ИМИТАТОР ВИБРАЦИЙ КАБИНЫ ЭКИПАЖА ВЕРТОЛЕТНОГО ТРЕНАЖЕРА

Полезная модель относится к технике тренажеров, а именно к имитаторам механических вибраций кабины экипажа вертолета, и может быть использована в комплексных вертолетных тренажерах.
В комплексном вертолетном тренажере кабину экипажа вертолета устанавливают на систему подвижности, которая обеспечивает угловые, линейные ускорения и перемещения по 6-ти степеням свободы при различных режимах полета вертолета. Имитация механических колебаний по амплитуде и частоте, совпадающих с реальными вибрациями кабины вертолета при его полете, также может быть возложена на систему подвижности тренажера вертолета. Однако это приводит к усложнению конструкции системы подвижности, повышению энергозатрат и снижению ресурса работы системы подвижности, так как для имитации вибраций в этом случае необходимо обеспечивать механические колебания системы подвижности и кабины экипажа вертолета. В связи с этим возникает задача создания отдельного устройства, имитирующего вибрации кабины экипажа вертолетного тренажера и воздействующего в основном на кабину экипажа.
Широко известны электромеханические вибраторы для создания механических колебаний (см. например http://www.1stroy.ru. Вибраторы с круговыми колебаниями). Электромеханические вибраторы - это центробежные механизмы, в которых подводимая электрическая энергия преобразуется в энергию механических колебаний - вибрацию. Электромеханический вибратор имеет опирающийся на подшипники вращающийся вал, с установленными на нем дебалансами (эксцентриками). При вращении вала возникают круговые вибрации корпуса вибратора и присоединенного к нему механизма из-за вращения вектора центробежной силы. Регулирование величины центробежной силы и, соответственно, амплитуды вибраций осуществляется изменением радиуса вращения центра масс эксцентриков. Однако такое регулирование может быть выполнено только на неработающем вибраторе.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности является вибратор для создания механических колебаний (вибратор серии MTF General Catalogue EN006, стр.72-75, www.italvibras.it), который содержит корпус, в котором размещен, опирающийся на подшипники вращающийся вал с установленными на валу эксцентриками. Вибратор также имеет возможность изменения положения эксцентрика, однако такая регулировка может быть выполнена только на выключенном вибраторе, что не обеспечивает изменение параметров вибраций непосредственно в процессе работы, необходимое для имитации вибраций кабины экипажа вертолетного тренажера.
Задачей данной полезной модели является создание имитатора вибраций кабины экипажа вертолетного тренажера с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Технический результат, достигаемый при осуществлении данной полезной модели, заключается в повышении точности имитации вибраций кабины экипажа вертолетного тренажера в различных режимах его работы.
Технический результат достигается тем, что в имитатор вибраций кабины экипажа вертолетного тренажера, содержащий корпус, в котором размещен низкочастотный вибратор, включающий опирающийся на подшипники главный вал с установленным на нем главный эксцентриком, и привод главного вала, введен высокочастотный вибратор, включающий опирающийся на подшипники вал малого эксцентрика с установленным на нем малым эксцентриком, и привод вала малого эксцентрика, при этом главный эксцентрик низкочастотного вибратора установлен с возможностью изменения его радиуса вращения с помощью регулятора радиуса вращения главного эксцентрика, корпус имитатора закреплен на днище кабины с возможностью изменения угла наклона оси главного вала относительно вертикальной оси кабины, а радиус вращения главного эксцентрика, частоту вращения главного вала и вала малого эксцентрика регулируют в соответствии с режимами полета имитируемого вертолета.
