УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИКАЦИИ СРЫВА ПОТОКА НА ЛОПАСТЯХ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА Российский патент 2015 года по МПК B64D43/02 B64C27/46 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к системе контроля технического состояния деталей и узлов конструкции вертолета.

Преимущественная область применения изобретения - информирование пилота вертолета о стадиях проявления срыва воздушного потока на лопастях несущего винта для установления пилотом оптимального режима полета вертолета, а также получение и хранение информации о фактически действующих в полете нагрузках на силовых агрегатах вертолета.

Известно устройство для индикации срыва воздушного потока с лопастей несущего винта вертолета (Авт. св. №940428, МПК B64C 27/46, приоритет 05.06.80.), которое содержит: датчик угла атаки, установленный на передней кромке лопасти, два дифференциальных датчика давления, блок преобразования информации датчика, электромеханическую следящую систему, индикатор со стрелкой текущего угла атаки, вычислитель максимально допустимого угла атаки. Кроме того, устройство содержит схему формирования прямоугольного импульса, вращающийся трансформатор, делитель напряжения, постоянный магнит, геркон, постоянный магнит и вращающийся трансформатор размещены на валу лопасти, датчик угла атаки выполнен в виде сферической насадки с тремя дренажными отверстиями, расположенными под углом 45° друг к другу.

Недостатками аналога являются его конструктивная сложность, обусловленная необходимостью размещения сферической насадки на аэродинамической поверхности лопасти винта вертолета, что искажает поверхность лопасти винта, и необходимостью размещения дифференциальных датчиков давления на вращающихся частях вертолета, что затрудняет процесс съема сигналов датчиков.

Общие признаки аналога и изобретения наличие: датчиков, сигналы которых изменяются в зависимости от появления срыва воздушного потока с лопастей несущего винта вертолета, блока-регистратора и индикатора на панели пилота, информирующего пилота о стадиях срыва.

Наиболее близким аналогом - прототипом изобретения является устройство для определения срыва воздушного потока с аэродинамической поверхности (Авт. св. №1172203, МПК B64D 43/02, приоритет 13.03.84.), которое содержит датчик - чувствительный элемент, выполненный в виде нанесенных на немагнитную подложку клиновидного токопроводящего основания, изоляционной пленки, ферромагнитной пленки и изоляционной пленки с контактами, соединенными группами между собой, и регистратором, а также генератор переменного напряжения. Кроме того, прототип содержит генератор тока, прямоугольную пластину из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением и транзистор. Чувствительный элемент датчика нанесен на прямоугольную металлическую пластину из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, которую размещают параллельно хорде аэродинамической поверхности от ее задней кромки до точки максимальной толщины профиля, подключают к генератору тока.

Недостатками прототипа являются его конструктивная сложность, необходимость размещения датчиков на вращающихся частях вертолета, что усложняет процесс съема сигналов датчиков срыва воздушного потока с лопастей винта.

Общие признаки аналога и изобретения наличие: датчиков, сигналы которых изменяются в зависимости от стадий появления срыва воздушного потока с лопастей винта вертолета, блока-регистратора и индикатора на панели пилота, информирующего пилота о стадиях срыва.

Техническим результатом изобретения является устранение недостатков аналогов, обеспечение безопасности полета вертолета путем контроля пилотом за эксплуатационными перегрузками на деталях автомата перекоса, возникающими при срывных явлениях на лопастях несущего винта вертолета и проявляющимися в виде избыточного напряжения на невращающихся деталях автомата перекоса за счет срыва воздушного потока с лопастей винта вертолета, кроме того, обеспечение сбора и хранения информации о фактически действующих нагрузках на силовых агрегатах вертолета в системе управления вертолетом в полете с последующей интерпретацией данных в наземных условиях.

Технический результат изобретения достигается за счет размещения на невращающихся деталях автомата перекоса волоконно-оптических тензодатчиков на основе брэгговской решетки и использования бортового волоконно-оптического регистратора-накопителя информации, которая снимается с волоконно-оптических тензодатчиков.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показаны места размещения волоконно-оптических тензодатчиков на поверхностях невращающихся деталей автомата перекоса.

На фиг.2 представлена структурная схема устройства для индикации стадий срыва воздушного потока и размещение блоков устройства на вертолете.

На фиг.3 представлена функциональная схема блока-регистратора.

