Испытательный стенд для проведения кинематических испытаний
Испытательный стенд для проведения кинематических испытаний относится к области испытательной техники и может быть использован при комплексном полунатурном моделировании функционирования авиационных навигационных систем, в частности для имитации движения летательного аппарата относительно центра масс совместно с воспроизведением близкой к реальности начальной выставки гироскопов навигационной системы летательного аппарата.
Испытательный стенд содержит три рамы, вложенные друг в друга и имеющие возможность перемещаться друг относительно друга по принципу карданного подвеса. Система рам установлена на подвижном основании, которое, в свою очередь, установлено на средстве линейного перемещения. На внутренней раме установлен объект испытаний. Рамы, подвижное основание и средство линейного перемещения способны перемещаться друг относительно друга и относительно неподвижного основания с помощью двигателей привода. В сумме рамы, подвижное основание и средство линейного перемещения обеспечивают объекту испытаний пять степеней свободы, из которых возможность поворота относительно любой оси обеспечивается рамами, а возможность перемещения в горизонтальной плоскости - подвижное основание и средство линейного перемещения. Характер движения рам, подвижного основания и средства линейного перемещения определяется системой управления испытательным стендом, имеющей в своем составе программное обеспечение.
Испытательный стенд для проведения кинематических испытаний позволяет получать более точное воспроизведение натурных кинематических условий при моделировании движения объекта испытаний, уменьшить погрешность при проведении полунатурных испытаний.
Испытательный стенд для проведения кинематических испытаний относится к области испытательной техники и может быть использован при комплексном полунатурном моделировании функционирования авиационных навигационных систем, в частности для имитации движения летательного аппарата относительно центра масс совместно с воспроизведением близкой к реальности начальной выставки гироскопов навигационной системы летательного аппарата.
Известен динамический моделирующий стенд для испытания гироскопических приборов (авторское свидетельство СССР №259444 от 21.10.1968), содержащий корпус, размещенную в нем платформу с управляемой осью для установки испытуемых гироскопических приборов, редуктор, элементы следящего привода.
Также известен стенд для испытания измерительных приборов, например, гироскопических (авторское свидетельство СССР №480946 от 31.01.1972), содержащий основание, внешнюю раму, установленную на основании с помощью поворота, внутреннюю раму, служащую для закрепления испытываемого прибора, установленную во внешней раме с возможностью поворота вокруг оси и червячные приводы для поворота рам.
Также известен динамический стенд, предназначенный для аттестации преобразователей инерциальной информации (патент РФ №2272256 от 24.08.2004), наиболее близкий к рассматриваемому техническому решению и выбранный в качестве прототипа. Динамический стенд содержит внутреннюю раму, установленную посредством двух валов на внешней раме, которая установлена посредством двух валов в основании, следящие системы с двигателями, и установочную площадку для испытуемого объекта на внутренней раме.
Недостатком как аналогов, так и прототипа является ограниченная способность к воспроизведению натурных условий.
Задачей, на решение которой направлено рассматриваемое техническое решение, является повышение качества полунатурного моделирования путем более точного воспроизведения движения объекта испытаний, которым является блок испытательной системы.
Задача решается за счет того, что испытательный стенд для проведения кинематических испытаний содержит неподвижное основание, первую раму, установленную с возможностью поворота во второй раме, вторую раму, с возможностью поворота установленную в третьей раме таким образом, что ось вращения первой рамы относительно второй и ось вращения второй рамы относительно третьей перпендикулярны, третью раму, установленную с возможностью поворота на подвижном основании таким образом, что ось вращения второй рамы относительно третьей и ось вращения третьей рамы относительно основания перпендикулярны; ось вращения первой рамы относительно второй, ось вращения второй рамы относительно третьей и ось вращения третьей рамы относительно основания пересекаются в одной точке; при этом подвижное основание установлено на средстве линейного перемещения с возможностью линейного перемещения, а средство линейного перемещения установлено на неподвижном основании с возможностью линейного перемещения таким образом, что направление линейного перемещения подвижного основания относительно средства линейного перемещения и направление линейного перемещения средства линейного перемещения относительно неподвижного основания взаимноперпендикулярны; при этом первая рама относительно второй, вторая рама относительно третьей и третья рама относительно подвижного основания могут совершать угловые колебательные движения, а подвижное основание относительно средства линейного перемещения и средство линейного перемещения относительно неподвижного основания могут совершать линейные колебательные движения и первая рама, вторая рама, третья рама,
подвижное основание и средство линейного перемещения могут быть зафиксированы друг относительно друга, а средство линейного перемещения может быть зафиксировано относительно неподвижного основания; также испытательный стенд для проведения кинематических испытаний содержит, двигатели привода для первой, второй, третьей рам, подвижного основания и средства линейного перемещения и систему управления перемещением, включающую в себя комплекс программного обеспечения, при этом на первой раме установлен объект испытаний, представляющий собой блок инерциальной информации и содержащий датчики линейных ускорений и датчики угловых скоростей и ускорений.
