СТЕНД ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ СИЛЫ ТЯГИ РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2006 года по МПК F02K9/96 

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и предназначено для испытания на стенде авиадвигателей с отклоняемым вектором тяги, измеряя ее составляющие:

- горизонтально продольную ±R_x,

- вертикальную ±R_y,

- горизонтально боковую ±R_z,

а также при проектировании новых и реконструкции существующих испытательных стендов.

Известен стенд для испытания газотурбинных двигателей, содержащий неподвижную силоприемную платформу, выполненную в виде полого кольца, в полости которого по периметру посредством гибких тяг укреплены динамометрические платформы, а силоизмерительные датчики механически связаны с динамометрическими платформами и укреплены на силоприемной платформе в виде полого кольца.

При этом каждая из динамометрических платформ предназначена для замера отдельной компоненты силы тяги испытываемого двигателя (Авторское свидетельство СССР №1802305, кл G 01 M 15/00, 15.03.93. Бюллетень №10).

Однако при данном техническом исполнении стенда нет возможности обеспечить безлюфтовую работу силоизмерительного устройства при обратной силе тяги испытываемого двигателя, что снижает точность измерений, кроме того, при реверсе силы тяги необходима переориентация (переналадка) силоизмерительных датчиков, что требует времени, а это ведет к остыванию испытываемого двигателя, что не соответствует его реальной работе в натурных условиях. Следует отметить сложность конструкции стенда, обуславливающего его относительно высокую стоимость при изготовлении.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к данному изобретению является стенд для измерения компонент силы тяги реактивного двигателя, содержащий динамометрическую платформу для установки испытываемого двигателя, установленную с помощью гибких стоек на опорную раму и обеспечивающих возможность перемещения динамометрической платформы в горизонтально продольном направлении по оси Х и горизонтально боковом направлении по оси Z, размещенные на опорной раме силоизмерительные датчики для замера горизонтально прямой и горизонтально боковой компонент R_x и R_y при прямой силе тяги испытываемого двигателя и рычажные передачи.

(Авторское свидетельство СССР №366377, М. Кл. G 01 m 15/00, 16.01.1973. Бюллетень №7).

Однако при данном устройстве стенда, по сравнению с ранее приведенным аналогом, несмотря на более технологическую конструкцию, определяемую наличием одной общей динамометрической платформы с возможностью одновременного воздействия ее на силоизмерительные датчики всех измеряемых компонент силы тяги и плоской опорной рамы, вместо выполненной в виде полого кольца, что делает стенд более удобным для монтажа испытываемого двигателя и проведения его испытаний, но при этом не устраняет ранее отмеченный недостаток, а именно обеспечение безлюфтовой работы рычажных передач при обратной силе тяги испытываемого двигателя. Кроме того, конструкцией стенда не предусмотрено измерение вертикальной компоненты силы тяги ±R_y.

Изобретение направлено на повышение точности и стабильности измерений компонент силы тяги ±R_x; ±R_y; ±R_z при прямой и обратной тяге испытываемого двигателя и приближение стендовых испытаний к работе двигателя в натурных условиях.

Это достигается тем, что стенд для измерения компонент тяги реактивного двигателя, содержащий динамометрическую платформу для монтажа испытываемого двигателя, установленную с помощью гибких стоек на опорную раму, обеспечивающих возможность перемещения динамометрической платформы в горизонтально продольном направлении по оси Х и горизонтально боковом направлении по оси Z, размещенные на опорной раме силоизмерительные датчики для замера горизонтально прямой и горизонтально боковой компонент R_x и R_z при прямой силе тяги испытываемого двигателя и рычажные передачи, при этом снабжен дополнительным силоизмерительным датчиком для измерения по оси Y вертикальной компоненты силы тяги ±R_y, а все силоизмерительные датчики для измерения компонент силы тяги ±R_x, ±R_y, ±R_z снабжены дополнительными рычажными передачами, обеспечивающими возможность предварительной загрузки силоизмерительных датчиков перед градуировкой и окончательную загрузку перед проведением испытаний двигателя грузами расчетного веса G_x, G_y, G_z, обеспечивающими безлюфтовую работу силоизмерительных рычажных передач при определении компонент силы тяги -R_x, -R_y, -R_z при реверсивной работе испытываемого двигателя, а возможность передачи градуировочных усилий осуществлена путем последовательного воздействия силопередающих штанг от размещенных на опорной раме нагружателей на контрольные датчики, установленные на динамометрической платформе, опирающейся четырьмя гибкими стойками на две пары установленных на опорной раме параллельно и симметрично относительно оси Х силоприемных рычагов, обеспечивающих возможность вертикального перемещения динамометрической платформы по оси Y под воздействие компоненты силы тяги ±R_y и вследствие равенства передаточных отношений всех силоприемных рычагов возможность взаимного уравновешивания на соединяющих их шарнирах сил от моментов относительно оси Z и передачу компоненты силы тяги с каждой пары силоприемных рычагов на пару суммирующих рычагов, размещенных на опорной раме в плоскости поперечной симметрии двух пар силоприемных рычагов параллельно оси Z, имеющих равные передаточные отношения, обеспечивающие возможность взаимного уравновешивания сил от момента относительно оси Х на соединяющем суммирующие рычаги шарнире и передачу на силоизмерительный датчик только вертикальной компоненты силы тяги ±R_y, а наличием равенства передаточных отношений у пары силоприемных рычагов, размещенных на опорной раме с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости по оси Z, обусловлена возможность взаимного уравновешивания сил от момента относительно оси Y на соединяющем рычаги шарнире и передача на силоизмерительный датчик только компоненты ±R_z.

