УСТРОЙСТВО ПНЕВМАТИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ ФЮЗЕЛЯЖА САМОЛЕТА ПРИ ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ НА РЕСУРС Российский патент 2016 года по МПК G01M5/00 

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

Известно устройство циклического нагружения сжатым воздухом гермофюзеляжа летательного аппарата при испытаниях на выносливость, патент РФ, МПК G01M 5/00, №788927 «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 двух штуцеров для пневматического нагружения, работающих 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, МПК G01M 5/00, №2416075 «Установка для нагружения сжатым воздухом гермофюзеляжа летательного аппарата при испытании на выносливость». В этой установке при испытаниях гермофюзеляжа 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 циклы программы нагружения отрабатывают блоком программного управления, управляющим всеми клапанами устройства, как подающими сжатый воздух в гермофюзеляж, так и сбрасывающими воздух из него в атмосферу. В блок программного управления входят регулятор, задатчик программы нагружения и командоаппарат. На восходящем и нисходящем участках программы работают большерасходные клапаны, а на горизонтальном участке работает малорасходный трехходовой клапан, позволяющий соединять полость гермофюзеляжа либо с источником воздуха, либо с атмосферой.

Для реализации перечисленных функций установка включает в себя устройство для создания циклических нагрузок сжатым воздухом, состоящее из источника сжатого воздуха, основного трубопровода подачи сжатого воздуха в фюзеляж с расположенными на нем стабилизатором давления «после себя» и входным большерасходным регулирующим клапаном, байпасного трубопровода с малорасходным трехходовым регулирующим клапаном, трубопровода сброса воздуха из фюзеляжа с расположенным на нем выпускным клапаном и указанных выше средств автоматического программного управления клапанами, в том числе регулятора, соединенного с датчиком давления воздуха в фюзеляже.

Недостатком данного устройства нагружения является последовательное расположение на линиях подачи воздуха в фюзеляж стабилизатора давления «после себя» и регулирующих клапанов, управляемых блоком программного управления и обеспечивающих подачу воздуха в фюзеляж при автоматической отработке программ нагружения. Последовательное включение двух контуров автоматического регулирования одного потока воздуха, подаваемого в фюзеляж, приводит к их взаимовлиянию, что влечет за собой ухудшение точности реализации программ испытаний вплоть до возникновения колебательного режима. Использование малорасходного трехходового регулирующего клапана для обеспечения требующейся высокой точности стабилизации давления в фюзеляже на горизонтальном участке программы испытаний, соответствующем крейсерскому режиму полета, ограничивается диапазоном компенсируемых этим клапаном утечек воздуха из испытываемого фюзеляжа. На горизонтальном участке программы испытаний фюзеляж подвергается действию максимальных нагрузок и даже малое их изменение существенно сказывается на достоверности определяемого ресурса. Для реализации процессов регулирования давления на крейсерском режиме с необходимой высокой точностью величина утечек не должна превышать пропускную способность этого малорасходного клапана, хотя в процессе ресурсных испытаний негерметичность фюзеляжа, как правило, увеличивается, и утечки могут существенно превысить производительность установленного регулирующего клапана. Наблюдаемое при этом снижение точности регулирования давления вызывает необходимость остановки испытаний и проведения мероприятий по уплотнению фюзеляжа или по компенсации утечек. Кроме того, известное решение требует ненужных дополнительных затрат на средства автоматического управления, потому что при наличии стабилизатора давления перед клапанами, подающими сжатый воздух в фюзеляж в закритическом режиме истечения, нет необходимости в непрерывном управлении ими. Отпадает при этом необходимость применения сложного блока программного управления всеми клапанами. При известном постоянном давлении перед клапаном по его расходной характеристике можно определить степень открытия клапана, необходимую для соблюдения заданного темпа наддува фюзеляжа. При таком подходе снимается также проблема взаимного динамического взаимодействия контуров регулирования давления на выходе источника воздуха и в фюзеляже. Точное поддержание давления на горизонтальном участке программы испытаний можно обеспечить регулятором давления в фюзеляже с малорасходным двухходовым регулирующим органом (клапаном), заменив им трехходовой регулирующий клапан, так как сброс воздуха в атмосферу через этот клапан при конструктивной негерметичности фюзеляжа не нужен.

Расширение диапазона компенсации утечек воздуха, изменяющихся в ходе испытаний фюзеляжей с разной начальной негерметичностью, можно обеспечить частичным дополнительным перемещением затвора большерасходного впускного клапана, связав нужную, компенсирующую, степень его открытия или закрытия с положением затвора малорасходного клапана при регулировании давления в фюзеляже на горизонтальном участке программы нагружения. Такое решение, связывающее положения затворов малорасходного и большерасходного клапанов, позволяет ввести в систему регулирования давления функцию автоматической самонастройки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности нагружения (наддува) фюзеляжа внутренним избыточным давлением при отработке трапециевидных испытательных программ нагружения в процессе прочностных испытаний фюзеляжа на ресурс, увеличение длительности непрерывной работы устройства циклического пневматического нагружения в процессе испытаний, уменьшение расхода воздуха на испытания, повышение уровня автоматизации процесса ресурсных испытаний и универсальность применения предлагаемого устройства для испытаний гермоотсеков, существенно различающихся как по объемам, так и по степени их негерметичности.

