Поворотная платформа испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета

Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована при проведении стендовых испытаний для полноразмерной имитации режимов работы в ожидаемых условиях эксплуатации топливной системы вертолетов во время выполнения ими маневров в течение полета.
Для безопасного полета вертолета одним из самых главных условий является надежная работа двигателей, для чего необходимо обеспечить бесперебойную подачу топлива в нужных количествах, с заданным давлением и температурой на всех эксплуатационных режимах, в том числе и при изменении углов крена и тангажа. Нормальная работа топливной системы во всех условиях эксплуатации должна быть продемонстрирована испытаниями на испытательной установке, воспроизводящей рабочие характеристики топливной системы. Посредством испытаний на наземных испытательных установках осуществляется перенос части общего объема летных испытаний и отработок на землю, что значительно сокращает время летных испытаний и снижает затраты на их проведение.
Известен стенд для испытаний топливно-масляных агрегатов летательных аппаратов (SU 1360363, кл. G01M 19/00, 2006 г), содержащий станину с поворотной относительно вертикальной оси платформой для размещения испытуемого агрегата, электромеханический привод платформы и соединяемый с входным и выходным штуцерами испытуемого агрегата гидравлический контур, включающий насос, бак, теплообменник, фильтр, датчик предельного давления и расходомер. Поворотная платформа стенда выполнена П-образной формы и установлена в подшипниках станины с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. Под поворотной платформой установлен поддон, соединенный трубопроводом через дополнительный фильтр с баком.
Между трубопроводом, соединяющим поддон с баком, и нагнетательной линией гидравлического контура включен трубопровод с соленоидным клапаном, электрически связанным с датчиком предельного давления. Воздухоотвод подключен к трубопроводу, соединяющему поддон с баком.
Недостатком известного стенда является недостаточная жесткость поворотной рамы из-за того, что она выполнена П-образной формы, и установлена в подшипниках станины с возможностью вращения только вокруг горизонтальной оси без возможности компенсации погрешностей, которые могут возникнуть при сборке стенда (например, возможная несоосность осей подшипников), что значительно снижает достоверность результатов при проведении испытания.
Прототипом заявляемого устройства является стенд топливной системы самолетов (https://www.aex.ru/docs/3/2016/4/13/2412/), включающий основание, на котором закреплены опоры с поворотной рамой, имитирующей наклон самолета по тангажу. Поворот рамы осуществляется с помощью приводов, связывающих основание с рамой. На поворотной раме закреплены датчики положения рамы, а также полунатурный имитатор топливных баков, содержащий агрегаты и трубопроводы топливной системы. Стендовых баков два - основной и дополнительный, они выполнены из алюминиевого сплава. На них нанесена различная маркировка, в том числе - значения «сухой» массы и координаты «центров тяжести». Основной бак весит 2067,5 кг, дополнительный- 251 кг. Цифры соответствуют массам пустого бака (объект испытаний с установленными внутри агрегатами и трубопроводами).
Однако известный стенд недостаточно универсален, т.к. спроектирован специально для испытаний топливной системы конкретного самолета, а именно самолета МС-21 и не может быть использован для летательных аппаратов других типов. Кроме того, стенд СТ-21-1 предназначен для имитации работы топливной системы при изменении ее положения на углах ±30° только в одной плоскости. Также конструкция стенда не позволяет выполнять динамическое изменение угла наклона в режиме реального времени с целью имитации различных маневров самолета. Вследствие того, что положение объекта испытаний во время его работы на стенде СТ-21-1 фиксировано, отсутствует возможность имитации изменения положения реальной топливной системы относительно центра масс летательного аппарата, что не может обеспечивать максимальную достоверность полученных экспериментальных данных.
Проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является разработка поворотной платформы испытательной установки, применимой к авариестойкой топливной системе вертолета, с возможностью регулирования положения топливных баков и других компонентов топливной системы относительно точки вращения, с целью имитации положения и перемещения реальной топливной системы относительно центра масс вертолета.
Техническим результатом полезной модели является повышение достоверности полученных экспериментальных данных работы топливной системы вертолета при эволюциях последнего.
Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что поворотная платформа испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета включает основание с опорами, на которых закреплена прямоугольной формы поворотная рама, для имитации наклона по тангажу, привод для поворота рамы, топливные трубопроводы и датчики углов поворота рамы. Согласно полезной модели, опоры расположены на продольных сторонах основания симметрично друг другу и выполнены в виде блока балок, включающего вертикальную балку, в верхней части связанную с раскосами, и косую балку, одним концом закрепленную на поперечной балке основания, а сверху связанную с вертикальной балкой опоры. Поворотная рама, для имитации наклона по тангажу смонтирована в подшипниковых узлах, закрепленных в плоскости поперечной оси симметрии поворотной платформы, образуя внешнюю поворотную раму, на поперечных сторонах которой, в точках пересечения ее с продольной осью симметрии поворотной платформы и в ее плоскости смонтированы подшипниковые узлы, для установки в них внутренней поворотной рамы для возможности имитации наклона по крену. С внутренней стороны внутренней поворотной рамы по периметру расположены элементы крепления для испытуемых компонентов топливной системы вертолета. Внутренняя и внешняя поворотные рамы смонтированы таким образом, что их оси вращения взаимно перпендикулярны и лежат в одной плоскости.
Основание поворотной платформы испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета выполнено в виде каркаса, состоящего из поперечных и продольных балок. Подобная схема конструкции основания выбрана из условия простоты технологии изготовления и сборки и возможности варьирования габаритами основания.
Внешняя и внутренняя поворотные рамы, основание и опоры выполнены из стальных замкнутых профилей прямоугольного сечения и/или швеллеров и снабжены в узлах соединения дополнительными силовыми пластинами, жестко скрепленными болтовыми соединениями и/или сваркой.
Подшипниковые узлы для поворота внешней и внутренней рам выполнены сферическими, для компенсации погрешностей при возможном нарушении соосности узлов соединения, в виде пальцев и соосности самих подшипниковых узлов.
Внутренняя поворотная рама выполнена прямоугольной формы и установлена с возможностью ее свободного вращения внутри внешней поворотной рамы.
Расположение на продольных сторонах основания опор симметрично друг другу обеспечивает соосное расположение подшипниковых узлов, для установки внешней поворотной рамы, что повышает достоверность полученных результатов при испытании топливной системы вертолета при перемещении ее компонентов по тангажу.
Выполнение опор в виде блока балок, включающего вертикальную балку в верхней части связанную с раскосами, и косую балку одним концом закрепленную на поперечной балке основания усиливают жесткость конструкции и ее устойчивость, повышая тем самым достоверность полученных результатов.
Установка подшипниковых узлов в местах соединения вертикальной балки с раскосами в плоскости поперечной оси симметрии позволяет выполнить монтаж внешней поворотной рамы без перекосов как самой рамы, так и без перекосов оси вращения рамы относительно основания, что повышает точность получения результатов при испытании.
Расположение на поперечных сторонах внешней поворотной рамы, в точках пересечения ее продольной оси симметрии подшипниковых узлов позволяет устанавливать в них внутреннюю поворотную раму для создания имитации наклона по крену, позволяя выполнять одновременное изменение положения компонентов топливной системы как по тангажу, так и по крену, имитируя тем самым те условия, которые в полете испытывает вертолет при изменении его положения в пространстве как по крену, так и по тангажу, повышая достоверность имитации положения и перемещения реальной топливной системы относительно центра масс вертолета.
Наличие элементов крепления с внутренней стороны внутренней поворотной рамы обусловлено тем, что компоненты топливной системы во время испытания должны быть закреплены в положении, имитирующем их положение на вертолете относительно его точки центра масс.
Расположение осей вращения внутренней и внешней поворотной рамы перпендикулярно друг другу и в одной плоскости обусловлено тем, что точка пересечения осей должна соответствовать точке центра масс вертолета, находящейся в районе силовой установки, а элементы топливной системы при этом располагаются всегда ниже. Такое расположение осей вращения максимально приближено к реальному расположению компонентов топливной системы на вертолете, что приводит к повышению точности полученных результатов.
Выполнение внутренней поворотной рамы в форме прямоугольника вызвано тем фактом, что в большинстве случаев совокупность топливных баков на вертолете имеет прямоугольную форму, а внешняя поворотная рама лишь повторяет форму внутренней с целью минимизации общих габаритов испытательной установки.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 - представлен общий вид поворотной платформы испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета при изменениях пространственного положения; на фиг. 2 - поворотная платформа с установленными на ней компонентами топливной системы, вид сверху; на фиг. 3 поворотная платформа с установленными на ней компонентами топливной системы, вид сбоку; на фиг. 4 - изменение пространственного положения топливной системы вертолета по тангажу; на фиг. 5 - изменение пространственного положения топливной системы вертолета по крену; на фиг. 6 - изменение положение компонентов топливной системы при одновременном повороте внутренней и внешней рам, т.е. при одновременном изменении пространственного положения топливной системы вертолета по тангажу и крену.
