СТЕНД ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ВОЗДУШНОГО ВИНТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 1999 года по МПК G01N3/32 G01M7/00 

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

Известны стенды для динамических испытаний элементов воздушного винта летательных аппаратов (авт. св. СССР N 1758488, кл. G 01 N 3/32, 1992; патент РФ N 2028592, кл. G 01 M 7/00, 1995), содержащие станину, узел шарнирного крепления одного конца испытываемого элемента на станине консольно, узел подвески свободного конца испытываемого элемента, выполненный в виде связанной со станиной тросовой системы, силовозбудитель осевой нагрузки и вибровозбудитель.

Стенд для усталостных испытаний элементов (патент РФ N 2028592) выполнен с пневматическим силовозбудителем осевой нагрузки, благодаря чему предполагалось исключение пульсаций осевой нагрузки, вызванной деформацией испытываемого элемента при воздействии изгибающего момента. Однако такое решение сделало сложным реализацию стенда: при значительных давлениях использование пневматики опасно из-за возможных разрывов, ведущих к взрыву, и требует специальных защитных камер.

Наиболее близким техническим решением является принятая в качестве прототипа конструкция стенда (авт. свид. N 1758488) или его модификация (заявка N 96106180/28, 1997), где один конец испытуемого образца крепится на станине с помощью первого шарнирного узла, ось шарнира которого перпендикулярна заданной плоскости изгиба образца, а другой конец образца через аналогичный шарнир, тросовую систему и рычаг соединен с гидроцилиндром осевого нагружения.

Компенсатором изменения осевой нагрузки при прогибе испытываемого элемента вверх и вниз от нулевого положения с частотой, заданной вибратором, служат тросы или пакет амортизационных шнуров, используемые для подвески свободного конца испытываемого элемента. При достижении максимальных прогибов и перемещении точки шарнирного закрепления конца образца возникает дополнительное осевое усилие, величина которого зависит от жесткости компенсатора, но не должна превышать 5% от заданной осевой силы.

При использовании в таком компенсаторе тросов невозможно компенсировать осевые перемещения конца образца более 1 мм, возникающие при значительных амплитудах поперечных колебаний образца.

Применение резинового компенсатора в виде набора амортизационных шнуров вызывает дополнительное динамическое осевое усилие вследствие значительной собственной массы такого компенсатора и деталей его соединения с образцом, возрастающее с установкой вибровозбудителя в месте их соединения.

Таким образом, при испытании, например, образцов лопастей вертолета, когда действие возбуждающей силы от вибратора направлено перпендикулярно плоскости вращения лопасти, т. е. вызывает значительные прогибы образца и связанные с этим значительные линейные перемещения конца образца, применение тросовых или резиновых компенсаторов из-за выше перечисленных недостатков исключено.

Предлагаемое изобретение решает задачу расширения диапазона реализуемых на стенде амплитуд колебаний образца при заданном осевом нагружении, исключения влияния компенсатора на условия нагружения и в конечном счете - приближения условий испытаний образца к реальным условиям эксплуатации.

Поставленная задача решена благодаря тому, что в стенде для динамических испытаний элементов воздушного винта летательного аппарата, содержащем станину, первый шарнирный узел, предназначенный для крепления конца образца на станине с возможностью изгиба образца в заданной плоскости, второй шарнирный узел для крепления второго конца образца с возможностью изгиба образца в заданной плоскости, устройство для статического растяжения образца, компенсатор изменения осевой нагрузки при изгибе образца и вибровозбудитель, - компенсатор выполнен в виде торсиона, закрепленного на станине перпендикулярно плоскости изгиба образца, и рычага, жестко соединенного с торсионом и установленного на станине с возможностью поворота в плоскости изгиба образца, при этом плечо рычага соединено со вторым шарнирным узлом крепления образца. Причем устройство для статического растяжения образца установлено со стороны первого шарнирного узла.

Выполнение компенсатора с торсионом позволяет получить на стенде режимы со значительным прогибом образца.

Исключение влияния компенсатора на колебания осевой нагрузки повышает точность нагружения.

На фиг. 1 изображен общий вид стенда; на фиг.2 - вид сверху фиг.1; на фиг.3 - схема работы компенсатора.

Стенд для динамических испытаний элементов воздушного винта летательного аппарата содержит станину 1, на которой смонтирована направляющая опора 2. На направляющей опоре 2 крепятся с помощью проушин 3 силовые гидроцилиндры 4, предназначенные для статического растяжения образца 5 и соединенные через траверсу 6 с подвижной кареткой 7 с помощью винта 8 со стопорящей гайкой 9.

К подвижной каретке 7 с помощью вертикальной оси 10 крепится проушина 11 с горизонтальной осью 12. Горизонтальная ось 13 первого шарнирного узла крепления образца 5 соединена с горизонтальной осью 12 с помощью поводка 14, состоящего из двух параллельных пластин, на которых установлен вибровозбудитель 15 поперечных колебаний образца 5.