Данный технический результат достигают тем, что в устройство пневматического нагружения фюзеляжа самолета при прочностных испытаниях на ресурс, состоящее из источника сжатого воздуха, основного трубопровода подачи сжатого воздуха в фюзеляж с последовательно расположенными на нем стабилизатором давления после себя и большерасходным нормально закрытым впускным клапаном, байпасного трубопровода, соединяющего источник сжатого воздуха с фюзеляжем через малорасходный нормально закрытый регулирующий клапан, регулятора, соединенного с датчиком давления в фюзеляже, задатчика программы нагружения и командоаппарата, а также трубопровода для сброса воздуха из фюзеляжа с расположенным на нем нормально открытым выпускным клапаном, соединенным своими управляющими входами с выходами командоаппарата, дополнительно введены датчик положения затвора малорасходного регулирующего клапана, сумматор, интегратор, логический элемент "И", семь нормально открытых ключей, переключатель, восемь триггеров, пять компараторов, восемь задатчиков, соединенные так, что управляющий вход большерасходного впускного клапана подключен к выходу сумматора, один вход которого соединен через первый ключ с первым задатчиком, выдающим сигнал начального открытия впускного клапана на восходящем участке программы нагружения, а другой вход сумматора соединен через второй ключ с выходом интегратора, на прямой вход которого через третий ключ подключен второй задатчик, задающий скорость открытия впускного клапана, а на инверсный вход через четвертый ключ подключен третий задатчик, задающий скорость закрытия впускного клапана, при этом управляющий вход первого ключа соединен с выходом первого триггера, управляющий вход второго ключа соединен с выходом второго триггера, управляющий вход третьего ключа соединен с выходом третьего триггера, управляющий вход четвертого ключа соединен с выходом четвертого триггера через пятый ключ, управляющий вход которого соединен с выходом пятого триггера, входы установки первого, второго и восьмого триггеров подключены к второму выходу командоаппарата, управляющий вход малорасходного регулирующего клапана соединен с выходом регулятора через шестой ключ, вход задания регулятора подключен к выходу переключателя, на первый сигнальный вход которого подключен датчик давления в фюзеляже, а на второй сигнальный вход подключен задатчик программы нагружения, задающий уровень давления, соответствующий режиму крейсерского полета, при этом управляющие входы шестого ключа и переключателя соединены с выходом шестого триггера, входы установки шестого и седьмого триггеров, а также вход командоаппарата и вход сброса первого триггера подключены к выходу первого компаратора, инверсный вход которого соединен с четвертым задатчиком, задающим уровень давления в фюзеляже, при котором закрывается большерасходный впускной клапан, а прямой вход первого компаратора через седьмой ключ соединен с датчиком давления в фюзеляже, управляющий вход седьмого ключа связан с выходом восьмого триггера, датчик положения затвора малорасходного регулирующего клапана подключен к прямым входам второго и четвертого компараторов и к инверсным входам третьего и пятого компараторов, причем на инверсный вход второго компаратора подключен пятый задатчик, задающий величину максимального открытия затвора малорасходного регулирующего клапана, на прямой вход третьего компаратора подключен шестой задатчик, устанавливающий положение автоматического возврата затвора регулирующего клапана после его максимального открытия, на инверсный вход четвертого компаратора подключен седьмой задатчик, устанавливающий положение автоматического возврата затвора регулирующего клапана после его минимального открытия, и на прямой вход пятого компаратора подключен восьмой задатчик, задающий величину минимального открытия затвора малорасходного регулирующего клапана, выход второго компаратора соединен с входом установки третьего триггера, выход третьего компаратора соединен с входом сброса третьего триггера, выход четвертого компаратора соединен с входом сброса четвертого триггера и с одним из входов логического элемента "И", выход пятого компаратора соединен с входом установки четвертого триггера, а другой вход логического элемента "И" соединен с выходом седьмого триггера, выход логического элемента "И" подсоединен к входу установки пятого триггера, причем входы сброса второго, пятого, шестого седьмого и восьмого триггеров соединены с третьим выходом командоаппарата.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства, а на фиг. 2 приведены циклы программы изменения давления в фюзеляже при ресурсных испытаниях.

