Стенд для копровых испытаний трубчатых полозковых шасси вертолетов
Полезная модель относится к области устройств для наземных испытаний авиационной техники, в частности, к стендам для копровых испытаний трубчатых полозковых шасси вертолетов, которые проводятся с целью имитации посадки вертолета. Стенд для копровых испытаний полозкового шасси вертолета содержит массово-инерционный макет вертолета (МИМВ), устройство для подъема и сброса макета, портал для крепления устройства для подъема и сброса данного макета, горизонтальную посадочную платформу, состоящую из четырех тензоплатформ, акселерометры, установленные в центре масс массово-инерционного макета и в районе передней и задней рессор, устройства для измерения перемещений консолей рессор полозкового шасси относительно массово-инерционного макета и для измерения перемещения центра масс макета относительно посадочной платформы. Особенностью стенда является возможность имитировать два посадочных случая: случай вертикальной посадки и посадки с горизонтальной поступательной скоростью. Идентичность натурной посадки и вертикального копрового сброса обеспечивается равенством усилий, воспринимаемых консолями рессор, и работ, поглощенных шасси, при натурной посадке и копровом сбросе. Равенство достигается за счет того, что при копровом сбросе масса и положение центра масс макета изменяются но сравнению с массой и положением центра масс реального вертолета. Величины смешения центра масс и уменьшения массы МИМВ определяются по приведенным зависимостям. Стенд позволяет воспроизводить второй посадочный удар, который всегда имеет место при грубой авторотационной посадке вертолета.
Большим преимуществом стенда является отсутствие горизонтального поступательного движения МИМВ при сбросе, что позволяет значительно уменьшить габаритные размеры стенда и, соответственно, существенно снизить востребованность производственных площадей, упростить конструкцию стенда, сократить время, требующееся для подготовки к проведению испытаний.
Полезная модель относится к области устройств для наземных испытаний авиационной техники, в частности к стендам для копровых испытаний полозковых шасси вертолетов.
Копровые испытания проводятся путем сброса массово-инерционного макета вертолета (МИМВ) с заданной высоты. Поглощение кинетической энергии посадочного удара в процессе копровых испытаний происходит за счет деформаций рессор шасси. Целью проведения копровых испытаний является проверка надежности работы шасси и подтверждение соответствия конструкции шасси требованиям авиационных правил АП-29. Согласно АП-29 полозковое шасси должно поглощать кинетическую энергию посадочного удара не разрушаясь, при этом перегрузки в характерных точках фюзеляжа не должны превышать определенных при проектировании, а работа, поглощенная полозковым шасси в процессе посадочного удара, не должна быть меньше заданной. Разрушением согласно АП-29 считается факт касания в процессе посадочного удара фюзеляжем посадочной плоскости. Тяга несущего винта должна быть приложена в центре тяжести вертолета, а ее величина и направление должны быть постоянны в течение всего посадочного удара. Вследствие того, что копровые испытания шасси вертолетов должны удовлетворять требованиям авиационных правил АП-29, известные из литературы стенды, предназначенные для испытаний на ударную нагрузку других агрегатов, не являющихся шасси летательных аппаратов, не могут быть применены для копровых испытаний полозковых шасси вертолетов, так как они не обеспечивают выполнения требований АП-29 применительно к полозковым шасси, перечисленных выше.
Известны стенды для испытания отдельной амортизационной стойки шасси летательных аппаратов при посадке с поступательной скоростью (А.с. SU263958 (А1), А.с. SU626614 (А1), Патент CN 101532903 (А)). В данных стендах движение летательного аппарата с поступательной скоростью имитируется либо вертикальным копровым сбросом амортизационной стойки на движущуюся поверхность, либо вертикальным сбросом амортизационной стойки, наклоненной под некоторым углом.
Однако, специфической особенностью полозкового шасси является связь рессор посредством полозков, вследствие чего испытание отдельно взятой рессоры значительно искажает процесс нагружения и энергопоглощения каждой из рессор и шасси в целом. Ввиду перечисленных выше особенностей конструкции полозкового шасси, стенды, предназначенные для копровых испытаний отдельных амортизационных стоек, не могут быть использованы для проведения копровых испытаний полозковых шасси вертолетов.
Известен стенд для копровых испытаний полозкового шасси вертолета, содержащий массово-инерционный макет вертолета, устройство для подвески МИМВ, тросы, при помощи которых устройство крепится к подвеске, посадочную платформу. Имитация посадки с горизонтальной поступательной скоростью достигается сбросом МИМВ на посадочную платформу. В момент соударения МИМВ с посадочной платформой тросы отстреливают при помощи пиропатронов для обеспечения свободного пробега. Отсутствие тяги несущего винта в процессе посадочного удара компенсируется использованием эффективной массы вертолета: масса МИМВ меньше массы реального вертолета (см. Martin S.Annet. LS-DYNA Analysis of Full-Scale Helicopters Crash Test // 11th International LS-DYNA Users Conference, June 06-08, 2010).