На фигурах введены обозначения:

1 - волоконно-оптические тензодатчики;

2 - качалка продольного управления циклическим шагом установки лопастей вертолета;

3 - качалка поперечного управления циклическим шагом установки лопастей вертолета;

4 - рычаг общего шага установки лопастей вертолета;

5 - волоконно-оптический соединитель;

6 - волоконно-оптический кабель;

7 - автомат перекоса;

8 - блок-регистратор;

9 - электрическая шина передачи данных о стадии срыва потока;

10 - панельный индикатор стадий срыва потока;

11 - блок волоконно-оптической коммутации;

12 - блок источника света;

13 - блок хранения информации;

14 - блок электропитания;

15 - блок анализа информации;

16 - блок спектрального анализа;

17 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).

Технический результат изобретения обеспечивается благодаря тому, что устройство для индикации срыва воздушного потока на лопастях несущего винта вертолета содержит не менее двух волоконно-оптических тензодатчиков 1, каждый из которых имеет свою полосу рабочих частот в спектре излучений блока источника света 12.

Кроме того, устройство индикации срыва содержит: волоконно-оптический соединитель 5, который имеет оптический вход-выход и не менее двух оптических выходов-входов, регистратор 8 содержит: блок 11 волоконно-оптической коммутации, блок 12 источника света, блок 13 хранения информации, блок 14 электропитания, блок 15 анализа информации, блок 16 спектрального анализа и цифро-аналоговый преобразователь 17 (фиг.2 и 3).

Волоконно-оптические тензодатчики 1 предназначены для преобразования деформации чувствительного участка оптоволокна в изменение спектра оптического сигнала, отраженного от него. Причем каждый тензодатчик 1 имеет оптический вход-выход и свою узкую рабочую полосу частот, в полосе спектра излучений блока источника света 12, и оптический вход-выход.

Тензодатчики 1 жестко закреплены на внешней поверхности невращающихся деталей автомата перекоса вертолета 7, таких как качалка продольного управления 2, и(или) качалка поперечного управления 3, и(или) рычаг общего шага 4. Крепление тензодатчиков 1 может быть произведено, например, путем их приклеивания к поверхности деталей автомата перекоса. Тензодатчики 1 могут быть выполнены, например, на основе волоконно-оптических брэгговских решеток (RU, патент на полезную модель №77420, 2008) (фиг.1).

Волоконно-оптический соединитель 5 представляет собой оптическое устройство с входом-выходом и двумя или более выходами-входами, который служит для суммирования оптических сигналов волоконно-оптических тензодатчиков 1, поступающих на его выходы-входы. Соединитель 5 имеет герметичный металлический корпус с оптическими разъемами. Основным элементом соединителя 5 является волоконно-оптический сплитер, например, типа OFC, фирмы МАКРОТЕЛ Россия.

Волоконно-оптический кабель 6 выполнен на основе стандартного одномодового волоконно-оптического световода, соединяющего один оптический вход-выход соединителя 5 с входом-выходом блока регистратора 8, и служит для передачи оптического излучения волоконно-оптическим тензодатчикам 1 и суммы отраженных оптических сигналов волоконно-оптических тензодатчиков 1 на вход-выход блока-регистратора 8 (фиг.2, 3).

Блок-регистратор 8 (фиг.3), функциями которого является генерация оптического излучения и обработка сигналов с волоконно-оптических тензодатчиков 1 с выдачей электрического сигнала панельному индикатору 10, имеет электрический выход аналогово сигнала и оптический выход-вход.

Блок 8 размещается на борту вертолета и входит в состав системы бортовых измерений. Кроме того, в блоке 8 хранится информация о силовых нагрузках на частях вертолета, на которых установлены тензодатчики 1, действующие в процессе полета вертолета. В состав блока-регистратора 8 входят:

- блок 11 волоконно-оптической коммутации, который имеет оптический вход от источника света, оптический выход-вход, который является выходом-входом оптического сигнала блока-регистратора 8, и оптический выход. Блок 11 может быть выполнен как волоконно-оптический циркулятор типа CIRC 3, фирмы Bayspec, США;

- блок источника света 12 имеет вход электропитания, цифровые вход и выход и выход оптического сигнала, может быть выполнен как волоконно-оптический широкополосный источник света MWLS-C-1550-080-SM-FA, фирмы Bayspec, США;