Устройство содержит источник сжатого воздуха 1, основной трубопровод 2, подающий воздух в фюзеляж 3 от источника 1 через стабилизатор давления после себя 4 и большерасходный нормально закрытый впускной клапан 5, байпасный трубопровод 6, соединяющий источник сжатого воздуха с фюзеляжем 3 через малорасходный нормально закрытый регулирующий клапан 7, трубопровод сброса воздуха из фюзеляжа 8, на котором расположен нормально открытый выпускной клапан 9, командоаппарат 10, регулятор давления 11, датчик давления в фюзеляже 12, датчик положения затвора малорасходного клапана 13, сумматор 14, интегратор 15, переключатель 16, семь нормально открытых ключей 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, восемь триггеров 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, пять компараторов 32, 33, 34, 35, 36, девять задатчиков 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 и логический элемент "И" 46.

Эти компоненты в устройстве соединены следующим образом.

Управляющий вход нормально закрытого впускного клапана 5 подключен к выходу сумматора 14, один вход которого соединен через первый ключ 17 с первым задатчиком 37, выдающим сигнал начального открытия клапана, а другой вход сумматора 14 соединен с выходом интегратора 15 через второй ключ 18, сигнал с которого вызывает дополнительные перемещения клапана 5, компенсирующие утечки воздуха из фюзеляжа.

На прямой вход интегратора через третий ключ 19 подключен второй задатчик 38, задающий скорость открытия клапана 5 при компенсации утечек воздуха из фюзеляжа. На инверсный вход интегратора 15 через четвертый ключ 20 подключен третий задатчик 39, задающий скорость закрытия клапана 5 при компенсации утечек воздуха из фюзеляжа.

Управляющие входы нормально открытого выпускного клапана 9 соединены с выходами S₁ и S₃ командоаппарата 10.

Управляющий вход малорасходного клапана 7 соединен с выходом регулятора 11 через шестой ключ 22. Вход обратной связи регулятора 11 соединен с выходом датчика давления 12 в фюзеляже 3, вход задания регулятора 11 подключен к выходу переключателя 16, на первый сигнальный вход которого подключен датчик давления 12, а на второй сигнальный вход которого подключен задатчик программы нагружения 40, задающий уровень давления в фюзеляже, соответствующий режиму крейсерского полета. Управляющие входы шестого ключа 22 и переключателя 16 соединены с выходом шестого триггера 29. Входы установки шестого 29 и седьмого 30 триггеров, а также вход командоаппарата 10 и вход сброса первого триггера 24 подключены к выходу первого компаратора 32. Инверсный вход первого компаратора 32 соединен с четвертым задатчиком 41, задающим уровень давления в фюзеляже, при котором прекращают наполнение фюзеляжа воздухом, для чего закрывают большерасходный впускной клапан 5. Прямой вход первого компаратора 32 через седьмой ключ 23 соединен с выходом датчика давления 12. Управляющий вход седьмого ключа 23 связан с выходом восьмого триггера 31. Вход установки восьмого триггера 31 подключен ко второму выходу командоаппарата 10, а вход сброса восьмого триггера 31 - к третьему выходу командоаппарата 10.

В схеме самонастройки положения затвора малорасходного клапана 7 выход датчика положения 13 затвора соединен с прямыми входами второго компаратора 33 и четвертого компаратора 35, а также с инверсными входами третьего компаратора 34 и пятого компаратора 36. На инверсный вход второго компаратора 33 подключен пятый задатчик 42, устанавливающий величину максимального открытия затвора клапана 7, при котором включается компенсирующее открытие клапана 5. На прямой вход третьего компаратора 34 подключен шестой задатчик 43, устанавливающий положение затвора клапана 7, при котором компенсирующее открытие клапана 5 прекращается. На инверсный вход четвертого компаратора 35 подключен седьмой задатчик 44, устанавливающий положение клапана 7, при котором прекращается компенсирующее закрытие клапана 5. На прямой вход пятого компаратора 36 подключен восьмой задатчик 45, устанавливающий величину минимального открытия затвора клапана 7, при котором включается компенсирующее закрытие клапана 5. Выход второго компаратора 33 подключен к входу установки третьего триггера 26, выход третьего компаратора 34 подключен к входу сброса третьего триггера 26, а выход третьего триггера 26 соединен с управляющим входом третьего ключа 19, через который проходит сигнал задания скорости корректирующего открытия впускного клапана 5. Выход четвертого компаратора 35 подключен к входу сброса четвертого триггера 27 и к одному из входов элемента "И" 46, выход пятого компаратора 36 подключен к входу установки четвертого триггера 27, выход четвертого триггера 27 соединен с управляющим входом четвертого ключа 20 через пятый ключ 21, причем управляющий вход ключа 21 соединен с выходом пятого триггера 28. Другой вход элемента "И" 46 соединен с выходом седьмого триггера 30, а выход элемента "И" 46 соединен с входом установки пятого триггера 28.

