Испытательная установка для авариестойкой топливной системы вертолёта Российский патент 2023 года по МПК G01M7/06 B64F5/60 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при проведении стендовых испытаний для полноразмерной имитации режимов работы в ожидаемых условиях эксплуатации топливной системы вертолетов во время выполнения ими маневров в течение полета.

Для безопасного полета вертолета одним из самых главных условий является надежная работа двигателей, для чего необходимо обеспечить бесперебойную подачу топлива в нужных количествах, с заданным давлением и температурой на всех эксплуатационных режимах полета, в том числе и при изменении углов крена и тангажа, качке, а также при воздействии вибрационных нагрузок. Испытания на наземных испытательных установках позволяют уменьшить объем летных испытаний и отработок, что значительно сокращает время летных испытаний и снижает затраты на их проведение. Такие испытательные установки позволяют перенести испытания топливных систем на подтверждение соответствия требованиям Авиационных правил АП-29 с летных испытаний на наземные.

Из уровня техники известен стенд для испытания топливных баков на механическую вибрацию (CN 210464859 U, кл. G01M 7/06, 2020), содержащий вибростол, фиксирующее основание, шатунное устройство, опорный стержень, основание и привод, первую цепь, первый подшипник, второй подшипник, третий подшипник, вторую цепь, четвертую передачу, первый вал и второй вращающийся вал; четыре опорных стержня неподвижно соединенных с верхней частью основания, а фиксирующее основание жестко соединено с верхней частью опорного стержня, фиксирующее основание внутренне жестко соединено с приводом. Левая сторона привода жестко соединена с первым подшипником. Первый подшипник снабжен соответствующей первой цепью. Второй подшипник предусмотрен на левом конце первой цепи. Третий подшипник предусмотрен за вторым подшипником. Второй и третий подшипники внутренними частями жестко соединены с первым вращающимся валом. Правая сторона привода снабжена вторым вращающимся валом. Второй вращающийся вал жестко соединен с четвертым подшипником, который снабжен соединенной второй цепью, другой конец которой соединен с третьим подшипником, первым вращающимся валом и вторым вращающимся валом. Оба конца валов жестко соединены с шатунным устройством. Нижняя часть четырех шатунных устройств жестко соединена с фиксирующим основанием, а все четыре шатунных устройства шарнирно прикреплены к верхней части вибростола.

Однако известный испытательный стенд недостаточно функционален, поскольку не предусмотрен для имитации качания объекта испытаний по крену и/или тангажу. Кроме того, указанный стенд предназначен для испытания исключительно топливных баков, а не топливной системы в целом.

Также известен стенд топливной системы самолетов (https://www.aex.ni/docs/3/2016/4/13/2412/), включающий основание, на котором закреплена поворотная рама, имитирующая наклон самолета по тангажу. Изменение угла наклона рамы осуществляется с помощью приводов, связывающих основание с рамой. На поворотной раме закреплены датчики положения рамы, а также полунатурный имитатор топливных баков, содержащий агрегаты и трубопроводы топливной системы.

Однако известный стенд спроектирован исключительно для испытаний топливной системы конкретного самолета, а именно самолета МС-21 и не может быть использован для испытания топливных систем других летательных аппаратов. Кроме того, рассматриваемый стенд (стенд СТ-21-1) предназначен для имитации работы топливной системы при изменении ее положения только в одной плоскости. Также конструкция стенда не способна выполнять динамическое изменение угла наклона в режиме реального времени с целью имитации различных маневров самолета. Т.е. по причине того, что положение объекта испытаний во время его работы на стенде СТ-21-1 фиксировано, отсутствует возможность изменения положения реальной топливной системы в пространстве в режиме реального времени, что не обеспечивает максимальную достоверность полученных экспериментальных данных. Помимо прочего, известный стенд не предназначен для вибрационных испытаний.

Проблемой, на решение которой направлено изобретение, является разработка испытательной установки, предназначенной для наземных испытаний авариестойкой топливной системы вертолета, с возможностью управляемого изменения положения топливных баков и других компонентов топливной системы в пространстве с целью имитации положения и перемещения реальной топливной системы, а также с целью имитации качки и вибрационных воздействий.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей испытательной установки для наземных испытаний авариестойкой топливной системы вертолета.