- блок 13 хранения информации о нагрузках, действующих на невращающихся деталях автомата перекоса, имеет вход электропитания, цифровые вход и выход и может быть выполнен в виде твердотельного накопителя (флеш-памяти);

- блок электропитания 14 имеет пять выводов электропитания и может быть выполнен как источник питания D-30A фирмы Mean Well;

- блок 15 анализа информации имеет три пары цифровых входов и выходов, вход электропитания, выход электрического сигнала для работы индикатора 10 стадий срыва потока и может быть выполнен типа одноплатного компьютера CoreModule 920;

- блок спектрального анализа 16 имеет вход электропитания, оптический вход, цифровой вход и цифровой выход и может быть выполнен как волоконно-оптический спектрометр типа FBGA-E-1510-1590-FA, фирмы Bayspec, США;

- цифроаналоговый преобразователь 17 (ЦАП) имеет вход цифрового сигнала и выход аналогово-электрического сигнала.

Электрическая шина передачи данных 9 представляет собой электрический кабель для передачи электрического сигнала ЦАП 17 панельному индикатору 10.

Панельный индикатор 10 служит для информирования пилота о стадиях срыва воздушного потока на лопастях несущего винта вертолета и устанавливается на приборной доске в кабине вертолета. Индикатор 10 может быть выполнен, например, в виде двухцветного табло со стрелкой - указателем стадии срыва. Например, стрелка на зеленой половине табло «Нормальный режим», на красной половине - «Срыв потока».

Соединение блоков устройства

Входы-выходы оптических сигналов тензодатчиков 1 соединены с соответствующими выходами-входами оптических сигналов волоконно-оптического соединителя 5, вход-выход оптических сигналов которого соединен с выходом-входом оптического сигнала блока 11 волоконно-оптической коммутации, выход оптического сигнала которого соединен с входом оптического сигнала блока спектрального анализ 16, вход оптического сигнала блока 11 соединен с выходом оптического сигнала источника света 12 (фиг.1, 3).

Первая пара выходов и входов электрического цифрового сигнала блока 15 анализа информации соединена соответственно с входом и выходом электрического цифрового сигнала блока 12 источника света, вторая пара выходов и входов электрического цифрового сигнала соединена соответственно с входом и выходом блока 16 спектрального анализа, а третья пара выходов и входов электрического цифрового сигнала блока 15 соединена соответственно с входом и выходом блока 13 хранения информации.

Цифровой выход блока 15 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 17, электрический аналоговый выход которого соединен с входом индикатора 10, а выводы блока питания 14 соединены с входами питания блоков: источника света 12, хранения информации 13, анализа информации 15, блок спектрального анализа 16 и цифроаналогового преобразователя 17.

Обратные электрические связи блоков 12 и 16 необходимы для определения их работоспособности.

Устройство по изобретению работает следующим образом.

Включают блок 14 электропитания, при этом электропитание подается на блоки 12, 13, 15, 16 и 17 блока-регистратора 8.

Блок источника света 12 генерирует оптическое излучение, которое через блок 11 оптической коммутации, волоконно-оптический кабель 6 и волоконно-оптический соединитель 5 поступает на входы-выходы тензодатчиков 1, отражается от тензодатчиков 1 и через волоконно-оптический соединитель 5, волоконно-оптический кабель 6 возвращается в блок 11 и через его оптический выход поступает на оптический вход блока 16 спектрального анализа.

При воздействии внешних механических нагрузок на части вертолета с тензодатчиками 1 изменяется спектр отраженного от них оптического излучения. Изменение спектра отраженного излучения несет информацию о механических нагрузках, которые испытывают части вертолета, на которых установлены тензодатчики 1, причем каждому тензодатчику 1 соответствует определенная полоса спектра излучения блока источника света 12. Сигналы всех тензодатчиков 1 по мощности суммируются в волоконно-оптическом соединителе 5 и передаются через волоконно-оптический кабель 6 блоку-регистратору 8.

В блоке 16 спектры отражения оптического излучения от каждого тензодатчика 1 преобразуются в цифровой сигнал и поступают на вход второй цифровой пары блока 15 анализа информации, где сигнал анализируется путем пересчета изменения спектра оптического сигнала от каждого тензодатчика 1 в действующую на деталях автомата перекоса нагрузку по заранее известным зависимостям, полученным при тарировке тензодатчиков 1, преобразуются в цифровой электрический сигнал и передается блоку 17 ЦАП (фиг.3).

