СТЕНД ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ВОЗДУШНОГО ВИНТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 1998 года по МПК G01M7/06 G01N3/34 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для динамических испытаний элементов воздушного винта летательного аппарата, например лопастей винта вертолета, при комбинированных нагрузках.

Известна схема стенда, реализующего способ определения усталостной прочности образца лонжерона вертолета [1] в которой на одной стойке станины установлен первый шарнирный узел для крепления одного конца образца, а на другой стойке станины установлено устройство для статического осевого растяжения образца, включающее тросовую систему с блоками, один из которых соединен с корпусом второго шарнирного узла, к ступице которого крепится свободный конец образца, а второй блок тросовой системы связан с регулировочным винтом устройства для осевого растяжения образца, причем оси обоих шарниров перпендикулярны заданной плоскости знакопеременного изгиба образца, а на корпусе второго шарнирного узла установлен вибровозбудитель.

Недостатком стенда является отсутствие возможности одновременного с осевым растяжением нагружения образца крутящим моментом относительно его продольной оси. В реальных условиях эксплуатации лопасти несущего и рулевого винтов вертолета помимо изгиба подвергаются и кручению.

Известен стенд для динамических испытаний элементов воздушного винта летательного аппарата, принятый за прототип [2] содержащий станину, первое зажимное приспособление для консольного крепления одного конца образца, установленное на станине с помощью шарнира, ось которого перпендикулярна заданной плоскости изгиба образца, устройство для статического растяжения образца, второй шарнир, ось которого перпендикулярна заданной плоскости изгиба образца и соединена с устройством для статического растяжения образца с помощью тросовой системы, третий шарнир, цапфа которого закреплена на корпусе второго шарнира перпендикулярно его цапфе, рычаг с регулируемой массой на конце, закрепленный на корпусе третьего шарнира перпендикулярно его цапфе и перпендикулярно плоскости изгиба образца, второе зажимное приспособление, закрепленное на корпусе третьего шарнира, и вибровозбудитель, расположенный на корпусе второго шарнира.

Наличие в конструкции стенда третьего шарнира с осью, расположенной по оси установки образца, и размещение на его корпусе рычага с регулируемой массой на конце, смещенной относительно продольной оси образца, позволяет получить дополнительно к изгибаемому моменту нагружение образца кручением.

Основным недостатком является невозможность одновременного нагружения образца изгибающим и крутящим моментами с помощью одного силовозбудителя в случае, когда жесткость образца на изгиб значительно отличается от жесткости на кручение.

Т.е. изменением величины регулируемой массы и частоты нагружения не всегда удается подобрать режим работы стенда с заданными величинами изгибных и крутильных нагрузок. Таким образом, функциональные возможности, а следовательно, и точность воспроизведения эксплуатационных нагрузок на таком стенде ограничены.

Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей стенда благодаря обеспечению возможности комбинированного динамического нагружения образца в широком диапазоне соотношения жесткостей образца на изгиб и кручение для повышения точности испытаний.

Указанный результат достигается согласно изобретению тем, что стенд для динамических испытаний элементов воздушного винта летательного аппарата, содержащий станину, первое зажимное приспособление для консольного крепления одного конца образца, установленное на станине с помощью шарнира, ось которого перпендикулярна заданной плоскости изгиба образца, устройство для статического растяжения образца, второй шарнир, ось которого перпендикулярна заданной плоскости изгиба образца и соединена с устройством для статического растяжения образца с помощью тросовой системы, третий шарнир, ось которого расположена по оси установки образца и закреплена на корпусе или оси второго шарнира, закрепленные на корпусе третьего шарнира второе зажимное приспособление для крепления второго конца образца и рычаг, расположенный перпендикулярно оси третьего шарнира и заданной плоскости изгиба образца, и вибровозбудитель, снабжен упругим элементом с регулируемой жесткостью, выполненным в виде изгибаемой в плоскости качания рычага рессоры с передвижной по ее длине опорой, и жесткой тягой, шарнирно соединенной с рессорой и рычагом, а вибровозбудитель установлен на рычаге с возможностью перемещения по его длине.

Использование для приложения крутящего момента к образцу рессоры с регулируемой жесткостью позволяет при перемещении подвижной опоры по длине рессоры и изменении таким образом рабочей длины рессоры регулировать жесткость системы образец-рессора и таким образом устанавливать требуемое сочетание нагрузок на изгиб и кручение на образце с помощью одного вибровозбудителя. Стенд становится универсальным, условия нагружения приближаются к эксплуатационным, повышается надежность летательного аппарата.

На фиг. 1 изображен общий вид стенда; на фиг. 2 вид сверху; на фиг. 3 - вид А фиг. 1.

Стенд для динамических элементов воздушного винта летательного аппарата содержит станину 1, на которой на неподвижной опоре 2 установлено с помощью шарнира 3 первое зажимное приспособление 4 для консольного крепления одного конца образца 5. Оси шарнира 3 и второго шарнира 6, расположенного со стороны свободного конца образца, перпендикулярны заданной плоскости изгиба образца 5. Третий шарнир расположен по оси установки образца 5 и закреплен на оси 7 второго шарнира 6 своей осью 8 с помощью промежуточного элемента 9, а на корпусе 10 третьего шарнира установлено второе зажимное приспособление 11 для свободного конца образца 5 (см. фиг. 1 и 2).

