки лучше сопротивляются изгибу и кручению и могут нести большую нагрузку, обеспечивая всей конструкции повышенную жесткость и прочность.
Выполнение жесткой связи внешней продольной балки с внешним каркасом позволяет крепить на ней кронштейны для монтажа узлов навески и тяг, для создания необходимых условий проведения испытаний авариестойкости топливной системы вертолета.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена рама динамической качки испытательной установки для авариестойкой топливной системы вертолета; на фиг. 2 - внешний вид установки с установленной рамой динамической качки на основании.
На чертежах позициями обозначено:
1. продольные балки внешнего каркаса швеллерного сечения;
2. поперечные балки внешнего каркаса швеллерного сечения;
3. внутренние балки швеллерного сечения;
4. швеллера, связывающие механическим крепежом поперечные 2 и внутренние балки 3, расположенные рядом с поперечными балками 2 внешнего каркаса;
5. внешние продольные балки;
6. кронштейны, установленные в центральной части каждой продольной балки 1 внешнего каркаса;
7. подшипниковые узлы, предназначенные для навески поворотной рамы тангажа на основание, которые расположены между двух продольных балок 1 внешнего сварного каркаса;
8. ось с подшипниковыми узлами 7, закрепленная на кронштейнах 6, для обеспечения необходимого пространства поворота рамы тангажа относительно основания;
9. пластины с отверстиями, расположенные на концах внешних продольных балках 5, для крепления верхней рамы с объектом испытания (на фиг. не показано);
10. кронштейны, установленные на каждой внешней продольной балке 5, для крепления на них тяг (на фиг. не показано), которые предназначены для удерживания рамы тангажа (на фиг. не показано) от перемещения в продольном направлении;
11. кронштейны, установленные на внутренних балках 3, для крепления тяг, предназначенных для удерживания рамы тангажа от перемещения в поперечном направлении;
12. основание установки.
Рама динамической качки испытательной установки для авариестойкой топливной системы вертолета работает следующим образом.
Задача рамы динамической качки испытательной установки для авариестойкой топливной системы вертолета заключается в ее удержании от перемещения при поворотах относительно основания 12 при одновременном приложении вибрационной нагрузки. Объект испытаний (топливный бак вертолета) для испытания топливной системы вертолета на тангаж и вибрацию (на фиг. не показан) устанавливают вдоль оси поворота платформы. Рама динамической качки испытательной установки имеет следующие габариты:
- масса (без верхней рамы и объекта испытаний) составляет 13500 кг;
- длина рамы - 7450 мм;
- ширина рамы - 7350 мм;
- максимальный угол поворота рамы относительно горизонтали ±15°;
- скорость поворота рамы, кол-во циклов/мин от 16 до 20;
- амплитуда вибрации от 15 до 33,3 Гц;
Максимальная масса объекта испытаний 4000 кг.
На раму динамической качки действуют как силы тяжести верхней рамы и самого объекта испытаний, так и силы, воздействующие на элементы конструкции, возникающие в процессе поворота рамы, а также вибрационные воздействия, приложенные к верхней раме с объектом испытания. Поэтому требования к прочности и жесткости всей конструкции для получения достоверных результатов, а также для исключения поломки, очень высокие. При повороте рамы динамической качки относительно подшипниковых узлов 7 на балки 1, 2, 3 и 5 действуют перерезывающие силы, изгибающие и крутящие моменты. Выполнение балок 1, 2, 3 и 5 швеллерного сечения с жестким сварным соединением образуют замкнутый по периметру каркас. Силы от верхней рамы с объектом испытаний воспринимаются каркасом рамы через пластины 9, расположенные на концах внешних продольных балок 5, через кронштейны 10, установленные на каждой внешней продольной балке 5, для крепления на них тяг, предназначенных для удерживания рамы динамической качки от перемещения в продольном направлении и через кронштейны 11, установленные на внутренних балках 3 рамы, для крепления тяг, предназначенных для удерживания рамы от перемещения в поперечном направлении. На замкнутый каркас рамы действует реакция, возникающая в балках расположенной на ней верхней рамы в местах крепления объекта испытания к раме за счет большой массы самой рамы и объекта испытания, а также за счет вибрационных нагрузок и нагрузок от тангажа и вызывает перерезывающие силы, изгибающие и крутящие моменты Силы от изгиба, среза и кручения балок действуют от объекта испытаний на верхнюю раму и переходят на узлы навески нижней рамы на основание и узлы крепления приводов. Таким образом, при повороте рамы тангажа возникает составляющая силы от веса закрепленного на верхней раме объекта испытаний и элементов стенда, которые могут быть направлены как в одну, так и в другую, противоположную сторону, а также силы, возникающие при вибрации.
Поворотная рама динамической качки испытательной установки для авариестойкой топливной системы вертолета за счет представленной конструкции выдерживает в процессе испытания высокие напряжения на изгиб и кручение за счет повышенной жесткости силовых элементов и возможности распределения изгибающих нагрузок между конструкционными элементами, что обеспечивает достоверность результатов испытаний и создает условия для исключения поломки рамы при проведении экспериментов.
В настоящее время рама динамической качки испытательной установки для авариестойкой топливной системы вертолета находится на стадии изготовления.