Техническое решение позволяет получать более точное воспроизведение натурных кинематических условий при моделировании движения объекта испытаний, уменьшить погрешность при проведении полунатурных испытаний.
На фиг.1 изображен общий вид испытательного стенда с объектом испытаний в изометрии, на фиг.2 - схема расположения датчиков линейных ускорений и угловых скоростей и ускорений в составе объекта испытаний, на фиг.3 - схема взаимодействия систем, входящих в состав испытательного стенда, в процессе проведения испытаний.
Объект испытаний 1 представляет собой, например, блок инерциальной системы, входящий в состав навигационной системы летательного аппарата 2. Объект испытаний 1 содержит три датчика линейных ускорений 3, рабочие оси которых сориентированы по трем взаимно перпендикулярным осям Oc1, O c2 и Ос3 связанной системы координат объекта испытаний 1. Также объект испытаний 1 содержит три датчика угловых скоростей и ускорений 4, рабочие оси которых сориентированы по трем взаимно перпендикулярным осям связанной системы координат объекта испытаний 1. Датчики линейных ускорений 3 и датчики угловых скоростей и ускорений 4 могут быть выполнены, например, гироскопическими. Объект испытаний 1 подключен к навигационной системе летательного аппарата 2 с целью обработки данных,
получаемых датчиками линейных ускорений 3 и датчиками угловых скоростей и ускорений 4.
Объект испытаний 1 смонтирован на первой раме 5. Первая рама 5 установлена во второй раме 6 с возможностью поворота с помощью, например, валов (на фиг. не обозначено). Вторая рама 6 установлена в третьей раме 7 с возможностью поворота с помощью, например, валов (на фиг. не обозначено). Взаимное расположение первой 5, второй 6 и третьей 7 рам таково, что первая 5, вторая 6 и третья 7 рамы образуют карданный подвес. Третья рама 7 установлена на подвижном основании 8 и имеет возможность поворота относительно оси О3 поворота третьей рамы 7 относительно подвижного основания 8. Ось O1 поворота первой рамы 5 относительно второй 6 перпендикулярна оси O 2 поворота второй рамы 6 относительно третьей 7. Ось O 2 перпендикулярна оси О3. Ось O 1 и ось О3 изменяют взаимное расположение в процессе работы испытательного стенда, однако ось O 1, ось O2 и ось О 3 всегда пересекаются в одной точке. Ось О 3 всегда находится в горизонтальной плоскости. Ось О 3 всегда имеет вертикальное положение.
Подвижное основание 8 установлено на средстве линейного перемещения 9, которое может быть выполнено в виде траверсы, таким образом, что имеет возможность перемещаться вдоль средства линейного перемещения 9 в направлении А (см. фиг.1), например по направляющим, которые имеют на своих торцах зубчатую рейку. Средство линейного перемещения 9, в свою очередь, имеет возможность линейного перемещения относительно неподвижного основания 10 в направлении Б (см. фиг.2), например, с помощью рельс и колес 11. Направление А и направление Б взаимноперпендикулярны и горизонтальны.
На первой раме 5 установлены двигатели привода 12, обеспечивающие поворот первой рамы 5 относительно второй рамы 6. На второй раме 6 установлены двигатели привода 13, обеспечивающие поворот второй рамы 6 относительно третьей рамы 7. На третьей раме 7 установлены двигатели привода 14, обеспечивающие поворот третьей рамы 7 относительно подвижного
основания 8. На подвижном основании 8 установлены двигатели привода 15, обеспечивающие линейное перемещение подвижного основания 8 относительно средства линейного перемещения 9. На средстве линейного перемещения 9 установлены двигатели привода 16, обеспечивающие линейное перемещение средства линейного перемещения 9 относительно неподвижного основания 10.
Двигатели привода 12-16 соединены с системой управления испытательным стендом 17, имеющей в своем составе комплекс программного обеспечения. Двигатели привода 12-16 могут быть соединены с системой управления испытательным стендом 17 через усилитель мощности 18, например силовой инвертор, сервоусилитель, или дифференциальный усилитель, в случае необходимости усилителей мощности может быть несколько. На первой раме расположены датчики положения объекта испытаний 19, предназначенные для обеспечения обратной связи для системы управления испытательным стендом 17. Датчики положения объекта испытаний 19 соединены с системой управления испытательным стендом 17. Система управления испытательным стендом 17 соединена с навигационной системой летательного аппарата 2. Программное обеспечение, входящее в состав системы управления испытательным стендом 17, дополнительно выполняет функцию сопоставления исходных данных, согласно которым система управления испытательным стендом 17 осуществляет перемещение подвижных частей испытательного стенда (первой рамы 5, второй рамы 6, третьей рамы 7, подвижного основания 8, средства линейного перемещения 9), и обработанных навигационной системой летательного аппарата 2 показаний датчиков линейных ускорений 3 и датчиков угловых скоростей и ускорений 4.
