СТЕНД ДЛЯ ЧАСТОТНЫХ ИСПЫТАНИЙ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 1994 года по МПК G01M7/02 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для частотных испытаний конструкций, преимущественно летательных аппаратов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является стенд для частотных испытаний конструкций, преимущественно летательных аппаратов, принятый в качестве прототипа, содержащий вибровозбудители и пневмоопоры для установки на них испытуемой конструкции, каждая из которых включает жесткую пневмокамеру и гибкий элемент в виде кольцеобразной оболочки, соединенной по внешнему контуру с пневмокамерой, а по внутреннему - с одной из частей узла подвески конструкции.

Недостатком стенда для частотных испытаний конструкций, выбранного в качестве прототипа, является низкая оперативность испытаний из-за затруднений в согласовании работы систем возбуждения (электровибраторов) и упругой подвески (пневмоопор). Сокращение времени частотных испытаний и упрощение процесса согласования работы систем возбуждения и упругой подвески в особенности важны при проведении многократной эксплуатационной диагностики технического состояния конструкций методом контроля частот собственных колебаний, требующей строгого соблюдения идентичности воспроизведения условий испытаний как по отношению к расположению точек упругой подвески, так и по уровню возбуждаемых нагрузок.

Цель изобретения - повышение оперативности испытаний.

Поставленная цель достигается тем, что в стенде для частотных испытаний конструкций, содержащем вибровозбудители и пневмоопоры для установки на них испытуемой конструкции, каждая из которых включает жесткую пневмокамеру и гибкий элемент в виде кольцеобразной оболочки, соединенной по внешнему контуру с пневмокамерой, а по внутреннему - с одной из частей узла подвески конструкции, вибровозбудители размещены в пневмокамерах и включают каждый пары электромагнитов, симметрично расположенных относительно вертикальной оси пневмоопоры, соединенный с внутренним контуром оболочки кольцевой якорь снабжен буртом, расположенным в зазорах между электромагнитами .Электромагниты установлены с возможностью перемещения для регулировки зазоров между ними и буртом якоря.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что стенд для частотных испытаний конструкций отличается от известного тем, что он содержит вибровозбудители, размещенные в пневмокамере, каждый из которых содержит пару электромагнитов, симметрично расположенных относительно вертикальной оси пневмоопоры, кольцевой якорь, соединенный с внутренним контуром оболочки, имеющий бурт, расположенный в зазорах между электромагнитами, а электромагниты установлены с возможностью перемещения для регулировки зазоров между ними и буртом якоря. Таким образом, заявляемый стенд для частотных испытаний конструкций, преимущественно летательных аппаратов, соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "существенные отличия". Симметричное расположение электромагнитов вибровозбудителя позволит сконцентрировать передаваемые от них усилия по оси пневмоопоры стенда и передать, таким образом, на испытуемую конструкцию гармонические колебания собственной частоты. Усилия, передаваемые вибровозбудителем, прилагаются к точке опоры. Совмещение направления действия возбуждающей силы с точкой опоры позволит расширить возможности предлагаемого стенда для частотных испытаний путем установки его под конструкцией в любой ее точке. Использование в стенде системы регулировки зазоров между горизонтально расположенным буртом кольцевого ферромагнитного якоря и электромагнитами, позволит повысить надежность работы стенда за счет исключения биения бурта об электромагниты, что позволит повысить точность и достоверность частотных испытаний.

На фиг. 1 представлена схема стенда с диаметрально-противоположным размещением электромагнитов; на фиг. 2 - схема расположения парных блоков электромагнитов и кольцевого якоря; на фиг. 3 - блок-схема стенда; на фиг. 4 - схема расположения пневмоопор и вибровозбудителей на стенде.