Недостатками данного стенда являются большие габаритные размеры и, соответственно, востребованность больших производственных площадей, сложность конструкции, высокая стоимость, значительное время, требуемое для подготовки испытаний.
Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является стенд, содержащий: МИМВ, устройство для подъема и сброса МИМВ, портал для крепления устройства для подъема и сброса МИМВ, наклонную посадочную платформу, акселерометры, установленные в районе передней и задней рессор и в центре масс, устройства, предназначенные для измерения перемещений консолей рессор. МИМВ вертикально сбрасывают на наклонную посадочную платформу. Движение МИМВ по наклонной посадочной платформе имитирует посадку с горизонтальной поступательной скоростью. Отсутствие тяги несущего винта в процессе посадочного удара компенсируется использованием эффективной массы вертолета (см. Efficient helicopter skid landing gear dynamic drop simulation using LS-DYNA. Cheng-Ho Tho, Chad E. Sparks, Ashish K. Sareen, Michael R. Smith, Courtney Johnson. American Helicopter Society 59th Annual Forum, 2003).
Недостатками прототипа являются невозможность воспроизведения второго посадочного удара (в пределах одной посадки), который всегда имеет место при грубых авторотационных посадках, большие габаритные размеры и, соответственно, востребованность значительных производственных площадей, сложность конструкции стенда, невозможность проведения копрового сброса для случая вертикальной посадки, сложность регулировок испытательного оборудования для обеспечения точности выдерживания заданного угла касания полозкового шасси наклонной плоскости.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в возможности воспроизведения двух последовательных посадочных ударов, которые всегда имеют место при грубых авторотационных посадках вертолета, уменьшении габаритов и упрощении конструкции стенда, возможности проведения копровых сбросов как для случая посадки с горизонтальной поступательной скоростью, так и для случая вертикальной посадки вертикальным копровым сбросом с использованием одного и того же стенда, возможности сокращения времени, затрачиваемого на подготовку к проведению испытаний.
Полезная модель поясняется чертежом, который не охватывает и, тем более, не ограничивает, весь объем притязаний данного технического решения, а является лишь иллюстрирующим материалом частного случая выполнения.
Для выполнения поставленной задачи предложен стенд для копровых испытаний трубчатых полозковых шасси вертолетов со взлетными массами в пределах от 2400 до 3900 кгс для имитации случаев посадки с горизонтальной поступательной скоростью и вертикальной посадки. Предлагаемый стенд содержит: 1 - МИМВ; 2 - устройство для подъема и сброса МИМВ; 3 - портал для крепления устройства для подъема и сброса МИМВ; 4 - горизонтальную посадочную платформу, состоящую из четырех тензоплатформ; 5 - акселерометры, установленные в центре масс МИМВ и в районе передней и задней рессор; 6 - устройства, предназначенные для измерения перемещений консолей рессор относительно МИМВ и для измерения перемещений центра масс МИМВ относительно горизонтальной посадочной платформы.
МИМВ подвешивают в горизонтальном положении и вертикально сбрасывают на горизонтальную посадочную платформу, состоящую из четырех тензоплатформ. Имитация посадок достигается за счет предварительного смещения центра масс МИМВ по сравнению с центром масс реального вертолета вдоль оси, образованной пересечением вертикальной плоскости симметрии МИМВ и плоскости, проходящей через центр масс МИМВ и параллельной плоскости горизонта. Отсутствие тяги несущего винта в процессе копрового сброса компенсируется эффективной массой вертолета. Величины эффективной массы и положение смещенного центра масс для случая посадки с горизонтальной поступательной скоростью определяются согласно зависимостям:
, где
- эффективная масса МИМВ, кгс;
m - масса вертолета, кгс;
2031 и 3600 - константы, кгс;
, где
l - расстояние от оси ригеля задней рессоры до плоскости, проходящей через центр масс МИМВ, параллельной оси ригеля задней рессоры и перпендикулярной плоскости горизонта (величина l определяет положение смещенного центра масс);
1670; 191; 2170 - константы, мм;
0,52 - безразмерная константа;
- отношение моментов инерции поперечных сечений передней и задней рессор, соответственно;
b - расстояние между осями ригелей передней и задней рессор.
