СПОСОБ НАГРУЖЕНИЯ СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ ФЮЗЕЛЯЖА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА ВЫНОСЛИВОСТЬ Российский патент 2015 года по МПК G01M5/00 

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к установкам для прочностных испытаний летательных аппаратов.

Известен способ циклического нагружения гермофюзеляжа летательного аппарата при испытаниях на выносливость, положенный в основу устройства, патент РФ №788927 «Устройство для усталостных испытаний фюзеляжа летательного аппарата», МПК G01M 5/00.

В используемом в указанном устройстве способе для выполнения программы нагружения фюзеляжа внутренним избыточным давлением предусматривается использование двух штуцеров. Одного для наддува, другого для сброса воздуха из фюзеляжа. Применение одного штуцера для наддува ограничивает область реализуемых программ только программами пилообразной формы и снижает точность их отработки.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, использованный в устройстве, описанном в патенте РФ №2416075 «Установка для нагружения сжатым воздухом гермофюзеляжа летательного аппарата при испытании на выносливость», МПК G01M 5/00. В этом способе при испытаниях гермофюзеляжей на выносливость по трапециевидным программам нагружения на восходящем и горизонтальном участках программы давление сжатого воздуха перед регулирующими большерасходными и малорасходным клапанами, подающими воздух в фюзеляж, стабилизируют, а программу нагружения обеспечивают блоком программного управления, управляющим всеми клапанами устройства, как подающими сжатый воздух в гермофюзеляж, так и сбрасывающим воздух из него в атмосферу. На восходящем участке программы работает большерасходный клапан, на горизонтальном - малорасходный.

Недостатком данного способа нагружения является последовательное включение в линиях подачи воздуха в фюзеляж стабилизатора давления «после себя» и управляемых клапанов, обеспечивающих подачу воздуха в фюзеляж при автоматической реализации программ нагружения. Последовательное включение двух контуров управления расходом воздуха, подаваемого в фюзеляж, приводит к их взаимовлиянию, что влечет за собой ухудшение точности реализации программ вплоть до возникновения колебательного режима. Кроме того, такое решение требует ненужных дополнительных аппаратных затрат, т.к. при стабилизации давления перед клапанами, подающими сжатый воздух в фюзеляж, нет необходимости в их непрерывном управлении, поскольку при измерении давления перед клапанами и знании их расходных характеристик можно определить степень открытия клапанов, необходимую для соблюдения заданного темпа наддува фюзеляжа. Кроме того, для подачи воздуха в фюзеляж можно использовать один клапан большого расхода с равнопроцентной характеристикой, обеспечивающий высокую точность регулирования как на восходящем, так и на горизонтальном участках программы, что упрощает конструкцию стенда и блок программного управления, а также повышает универсальность использования установок, создаваемых по предложенному способу, для испытаний различных объектов, существенно отличающихся как по объему, так и по степени герметичности.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности отработки трапециевидных программ нагружения фюзеляжей внутренним избыточным давлением при испытаниях на выносливость, сокращение технических средств, необходимых для создания установок такого типа, а также расширение области их применения.

Данный технический результат достигают тем, что в способе нагружения сжатым воздухом фюзеляжа летательного аппарата при испытаниях на выносливость, состоящем в том, что на восходящем участке программы испытаний подают большой расход, обеспечивающий заданный темп увеличения давления воздуха в фюзеляже, на горизонтальном участке программы подают малый расход, обеспечивающий стабилизацию давления воздуха в фюзеляже, на нисходящем участке программы прекращают подачу воздуха в фюзеляж и организуют сброс из фюзеляжа в атмосферу, управление подачей и сбросом воздуха осуществляют автоматически, при этом увеличение давления в фюзеляже и его стабилизацию обеспечивают одним и тем же входным регулирующим клапаном, имеющим равнопроцентную расходную характеристику, на восходящем участке программы входной регулирующий клапан открывают на заранее заданную величину, тем самым обеспечивают программный темп увеличения давления воздуха в фюзеляже, измеряют давление перед входным регулирующим клапаном и по величине этого давления корректируют заданную величину открытия входного регулирующего клапана, при достижении в фюзеляже давления не более 98% от давления на горизонтальном участке программы входной регулирующий клапан прикрывают до величины, при которой обеспечивают расход воздуха не более 95% от регламентированной утечки из фюзеляжа, затем управление степенью открытия входного клапана для устранения несовпадения между регламентрованной и фактическими утечками осуществляют в следящем режиме по давлению в фюзеляже, тем самым стабилизируют давление на горизонтальном участке программы. Максимальную и минимальную величины открытия входного регулирующего клапана, а также величину давления воздуха в фюзеляже, при которой регулирующий клапан начинают прикрывать, устанавливают в процессе наладки установки.