Указанная совокупность существенных признаков, отличающих изобретение от наиболее близкого аналога, позволяет при осуществлении изобретения получить технический результат, а именно повысить стабильность и точность измерений при испытаниях, устранить взаимовлияние компонент силы тяги испытываемого двигателя, обеспечить перевод в режим работы реверса двигателя без переналадки силоизмерительных устройств, приблизив стендовые испытания к работе двигателя в натурных условиях, например реверс разогретого двигателя при посадке самолета.

Таким образом, благодаря достижению технического результата, который может быть получен при осуществлении изобретения, повышается точность и стабильность измерений компонент силы тяги ±R_x, ±R_y, ±R_z при прямой и обратной тяге испытываемого двигателя и приближение стендовых испытаний к работе двигателя в натурных условиях, т.е. решается задача, на которую направлено создание изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид принципиальной конструктивной схемы стенда для измерения компонент силы тяги реактивного двигателя; на фиг.2 изображен вид сверху; на фиг.3 - разрез по А-А на фиг.2. Заявленное изобретение содержит динамометрическую платформу 1 для монтажа испытываемого двигателя (на чертеже обозначена только плоскость среза сопла, где размещена точка приложения измеряемых компонент силы тяги ±R_x, ±R_y, ±R_z), установленную на четырех гибких стойках 2 на опорную раму 3, на которой размещены три силоприемных датчика 4, 5, 6 для измерения компонент силы тяги соответственно ±R_x, ±R_y, ±R_z, при этом каждый из трех силоизмерительных датчиков снабжен рычажной передачей 7, 8, 9, обеспечивающей возможность предварительной загрузки силоизмерительных датчиков перед градуировкой и загрузкой грузами расчетного веса G_x, G_y, G_z, перед испытаниями двигателя, обеспечивающими безлюфтовую работу силоизмерительных рычажных передач при реверсе силы тяги двигателя для определения значений компонент силы тяги -R_x, -R_y, -R_Z, а возможность передачи градуировочных усилий осуществлена путем последовательного воздействия силопередающих штанг 10, 11, 12 от размещенных на опорной раме нагружателей 13, 14, 15 на контрольные датчики 16, 17, 18, установленные на динамометрической платформе 1, опирающейся четырьмя гибкими стойками 2 на две пары силоприемных рычагов 19, установленных на опорной раме 3 параллельно оси X, обеспечивающих возможность перемещения динамометрической платформы по оси Y и вследствие равенства передаточных отношений всех силоприемных рычагов возможность уравновешивания на соединяющих их шарнирах 20 сил от моментов относительно оси Z и передачу вертикальной компоненты силы тяги с каждой пары силоприемных рычагов 19 на пару суммирующих рычагов 21, размещенных на опорной раме 3 в плоскости поперечной симметрии двух пар силоприемных рычагов параллельно оси Z, имеющих равные передаточные отношения, обеспечивающие возможность взаимного уравновешивания сил от момента относительно оси Х на соединяющем суммирующие рычаги шарнире 22 и передачу на силоизмерительный датчик 5 только вертикальной компоненты сил тяги ±R_y, а наличием равенства передаточных отношений у пары силоприемных рычагов 23, размещенных на опорной раме 3 с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости по оси Z, обусловлена возможность уравновешивания сил от момента относительно оси Y на соединяющем рычаги шарнире 24 и передачи на силоизмерительный датчик 6 только компоненты ±R_z.