Аналоговый электрический сигнал, несущий информацию о механических нагрузках контролируемых частей вертолета, по электрической шине 9 передачи данных поступает с выхода ЦАП 17 на вход индикатора 10 срыва воздушного потока (фиг.2), по величине которого пилот определяет стадию срыва воздушного потока на лопастях несущего винта вертолета.

Полученные данные о нагрузках на частях автомата перекоса вертолета оцифровываются и параллельно передаются блоку хранения информации 13, который преобразует цифровой сигнал в аналоговый о действующей на автомат перекоса суммарной нагрузке панельному индикатору 10 через электрическую шину 9 передачи данных. Резкое увеличение амплитуды динамической и статической составляющих действующих нагрузок на невращающиеся детали автомата перекоса вертолета свидетельствует о стадиях срыва воздушного потока на лопастях несущего винта вертолета, на основании которых пилот принимает решение по управлению вертолетом для недопущения срыва потока воздуха с несущего винта вертолета.

Практическая реализация изобретения

Технический результат изобретения достигнут благодаря тому, что устройство для индикации срыва воздушного потока на лопастях несущего винта вертолета выполнено по схемам фиг.1, 2 и 3 для серийно выпускаемого вертолета. В качестве комплектующих изделий устройства по изобретению использованы детали и устройства, приведенные в тексте описания изобретения как пример.

Отличительные признаки изобретения

Датчики выполнены в виде волоконно-оптических тензодатчиков 1 с оптическим входом-выходом, каждый из которых имеет свою полосу рабочих частот в спектре излучений блока источника света 12, которые жестко закреплены на поверхностях невращающихся деталей автомата перекоса 7 вертолета, таких как качалка продольного управления циклическим шагом 2, и(или) качалка поперечного управления циклическим шагом 3, и(или) рычаг управления общего шага 4, волоконно-оптический соединитель 5 имеет оптический вход-выход и не менее двух оптических выходов-входов.

Регистратор 8 содержит: блок 11 волоконно-оптической коммутации, блок 12 источника света, блок 13 хранения информации, блок 14 электропитания, блок 15 анализа информации, блок 16 спектрального анализа и цифроаналоговый преобразователь 17.

Блок 11 волоконно-оптической коммутации имеет выход-вход оптического сигнала.

Блок источника света 12 имеет вход питания, выход оптического сигнала, вход и выход цифрового электрического сигнала.

Блок 13 хранения информации имеет вход электропитания вход и выход цифровых сигналов.

Блок 15 анализа информации имеет вход электропитания, три пары входов и выходов прямой и обратной связи электрических цифровых сигналов и выход электрического цифрового сигнала.

Блок 16 спектрального анализа имеет вход электропитания, вход оптического сигнала, выход и вход электрического цифрового сигнала.

Цифроаналоговый преобразователь 17 имеет входы электропитания и электрического цифрового сигнала и выход электрического аналогового сигнала.

Блок 14 электропитания имеет пять выводов электропитания.

Входы-выходы оптических сигналов тензодатчиков 1 соединены с соответствующими выходами-входами оптических сигналов волоконно-оптического соединителя 5, вход-выход оптических сигналов которого соединен с выходом-входом оптического сигнала блока 11 волоконно-оптической коммутации, выход оптического сигнала которого соединен с входом оптического сигнала блока спектрального анализ 16, вход оптического сигнала блока 11 соединен с выходом оптического сигнала источника света 12.

Первая пара выходов и входов электрического цифрового сигнала блока 15 анализа информации соединена соответственно с входом и выходом электрического цифрового сигнала блока 12 источника света, вторая пара выходов и входов электрического цифрового сигнала соединена соответственно с входами и выходами блока 16 спектрального анализа, а третья пара выходов и входов электрического цифрового сигнала блока 15 соединена соответственно с входом и выходом блока 13 хранения информации.

Цифровой выход блока 15 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 17, электрический аналоговый выход которого соединен с входом индикатора 10, а выводы блока питания 14 соединены с входами питания блоков: источника света 12, хранения информации 13, анализа информации 15, блок спектрального анализа 16 и цифроаналогового преобразователя 17 (фиг.1, 2 и 3).