Второй выход S₂ командоаппарата 10 соединен с входами установки первого триггера 24 и второго триггера 25. Выход первого триггера 24 подключен к управляющему входу первого ключа 17. Выход второго триггера 25 подключен к управляющему входу второго ключа 18. Третий выход S₃ командоаппарата 10 подключен к входам сброса второго триггера 25, пятого триггера 28, шестого триггера 29 и восьмого триггера 31.

Работает устройство следующим образом. Предварительно перед началом зачетных испытаний производится наладка и настройка его функциональных элементов. В исходном состоянии ключи 17, 18, 19, 20, 21, 22 и 23 разомкнуты. Интегратор 15 настроен на нулевой выходной сигнал. Переключатель 16 замыкает входы регулятора 11. Клапаны 5 и 7 закрыты, а клапан 9 открыт. Стабилизатор "после себя" 4 настроен на давление, обеспечивающее закритическое истечение воздуха через впускной клапан 5. Задатчики 37-45 настроены так, что их сигналы задают следующие величины:

первый задатчик (Зд1) 37 - начальное открытие затвора впускного клапана 5, обеспечивающее необходимую скорость изменения давления на восходящем участке программы нагружения;

второй задатчик (Зд2) 38 - скорость компенсирующего открытия затвора впускного клапана 5 на горизонтальном участке программы нагружения;

третий задатчик (Зд3) 39 - скорость компенсирующего закрытия затвора впускного клапана 5 на горизонтальном участке программы нагружения;

задатчик (ЗдП) программы нагружения 40 - давление в фюзеляже Ρ_кр, соответствующее крейсерскому режиму полета по программе испытаний (см. фиг. 2);

четвертый задатчик (Зд4) 41 - давление Р_п (см. фиг. 2), при котором происходит переключение (обычно 0,95Р_кр<Р_п<Р_кр) на автоматическое регулирование давления в фюзеляже на уровне Ркр с высокой точностью при помощи малорасходного клапана 7;

пятый задатчик (Зд5) 42 - задает положение верхней границы диапазона перемещения затвора клапана 7 (состояние максимального открытия клапана 7); при этом положении затвора включается компенсирующее открытие впускного клапана 5;

шестой задатчик (Зд6) 43 задает положение, в которое приходит затвор клапана 7, при автоматическом возврате его от верхней границы диапазона перемещения; при достижении затвором клапана 7 этого положения компенсирующее открытие впускного клапана 5 прекращается;

седьмой задатчик (Зд7) 44 - задает положение, в которое приходит затвор клапана 7, при автоматическом возврате его от нижней границы диапазона перемещения; при достижении затвором клапана 7 этого положения компенсирующее закрытие впускного клапана 5 прекращается.

восьмой задатчик (Зд8) 45 - задает положение нижней границы диапазона перемещения затвора клапана 7 (состояние максимального закрытия клапана 7); при этом положении затвора клапана 7 включается компенсирующее закрытие впускного клапана 5.

Командоаппарат 10 настраивают на необходимую длительность участков программы пневматического нагружения, устанавливая последовательность командных импульсных сигналов S₁, S₂ и S₃ через интервалы времени Δt₁, Δt₂, Δt₃. В исходном состоянии командоаппарат 10 выключен. При ресурсных испытаниях командоаппарат, циклически повторяя свои сигналы, формирует последовательность циклов пневмонагружения, например так, как это показано на фиг. 2.

Для начала испытаний командоаппарат 10 включают, после чего он выдает командный сигнал S₁, который закрывает выпускной клапан 9; тем самым командоаппарат 10 отсоединяет полость фюзеляжа 3 от атмосферы и начинает подготавливать фюзеляж к пневмонагружению. На подготовку отводится интервал времени Δt₁. После этого командоаппарат 10 выдает команду S₂, по которой начинается отработка восходящего участка программы нагружения. Команда S₂ вызывает срабатывание триггеров 24, 25 и 31. Триггер 24 своим выходным сигналом замыкает ключ 17, а сигнал с триггера 25 замыкает ключ 18. Выходной сигнал триггера 31 замыкает ключ 23. Через ключ 17 сигнал от первого задатчика 37 поступает на сумматор 14, с выхода которого он передается на управляющий вход впускного клапана 5 и открывает его так, что воздух наполняет фюзеляж со скоростью роста давления в нем, соответствующей восходящему участку программы нагружения. Через ключ 18 поступает сигнал с интегратора 15, который через сумматор 14 дополнительно перемещает затвор клапана 5 и компенсирует, при необходимости, утечки воздуха из фюзеляжа. При отработке первого цикла программы нагружения, как указывалось выше, с интегратора поступает сигнал нулевого уровня.