Заявленное изобретение осуществлено следующим образом. При подготовке к работе стенда производится градуировка силоизмерительных датчиков 4, 5, 6, размещенных на опоре стенда 3. Градуировку проводят с полностью смонтированным на динамометрической платформе испытываемым двигателем с присоединенными к нему системами питания, управления и измерения.

Перед началом градуировки силоизмерительные датчики 4, 5, 6 для измерения компонент силы тяги ±R_x, ±R_y, ±R_z испытываемого двигателя с помощью рычажных передач 7, 8, 9 предварительно нагружаются грузами расчетного веса, достаточными для выборки люфтов в силоизмерительных рычажных передачах датчиков и подвижных соединениях стенда при прямой тяге двигателя. Градуировка силоизмерительных датчиков проводится раздельно по каждой измеряемой компоненте силы тяги +R_x, +R_y, +R_z путем последовательного воздействия силопередающих штанг 10, 11, 12 от размещенных на опорной раме 3 нагружателей 13, 14, 15.

После проведения градуировки производится дополнительное нагружение силоизмерительных датчиков до расчетных величин значений грузов G_x, G_y, G_z, обеспечивающих безлюфтовую работу силоизмерительных передач для повышения точности измерения компонент силы тяги -R_x, -R_y, -R_z при реверсивной работе двигателя, кроме того, величина расчетного веса G_y обеспечивает заданную вывеску тарного веса, включающего вес динамометрической платформы и вес смонтированного на ней испытываемого двигателя с системами питания, управления и измерения.

Стенд является сложным и дорогостоящим сооружением, поэтому большое значение имеет выбор оптимальной величины грузов G_x, G_y, G_z, влияющих на прочность, а следовательно, на массу и габариты стенда.

Выбор оптимального значения грузов G_x, G_y, G_z производится с учетом мощности испытываемого двигателя, передаточного отношения силоприемных передач и передач для загрузки силоизмерительных датчиков по авторской методике и является НОУ-ХАУ.

После проведения градуировки и дополнительной загрузки силоизмерительных датчиков 4, 5, 6 грузами G_x, G_y, G_z производят запуск испытываемого двигателя и проводят измерение компонент силы тяги ±R_x, ±R_y, ±R_z при прямой и реверсивной работе двигателя, при этом перевод на реверсивную работу осуществляется без дополнительной переналадки стенда при неостывшем двигателе, как это бывает, например, при посадке самолета. Это приближает стендовые испытания к работе двигателя в натурных условиях, а безлюфтовая работа рычажных передач повышает стабильность и точность измерений компонент силы тяги.

Измерение горизонтальной продольной компоненты силы тяги испытываемого двигателя ±R_x осуществляется непосредственной передачей измеряемой силы с динамометрической платформы 1 на силоизмерительный датчик 4.

Измеряемая вертикальная компонента силы тяги ±R_y через упругие стойки 2 передается на две пары параллельно работающих силоприемных рычагов 19, имеющих равные передаточные отношения между собой, что позволяет уравновесить на соединяющих каждую пару силоприемных рычагов шарнирах 20 силы от момента M_z1=±R_y·L_y, где L_y - расстояние от точки измерения компоненты ±R_y на силоизмерительном датчике 5 до точки ее приложения в плоскости среза сопла, а также уравновесить силы от момента M_z2=±R_x·Н_х, где Н_х - расстояние от точки измерения компоненты ±R_x на силоизмерительном датчике 4 до точки ее приложения на оси испытываемого двигателя.

Таким образом, на взаимодействующую с двумя парами силоприемных рычагов 19 пару суммирующих рычагов 21 передается только с каждой пары силоприемных рычагов 19.

Суммирующие рычаги 21, взаимодействующие с силоизмерительным датчиком 5, также имеют равные передаточные отношения, что позволяет уравновесить на соединяющем их шарнире 22 силы от момента М_х=±R_z·H_z, где H_z - расстояние от точки измерения компоненты силы тяги ±R_z до точки ее приложения перпендикулярно к оси испытываемого двигателя. Это обеспечивает передачу на силоизмерительный датчик 5 только измеряемой компоненты ±R_y.