Для пояснения предлагаемого способа на фиг.1 приведена схема устройства, его реализующего. На фиг.2 приведена программа нагружения фюзеляжа. На фиг.3 приведен график равнопроцентной характеристики регулирующего клапана, подающего воздух в фюзеляж.

Способ нагружения сжатым воздухом фюзеляжа летательного аппарата при испытаниях на выносливость по трапециевидным программам реализуется следующим образом (см. фиг.1, фиг.2, фиг.3).

Устройство, построенное на основе предлагаемого способа, состоит из входного регулирующего клапана 1, фюзеляжа 2, программного блока 3, первого нормально разомкнутого ключа 4, первого блока задания 5 максимальной величины открытия входного регулирующего клапана f₁, блока коррекции 6, сумматора 7, первого и второго датчиков давления 8, 9, регулятора 10, нормально замкнутого ключа 11, второго нормально разомкнутого ключа 12, второго блока задания 13 минимальной величины открытия входного регулирующего клапана f₂, выходного клапана 14 на сбросе воздуха из фюзеляжа. Клапаны 1 и 14 соединены с фюзеляжем 2 трубопроводами. Программный блок 3 соединен входом с выходом второго датчика давления 9, первым входом регулятора 10, входом нормально замкнутого ключа 11. Программный выход блока 3 соединен со вторым входом регулятора 10 и выходом ключа 11. Управляющие входы ключей 11 и 12 соединены с выходом «b» программного блока 3. Выход «а» блока 3 соединен с управляющим входом ключа 4. Входы ключей 4 и 12 соответственно соединены с выходами первого 5 и второго 13 блоков задания величин максимального f₁ и минимального f₂ открытия клапана 1. Выходы ключей 4 и 12 объединены и подключены к первому входу блока коррекции 6, второй вход блока коррекции связан с выходом первого датчика давления 8, расположенного на трубопроводе, подводящем сжатый воздух к клапану 1. Выход блока коррекции 6 связан с первым входом сумматора 7. Второй вход сумматора 7 соединен с выходом регулятора 10. Выход сумматора 7 подключен к приводу клапана 1. Выход «с» блока 3 связан с входом обнуления регулятора 10 и приводом выходного клапана 14.

Следует отметить, что характеристика клапана 1 (см. фиг.1) имеет параболический вид (см. фиг.3):

G=Kx²,

где K - коэффициент, зависящий при закритическом перепаде давления на клапане от давления перед ним K=F(P);

x - координата положения затворного органа регулирующего клапана.

Применение клапана с равнопроцентной характеристикой, на линии подачи сжатого воздуха в фюзеляж, позволяет исключить противоречие между необходимостью подачи большого расхода воздуха на участке программного увеличения давления и точной стабилизацией давления при малых расходах воздуха на горизонтальном участке программы, т.к. при малых x производная $$\frac{dG}{dx}$$ мала, а при больших x производная $$\frac{dG}{dx}$$ значительно больше.

Реализуется способ следующим образом. От источника сжатый воздух подают на вход входного регулирующего клапана 1, обеспечивающего большой расход воздуха, подаваемого в фюзеляж 2. В начале восходящего участка программы с выхода «а» программного блока 3 подают управляющий сигнал на первый ключ 4, посредством замыкания которого с блока 5 на первый вход блока коррекции 6 подают информационный сигнал f₁, величина которого определяет необходимое для программного темпа увеличения давления положение x затворного органа клапана 1 при номинальном давлении сжатого воздуха на его входе. С выхода блока коррекции 6 информационный сигнал f₁ подают на первый вход сумматора 7. С выхода сумматора 7 сигнал f₁ подают на привод затворного органа клапана 1. Сигнал о величине давления P перед клапаном 1 измеряют первым датчиком давления 8 и при отклонении давления сжатого воздуха от номинального значения измеренный сигнал подают на второй (корректирующий) вход блока коррекции 6, тем самым изменяют величину информационного сигнала f₁ в соответствии с известной зависимостью K=F(P), так, чтобы выполнить условие G=Kx²=const.

Измененный информационный сигнал f₁ с выхода блока 6 через сумматор 7 подают на привод клапана 1 и перемещают затворный орган в новое положение, при котором сохраняют расход воздуха через клапан 1 и обеспечивают заданный программный темп увеличения давления в фюзеляже 2.

При достижении в фюзеляже 2 давления не более 98% от величины давления на горизонтальном участке (см. фиг.2) датчик давления 9 в фюзеляже, связанный своим выходом с входом программного блока 3 и первым входом регулятора 10, выдает сигнал такой величины, по которой программный блок 3 снимает управляющий сигнал с выхода «a» и вырабатывает управляющий сигнал на выходе «b».