Давление в фюзеляже измеряется датчиком давления 12, сигнал с которого через замкнутый ключ 23 подается на первый компаратор 32, сравнивается им с сигналом Рп от четвертого задатчика 41, который устанавливает условие перехода на автоматическую стабилизацию давления в фюзеляже 3 на горизонтальном участке программы нагружения, имитирующем крейсерский полет (см. фиг. 2). При достижении давлением в фюзеляже 3 уровня Рп срабатывает первый компаратор 32; его выходной сигнал C₁ сбрасывает триггер 24, устанавливает триггеры 29 и 30 в активное состояние и поступает на вход командоаппарата 10, инициируя начало отработки горизонтального участка программы длительностью Δt₂.

При сбросе триггера 24 размыкается ключ 17, что отключает сигнал задатчика 37 от сумматора 14 и приводит к закрытию впускного клапана 5 на величину, соответствующую сигналу с задатчика 37.

Выходной сигнал триггера 29 замыкает ключ 22 и изменяет положение переключателя 16. Замыкание ключа 22 соединяет выход регулятора 11 с управляющим входом регулирующего клапана 7 на байпасном трубопроводе 6. Переключатель 16, изменив свое положение, обеспечивает одновременное подключение к регулятору 11 датчика давления в фюзеляже 12 и задатчика 40, устанавливающего уровень стабилизации давления в фюзеляже Ркр, соответствующий режиму крейсерского полета по программе испытаний.

Переход выхода триггера 30 в единичное состояние подготавливает включение в работу схемы самонастройки рабочего положения затвора клапана 7 в процессе регулирования давления в фюзеляже 3 на горизонтальном участке программы нагружения.

Таким образом, срабатывание компаратора 32 переводит структуру устройства пневматического нагружения фюзеляжа 3 в состояние автоматической стабилизации давления на горизонтальном участке программы испытаний с повышенной точностью.

Высокая точность стабилизации давления достигается необходимой подачей воздуха в фюзеляж по байпасному трубопроводу 6 через малорасходный клапан 7, управляемый регулятором 11. Основными возмущениями, искажающими участок программы испытаний, соответствующий крейсерскому полету самолета, являются утечки воздуха из фюзеляжа, которые могут изменяться по ходу отработки циклов нагружения при ресурсных испытаниях. При поддержании давления на уровне, заданном задатчиком 40, регулятор 11 компенсирует утечки через неплотности, изменяя подачу воздуха в фюзеляж 3 перемещением затвора клапана 7. Однако по мере увеличения утечек из фюзеляжа перемещаемый затвор клапана 7 приближается к своему крайнему положению и может становиться на упор, не обеспечивая нужную компенсацию утечек. В последнем случае ошибки процессов регулирования давления настолько увеличиваются, что возникает необходимость остановки ресурсных испытаний. В рассматриваемом устройстве предлагается автоматический возврат в рабочее положение затвора малорасходного регулирующего клапана 7 при подходе его к границам допустимого диапазона перемещений путем организации компенсирующих перемещений затвора большерасходного клапана 5, дополнительно изменяющих поток воздуха, подаваемого в фюзеляж, и вызывающих этим автоматическое смещение затвора регулирующего клапана 7 в рабочую область под действием регулятора 11. Тем самым осуществляется самонастройка системы автоматического пневматического нагружения и сохранение высокой точности нагружения при больших изменениях величины утечек воздуха из фюзеляжа.

Для реализации функции самонастройки в устройстве пневматического нагружения фюзеляжа 3 (см. фиг. 1) положение затвора регулирующего клапана 7 измеряется датчиком положения 13, сигнал с которого сравнивается компараторами 33, 34, 35, 36 с соответствующими уставками задатчиков 42, 43, 44, 45. В зависимости от состояния выходов этих компараторов по ходу процессов регулирования давления формируются дополнительные корректирующие перемещения затвора клапана 5, увеличивающие или уменьшающие компенсирующие потоки воздуха в фюзеляж 3. Ниже рассмотрим функционирование предлагаемых средств самонастройки рабочего положения затвора клапана 7 с учетом описанной выше настройки задатчиков 42, 43, 44, 45.

Процедура самонастройки реализуется в каждом цикле нагружения на горизонтальном участке его программы. Рассмотрим последовательность действий функциональных элементов в процессе самонастройки. Исходным сигналом для работы элементов, входящих в схему самонастройки, является сигнал с выхода первого компаратора 32, о том, что в фюзеляже достигнут уровень давления Рп, заданный задатчиком 41 (см. фиг. 2). Выходной сигнал компаратора 32 устанавливает выходы триггеров 29, 30 в единичное состояние и тем самым, как указывалось выше, триггер 29 посредством ключа 22 и переключателя 16 включает в работу регулятор 11, а триггер 30 подает сигнал на один из входов элемента "И" 46, чем подготавливает включение схемы самонастройки. Кроме того, по сигналу компаратора 32 на вход командоаппарата 10 начинается отсчет длительности горизонтального участка программы нагружения Δt₂.

