Способ управления давлением в замкнутом объеме Российский патент 2019 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, 2004 г. 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.

Известен 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, 2011 г. 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 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.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, использованный в устройстве, описанном в патенте РФ №2538045 «Способ усталостных испытаний фюзеляжа летательного аппарата», МПК G01M 5/00. В процессе реализации способа усталостных испытаний фюзеляжа летательного аппарата путем нагружения его избыточным давлением сжатого воздуха по циклическим трапециевидным программам, на восходящем участке программы давление сжатого воздуха, поступающего от внешнего источника питания, стабилизируют перед входом большерасходного клапана, с выхода этого клапана сжатый воздух подают в фюзеляж, при выходе на горизонтальный участок программы большерасходный клапан прикрывается, малорасходным регулирующим клапаном поддерживают постоянство давления на горизонтальном участке программы

Недостатком данного способа нагружения является ограниченность применения только по циклическим трапециевидным программам с заранее определяемым программным темпом, что приводит к необходимости проведения пробных нагружений и ограничивает применение данного способа в случаях, когда программой нагружения предусматривается более сложное многоступенчатое нагружение.

Так же недостатком данного способа является необходимость использования более дорогого оборудования, способного обеспечить неполное прикрытие большерасходного клапана для компенсации 80% утечек воздуха требуемых для возможной реализации данного способа, для настройки которой так же необходимо проводить пробные нагружения, что ограничивает применения данного способа в случаях испытаний объектов, герметичность которых во время испытаний меняется.

Еще одним недостатком не позволяющим применять данный способ нагружения при усталостных испытаний является отсутствие защит от не контролируемого нагружения в случае выхода из строя хотя бы одного из элементов участвующих в реализации данного способа.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа управления давлением и защитой от превышения давления в замкнутом объеме при усталостных испытаниях.

Техническим результатом является увеличение скорости нагружения, повышение точности нагружения, возможность отработки различных видов нагружения (трапециевидного, ступенчатого), обеспечение дополнительных способов защиты от избыточного давления при нагружений, упрощение конструкции

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в способе управления давлением по заданной программе нагружения в замкнутом объеме, заключающемся в том, что увеличение давления до заданного Р^зад осуществляют через параллельно установленные большерасходный и малорасходный клапаны, а снижение - через клапан сброса, при достижении предзаданного давления Р^п/зад большерасходный клапан закрывают, а, управляя малорасходным клапаном, увеличивают давление до заданного и поддерживают его, задают предельное давление Р_пр, при достижении которого увеличение давления прекращают, а так же задают аварийное давление Р_ав, при достижении которого перекрывают общий клапан подачи давления на большерасходный и малорасходный клапаны и открывают клапан сброса.

При этом предзаданное давление Р^п/зад составляет 95-98% от заданного, предельное давление Р_пр составляет 102% от заданного, аварийное давление Р_ав составляет 105% от заданного.

На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего способ,

На фиг. 2 приведены примеры программ нагружения фюзеляжа

В устройства (фиг. 1) входят, входной (общий) клапан 1, параллельно установленные большерасходный клапан 2 и малорасходный пропорциональный клапан 3, клапан сброса 4, блок программного управления 5, объект испытания 6, датчик давления 7, датчик рабочего давления 8, датчик аварийного давления 9.

Способ заключается в следующем: сжатый воздух от внешнего источника питания (компрессора, газгольдера и т.п.) подают на входной клапан 1. В соответствии с заданной программой для восходящих участков программы (фиг. 2) устанавливают предзаданные давления Р₁^п/зад…Р_n^п/зад и заданные Р₁^зад…Р_n^зад, где n=1, 2, 3… - разные уровни горизонтальных участков заданной программы. Сжатый воздух подается в объект испытания 6 через параллельно установленные большерасходный клапан 2 и малорасходный клапан 3, клапан сброса 4 при этом закрыт. Для достижения предзаданного давления Р^п/зад < P^зад открывают большерасходный 2 и малорасходный клапан 3. В блок программного управления 5 непрерывно поступает информация о текущем уровне нагруженности объекта с датчика давления 7. При достижении предзаданного давления Р₁^п/зад составляющего 95-98% от заданного, блок 5 программного управления подает сигнал на большерасходный клапан 2 на закрытие, большерасходный клапан 2 закрывают и при помощи малорасходного клапана 3 увеличивают давление до Р₁^зад и поддерживают его в течение времени t, заданного программой. Блок программного управления 5 в соответствии с показаниями от датчика давления 7 управляет малорасходным клапаном 3, обеспечивая минимальное расхождение с заданием и поддерживают его. Для достижения следующего значения Р₂^п/зад вновь открывают большерасходный клапан, при достижении Р₁^п/зад большерасходный клапан закрывают, малорасходным клапаном увеличивают давление до Р₂^зад и поддерживают его, и т.д.. Действия повторяют до выполнения программы нагружения, Так же, в каждый момент времени нагружения, независимо от поданных на большерасходный 2 и малорасходный клапан 3 сигналов блоком 5 программного управления нагружением, проводят сравнение показаний текущего уровня нагружения с предельным давлением Р_пр (102% от заданного) и в случае превышения 102%) от заданного давления с датчика рабочего давления 8 поступают сигналы отключения на большерасходный клапан 2 и малорасходный клапан 3. При достижении аварийного давления Р_ав - 105% от заданного давления, с датчика рабочего давления 9 поступают сигналы отключения на входной клапан 1 и открытия клапана сброса 4. исключая превышение давления в замкнутом объеме (например, фюзеляже) и срабатывания систем защиты от превышения давления, таких как гидрозатвор, срабатывание которых приводит к длительной остановке испытаний

Проведенные испытания показали, что использование предложенного способа позволило увеличить скорость нагружения, повысить точность нагружения, реализовать различные виды нагружения (трапециевидное, ступенчатое), обеспечить дополнительные уровни защиты, упростить конструкцию.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к установкам для прочностных испытаний летательных аппаратов. В процессе реализации предложенного способа увеличение давления воздуха в замкнутом объеме, в частности в фюзеляже, происходит за счет открытия большерасходного и малорасходного клапанов, а его стабилизацию на горизонтальных участках программ обеспечивают одним только малорасходным клапаном. Технический результат заключается в увеличении скорости нагружения, повышении точности нагружения, возможности отработки различных видов нагружения (трапециевидного, ступенчатого), обеспечении дополнительных уровней защиты, упрощении конструкции. Для достижения данного результата установка содержит два двухпозиционных клапана (входной и большерасходный), малорасходный клапан, клапан сброса воздуха, блок программного управления нагружением, датчики давления. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ управления давлением в замкнутом объеме, заключающийся в том, что увеличение давления до заданного Р^зад осуществляют через параллельно установленные большерасходный и малорасходный клапаны, а снижение - через клапан сброса, отличающийся тем, что при достижении предзаданного давления Р^п/зад<Р^зад большерасходный клапан закрывают, а управляя малорасходным клапаном, увеличивают давление до заданного Р^зад и поддерживают его, задают предельное давление Р_пр>Р^зад, при достижении которого увеличение давления прекращают, а также задают аварийное давление Р_ав>Р_пр, при достижении которого перекрывают общий клапан подачи давления на большерасходный и малорасходный клапаны и открывают клапан сброса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предзаданное давление Р^п/зад составляет 95-98% от заданного Р^зад.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предельное давление Р_пр составляет 102% от заданного Р^зад.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что аварийное давление Р_ав составляет 105% от заданного Р^зад.