Технический результат достигается также тем, что:
главный эксцентрик установлен на главном валу с помощью тяг подвеса и тяг управления, при этом верхние концы тяг подвеса закреплены с возможностью поворота вверху главного вала, нижние концы тяг подвеса и верхние концы тяг управления закреплены с возможностью поворота на главном эксцентрике, а нижние концы тяг управления закреплены с возможностью поворота на каретке тяг управления, которая надета на главный вал и снабжена кронштейном;
регулятор радиуса вращения главного эксцентрика выполнен в виде винтового домкрата, содержащего двигатель домкрата с редуктором, винт домкрата и перемещающийся по нему кронштейн каретки тяг управления;
вращение главного вала и вала малого эксцентрика осуществляют с передаточным соотношением между приводом вала малого эксцентрика и приводом главного вала равным числу лопастей несущего винта имитируемого вертолета, например от одного двигателя с помощью клиноременной передачи и шкивов, установленных на главном валу и на валу малого эксцентрика;
силовая часть корпуса имитатора вибраций выполнена в виде рамы, закрепленной на днище кабины экипажа вертолетного тренажера с возможностью регулировки угла между осью вращения главного вала и вертикальной осью кабины, например с помощью проушин, а кабина экипажа установлена на системе подвижности вертолетного тренажера на амортизаторах.
Указанная совокупность признаков обеспечивает регулировку с высокой точностью амплитуд и частот низкочастотных и высокочастотных вибраций кабины экипажа в зависимости от режима полета непосредственно в процессе работы вертолетного тренажера.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - имитатор вибраций кабины, общий вид;
на фиг.2 - имитатор вибраций кабины, вид снизу;
на фиг.3 - высокочастотный вибратор, вид в разрезе;
на фиг.4 - рисунок, иллюстрирующий формирование вибраций кабины экипажа вертолетного тренажера.
Вибрации кабины экипажа вертолета характеризуются набором синусоидальных колебаний разных частот, среди которых можно выделить две основные гармоники, вызванные, главным образом, вращением несущего винта в набегающем потоке, колебаниями лопастей относительно втулки несущего винта, а также взаимодействием воздушных потоков от лопастей с элементами фюзеляжа. Для установившегося полета значения частот вибраций составляют FH и FB=K*FH, которые в рамках данной полезной модели будем называть соответственно низкочастотными и высокочастотными колебаниями. Коэффициент К равен числу лопастей винта вертолета, например для вертолета Ми-8 МВТ частота FH=3,2 Гц, К=5 и, следовательно, FB=16 Гц.
Имитатор состоит из низкочастотного вибратора 1, регулятора 2 радиуса вращения главного эксцентрика, высокочастотного вибратора 3 и механизма 11 вращения главного вала и вала малого эксцентрика, которые распложены в корпусе. Силовая часть корпуса может быть выполнена в виде рамы 4.
Низкочастотный вибратор 1 обеспечивает возбуждение круговых механических колебаний низкой частоты и включает (см. фиг.1) главный вал 5, вращающийся в подшипниках 10, и главный эксцентрик 6, удерживаемый на тягах 7 подвеса и тягах 8 управления. Верхние концы тяг 7 подвеса установлены вверху главного вала 5 с возможностью поворота. Нижние концы тяг 7 подвеса и верхние концы тяг 8 управления закреплены с возможностью поворота на главном эксцентрике 6, а нижние концы тяг 8 управления закреплены подвижно на каретке 9 тяг управления, которая надета на главный вал 5 и снабжена кронштейном 16.
Регулятор 2 радиуса вращения главного эксцентрика предназначен для изменения радиуса вращения главного эксцентрика 6 и может быть выполнен, например, в виде винтового домкрата, который содержит (см. фиг.1) двигатель домкрата 15 с угловым редуктором 14 и винт 13 домкрата, на котором установлен кронштейн 16 каретки 9 тяг управления.
Высокочастотный вибратор 3 обеспечивает генерацию круговых высокочастотных колебаний и содержит (см. фиг.3) вал 20 малого эксцентрика с закрепленным на нем малым эксцентриком 21. Вал 20 установлен в подшипниках 17, расположенных между днищем 18 корпуса 4 и днищем 19 корпуса высокочастотного вибратора 3.