При закрытом затворе клапана 7 в начале цикла программы нагружения с датчика 13 поступает сигнал самого низкого уровня. Компараторы 33 и 35 выдают нулевые сигналы. Компаратор 34 активен и своим выходным сигналом переводит триггер 26 в нулевое состояние, при котором ключ 19 разомкнут. Компаратор 36 находится в активном состоянии и выдает на триггер 27 установочный сигнал. Затвор клапана 7 находится ниже уровня минимального открытия, установленного задатчиком 45, т.е. максимально закрыт. Поэтому триггер 27 на своем выходе поддерживает единичный сигнал, однако этот сигнал не доходит до ключа 20, поскольку ключ 21 разомкнут в результате того, что сигнал на выходе триггера 28 был обнулен командой S₃, сформированной командоаппаратом 10 ранее при завершении предыдущего цикла программы нагружения для открытия клапана 9, т.е. до начала текущего цикла испытаний.

Так как давление в фюзеляже 3 ниже уровня, установленного задатчиком 40, то регулятор 11 начинает открывать затвор малорасходного клапана 7. По мере перемещения затвора клапана 7 сигнал на выходе датчика перемещения 13 будет увеличиваться и, когда он достигнет уровня заданного задатчиком 45, компаратор 36 снимет сигнал с установочного входа триггера 27. Это говорит о том, что затвор клапана 7 вошел в рабочий диапазон перемещений. При дальнейшем росте сигнала на выходе датчика 13 достигается уровень, заданный задатчиком 44. Это значит, что затвор достиг нижнего положения автоматического возврата его в рабочий диапазон после полного закрытия клапана. При этом срабатывает компаратор 35 и своим выходным сигналом обнуляет сигнал на выходе триггера 27. Этот же сигнал поступает на второй вход элемента "И" 46. На выходе элемента "И" 46 формируется сигнал, который поступает на установочный вход триггера 28. Выходной сигнал триггера 28 замыкает ключ 21. Учитывая, что к этому времени триггер 27 сброшен, сигнал с его выхода не поступает на ключ 20. В результате проведенных переключений выход триггера 28 остается в единичном состоянии, ключ 21 замкнут, ключи 19 и 20 разомкнуты.

Поскольку затвор клапана 7 вошел в рабочий диапазон перемещений, т.е. сигнал датчика перемещений 13 находится между уставками, задаваемыми задатчиками 42 и 45, то на выходах компараторов 33 и 36 будут нулевые сигналы и, независимо от сигналов с выходов компараторов 34 и 35, выходы триггеров 26 и 27 будут обнулены, а ключи 19 и 20 разомкнуты, т.е. на вход интегратора 15 не поступят никакие сигналы. В этом случае на сумматор 14 от интегратора 15 может приходить, при замкнутом ключе 18, только сигнал, накопленный за предыдущие циклы нагружения. Если до этого затвор клапана 7 не выходил за границы рабочего диапазона, то сигнал с интегратора 15 будет нулевым.

В случае если утечки из фюзеляжа 3 увеличатся настолько, что при полном открытии клапан 7 не сможет их компенсировать, сигнал с датчика положения 13 превысит уровни, установленные задатчиками 43 и 42, в результате чего на выходе компаратора 34 появится нулевой сигнал, а на выходе компаратора 33 установится единичный сигнал, который триггер 26 переведет в единичное состояние и ключ 19 замкнется. При замыкании ключа 19 на прямой вход интегратора 15 поступает сигнал от задатчика 38, определяющий скорость интегрирования. Сигнал на выходе интегратора 15 начинает расти с заданной скоростью и поступает на сумматор 14. На выходе сумматора 14 сигнал также будет увеличиваться. Пропорционально этому сигналу будет приоткрываться большерасходный клапан 5. Так организуется дополнительная подача сжатого воздуха через клапан 5 и рост давления в фюзеляже 3.

Как только давление в фюзеляже 3, измеряемое датчиком 12, превысит уровень, установленный задатчиком 40, регулятор 11 начнет перемещать затвор клапана 7 на закрытие. Когда уровень сигнала на выходе датчика перемещения затвора 13 станет ниже уровня, задаваемого задатчиком 42, на выходе компаратора 33 появится нулевой сигнал. При дальнейшем снижении сигнала на выходе датчика 13 будет пройден уровень, заданный задатчиком 43, и на выходе компаратора 34 появится единичный сигнал. Он сбросит сигнал на выходе триггера 26 и ключ 19 разомкнется, отключая задатчик 38. Увеличение сигналов на выходе интегратора 15 и на выходе сумматора 14 прекратится. В результате затвор клапана 5 остановится в приоткрытом положении, а затвор клапана 7 будет перемещен в рабочий диапазон.