Стенд для частотных испытаний конструкций, преимущественно летательных аппаратов, содержит вибровозбудители, установленные на силовом основании, обозначенном □ , пневматические опоры, обозначенные на фиг. 4 Δ , на которые опирается испытуемая конструкция К. Каждая из пневмоопор "В" включает в себя жесткую пневмокамеру 1, к которой прикреплен с помощью наружного кольца 2 гибкий элемент 3, представляющий собой кольцеобразную резинокордовую оболочку Ω-образного сечения, и узел подвески, выполненный в виде двух шарнирно соединенных частей 4 и 5. Гибкий элемент 3 крепится с внутренней стороны к кольцевому ферромагнитному якорю 6 и к части 4 узла навески, имеющем не менее трех упоров 7, равномерно расположенных по периметру, каждый из которых входит в ниши 8 кольца 2, при этом каждая из ниш 8 снабжена ограничительными винтами 9. Дно пневмоопоры имеет посадочный конус 10 со сферической вершиной, куда входит головка гидроподъемника 11. Пневмокамера 1 пневмоопоры "В" снабжена штуцером 12 для подвода воздуха во внутрь камеры и гермовыводом 13, для подвода электрокабелей питания электромагнитов 14 и электромагнитов 15 управления перемещением электромагнитов 14 относительно друг друга в паре и бурта S кольцевого якоря 6. Система регулировки зазоров между электромагнитами 14 и буртом S кольцевого якоря 6 выполнена (как вариант) следующим образом. Электромагниты 14 закреплены на электромеханизме 15, который дополнительно снабжен понижающим редуктором. Сам электромеханизм 15 закреплен на силовом основании 16, установленном внутри пневмокамеры 1, а на плоском бурте S кольцевого якоря 6 и на электромагнитах 14 установлены фотодатчики 17, связанные с блоком фотоприемников 18. Индукционный датчик 19 системы возбуждения колебаний закреплен на одном из упоров 7 пневмоопоры и должен находиться в магнитном поле постоянного магнита 20, закрепленного на неподвижном наружном кольце 2. Подвижный кольцевой якорь 6 своим широким плоским буртом S входит в зазор между электромагнитами 14, которые расположены симметрично относительно вертикальной оси пневмоопоры попарно в блоках (количеством блоков не менее двух), например количеством n = 2 или n = 4 (фиг. 1) или n = 3 (фиг. 2), расположенных под углом 120^о. Электромагниты 14 соединены с выходами усилителя возбуждения 21, вход которого связан с выходом индукционного датчика 19, находящегося в магнитном поле постоянного магнита 20. Выходы блока фотоприемника 18 соединены через аналоговый преобразователь сигналов 22 с блоком управления 23, а выходы последнего - с электромеханизмами 15 управления перемещением электромагнитов 14. Электронно-счетный частотомер 24 соединен с выходом усилителя возбуждения 21.