Величины эффективной массы и требуемого смещения центра масс для случая вертикальной посадки определяются по следующим формулам:
, где
- эффективная масса МИМВ, кгс;
m - масса вертолета, кгс;
2240 и 3600 - константы, кгс;
, где
l - расстояние от оси ригеля задней рессоры до плоскости, проходящей через центр масс МИМВ, параллельной оси ригеля задней рессоры и перпендикулярной плоскости горизонта (величина l определяет положение смещенного центра масс);
458; 191; 2170 - константы, мм;
0,44 - безразмерная константа;
- отношение моментов инерции поперечных сечений передней и задней рессор, соответственно;
b - расстояние между осями ригелей передней и задней рессор.
Указанные зависимости для нахождения эффективной массы вертолета и требуемого смещения центра масс МИМВ как для случая посадки с горизонтальной поступательной скоростью, так и для случая вертикальной посадки получены расчетным путем для вертолетов с массами от 2400 до 3900 кг.
Технический результат (возможность воспроизведения двух последовательных посадочных ударов, всегда имеющих место при грубых авторотационных посадках вертолета, значительное уменьшение габаритных размеров стенда и, соответственно, востребованность значительно меньших производственных площадей, упрощение конструкции стенда, сокращение времени, требующегося для подготовки к проведению испытаний, возможность использования одного и того же стенда для двух случаев посадки: вертикальной посадки и посадки с горизонтальной поступательной скоростью) достигается за счет того, что натурная посадка (как с горизонтальной поступательной скоростью, так и вертикальная) заменяется вертикальным копровым сбросом. Идентичность натурной посадки и вертикального копрового сброса обеспечивается равенством усилий, воспринимаемых консолями рессор, и работ, поглощенных шасси, при натурной посадке и копровом сбросе. Равенство усилий и поглощенных работ достигается за счет изменения массы вертолета и смещения его центра масс. Копровые испытания для имитации обоих случаев посадки проводятся вертикальным сбросом на горизонтальную поверхность, ввиду чего отсутствует горизонтальное поступательное движение. Отсутствие горизонтального поступательного движения МИМВ является значительным преимуществом стенда поскольку приводит к упрощению конструкции стенда и уменьшению его габаритных размеров.
1. Стенд для копровых испытаний трубчатых полозковых шасси вертолетов с посадочными массами в пределах от 2400 до 3900 кгс, содержащий массово-инерционный макет вертолета - МИМВ, устройство для подъема и сброса МИМВ, портал для крепления устройства для подъема и сброса МИМВ, посадочную платформу, акселерометры, установленные в центре масс МИМВ и в районе передней и задней рессор, устройства, предназначенные для измерения перемещений консолей рессор относительно МИМВ и перемещения центра масс МИМВ относительно горизонтальной посадочной платформы, отличающийся тем, что, с целью возможности имитации двух посадочных случаев (посадки с горизонтальной поступательной скоростью и вертикальной посадки) вертикальным копровым сбросом с использованием одного и того же стенда, возможности воспроизведения в обоих случаях двух последовательных посадочных ударов в пределах одной посадки, и с целью уменьшения габаритных размеров и упрощения конструкции стенда, ударная поверхность посадочной платформы параллельна горизонтальной плоскости, при этом величины эффективной массы и положение смещенного центра масс МИМВ для случая посадки с горизонтальной поступательной скоростью определяются согласно зависимостям:
где mэф - эффективная масса МИМВ, кгс;
m - масса вертолета, кгс;
2031 и 3600 - константы, кгс;
где l - расстояние от оси ригеля задней рессоры до плоскости, проходящей через центр масс МИМВ, параллельной оси ригеля задней рессоры и перпендикулярной плоскости горизонта (определяет положение смещенного центра тяжести);
1670; 191; 2170 - константы, мм;
0,52 - безразмерная константа;
- отношение моментов инерции поперечных сечений передней и задней рессор, соответственно;
b - расстояние между осями ригелей передней и задней рессор;
а величины эффективной массы и требуемого смещения центра масс МИМВ для случая вертикальной посадки определяются по следующим формулам:
где
mэф - эффективная масса МИМВ, кгс;
m - масса вертолета, кгс;
2240 и 3600 - константы, кгс;
где l - расстояние от оси ригеля задней рессоры до плоскости, проходящей через центр масс МИМВ, параллельной оси ригеля задней рессоры и перпендикулярной плоскости горизонта (определяет положение смещенного центра масс);
458; 191; 2170 - константы, мм;
0,44 - безразмерная константа;
- отношение моментов инерции поперечных сечении передней и задней рессор, соответственно;
b - расстояние между осями ригелей передней и задней рессор.
2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что посадочная платформа состоит из четырех тензоплатформ.