При снятии сигнала с выхода «а» и появлении сигнала на выходе «b» контакты 4, 11 размыкают, контакты 12 замыкают и на вход блока коррекции 6 подают информационный сигнал f₂ от блока 13. Этим сигналом устанавливают не более 95% от расхода воздуха, необходимого для компенсации регламентированных утечек из фюзеляжа на горизонтальном участке трапециевидной программы испытаний. Этот сигнал определяет минимальную величину открытия входного регулирующего клапана 1. С выхода блока коррекции 6 информационный сигнал f₂ поступает на первый вход сумматора 7. На второй вход сумматора 7 подают сигнал с выхода регулятора 10, на второй вход регулятора 10 подают сигнал с программного выхода блока 3. Регулятор 10 вступает в работу, т.к. его входы за счет размыкания контакта 11 разъединяются и на них поступают сигналы от программного блока 3 и датчика давления 9. На выходе сумматора 7 формируют сумму сигналов с выхода блока коррекции 7 и регулятора 10. Суммарный сигнал подают на привод затворного органа клапана 1 и тем самым в следящем режиме поддерживают программное значение давления в фюзеляже 2 на горизонтальном участке программы. Выбор уровня давления не более 98% для перехода на реализацию горизонтального участка программы выбирают в зависимости от заданного темпа увеличения давления в фюзеляже. В процессе наладки установки выбирают величины: максимальную f₁ и минимальную f₂ открытия регулирующего клапана.

По истечении длительности горизонтального участка программы программный блок 3 задает нисходящий участок программы. Для этого он снимает сигнал с выхода «b» и формирует сигнал на выходе «c». При отсутствии сигнала «b» ключ 11 замыкают, а ключ 12 размыкают. В связи с этим сигнал на приводе входного клапана 1 снимают и клапан 1 закрывают. Сигнал с выхода «c» программного блока 3 ставит регулятор 10 в исходное положение и открывает клапан 14 на линии сброса воздуха из фюзеляжа. Давление в фюзеляже понижают до атмосферного.

В результате реализации предложенной последовательности операций повышают точность отработки программ испытаний, при этом упрощают конструкцию стендов и повышают их универсальность.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к установкам для прочностных испытаний фюзеляжей летательных аппаратов на выносливость циклическим приложением внутреннего избыточного давления, создаваемого сжатым воздухом. В процессе реализации предложенного способа увеличение давления воздуха в фюзеляже и его стабилизацию на горизонтальных участках программ обеспечивают одним и тем же входным регулирующим клапаном, имеющим равнопроцентную расходную характеристику. При этом на восходящем участке программы входной регулирующий клапан открывают на заранее заданную величину, обеспечивающую программный темп увеличения давления в фюзеляже, измеряют давление перед входным клапаном и по величине давления корректируют степень открытия клапана. На горизонтальном участке программы входной клапан прикрывают до заданной величины и управление им ведут по давлению в фюзеляже. Технический результат заключается в повышении точности отработки программ нагружения, сокращении технических средств, необходимых для создания установок такого типа, а также расширение области их применения. 3 ил.

Способ нагружения сжатым воздухом фюзеляжа летательного аппарата при испытаниях на выносливость, состоящий в том, что на восходящем участке программы испытаний подают большой расход, обеспечивающий заданный темп увеличения давления воздуха в фюзеляже, на горизонтальном участке программы подают малый расход, обеспечивающий стабилизацию давления воздуха в фюзеляже, на нисходящем участке программы прекращают подачу воздуха в фюзеляж и организуют сброс его из фюзеляжа в атмосферу, управление подачей и сбросом воздуха осуществляют автоматически, отличающийся тем, что увеличение давления воздуха в фюзеляже и его стабилизацию обеспечивают одним и тем же входным регулирующим клапаном, имеющим равнопроцентную расходную характеристику, при этом на восходящем участке программы входной регулирующий клапан открывают на заранее заданную величину, тем самым обеспечивают программный темп увеличения давления воздуха в фюзеляже, измеряют давление перед входным регулирующим клапаном, и по величине этого давления корректируют заданную степень открытия входного регулирующего клапана, при достижении в фюзеляже давления не более 98% от давления на горизонтальном участке программы входной регулирующий клапан прикрывают до величины, при которой обеспечивают расход воздуха не более 95% от регламентированной утечки его из фюзеляжа, затем управление степенью открытия входного регулирующего клапана для устранения несовпадения между регламентрованной и фактической утечками осуществляют в следящем режиме по давлению в фюзеляже, тем самым стабилизируют давление на горизонтальном участке программы, максимальную и минимальную величины открытия входного регулирующего клапана, а также величину давления воздуха в фюзеляже, при которой входной регулирующий клапан начинают прикрывать, устанавливают в процессе наладки установки.