Стенд для частотных испытаний конструкций, преимущественно летательных аппаратов, работает следующим образом. Каждую пневмоопору устанавливают под объект испытаний К, например, в зоне установки узлов конструкции для гидроподъемников, и готовят к проведению частотных испытаний. После вывешивания объекта испытаний К, например самолета, с помощью вибровозбудителей возбуждают его колебания с собственной частотой. Возбуждение колебаний объекта К с собственной частотой происходит следующим образом. При взаимодействии индукционного датчика 19 с магнитным полем постоянного магнита 20 в датчике 19 вырабатывается сигнал в виде ЭДС индукции. Полезный сигнал усиливается в усилителе возбуждения 21 и подается на электромагниты 14, например верхние (фиг. 1), которые, воздействуя на плоский бурт S кольцевого ферромагнитного якоря 6, способствуют перемещению его в направлении действия силы (вниз по схеме фиг. 1 и 2). Одновременно с якорем 6 будет перемещаться и конструкция К( вниз ). Достигнув равновесного положения, якорь 6 с конструкцией К начнет возвращаться в исходное положение под действием сил упругости ЭДС в катушке индуктивности датчика 19 при этом изменит знак на противоположный и после усиления в усилителе 21 подается уже на другие электромагниты 14 (нижние по схеме на фиг. 1 и 2). Таким образом, на вывешенном с помощью подачи давления воздуха вовнутрь пневмокамеры 1 пневмоопоры через штуцер 12 на объекте контроля К возникают незатухающие механические колебания этой конструкции и синфазные с ними электрические колебания в системе датчик-усилитель-вибровозбудитель, частота которых в точности равна частоте собственных колебаний исследуемой конструкции К . Замер частоты собственных колебаний осуществляется с помощью электронно-счетного частотомера 24, соединенного с усилителем возбуждения 21. После выхода системы на режим авторезонансных колебаний, ее выводят на режим энергетического максимума путем уменьшения зазоров между электромагнитами 14 и буртом S якоря 6. Для этого первоначально, при статическом положении вывешенного объекта К (после подачи давления в пневмокамеру 1), определяется сигнал с фотодатчиков 17 на фотоприемники 18, соответствующий нулевому положению фотодатчика 17, закрепленного на бурте S якоря 6, и соответствующего фотоприемника 18 блока фотоприемников. На аналоговом преобразователе сигналов 22 такое положение фотодатчика 17 и фотоприемника 18 будет соответствовать исходному - базовому. По команде аналогового преобразователя сигналов 22, связанного с блоком управления 23, с помощью электромеханизмов 15 управления перемещением электромагнитов 14, последние выставляются так, чтобы исключить рассогласование величин сигналов с фотодатчиков 17, установленных на электромагнитах 14, и фотоприемниками 18 блока фотоприемников (до положения равенства амплитуд перемещений), соответствующих предполагаемым амплитудам колебаний P(t) подвижного якоря 6 с объектом контроля К. В процессе колебаний P(t) положения (величины) контролируемых амплитуд колебаний корректируется с помощью аналогового преобразователя сигналов 22 до величин, соответствующих минимально-допустимому зазору δ между электромагнитами 14 и буртом S подвижного якоря 6. Таким образом, колебательная система подвижный якорь - конструкция выходит на режим энергетического максимума.

В случае стравливания давления из внутренней полости пневмокамеры 1 пневмоопоры автоматически отслеживается нулевое положение подвижного якоря 6 и соответствующих ему положений электромагнитов 14. Отслеживание происходит по командам преобразователя сигналов 22 посредством электромеханизмов 15, связанных с блоком управления 23, на вход которого и поступает команда с аналогового преобразователя сигналов 22.

Размещение вибровозбудителей внутри пневмоопор позволит повысить оперативность проведения частотных испытаний, компактность стенда, удобство его обслуживания и безопасность работы.

Использование: для частотных испытаний конструкций летательных аппаратов. Сущность: в стенде с многоточечным возбуждением резонансных колебаний конструкции, устанавливаемой на пневмоопорах, вибровозбудители размещены в жестких пневмокамерах пневмоопор. Вибровозбудитель включает пары электромагнитов, симметрично расположенных относительно вертикальной оси пневмоопоры, и кольцевой якорь, имеющий бурт, расположенный в зазорах между электромагнитами. Якорь соединен с внутренним контуром гибкого элемента в виде кольцеобразной оболочки, соединенной по внешнему контуру с пневмокамерой, а по внутреннему - с одной из частей узла подвески конструкции. Электромагниты установлены с возможностью перемещения для регулировки зазоров между ними и буртом якоря. 4 ил.

СТЕНД ДЛЯ ЧАСТОТНЫХ ИСПЫТАНИЙ КОНСТРУКЦИЙ, содержащий вибровозбудители и пневмоопоры для установки на них испытуемой конструкции, каждая из которых включает в себя жесткую пневмокамеру и гибкий элемент в виде кольцеобразной оболочки, соединенной по внешнему контуру с пневмокамерой, а по внутреннему контуру - с одной из частей узла подвески конструкции, отличающийся тем, что вибровозбудители размещены в пневмокамерах и включают в себя каждый пары электромагнитов, симметричных относительно вертикальной оси пневмоопоры, и соединенный с внутренним контуром оболочки кольцевой якорь, имеющий бурт, расположенный в зазорах между электромагнитами, при этом электромагниты установлены с возможностью перемещения для регулировки зазоров между ними и буртом якоря.