Стенд - 2 для испытания самолётов на прочность Российский патент 2017 года по МПК G01L25/00 

Изобретение относится к устройствам для испытания на прочность, в частности, крыльев самолетов.

Известны разные способы и устройства для испытания крыльев самолетов на прочность. Например, с использованием гидроцилиндров, пат. №2396530 или 126459. С использованием жидкости, пат. №2300747. С использованием разряжения над верхней поверхностью крыла, пат. №130074. Первые два способа не дают точного результата, а последний сложен конструктивно.

Задача и технический результат изобретения - упрощение конструкции и получение достоверного результата испытаний.

Для этого стенд представляет собой конструкцию в виде ложемента и крепежа для крепления центроплана самолета, или в виде имитатора центроплана - его конструктивного эквивалента с аналогичным присоединительным креплением консолей крыльев, и соединенной с ним траверсы на одну консоль крыла, или двух траверс на две консоли крыла, а на траверсе (траверсах) расположена эластичная пневмокамера или несколько пневмокамер, повторяющая (повторяющие в совокупности) контур консоли крыла, или повторяющая его с зазором в большую или в меньшую сторону, причем эластичная пневмокамера, или каждая из нескольких пневмокамер секционирована герметичными перегородками (то есть представляет собой как бы несколько камер, расположенных встык), причем на разных участках консоли крыла каждая отдельно взятая перегородка проходит по одинаковой доле хорды крыла.

Например, ближняя к носку крыла перегородка проходит по точкам 20% от хорды, вторая перегородка проходит по точкам 60% хорды, и третья - по точкам 80% хорды. То есть пневмокамера разделена на 4 секции (см. эскиз). Для прямого крыла постоянной хорды перегородки будут расположены продольно консоли крыла. Для трапециевидного - чуть сходящиеся к концу консоли.

Секции в пневмокамере нужны для более реалистичного распределения нагрузок на крыло самолета по хорде (см. чертеж).

Стенд может иметь рамную конструкцию, а может быть изготовлен с использованием массы и прочности грунта. То есть ложемент для крепления центроплана самолета или имитатор центроплана жестко закреплен на грунте, например, с помощью забивных или винтовых свай, а одна или две траверсы просто лежат на подготовленном грунте, например на бетонном основании. Небольшие сезонные или нагрузочные просадки грунта не имеют никакого значения, если они меньше деформации крыла на испытаниях. Большие просадки грунта должны компенсироваться изменением положения на стенде центроплана или его имитатора.

Суть изобретения в том, что, закрепив центроплан или его имитатор в рабочем положении и присоединив к нему одну или две консоли крыла, в секции эластичной пневмокамеры, расположенной между траверсой и консолью крыла, подают под давлением воздух, причем под таким давлением, чтобы нагрузки на консоль крыла в направлении хорды были максимально приближены к реально имеющему место распределению подъемной силы на крыле данного типа профиля. При этом консоль (консоли) крыла испытывает нагрузки, максимально приближенные к полетным, в том числе перегрузочным. Нагрузку на консоль (консоли), то есть - подъемную силу, вычисляют как площадь касания консоли и секции пневмокамеры, умноженную на давление в этой секции пневмокамеры.

Возможен и другой способ определения нагрузки на консоль - между траверсой и пневмокамерой расположена пространственная ферма, закрепленная на траверсе через тензодатчик (датчик силы). Показания тензодатчика за вычетом веса фермы и будут подъемной силой крыла.

Этот способ испытания крыла дает реалистичное распределение подъемной силы по всей площади крыла. Однако известно, что к концам консолей крыла подъемная сила уменьшается. Для учета реального распределения подъемной силы по поверхности крыла следует использовать несколько пневмокамер, расположенных вдоль размаха консоли крыла, и в каждой камере следует поддерживать свое давление, точнее - следует поддерживать определенное соотношение давлений в них. Для лучшего соответствия реальному распределению подъемной силы по длине консоли крыла следует варьировать размер пневмокамер вдоль размаха крыла - ближе к концу консоли крыла размер пневмокамер вдоль размаха крыла должен быть меньше. Причем соседние пневмокамеры могут иметь одну общую стенку, то есть они представляют собой одну пневмокамеру с перегородками, ориентированными по хорде профиля крыла.

В таком виде этот стенд обеспечивает почти реальное распределение подъемной силы по размаху крыла. Подъемную силу вычисляют для каждой камеры и для каждой секции камеры отдельно, так как давление в них разное, и результаты складывают.

Однако такой способ пригоден лишь для достаточно жестких крыльев малого удлинения. При испытаниях на таком стенде крыльев большого удлинения крыло сильно изгибается и приобретает дугообразную форму, вследствие чего пневмокамеры вблизи конца консолей могут потерять контакт с поверхностью крыла. Это настолько исказит результат, что его нельзя будет считать достоверным.