Технический результат изобретения достигается тем, что испытательная установка содержит поворотную платформу для изменения пространственного положения авариестойкой топливной системы вертолета по крену и тангажу, поворотную платформу для осуществления качки авариестойкой топливной системы вертолета и вибрационного воздействия на нее, систему подачи в авариестойкую топливную систему вертолета и слива топлива из нее, систему подвижности поворотных платформ, систему управления и систему датчиков и кабелей.

Поворотная платформа для изменения пространственного положения авариестойкой топливной системы вертолета по крену и тангажу состоит из опоры, внутренней и внешней рам прямоугольной формы, имеющих каждая свою ось вращения, которые позволяют изменять пространственное положение системы. Оси вращения внутренней и внешней рам находятся в перпендикулярных друг другу плоскостях.

Поворотная платформа для осуществления качки и вибрационного воздействия состоит из опоры, нижней (выполнение качки), верхней (выполнение вибрации) рам прямоугольной формы, системы вибрации, состоящей из восьми кривошипно-шатунных механизмов с восемью электроприводами на каждый механизм, и системы качания, состоящей из двух гидравлических приводов. Конструкция и управление системами качания и вибрации выполнены таким образом, что указанные выше функции можно выполнять раздельно либо одновременно.

Система подачи и слива топлива содержит не менее двух топливных насосов, топливное хранилище, систему фильтрации, водяную нагревательную машину и предохранительную, запорную и регулирующую арматуру.

Система подвижности поворотных платформ состоит из не менее шести приводов (как электрического, так и гидравлического типов): четыре привода на платформе для изменения пространственного положения и два привода на платформе для качки и вибрационного воздействия.

Система управления включает в себя основной электрошкаф управления, содержащий блок управления испытательной установкой для авариестойкой топливной системы, шкаф управления системой подвижности поворотных платформ, шкаф управления системой вибрации, подключенный к локальной сети персональный компьютер с установленным программным обеспечением, систему электроснабжения, состоящую из щита ввода промышленной сети, автоматических выключателей для защиты от перегрузки по току, преобразователей и кабелей, блок сопряжения с объектом испытаний, содержащий источники питания постоянным и переменным током и блоки преобразования выходных данных.

Сущность изобретения и принцип его работы поясняются структурной схемой испытательной установки авариестойкой топливной системы (далее по тексту - ИУ АСТС).

На схеме ИУ АСТС представлены:

ТХ - топливохранилище;

СПСТ - система подачи и слива топлива;

ОИ - объект испытаний;

БС - блок сопряжения;

ПП-1 - поворотная платформа для изменения пространственного положения;

ПП-2 - поворотная платформа для осуществления качки и вибрационного воздействия;

Пр1 - Пр4 - четыре привода, устанавливаемые попарно на внешнюю и внутреннюю рамы (на схеме не показаны) поворотной платформы 1111-1;

Пр5, Прб - два привода, устанавливаемые нижнюю раму (на схеме не показана) поворотной платформы 1111-2;

ИП - источник питания приводов;

ВС - вибрационная система;

ШУ - шкаф управления;

ШУВ - шкаф управления вибрационной системой;

ШУП - шкаф управления системой подвижности;

ПК - персональный компьютер.

На структурной схеме продемонстрировано два вида связи:

- электрическая связь, обозначенная пунктирной линией;

- механическая связь, обозначенная сплошной линией.

Также ИУ АСТС включает в себя систему датчиков и кабелей (на схеме не показано).

Испытательная установка для авариестойкой топливной системы вертолета работает следующим образом.

ИУ АСТС позволяет проводить два вида испытаний: испытание на функционирование АСТС вертолета при динамическом изменении ее пространственного положения в режиме реального времени и испытание на вибрацию при одновременном наличии качки.

В обоих видах испытаний объектом испытания ОИ является реальная авариестойкая топливная система вертолета. Электропитание ИУ АСТС осуществляется от промышленной трехфазной 380 В и однофазной 220 В электрической сети через вводной щит Щ.

Испытания на функционирование АСТС вертолета осуществляются следующим образом.

Объект испытаний ОИ закрепляется на поворотной платформе для наклона по крену и тангажу (платформа ПП-1) с помощью специальной оснастки (на схеме не показано).

Сначала по команде оператора с персонального компьютера ПК производится заправка объекта испытаний ОИ топливом. Для осуществления заправки объекта испытаний ОИ имеется наконечник централизованной заправки для подключения к штуцеру централизованной заправки объекта испытаний ОИ. Управление и контроль параметров топлива в процессе заправки осуществляется системой управления через шкаф управления ШУ по обратной связи с датчиков температуры, давления и расхода, установленных в системе подачи и слива топлива СПСТС. В зависимости от цели конкретного вида испытаний (например, имитация работы топливной системы в условиях жаркого климата) возможно изменение температуры заправляемого топлива до 90°С, а также его расхода. Также предусмотрена возможность заправки объекта испытаний ОИ топливом самотеком посредством заправочного пистолета.