Если в процессе отработки горизонтального участка программы нагружения произойдет уменьшение утечек воздуха из фюзеляжа 3, то давление в нем начнет повышаться. Как только сигнал с датчика давления 12 превысит уровень, установленный задатчиком 40, регулятор 11 будет перемещать затвор клапана 7 на закрытие, снижая приток воздуха в фюзеляж. При уменьшении сигнала с датчика положения 13 затвора клапана 7 ниже уровней, заданных задатчиками 44 и 45, сначала будет снят сигнал с выхода компаратора 35, а затем на выходе компаратора 36 появится сигнал, который установит триггер 27 в единичное состояние. Когда сигнал с датчика 13 станет ниже уставки задатчика 45, клапан 7 закроется. Так как ключ 21 замкнут, сигнал с выхода триггера 27 замкнет ключ 20. Со скоростью, заданной задатчиком 39, начнется интегрирование в сторону уменьшения сигнала на выходе интегратора 15.На выходе сумматора 14 сигнал также станет уменьшаться и клапан 5 с заданной скоростью начнет закрываться. По мере закрытия клапана 5 приток воздуха снизится, и давление в фюзеляже 3 начнет падать. Как только сигнал с датчика давления 12 станет ниже уровня, установленного задатчиком 40, регулятор 11 будет открывать клапан 7. По мере открытия клапана 7 сигнал на выходе датчика 13 превысит уровни сигнала, заданные задатчиками 45 и 44. При этом сначала сигнал на выходе компаратора 36 станет равным нулю, а затем на выходе компаратора 35 сигнал станет равным единице. После этого сигнал на выходе триггера 27 станет равным нулю и ключ 20 разомкнется, отключая задатчик 39 от интегратора 15. Уменьшение сигнала на выходе интегратора прекратится. Затвор клапана 5 остановится в положении, достигнутом к этому моменту времени, а затвор клапана 7 будет перемещен в рабочий диапазон.

Таким образом, в результате взаимодействия функциональных элементов схемы самонастройки затвора клапана 7 и регулятора 11 давление в фюзеляже 3 на горизонтальном участке программы нагружения будет поддерживаться с высокой точностью в широком диапазоне изменения утечек воздуха и независимо от объема испытываемого объекта.

После того, как рассматриваемое устройство пневматического нагружения фюзеляжа отработает горизонтальный участок программы испытаний (фиг. 2) длительностью Δt₂ (режим крейсерского полета), командоаппарат 10 выдаст команду S₃. По команде S₃ открывается выпускной клапан 9 и начинается сброс воздуха из фюзеляжа 3. Одновременно команда S₃ переводит в исходное (нулевое) состояние триггеры 25, 28, 29, 30, 31.

При снятии выходного сигнала триггера 25 ключ 18 размыкается и отключает сигнал, поступающий с интегратора 15 на сумматор 14. Выходной сигнал сумматора 14 переходит на нулевой уровень и клапан 5 полностью закрывается.

При снятии выходного сигнала триггера 28 размыкаются ключи 21 и 20, чем задатчик 38 отключается от входа интегратора 15.

При снятии выходного сигнала триггера 29 переключатель 16 замыкает входы регулятора 11 между собой, а ключ 22 прерывает выходной сигнал регулятора 11 и регулирующий клапан 7 полностью закрывается.

При снятии выходного сигнала триггера 30 становится нулевым сигнал на соответствующем входе элемента И 46 и снимается сигнал с установочного входа триггера 28.

При снятии выходного сигнала триггера 31 ключ 23 размыкается и на выходе компаратора 32 сигнал становится нулевым.

Таким образом, после команды S₃ начинается отработка нисходящего участка текущего цикла программы испытаний длительностью Δt₃. Одновременно на этом участке все коммутирующие и управляющие элементы предлагаемого устройства пневматического нагружения приходят в исходное состояние, чем подготавливается воспроизведение следующего цикла программы испытаний фюзеляжа.

Следует отметить в качестве положительного свойства предлагаемой схемы самонастройки затвора регулирующего клапана 7 то, что сигнал с выхода интегратора 15 после завершения каждого цикла программы не снимается, а сохраняется и используется в следующем цикле для компенсации утечек воздуха из фюзеляжа, образовавшихся до этого в процессе ресурсных испытаний. Это решение существенно повышает точность процессов регулирования давления на крейсерском режиме в каждом цикле программы нагружения и увеличивает количество зачетных циклов при испытаниях фюзеляжа на ресурс. Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить точность стабилизации максимального нагружающего давления в широком диапазоне изменения величины утечек и увеличить длительность непрерывных экспериментов при ресурсных испытаниях фюзеляжа.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для создания циклических нагрузок внутренним избыточным давлением воздуха при испытаниях на ресурс фюзеляжей и других авиационных гермоотсеков. Устройство содержит источник сжатого воздуха со стабилизатором давления, испытываемый фюзеляж (гермоотсек), трубопроводы для подачи и сброса воздуха с большерасходными клапанами и трубопровод с малорасходным регулирующим клапаном для стабилизации давления в фюзеляже на горизонтальном участке циклических трапециевидных программ. В систему управления клапанами входят датчик давления в фюзеляже, датчик перемещения затвора малорасходного клапана, регулятор давления с задатчиками и переключателями, командоаппарат для управления последовательностью отработки циклов программ нагружения и схема самонастройки, обеспечивающая возврат затвора малорасходного клапана в рабочий диапазон перемещений путем организации автоматического дополнительного открытия и закрытия большерасходного клапана подачи воздуха при значительных изменениях утечек из фюзеляжа в процессе ресурсных испытаний. Технический результат заключается в повышении точности нагружения (наддува) фюзеляжа, повышение уровня автоматизации процесса ресурсных испытаний и универсальности применения для испытаний гермоотсеков, существенно различающихся как по объемам, так и по степени их негерметичности. 2 ил.