За несколько секунд перед подачей питания на объект испытаний 1 комплекс программного обеспечения задает параметры движения объекта испытаний 1 и система управления передает сигналы на двигатели привода 12-16. Параметры движения объекта испытаний 1 могут быть заданы двумя способами: воспроизведение информации о движении реального летательного
аппарата во время исполнения конкретных маневров при летных испытаниях, записанной бортовым самописцем, и задание параметров движения оператором испытательного стенда. Получив управляющий сигнал от системы управления, двигатели привода 12-14 отрабатывают посредством зубчатого зацепления своих валов и реек необходимые линейные перемещения объекта испытаний 1 в горизонтальной плоскости, а двигатели привода 15-16 отрабатывают угловые перемещения объекта испытаний 1. Система слежения за движением испытательного стенда с помощью датчиков положения объекта испытаний 20 обеспечивает обратную связь для системы управления испытательным стендом 17 посредством корректирующих сигналов.
Через несколько секунд с момента воспроизведения движений носителя, подается питание на объект испытаний 1. С подачей питания на объект испытаний 1 датчики линейных ускорений 3 и датчики угловых скоростей и ускорений 4 приходят в рабочее состояние. В тот момент, когда объект испытаний 1 с помощью датчиков линейных ускорений 3 и датчиков угловых скоростей и ускорений 4 определяет направление истинного вектора гравитации, испытательный стенд продолжает воспроизводить перемещение объекта испытаний 1 согласно выдаваемым сигналам комплекса программного обеспечения.
Испытательный стенд с помощью системы управления и двигателей привода 12-16 осуществляет перемещение объекта испытаний 1 согласно заданным параметрам. Датчики линейных ускорений 3 и датчики угловых скоростей и ускорений 4 измеряют линейные и угловые ускорения движения объекта испытаний 1. Навигационная система летательного аппарата 2 получает и обрабатывает данные измерений с датчиков линейных ускорений 3 и датчиков угловых скоростей и ускорений 4. С помощью программного обеспечения система управления испытательным стендом 17 сопоставляет заданные параметры движения с данными измерений, полученными навигационной системой летательного аппарата 2 и проверяет работу и определяет погрешности измерений датчиков линейных ускорений 3 и датчиков угловых скоростей и
ускорений 4, а также проверяет работу и определяет погрешности работы навигационной системы летательного аппарата 2. Характер движения, имитируемого испытательным стендом, способ задания параметров движения, имитируемого испытательным стендом, датчики, участвующие в измерениях и тип результатов определяются программным обеспечением, входящим в состав системы управления испытательным стендом 17.
Объект испытаний в рассматриваемом испытательном стенде для проведения кинематических испытаний и способе его использования при проведении испытаний имеет до пяти степеней свободы, что позволяет проводить полунатурные испытания инерциальных систем, в частности, инерциальных систем, входящих в состав навигационных систем летательных аппаратов, с большей полнотой и точностью и также позволяет снизить требуемое количество натурных испытаний. Дополнительно испытательный стенд для проведения кинематических испытаний позволяет более точно определить как индивидуальные погрешности датчиков, входящих в состав объекта испытаний при частных видах движения, так и совместные погрешности датчиков при комплексных испытаниях, а также, в частном случае, погрешности навигационных систем летательных аппаратов.
Испытательный стенд для проведения кинематических испытаний, содержащий неподвижное основание, первую раму, установленную с возможностью поворота во второй раме, при этом на первой раме установлен объект испытаний, представляющий собой блок инерциальной информации и содержащий датчики линейных ускорений и датчики угловых скоростей и ускорений, двигатели привода для первой и второй рам и систему управления испытательным стендом, включающую в себя комплекс программного обеспечения, в котором на первой раме установлен блок инерциальной системы, отличающийся тем, что испытательный стенд для проведения кинематических испытаний дополнительно содержит третью раму, подвижное основание, средство линейного перемещения, двигатели привода для третьей рамы, подвижного основания и средства линейного перемещения; вторая рама с возможностью поворота установлена в третьей раме таким образом, что ось вращения первой рамы относительно второй и ось вращения второй рамы относительно третьей перпендикулярны, а третья рама установлена с возможностью поворота на подвижном основании таким образом, что ось вращения второй рамы относительно третьей и ось вращения третьей рамы относительно основания перпендикулярны; ось вращения первой рамы относительно второй, ось вращения второй рамы относительно третьей и ось вращения третьей рамы относительно основания пересекаются в одной точке; подвижное основание установлено на средстве линейного перемещения с возможностью линейного перемещения, а средство линейного перемещения установлено на неподвижном основании с возможностью линейного перемещения таким образом, что направление линейного перемещения подвижного основания относительно средства линейного перемещения и направление линейного перемещения средства линейного перемещения относительно неподвижного основания взаимно перпендикулярны; при этом первая рама относительно второй, вторая рама относительно третьей и третья рама относительно подвижного основания могут совершать угловые колебательные движения, а подвижное основание относительно средства линейного перемещения и средство линейного перемещения относительно неподвижного основания могут совершать линейные колебательные движения и первая рама, вторая рама, третья рама, подвижное основание и средство линейного перемещения могут быть зафиксированы относительно друг друга, а средство линейного перемещения может быть зафиксировано относительно неподвижного основания; дополнительно объект испытаний подключен к навигационной системе.
