УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ФЮЗЕЛЯЖА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА 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.

Известно устройство циклического нагружения сжатым воздухом гермофюзеляжа летательного аппарата при испытаниях на выносливость, патент РФ №788927, МПК G01M 5/00, «Устройство для усталостных испытаний фюзеляжа летательного аппарата».

В указанном устройстве 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, работающего по принципу «открыт-закрыт», ограничивает область реализуемых программ только программами пилообразной формы и снижает точность их отработки.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, описанное в патенте РФ №2416075, МПК G01M 5/00, «Установка для нагружения сжатым воздухом гермофюзеляжа летательного аппарата при испытании на выносливость». В этой установке 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 участке - малорасходный.

Для реализации перечисленных выше операций установка содержит систему циклических нагружений сжатым воздухом, состоящую из источника сжатого воздуха, трубопровода подачи сжатого воздуха в фюзеляж с параллельно расположенными на нем входными регулирующими клапанами большого и малого расхода, трубопровода сброса воздуха из фюзеляжа с расположенными на нем клапаном сброса воздуха, средствами защиты фюзеляжа от перегрузки избыточным давлением сжатого воздуха, устройством шумоглушения и средствами автоматического программного управления.

Недостатком данного устройства 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 испытаний 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, например, в источнике сжатого воздуха или на его выходе и знании расходных характеристик можно определить степень открытия клапанов, необходимую для соблюдения заданного темпа наддува фюзеляжа. Кроме того, для подачи воздуха в фюзеляж можно использовать один регулирующий клапан большого расхода с равнопроцентной характеристикой, обеспечивающий хорошую точность регулирования как на восходящем участке программы, так и на горизонтальном, что упрощает конструкцию стенда и блок программного управления, а также повышает универсальность использования установки для испытания 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 ее создания, а также расширение области применения.

Данный технический результат достигнут тем, что в установку для испытаний фюзеляжа летательного аппарата на выносливость, содержащую систему циклических нагружений сжатым воздухом, состоящую из источника сжатого воздуха, трубопровода подачи сжатого воздуха в фюзеляж с расположенным на нем входным регулирующим клапаном, трубопровода сброса воздуха из фюзеляжа с расположенными на нем клапаном сброса воздуха, средствами защиты фюзеляжа от перегрузки избыточным давлением сжатого воздуха и устройством шумоглушения, а также средств автоматического программного управления, включающих в свой состав регулятор, связанный своими входами с датчиком давления воздуха в фюзеляже и блоком задания программ, при этом в средства автоматического программного управления дополнительно введены датчик давления воздуха в источнике сжатого воздуха, блок задания высокого уровня давления, блок задания низкого уровня давления, блок сравнения высокого уровня давления, блок сравнения низкого уровня давления, блок установки максимальной степени открытия входного клапана, блок установки минимальной степени открытия входного клапана, блок коррекции, сумматор, таймер, пять ключевых элементов, один триггер, при этом выход датчика давления воздуха в фюзеляже соединен с входами обоих блоков сравнения, другие входы которых соединены с соответствующими им по названию блоками задания уровней давления, выход блока сравнения высокого уровня давления связан с входом «сброс» триггера, входом «пуск» таймера и управляющими входами второго и третьего ключевых элементов, третий ключевой элемент своими сигнальными входом и выходом соединен с входами регулятора, на вход «установка» триггера поступает сигнал «пуск», выход триггера связан с управляющим входом первого ключевого элемента, вход «сброс» таймера соединен с выходом блока сравнения низкого уровня давления, выход таймера связан с управляющими входами четвертого и пятого ключевых элементов, сигнальный вход пятого ключевого элемента связан с источником питания привода клапана сброса, а выход пятого ключевого элемента с входом привода этого клапана, сигнальный вход четвертого ключевого элемента соединен с выходом сумматора, а выход с входом привода входного клапана, выходы первого и второго ключевых элементов объединены и поданы на первый вход сумматора, другой вход сумматора соединен с выходом регулятора, входы первого и второго ключевых элементов соединены с выходами блока коррекции, сигнальные входы которого соответственно соединены с блоками установок максимальной и минимальной степени открытия входного регулирующего клапана и датчиком давления в трубопроводе подачи сжатого воздуха в фюзеляж.

На фиг.1 приведена схема предлагаемой установки, на фиг.2 программа испытаний, на фиг.3 равнопроцентная характеристика входного клапана

G=f(x),

где G - расход, как функция от положения затворного органа входного регулирующего клапана;

x - положение затворного органа входного регулирующего клапана.