Вращение главного вала 5 и вала 20 малого эксцентрика осуществляется механизмом 11 вращения с передаточным соотношением между приводом вала малого эксцентрика и приводом главного вала, равным числу лопастей несущего винта имитируемого вертолета. Передачи момента вращения в механизме 11 вращения может быть выполнена, например, от одного приводного вала 23 двигателя приводным клиновидным ремнем 24 на шкив 12 главного вала и шкив 22 малого эксцентрика (см. фиг.2).
Имитатор работает следующим образом.
Имитатор обеспечивает низкочастотные и высокочастотные колебания кабины экипажа вертолетного тренажера, параметры которых совпадают с параметрами вибраций реального вертолета и изменяются в зависимости от режима полета, имитируемого вертолетным тренажером.
Для передачи вибраций на кабину экипажа вертолетного тренажера корпус 4 имитатора вибраций закрепляют на днище кабины экипажа с возможностью регулировки угла между осью вращения главного вала и вертикальной осью кабины, например с помощью проушин. Кабину экипажа устанавливают на систему подвижности с помощью амортизаторов, ослабляющих передачу вибраций кабины на систему подвижности.
Наклон оси 26 вращения главного вала 5 относительно вертикальной оси Y кабины обеспечивает возникновение вертикальных составляющих вибраций, поскольку при этом плоскость круговых вибраций 25 наклонена к плоскости горизонта XZ.
На фиг.4 показано расположение плоскости 25 вращения вектора центробежной силы А главного эксцентрика 6 относительно связанной с кабиной системы координат XYZ при наклонном (с углом η) положении оси 26 главного вала 5. Ось Х является продольной осью кабины, Y - вертикальная ось, ось Z направлена к правому борту. При ненулевом угле η возникает вертикальная проекция Ау центробежной силы А главного эксцентрика 6, пропорциональная синусу угла η.
Регулировка угла наклона оси 26 главного вала 5 обеспечивает возможность установки соотношения амплитуд вертикальных и поперечных вибраций в зависимости от типа имитируемого вертолета.
Управление частотами возбуждаемых вибраций осуществляется с помощью регулирования частоты вращения приводного вала 23, устанавливаемой таким образом, чтобы скорость вращения главного вала 5 соответствовала текущей скорости вращения несущего винта имитируемого вертолета. При этом частота вала 20 малого эксцентрика, создающего высокочастотные колебания, превышает частоту вращения главного вала в К раз за счет установленного передаточного соотношения между диаметром шкива 12 главного вала и шкива 22 вала малого эксцентрика.
Возбуждение низкочастотных вибраций различной интенсивности в соответствии с имитируемыми режимами полета, обеспечивается регулятором 2 радиуса вращения главного эксцентрика 6 непосредственно во время вращения главного вала 5. При изменении условий имитируемого полета и необходимости изменения амплитуды низкочастотных колебаний подается питание на двигатель 15 домкрата, который через угловой редуктор 14 вращает винт 13 домкрата. Кронштейн 16 каретки 9 тяг управления перемещается по винту 13 вверх или вниз, в зависимости от полярности поданного напряжения. Управляющее усилие передается через тяги 8 управления на эксцентрик 6 и он, поворачиваясь на тягах 7 подвеса, занимает новое положение. Амплитуда колебаний высокочастотных вибраций не регулируется ввиду незначительного диапазона их изменений в различных режимах.
Сравнение точности имитации вибраций кабины экипажа вертолетного тренажера производилось путем измерения виброускорений на полу под креслом левого пилота в кабинах вертолета Ми-8 МВТ и вертолетного тренажера в разных режимах. В диапазоне скоростей до 120 км/час амплитуды виброускорений на частоте вращения несущего винта по двум осям - вертикальной Y и горизонтальной поперечной Z практически совпадают.
Таким образом, предложенный имитатор вибраций кабины экипажа вертолетного тренажера обеспечивает воспроизведение вибраций, близких по параметрам к действующим на вертолет в основных режимах реального полета.