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам индикации об опасных режимах полета. Устройство для индикации срыва потока на лопастях вертолета содержит блок волоконно-оптической коммутации, блок источника света, блок хранения информации, блок электропитания, блок анализа информации, блок спектрального анализа и цифроаналоговый преобразователь, блок-регистратор, индикатор, волоконно-оптический соединитель и два или более волоконно-оптических тензодатчиков, каждый из которых имеет свою полосу рабочих частот в спектре излучения блока источника света. Тензодатчики установлены на поверхности невращающихся деталей автомата перекоса вертолета. Выходные сигналы тензодатчиков изменяются в зависимости от стадий появления срыва воздушного потока на лопастях несущего винта вертолета и передаются блок-регистратору, установленному на борту вертолета. Индикатор стадий срыва установлен на панели управления вертолетом для информирования летчика о стадиях срыва потока на лопастях. Повышается безопасность при выполнении полетов вертолета и достигается возможность контроля пилотом эксплуатационных перегрузок на деталях автомата перекоса. 3 ил.

Устройство для индикации срыва потока на лопастях вертолета, содержащее: не менее двух датчиков, выходные сигналы которых изменяются в зависимости от стадий появления срыва воздушного потока на лопастях несущего винта вертолета, регистратор и индикатор, информирующий пилота о стадиях срыва воздушного потока на лопастях несущего винта вертолета, который установлен на панели управления вертолетом, отличающееся тем, что датчики выполнены в виде волоконно-оптических тензодатчиков (1) с оптическим входом-выходом, каждый из которых имеет свою полосу рабочих частот в спектре излучений блока источника света (12), которые жестко закреплены на поверхностях невращающихся деталей автомата перекоса (7) вертолета, таких как качалка продольного управления циклическим шагом (2) и(или) качалка поперечного управления циклическим шагом (3) и(или) рычаг управления общего шага (4), волоконно-оптический соединитель (5), и имеют оптический вход-выход и не менее двух оптических выходов-входов, кроме того, регистратор (8) содержит: блок (11) волоконно-оптической коммутации, блок (12) источника света, блок (13) хранения информации, блок (14) электропитания, блок (15) анализа информации, блок (16) спектрального анализа и цифроаналоговый преобразователь (17), причем блок (11) волоконно-оптической коммутации имеет выход-вход оптического сигнала, блок источника света (12) имеет вход питания, выход оптического сигнала, вход и выход цифрового электрического сигнала, блок (13) хранения информации имеет вход электропитания вход и выход цифровых сигналов, блок (15) анализа информации имеет вход электропитания, три пары входов и выходов прямой и обратной связи электрических цифровых сигналов и выход электрического цифрового сигнала, блок (16) спектрального анализа имеет вход электропитания, вход оптического сигнала, выход и вход электрического цифрового сигнала, цифроаналоговый преобразователь (17) имеет входы электропитания и электрического цифрового сигнала и выход электрического аналогового сигнала, блок (14) электропитания имеет пять выводов электропитания, кроме того, входы-выходы оптических сигналов тензодатчиков (1) соединены с соответствующими выходами-входами оптических сигналов волоконно-оптического соединителя (5), вход-выход оптических сигналов которого соединен с выходом-входом оптического сигнала блока (11) волоконно-оптической коммутации, выход оптического сигнала которого соединен с входом оптического сигнала блока спектрального анализ (16), вход оптического сигнала блока (11) соединен с выходом оптического сигнала источника света (12), причем первая пара выходов и входов электрического цифрового сигнала блока (15) анализа информации соединена соответственно с входом и выходом электрического цифрового сигнала блока (12) источника света, вторая пара выходов и входов электрического цифрового сигнала соединена соответственно с входом и выходом блока (16) спектрального анализа, а третья пара выходов и входов электрического цифрового сигнала блока (15) соединена соответственно с входом и выходом блока (13) хранения информации, кроме того, цифровой выход блока (15) соединен с выходом цифроаналогового преобразователя (17), электрический аналоговый выход которого соединен с входом индикатора (10), а выводы блока питания (14) соединены с входами питания блоков: источника света (12), хранения информации (13), анализа информации (15), блок спектрального анализа (16) и цифроаналогового преобразователя (17).