После окончания процесса заправки оператор на персональном компьютере ПК задает требуемый в соответствии с конкретной программой испытаний закон изменения положения объекта испытаний ОИ, т.е. закон изменения углов наклона ОИ в плоскости тангажа и/или в плоскости крена (диапазон изменения указанных углов может варьироваться в диапазоне от -15° до +15° от нейтрального положения). После выполнения этого шага значения углов в виде управляющих команд по электрическим кабелям передаются в шкаф управления системы подвижности ШУП. Задание величин текущих углов положения рам оператор может задавать вручную в режиме текущего времени.

По управляющим командам от шкафа управления системы подвижности ШУП к источнику питания приводов ИП приводятся в движение попарно соответствующие привода Пр1 - Пр4, обеспечивающие движение соответствующей рамы или обоих рам одновременно по заданному ранее закону. Обратная связь при этом осуществляется получением соответствующих сигналов от датчиков линейного перемещения, которые интегрированы в конструкцию каждого из четырех приводов Пр1 - Пр4, и датчиков углового перемещения, установленных на внешней и внутренней рамах поворотной платформы ПП-1. Контроль параметров осуществляется автоматически системой управления (на схеме не показана) и визуально оператором.

Следующим этапом управления работы испытательной установкой оператор на персональном компьютере ПК задает закон изменения темпа выработки топлива (величина темпа выработки топлива может задаваться оператором вручную в режиме реального времени). Шкаф управления ШУ начинает управлять работой топливных насосов системы подачи и слива топлива СПСТ, создавая заданное оператором давление, температуру и массовый расход топлива, подаваемого из топливохранилища ТХ.

Для имитации штатных или отказных режимов работы объекта испытаний ОИ все его электропотребители подключаются электрическими кабелями к блоку сопряжения БС. Оператор с персонального компьютера ПК через шкаф управления ШУ дает команды на блок сопряжения БС на управление оборудованием объекта испытаний ОИ: включение и отключение штатных подкачивающих насосов, открытие и закрытие перекрывных кранов, открытие и закрытие соленоидных клапанов, снятие показаний топливомеров и сигнализаторов уровня топлива. При этом достигается полная имитация информационного обмена между объектом испытаний ОИ и вертолетным радиоэлектронным оборудованием. Топливо при работе штатных подкачивающих насосов объекта испытаний ОИ через систему подачи и слива топлива СПСТ возвращается обратно в топливохранилище ТХ. На этом этапе испытания на функционирование АСТС вертолета завершаются.

После завершения испытания на функционирование объект испытаний ОИ переносится на поворотную платформу ПП-2 и закрепляется на ней с помощью специальной оснастки (на схеме не показано), где продолжаются его последующие испытания на качку и вибрацию.

Испытания на качку и вибрацию осуществляются следующим образом.

Заправка топливом объекта испытаний ОИ осуществляется системой подачи и слива топлива СПСТ по командам оператора с персонального компьютера ПК аналогично с испытаниями на функционирование.

Далее оператор на персональном компьютере ПК задает требуемый угол наклона поворотной платформы с установленным на ней объектом испытаний ОИ (диапазон изменения угла от -15° до +15°) и скорость качки (диапазон задания скорости качки от 1 до 20 циклов в минуту, один цикл включает в себя перемещение объекта испытаний ОИ от одного своего крайнего положения до другого). Затем заданные значения угла и скорости качки в виде управляющих команд по электрическим кабелям передаются через шкаф управления ШУ в шкаф управления системы подвижности ШУП. По управляющим командам от ШУП к источнику питания приводов ИП приводятся в движение два привода Пр5 и Прб, обеспечивающие достижение заданных оператором угла наклона и скорости качки по обратной связи от датчиков линейного перемещения, которые интегрированы в конструкцию Пр5 и Прб, и датчика углового перемещения, установленного на нижней раме поворотной платформы ПП-2. Контроль параметров осуществляется автоматически системой управления и визуально оператором посредством персонального компьютера ПК.