Горизонтальная ось 16 второго шарнирного узла крепления образца 5 через поводок 17 из двух параллельных пластин и горизонтальную ось 18 соединен с рычагом 19 компенсатора изменения осевой нагрузки 20.

Рычаг 19 компенсатора 20 крепится к шлицевой оси 21 (фиг.3), установленной на подшипниках качения в корпусе вращения 22 на силовом полу или раме стенда. Шлицевая ось 21 рычага 19 расположена в плоскости изгиба образца 5, а ее ось расположена перпендикулярно этой плоскости.

Торсионы 23 компенсатора 20, являющиеся нагрузочными и компенсирующими элементами, имеют по концам шлицевые пояса, расположены перпендикулярно плоскости изгиба образца 5 и соединены со шлицевой осью 21 и с замыкающими опорами 24, установленными на силовом полу или раме стенда.

Между осью 16 второго шарнирного узла крепления образца 5 и образцом может быть установлен осевой шарнир 25, предназначенный для имитации действия на образец крутящего момента.

Стенд работает следующим образом.

При подаче давления в гидроцилиндры 4 через траверсу 6 на подвижную каретку 7 на образец 5, например, образец лопасти винта вертолета, действует растягивающая сила Q. Так как другой конец образца 5 соединен посредством рычага 19 и шлицевой оси 21 с торсионами 23, то при приложении усилия Q к рычагу 19 происходит поворот рычага на угол α (фиг.3). Таким образом, при достижении определенного усилия Q_ст. рычаг 19 повернется на угол α, а торсионы 23 закрутятся на угол ϕ.

С помощью гайки стопорения 9 (фиг.2) фиксируется статическая нагрузка испытуемого образца 5 растягивающим усилием Q_ст и гидроцилиндры 4 из работы выключаются. Вся силовая цепь: подвижная каретка 7, торсионы 23 - находятся под воздействием статической силы Q_ст, при этом рычаг 19 из точки "1" переместится в точку "2" (фиг.3).

После включения вибровозбудителя поперечных колебаний 15 и достижения необходимой частоты и величины (амплитуды "A" на фиг.3) поперечных колебаний образца лопасти рычаг 19 из точки "2" начнет перемещаться в точку "3". Это линейное перемещение рычага 19 на величину ΔL или угол поворота Δα, а также подкрутка торсионов на угол Δϕ находятся в прямой зависимости от амплитуды поперечных колебаний "A".

Плечо R рычага 19, длина торсионов 23 и их диаметр выбираются таким образом, чтобы во время колебательного процесса при перемещении рычага 19 из точки 2 в точку 3 (ΔL фиг.3), а значит и подкрутка торсионов 23 на угол Δϕ не превышала определенных значений. Таким образом достигается уменьшение динамической составляющей - Q_дин.

Использование в конструкции стенда торсионного компенсатора изменения осевой нагрузки на испытуемый образец позволяет повысить точность нагружения и значительно расширить диапазон реализуемых нагрузок и прогибов образца, а в конечном счете приблизить условия испытаний к эксплуатационным.

Сущность изобретения: стенд содержит станину, первый шарнирный узел, предназначенный для крепления образца на станине с возможностью изгиба образца в заданной плоскости, второй шарнирный узел, соединенный с вторым концом образца с возможностью изгиба образца в заданной плоскости, устройство для статического растяжения образца, компенсатор изменения осевой нагрузки при изгибе образца и вибровозбудитель. Компенсатор выполнен в виде торсиона, закрепленного на станине перпендикулярно плоскости изгиба образца, и рычага, опора вращения которого закреплена на станине в плоскости изгиба образца перпендикулярно этой плоскости и жестко соединена с торсионом. Плечо рычага соединено со вторым шарнирным узлом крепления образца. Изобретение направлено на расширение диапазона реализуемых на стенде амплитуд колебаний образца при заданном осевом нагружении и исключение влияния компенсатора на условия нагружения. 3 ил.

Стенд для динамических испытаний образцов элементов воздушного винта летательного аппарата, содержащий станину, первый шарнирный узел, предназначенный для крепления образца на станине с возможностью изгиба образца в заданной плоскости, второй шарнирный узел, предназначенный для крепления второго конца образца с возможностью изгиба образца в заданной плоскости, устройство для статического растяжения образца, компенсатор изменения осевой нагрузки при изгибе образца и вибровозбудитель, отличающийся тем, что компенсатор выполнен из торсиона, закрепленного на станине перпендикулярно плоскости изгиба образца, и рычага, жестко соединенного с торсионом и установленного с возможностью поворота в плоскости изгиба образца, при этом плечо рычага соединено с вторым шарнирным узлом крепления образца.