Установка содержит систему циклических нагружений сжатым воздухом, включающую в свой состав источник сжатого воздуха 1, трубопровод 2, подающий сжатый воздух от источника сжатого воздуха через входной регулирующий клапан 3 в фюзеляж 4, трубопровод 5 сброса воздуха из фюзеляжа, на котором расположены клапан сброса воздуха 6, средства защиты фюзеляжа от перегрузки избыточным давлением сжатого воздуха 7 и устройство шумоглушения 8. В состав средств автоматического программного управления входят: регулятор 9, датчик 10 давления воздуха в фюзеляже, блок 11 задания программ, датчик 12 давления в источнике сжатого воздуха, блоки задания высокого и низкого уровня давления 13, 14, блоки сравнения высокого и низкого уровня давления 15, 16, блоки 17, 18 установок максимальной и минимальной степени открытия входного регулирующего клапана 3, блок коррекции 19, сумматор 20, таймер 21, пять ключевых элементов 22, 23, 24, 25, 26, триггер 27.

При этом выход датчика 10 давления воздуха в фюзеляже соединен с входами обоих блоков сравнения 15, 16, другие входы которых соединены с соответствующими им по названию блоками задания уровней давления 13, 14, выход блока сравнения высокого уровня давления 15 связан с входом «сброс» триггера 27, входом «пуск» таймера 21 и управляющими входами второго и третьего ключевых элементов 23-24, третий ключевой элемент 24 своими сигнальными входом и выходом соединен с входами регулятора 9. На вход «установка» триггера 27 поступает сигнал «пуск», выход триггера 27 связан с управляющим входом ключевого элемента 22. Вход «сброс» таймера 21 соединен с входом блока сравнения 16 низкого уровня давления, выход таймера 21 связан с управляющими входами четвертого 25 и пятого 26 ключевых элементов, сигнальный вход пятого ключевого элемента 26 связан с источником питания привода клапана сброса воздуха 6, а выход пятого ключевого элемента 26 - с входом привода этого клапана, сигнальный вход четвертого ключевого элемента 25 соединен с выходом сумматора 20, а выход - с входом привода входного клапана 3, выходы первого 22 и второго 23 ключевых элементов объединены и поданы на первый вход сумматора 20, другой вход сумматора 20 соединен с выходом регулятора 9, входы первого 22 и второго 23 ключевых элементов соединены с выходами блока коррекции 19, сигнальные входы которого соответственно соединены с блоками установок 17, 18 максимальной и минимальной степени открытия входного регулирующего клапана 3 и датчиком давления 12 в источнике сжатого воздуха 1.

Работает устройство следующим образом. По команде пуск, приходящей на вход «установка» триггера 27, на его выходе устанавливается сигнал, замыкающий первый ключевой элемент 22, в результате чего от блока 17 установки максимальной степени открытия входного регулирующего клапана на вход сумматора 20 поступает сигнал о величине открытия клапана 3. На второй вход сумматора 20 от регулятора 9 приходит нулевой сигнал, т.к. регулятор 9 не работает (входы регулятора 9 замкнуты третьим ключевым элементом 24). Надо отметить, что с выхода первого ключевого элемента 22 на вход сумматора 20 сигнал от блока 17 приходит уже скорректированный, т.к. он прошел через блок коррекции 19, который корректирует степень открытия клапана 3 по величине давления в источнике сжатого воздуха, измеряемом датчиком давления 12. С выхода сумматора 20 через замкнутый ключевой элемент 25 сигнал поступает на привод клапана 3 и открывает его на величину, обеспечивающую заданный темп наддува фюзеляжа 4 (см. фиг.2). При достижении давления в фюзеляже величины Р_ву=95±98% от требуемого по программе Р_пот срабатывает блок сравнения 15. Величина Р_ву устанавливается блоком задания 13. По сигналу с выхода блока сравнения 15 первый и третий ключевые элементы 22 и 24 размыкаются, а второй ключевой элемент 23 замыкается и включается таймер 21. В результате выполненных операций от блока установки 18 через блоки 19, 20 и четвертый ключевой элемент 25 на вход привода клапана 3 подается сигнал о минимальной степени открытия входного клапана 3, обеспечивающий 80%-90% подачи воздуха в фюзеляж, необходимого для компенсации утечек воздуха из фюзеляжа на горизонтальном участке программы (фиг.2). Для точного поддержания давления в фюзеляже Р_пот при разомкнутом ключевом элементе 24 включается в работу регулятор 9, который подает свой управляющий сигнал на второй вход сумматора 20. На выходе сумматора 20 образуется сумма постоянного сигнала, приходящего от блока 19 через ключ 25 и управляющего сигнала с регулятора 9. Здесь следует отметить, что клапан 3, обладающий равнопроцентной характеристикой (см. фиг.3), в этом режиме находится на начальном участке своей характеристики и поэтому может с высокой точностью по сигналу от регулятора 9 обеспечивать программную величину давления Р_пот, т.к. при относительно больших перемещениях затворного органа клапана 3 происходят относительно небольшие изменения расхода воздуха, поступающего в фюзеляж, что и нужно при компенсации утечек из фюзеляжа из-за его негерметичности. Кроме того, в силу достаточно большого диапазона начального участка равнопроцентной расходной характеристики клапана 3, этот клапан может компенсировать утечки в широком диапазоне, что расширяет возможности предлагаемого устройства.