Для испытания крыльев большого удлинения стенд между траверсой и пневмокамерой (пневмокамерами) должен иметь две или более шарнирно соединенных панели, оси шарниров которых параллельны хордам крыла, при этом ближняя из панелей закреплена на стенде жестко (является частью траверсы), а остальные соединены с траверсой домкратами, причем точкой крепления домкрата на траверсе является геометрический центр расположенной над ней поверхности крыла.

Так как геометрический центр поверхности крыла может не совпадать с центром панели, то, чтобы дисбаланс массы панели не сказывался на результатах испытаний, панель должна быть статически уравновешена относительно точки крепления домкрата в направлении, перпендикулярном хорде крыла, то сеть - на нее навешены дополнительные грузы.

Чтобы не порвать пневмокамеру на стыках шарниров, стыки закрыты со стороны пневмокамеры листовым материалом, например листовым железом.

На чертеже изображен данный стенд в одном поперечном (то есть по хорде крыла) сечении с одной четырехсекционной пневмокамерой. Стенд состоит из траверсы или просто бетонного основания 1 и соответствующим образом закрепленного крыла 2, между которыми имеется четырехсекционная пневмокамера 3, в каждой секции которой поддерживается свое давление.

Распределение подъемной силы по хорде крыла показано пунктирной линией (известно по результатам продувок), а имеющее место на стенде распределение нагрузок на крыло показано штрих-пунктирной линией. Как видим, они достаточно близки, что позволяет считать результаты прочностных испытаний на этом стенде достаточно достоверными.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания на прочность крыльев самолетов. Стенд представляет собой конструкцию в виде ложемента для крепления центроплана самолета, или в виде имитатора центроплана - его конструктивного эквивалента с аналогичным присоединительным креплением крыльев, и соединенной с ним траверсы на одну консоль крыла, или двух траверс на две консоли крыла, причем на траверсе (траверсах) расположена эластичная пневмокамера или несколько пневмокамер, повторяющая (повторяющие в совокупности) контур консоли крыла. Пневмокамеры секционированы по длине хорды, и в каждой поддерживается свое давление воздуха. Несколько пневмокамер расположены вдоль размаха консоли крыла, и в каждой поддерживается свое давление воздуха. Стенд между траверсой и пневмокамерой (пневмокамерами) может иметь две или более шарнирно соединенных панели, оси шарниров которых параллельны хордам крыла, при этом ближняя из панелей закреплена на стенде жестко, а остальные соединены с траверсой домкратами. Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении достоверности испытаний. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Стенд для испытания самолетов на прочность, отличающийся тем, что представляет собой конструкцию в виде ложемента и крепежа для крепления центроплана самолета, или в виде имитатора центроплана - его конструктивного эквивалента с аналогичным присоединительным креплением консолей крыльев, и соединенной с ним траверсы на одну консоль крыла, или двух траверс на две консоли крыла, причем на траверсе (траверсах) расположена эластичная пневмокамера или несколько пневмокамер, повторяющая (повторяющие в совокупности) контур консоли крыла или повторяющая его с зазором в большую или в меньшую сторону, причем эластичная пневмокамера, или каждая из нескольких пневмокамер секционирована герметичными перегородками, причем на разных участках консоли крыла каждая отдельно взятая перегородка проходит по одинаковой доле хорды крыла.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что ложемент для крепления центроплана самолета или имитатор центроплана жестко закреплен на грунте, например, с помощью забивных или винтовых свай, а одна или две траверсы лежат на подготовленном грунте, например на бетонном основании.

3. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что между траверсой и пневмокамерой расположена пространственная ферма, закрепленная на траверсе через тензодатчик.

4. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что несколько пневмокамер расположены вдоль размаха консоли крыла, и в каждой поддерживается свое давление воздуха.

5. Стенд по п. 4, отличающийся тем, что ближе к концу консоли крыла размер пневмокамер вдоль размаха крыла меньше.

6. Стенд по п. 4, отличающийся тем, что соседние пневмокамеры имеют одну общую стенку, то есть они представляют собой одну пневмокамеру с перегородками, ориентированными по хорде профиля крыла.

7. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что между траверсой и пневмокамерой (пневмокамерами) имеет две или более шарнирно соединенных панели, оси шарниров которых параллельны хордам крыла, при этом ближняя из панелей закреплена на стенде жестко, а остальные соединены с траверсой домкратами, причем точкой крепления домкрата на траверсе является геометрический центр расположенной над ней поверхности крыла.

8. Стенд по п. 7, отличающийся тем, что панель статически уравновешена относительно точки крепления домкрата в направлении, перпендикулярном хорде крыла.