Устройство пневматического нагружения фюзеляжа самолета при прочностных испытаниях на ресурс, состоящее из источника сжатого воздуха, основного трубопровода подачи сжатого воздуха в фюзеляж с последовательно расположенными на нем стабилизатором давления после себя и большерасходным нормально закрытым впускным клапаном, байпасного трубопровода, соединяющего источник сжатого воздуха с фюзеляжем через малорасходный нормально закрытый регулирующий клапан, регулятора, соединенного с датчиком давления в фюзеляже, задатчика программы нагружения и командоаппарата, а также трубопровода для сброса воздуха из фюзеляжа с расположенным на нем нормально открытым выпускным клапаном, соединенным своими управляющими входами с выходами командоаппарата, отличающееся тем, что в состав устройства дополнительно введены датчик положения затвора малорасходного регулирующего клапана, сумматор, интегратор, логический элемент ”И”, семь нормально открытых ключей, переключатель, восемь триггеров, пять компараторов, восемь задатчиков, соединенные так, что управляющий вход большерасходного впускного клапана подключен к выходу сумматора, один вход которого соединен через первый ключ с первым задатчиком, выдающим сигнал начального открытия впускного клапана на восходящем участке программы нагружения, а другой вход сумматора соединен через второй ключ с выходом интегратора, на прямой вход которого через третий ключ подключен второй задатчик, задающий скорость открытия впускного клапана, а на инверсный вход через четвертый ключ подключен третий задатчик, задающий скорость закрытия впускного клапана, при этом управляющий вход первого ключа соединен с выходом первого триггера, управляющий вход второго ключа соединен с выходом второго триггера, управляющий вход третьего ключа соединен с выходом третьего триггера, управляющий вход четвертого ключа соединен с выходом четвертого триггера через пятый ключ, управляющий вход которого соединен с выходом пятого триггера, входы установки первого, второго и восьмого триггеров подключены к второму выходу командоаппарата, управляющий вход малорасходного регулирующего клапана соединен с выходом регулятора через шестой ключ, вход задания регулятора подключен к выходу переключателя, на первый сигнальный вход которого подключен датчик давления в фюзеляже, а на второй сигнальный вход подключен задатчик программы нагружения, задающий уровень давления, соответствующий режиму крейсерского полета, при этом управляющие входы шестого ключа и переключателя соединены с выходом шестого триггера, входы установки шестого и седьмого триггеров, а также вход командоаппарата и вход сброса первого триггера подключены к выходу первого компаратора, инверсный вход которого соединен с четвертым задатчиком, задающим уровень давления в фюзеляже, при котором закрывается большерасходный впускной клапан, а прямой вход через седьмой ключ соединен с датчиком давления в фюзеляже, управляющий вход седьмого ключа связан с выходом восьмого триггера, датчик положения затвора малорасходного регулирующего клапана подключен к прямым входам второго и четвертого компараторов и к инверсным входам третьего и пятого компараторов, причем на инверсный вход второго компаратора подключен пятый задатчик, задающий величину максимального открытия затвора малорасходного регулирующего клапана, на прямой вход третьего компаратора подключен шестой задатчик, устанавливающий положение автоматического возврата затвора регулирующего клапана после его максимального открытия, на инверсный вход четвертого компаратора подключен седьмой задатчик, устанавливающий положение автоматического возврата затвора регулирующего клапана после его минимального открытия, и на прямой вход пятого компаратора подключен восьмой задатчик, задающий величину минимального открытия затвора малорасходного регулирующего клапана, выход второго компаратора соединен с входом установки третьего триггера, выход третьего компаратора соединен с входом сброса третьего триггера, выход четвертого компаратора соединен с входом сброса четвертого триггера и с одним из входов логического элемента ”И”, выход пятого компаратора соединен с входом установки четвертого триггера, другой вход логического элемента ”И” соединен с выходом седьмого триггера, а выход логического элемента ”И” подсоединен к входу установки пятого триггера, причем входы сброса второго, пятого, шестого, седьмого и восьмого триггеров соединены с третьим выходом командоаппарата.