Измеряемая горизонтальная боковая составляющая компонента силы тяги испытываемого двигателя ±R_z передается с динамометрической платформы 1 на пару силоприемных рычагов 23, взаимодействующих с силоизмерительным датчиком 6 рычагов 23 с равными передаточными отношениями, закрепленных на опорной раме 3 с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, обеспечивающих уравновешивание на соединяющем их шарнире 24 сил от момента M_z=R_z·L_z, где L_z - расстояние от точки измерения на силоизмерительном датчике компоненты силы ±R_z до точки ее приложения в плоскости среза сопла. Это обеспечивает передачу на силоизмерительный датчик 6 только измеряемой компоненты ±R_z.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и предназначено для испытания на стенде авиадвигателей с отклоняемым вектором тяги, измеряя ее составляющие ±R_x, ±R_y, ±R_z, с высокой точностью и стабильностью измерений при прямой и реверсивной работе двигателя. Это достигается тем, что все силоизмерительные датчики для измерения компонент сил тяги ±R_x, ±R_y, ±R_z снабжены дополнительными рычажными передачами и загружены перед проведением испытаний грузами расчетного веса G_x, G_y, G_z, обеспечивающими безлюфтовую работу силоизмерительных рычажных передач при определении значений компонент силы -R_x, -R_y, -R_z при реверсивной работе испытываемого двигателя, а равенство передаточных отношений у двух пар параллельно работающих силоприемных рычагов, воспринимающих нагрузку от динамометрической платформы, и двух пар силоизмерительных рычагов, взаимодействующих с силоизмерительными датчиками, обеспечивает уравновешивание сил на соединяющих их шарнирах от моментов относительно осей X, Y, Z, что исключает взаимовлияние сил на измеряемые компоненты сил тяги ±R_x, ±R_y, ±R_z и повышает точность измерений. 3 ил.

Стенд для измерения компонент тяги реактивного двигателя, содержащий динамометрическую платформу для монтажа испытуемого двигателя, установленную с помощью гибких стоек на опорную раму и обеспечивающих возможность перемещения динамометрической платформы в горизонтально продольном направлении по оси Х и горизонтально боковом направлении по оси Z, размещенные на опорной раме силоизмерительные датчики для замера горизонтально прямой и горизонтальной боковой компонент R_x и R_z при прямой силе тяги испытуемого двигателя и рычажные передачи, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным силоизмерительным датчиком для измерения по оси Y вертикальной компоненты силы тяги ±R_y, а все силоизмерительные датчики для измерения компонент сил тяги ±R_x, ±R_y, ±R_z снабжены дополнительными рычажными передачами, обеспечивающими возможность предварительной загрузки силоизмерительных датчиков перед градуировкой и окончательную загрузку перед проведением испытаний двигателя грузами расчетного веса G_x, G_y, G_z, обеспечивающими безлюфтовую работу силоизмерительных рычажных передач при определении компонент силы тяги -R_x, -R_y, -R_z при реверсивной работе испытуемого двигателя, а возможность передачи градуировочных усилий осуществлена путем последовательного воздействия силопередающих штанг от размещенных на опорной раме нагружателей на контрольные датчики, установленные на динамометрической платформе, опирающейся четырьмя гибкими стойками на две пары установленных на опорной раме параллельно и симметрично оси Х силоприемных рычагов, обеспечивающих возможность вертикального перемещения динамометрической платформы по оси Y под воздействием компоненты силы тяги ±R_y и вследствие равенства передаточных отношений всех силоприемных рычагов возможность взаимного уравновешивания соединяющих их шарнирах сил от моментов относительно оси Z передачи компоненты силы тяги с каждой пары силоприемных рычагов на пару суммирующих рычагов, размещенных на опорной раме в плоскости, поперечной симметрии двух пар силоприемных рычагов, параллельно оси Z, имеющих равные передаточные отношения и обеспечивающих возможность взаимного уравновешивания сил от момента относительно оси Х на соединяющем суммирующие рычаги шарнире и передачу на силоизмерительный датчик только вертикальной компоненты силы тяги ±R_y, а наличием равенства передаточных отношений у пары силоприемных рычагов, размещенных на опорной раме с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости по оси Z, обусловлена возможность взаимного уравновешивания сил от момента относительно оси Y на соединяющем рычаги шарнире и передачи на силоприемный датчик только компоненты ±R_z.