Амплитуда вибрационного воздействия на поворотной платформе ПП-2 задана конструктивно и является постоянной величиной. Оператор задает значение частоты вибрационного воздействия (диапазон от 5 до 33,3 Гц) и время длительности вибрационного воздействия, затем заданные оператором значения в виде управляющей команды по электрическому кабелю передаются через шкаф управления ШУ в шкаф управления вибрацией ШУВ, который управляет включением электроприводов кривошипно-шатунных механизмов поворотной платформы ПП-2 и достижением ими заданных оборотов. Контроль работы вибрационной системы ВС осуществляется системой управления автоматически по обратной связи по сигналам с датчиков оборотов и моментов вращения на осях приводов кривошипно-шатунных механизмов, интегрированных в электропривод, и датчиков ускорений, размещенных на верхней раме поворотной платформы ПП-2.

После завершения испытаний на качку и вибрацию слив топлива осуществляется штатными насосами объекта испытаний ОИ через систему подачи и слива топлива СПСТ в топливохранилище ТХ.

В настоящее время испытательная установка для авариестойкой топливной системы вертолета аттестована и введена в эксплуатацию.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано при проведении стендовых испытаний топливных систем вертолетов. Испытательная установка для авариестойкой топливной системы вертолета содержит поворотную платформу для изменения пространственного положения авариестойкой топливной системы вертолета по крену и тангажу, поворотную платформу для осуществления качки и вибрационного воздействия. Платформа для изменения пространственного положения состоит из опоры, внутренней и внешней рам прямоугольной формы, имеющих каждая свою ось вращения. Платформа для осуществления качки и вибрационного воздействия состоит из опоры, нижней и верхней рам прямоугольной формы, системы вибрации, состоящей из восьми кривошипно-шатунных механизмов, по одному электроприводу на каждый механизм. Установка также включает систему вибрации, систему подачи и слива топлива, систему подвижности поворотных платформ, систему управления и систему датчиков и кабелей. Обеспечивается расширение функциональных возможностей испытательной установки для наземных испытаний топливных систем вертолетов. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Испытательная установка для авариестойкой топливной системы вертолета, содержащая поворотную платформу для изменения пространственного положения авариестойкой топливной системы вертолета по крену и тангажу, состоящую из опоры, внутренней и внешней рам прямоугольной формы, имеющих каждая свою ось вращения, поворотную платформу для осуществления качки и вибрационного воздействия, состоящую из опоры, нижней и верхней рам прямоугольной формы, систему вибрации, состоящую из восьми кривошипно-шатунных механизмов по одному электроприводу на каждый механизм, систему подачи и слива топлива, состоящую из топливного хранилища, системы фильтрации, водяной нагревательной машины и предохранительной, запорной и регулирующей арматуры, систему подвижности поворотных платформ, состоящую из не менее шести приводов, где четыре привода расположены на платформе для изменения пространственного положения и два привода расположены на платформе для качки и вибрационного воздействия, систему управления, состоящую из основного электрошкафа управления, шкафа управления системой подвижности поворотных платформ, шкафа управления системой вибрации, персонального компьютера, системы электроснабжения, блока сопряжения с объектом испытаний и блоков преобразования выходных данных, и систему датчиков и кабелей.

2. Испытательная установка для авариестойкой топливной системы вертолета по п. 1, отличающаяся тем, что оси вращения внутренней и внешней рам поворотной платформы для изменения пространственного положения находятся в перпендикулярных друг другу плоскостях.

3. Испытательная установка для авариестойкой топливной системы вертолета по п. 1, отличающаяся тем, что на каждой из рам поворотные платформы для изменения пространственного положения привода установлены на противоположных сторонах рам и закреплены своими штоками в зонах их узлов поворота.

4. Испытательная установка для авариестойкой топливной системы вертолета по п. 1, отличающаяся тем, что на нижней раме платформы для осуществления качки и вибрационного воздействия привода установлены по обе стороны от оси вращения рамы на одинаковом расстоянии от нее.

5. Испытательная установка для авариестойкой топливной системы вертолета по п. 1, отличающаяся тем, что на нижней раме платформы для осуществления качки и вибрационного воздействия кривошипно-шатунные механизмы установлены по четыре на каждой из сторон, перпендикулярных оси качания объекта испытаний.

6. Испытательная установка для авариестойкой топливной системы вертолета по п. 1, отличающаяся тем, что на поворотной платформе для изменения пространственного положения внутренняя рама установлена во внешней раме с возможностью своего вращения во внешней раме независимо от положения внешней рамы.