Поворотная платформа испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета при изменениях пространственного положения включает основание 1, выполненное в виде решетки из стальных замкнутых профилей прямоугольного сечения и/или швеллеров и состоит из поперечных балок 2 и продольных балок 3. На продольных сторонах основания 1 на крайних продольных балках 3 закреплены опоры из стальных профилей, которые установлены симметрично друг другу. Каждая опора включает блок, состоящий из вертикальной балки 4, в верхней части которой закреплены раскосы 5 и 6. К вертикальной балке 4 с внутренней стороны прикреплена косая балка 7, снизу соединенная с поперечной балкой 2 основания 1, а верхним концом - с вертикальной балкой 4. В местах соединения вертикальной балки 4 с раскосами 5 и 6 смонтированы подшипниковые узлы 9 и 10, содержащие сферические подшипники для установки в них внешней поворотной рамы 11, имеющей форму прямоугольника, причем оси подшипников совпадают с поперечной осью 8 симметрии. Ось симметрии 8 для поворотной рамы 11 является осью поворота. На поперечных сторонах 12 и 13 внешней поворотной рамы 11, в точках пересечения ее продольной оси 14 симметрии, смонтированы подшипниковые узлы 15 и 16 для установки в них внутренней поворотной рамы 17 прямоугольной формы для возможности имитации наклона по крену. С внутренней стороны внутренней поворотной рамы 17 по периметру расположены элементы 18 крепления для испытуемых компонентов 19 топливной системы вертолета. Внешняя поворотная рама 11 и внутренняя поворотная рама 17 смонтированы одна в другой таким образом, что их оси 8 и 14 вращения взаимно перпендикулярны и лежат в одной плоскости. Узлы соединения элементов рам 11 и 17, основания 1 и опор снабжены силовыми пластинами, скрепленными болтовым соединением. Внешняя поворотная рама 11 осуществляет поворот вокруг оси 8 с помощью приводов 20, смонтированных на опорах. Внутренняя поворотная рама 17 осуществляет поворот вокруг оси 14 в подшипниковых узлах 15 и 16 с помощью приводов 21. Для обеспечения возможности отвода или подвода топлива с целью обеспечения непрерывной работы испытываемых на стенде компонентов топливной системы, на внешней раме 11 установлены топливные трубопроводы (на фиг. не показано). Поворотные рамы 11 и 17 оснащены датчиками поворота (на фиг. не показано).
Поворотная платформа испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета при изменениях пространственного положения работает следующим образом.
Испытуемые компоненты 19 топливной системы вертолета, закрепляют на внутренней поворотной раме 17 с помощью элементов 18 крепления, обеспечивая тем самым условия проведения испытания, имитирующее изменение положения компонентов топливной системы вертолета относительно его точки центра масс. Оси 8 и 14 вращения внутренней рамы 17 и внешней поворотной рамы 11 перпендикулярны друг другу и расположены в одной плоскости, а точка 22 пересечения осей 8 и 14 соответствует точке центра масс вертолета. Компоненты 19 топливной системы расположены ниже точки 22.
После заправки через трубопроводы топливом топливных баков испытуемых компонентов 19, установленных на испытательной установке, оператор включает насосы (на фиг. не показано) и начинается выработка топлива из топливных баков в предназначенную для хранения топлива емкость (на фиг. не показано). По команде оператора для имитации состояния топливной системы во время изменения тангажа с пульта управления испытательной установки, подают команду на подъем/уборку штока привода 20 и происходит поворот внешней рамы 11 с заданной в программе испытаний скоростью на заданный в программе испытаний угол в подшипниковых узлах 9 и 10 в ту или иную сторону. При имитации состояния топливной системы во время крена с пульта управления стенда подают сигнал и осуществляется поворот внутренней рамы 17 с закрепленным на ней баком испытуемого компонента 19 также с заданной в программе испытаний скоростью на заданный в программе испытаний угол. С пульта также возможно осуществление одновременного вращения поворотных рам 11 и 17 относительно осей поворота 8 и 14 внутренней рамы 17 или внешней рамы 11. При этом все агрегаты испытательной установки и топливной системы продолжают работать. Также при этом продолжается выработка топлива в топливную емкость.
Благодаря новой компоновке поворотной платформы испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета и дополнительной установке на ней внутренней рамы, ось вращения которой лежит в одной плоскости и перпендикулярна оси вращения внешней рамы, достоверность результатов повышается за счет приближения условий стендовых испытаний к летным условиям вертолета.
В настоящее время поворотная платформа испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета находится на стадии изготовления.