Процесс стабилизации давления Р_пот происходит до тех пор, пока таймер 21, включенный по сигналу с блока сравнения 15, не выдаст сигнал Т_к. По этому сигналу замкнется пятый ключевой элемент 26 и разомкнется четвертый ключевой элемент 25, входной клапан 3 закроется, выходной клапан 6 откроется, т.к. на его привод от внешнего источника питания будет подан соответствующий сигнал. Воздух из фюзеляжа 4 через устройство шумоглушения 8 удалится в атмосферу. Когда давление в фюзеляже достигнет значения Р_ну=0,01 ати, задаваемого блоком 14, сработает блок сравнения 16, который сбросит таймер 21. Исчезнет сигнал Т_к, ключевые элементы 25, 26 и система циклических нагружений придет в исходное состояние, готовое для начала нового цикла нагружения по команде «пуск». Средства защиты 7 работают в штатном режиме и здесь не описываются.

Величина Р_ву, а также величины установок, определяющих максимальную и минимальную степень открытия входного клапана, выбирают в процессе наладки установки.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к установкам для прочностных испытаний фюзеляжа летательных аппаратов на выносливость циклическим нагружением внутренним давлением сжатого воздуха. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности отработки программ нагружения, сокращение технических средств для ее создания, а также расширение области применения. Данный технический результат достигается тем, что в установке используется один входной регулирующий клапан с равнопроцентной характеристикой, который в зависимости от участка программы пневматического нагружения, восходящий или горизонтальный, открывают в большей или меньшей степени, для чего в установку введены два блока уставок открытия клапана, два блока сравнения, два блока задания уровня давления в фюзеляже, блок коррекции, сумматор, таймер, ключевые элементы и линии связи для организации взаимодействия перечисленных функциональных элементов. 3 ил.

Установка для испытаний фюзеляжа летательного аппарата на выносливость, содержащая систему циклических нагружений сжатым воздухом, состоящую из источника сжатого воздуха, трубопровода подачи сжатого воздуха в фюзеляж с расположенным на нем входным регулирующим клапаном, трубопровода сброса воздуха из фюзеляжа с расположенными на нем клапаном сброса воздуха, средствами защиты фюзеляжа от перегрузки избыточным давлением сжатого воздуха и устройством шумоглушения, а также средств автоматического программного управления, включающих в свой состав регулятор, связанный своими входами с датчиком давления воздуха в фюзеляже и блоком задания программ, отличающаяся тем, что в средства автоматического программного управления дополнительно введены датчик давления в источнике сжатого воздуха, блок задания высокого уровня давления, блок задания низкого уровня давления, блок сравнения высокого уровня давления, блок сравнения низкого уровня давления, блок установки максимальной степени открытия входного клапана, блок установки минимальной степени открытия входного клапана, блок коррекции, сумматор, таймер, пять ключевых элементов, один триггер, при этом выход датчика давления воздуха в фюзеляже соединен с входами обоих блоков сравнения, другие входы которых соединены с соответствующими им по названию блоками задания уровней давления, выход блока сравнения высокого уровня давления связан с входом «сброс» триггера, входом «пуск» таймера и управляющими входами второго и третьего ключевых элементов, третий ключевой элемент своими сигнальными входом и выходом соединен с входами регулятора, на вход «установка» триггера поступает сигнал «пуск», выход триггера связан с управляющим входом первого ключевого элемента, вход «сброс» таймера соединен с выходом блока сравнения низкого уровня давления, выход таймера связан с управляющими входами четвертого и пятого ключевых элементов, сигнальный вход пятого ключевого элемента связан с источником питания привода клапана сброса, а выход пятого ключевого элемента - с входом привода этого клапана, сигнальный вход четвертого ключевого элемента соединен с выходом сумматора, а выход - с входом привода входного клапана, выходы первого и второго ключевых элементов объединены и поданы на первый вход сумматора, другой вход сумматора соединен с выходом регулятора, входы первого и второго ключевых элементов соединены с выходами блока коррекции, сигнальные входы которого соответственно соединены с блоками установок максимальной и минимальной степени открытия входного регулирующего клапана и датчиком давления в трубопроводе подачи сжатого воздуха в фюзеляж.