На корпусе 10 третьего шарнира закреплен расположенный перпендикулярно его оси и заданной плоскости изгиба образца рычаг 12, на котором установлен вибровозбудитель 13 направленного действия. Рессора 14 с регулируемой жесткостью соединена своим концом через соединительную тягу 15 с помощью шарниров 16 с концом рычага 12 и крепится к опоре 17, которая установлена на основании стенда и имеет средства для перемещения по длине рессоры.

Устройство для статического нагружения образца включает винтовой фиксатор 18, рычаг 19 и тросовую систему 20 с блоками 21, которая кинематически связывает рычаг 19 с осью 7 шарнира 6.

Стенд работает следующим образом.

После установки образца 5 в зажимные приспособления 4 и 11 производится его нагружение статической нагрузкой с помощью рычага 19 через тросовую систему 20. Величина заданной статической нагрузки фиксируется винтовым фиксатором 18.

Нагружение образца переменными нагрузками, а именно переменным изгибающим и крутящим моментами, производится вибровозбудителем 13. При отсоединенной от рессоры 14 тяге 15 с помощью вибровозбудителя 13 возбуждаются колебания образца 5, форма которых показана на фиг. 1 пунктирными линиями. Путем изменения оборотов вибровозбудителя 13 изменяют частоту колебаний образца 5 и снимают резонансную характеристику для выявления резонансных частот изгибающего и крутящего моментов образца: f_изг. и f_кр.
Выбрав частоту колебаний при испытаниях (например, f_кр.), рассчитываем необходимую жесткость и, соответственно, длину рессоры, при которой f_изг. близка к f_кр. по формулам
C MF²,
где m масса, приведенная к жесткости рессоры 14;
f выбранная частота испытаний;

где l длина плеча рессоры (расстояние между тягой и опорой),
E модуль упругости;
J- момент инерции;
С жесткость рессоры.

В соответствии с полученной длиной l рессоры 14 устанавливается опора 17, на которой закрепляется рессора. Конец рессоры 14 с помощью соединительной тяги 15 с шарнирами 16 соединяется с концом рычага 12. С помощью вибровозбудителя 13 образец 5 выводится на выбранную частоту колебаний, фиксируются величины полученных нагрузок и в случае необходимости производится их коррекция путем перемещения вибровозбудителя 13 по длине рычага 12 оборотами силовозбудителя 13. Перемещение вибровозбудителя 13 в сторону образца увеличивает изгибные нагрузки, а от образца крутящие.

Таким образом, наличие в конструкции стенда регулируемой жесткости позволяет изменить изгибную и крутящую жесткость системы образец рессора и проводить при динамических испытаниях одновременное нагружение образца изгибающим и крутящим моментами независимо от жесткостей с помощью одного вибровозбудителя.

Использование: испытание лопастей винта вертолета при комбинированном нагружении циклическими крутящим моментом и изгибающей нагрузкой и статическом растяжении. Сущность изобретения: изгибающая нагрузка и крутящий момент создаются одним вибровозбудителем и рычагом, на котором с возможностью перемещения по его длине установлен вибровозбудитель. Для настройки колебательной системы на частоту, близкую к резонансным частотам изгибных и крутильных колебаний испытуемого образца, стенд снабжен упругим элементом с регулируемой жесткостью. Последний выполнен в виде изгибаемой в плоскости качания рычага рессоры с передвижной по ее длине опорой. Рессора посредством тяги соединена с рычагом. Стенд содержит первый и второй шарниры, оси которых перпендикулярны заданной плоскости изгиба образца, и третий шарнир, ось которого расположена по оси установки образца. Первый шарнир соединяет первое зажимное приспособление для закрепления одного конца образца со станиной. Второе зажимное приспособление и рычаг закреплены на корпусе третьего шарнира. Ось второго шарнира соединена посредством тросовой системы с устройством для статического растяжения образца. Ось третьего шарнира закреплена на корпусе или оси второго шарнира. Изобретение обеспечивает комбинированное нагружение образцов в широком диапазоне соотношения их изгибной и крутильной жесткостей. 3 ил.

Стенд для динамических испытаний элементов воздушного винта летательного аппарата, содержащий станину, первое зажимное приспособление для консольного крепления одного конца испытуемого образца, установленное на станине с помощью шарнира, ось которого перпендикулярна заданной плоскости изгиба образца, устройство для статического растяжения образца, второй шарнир, ось которого перпендикулярна заданной плоскости изгиба образца и соединена с помощью тросовой системы с устройством для статического растяжения образца, третий шарнир, ось которого расположена по оси установки образца и закреплена на корпусе или оси второго шарнира, закрепленные на корпусе третьего шарнира второе зажимное приспособление для крепления второго конца образца и рычаг, расположенный перпендикулярно к оси третьего шарнира и заданной плоскости изгиба образца, и вибровозбудитель, отличающийся тем, что он снабжен упругим элементом с регулируемой жесткостью, выполненным в виде изгибаемой в плоскости качания рычага рессоры с передвижной по ее длине опорой, и жесткой тягой, шарнирно соединенной с рессорой и рычагом, а вибровозбудитель установлен на рычаге с возможностью перемещения по его длине.