способ определения вибрационных сил, возникающих на валу винта вертолета в полете

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИБРАЦИОННЫХ СИЛ, ВОЗНИКАЮЩИХ НА ВАЛУ ВИНТА ВЕРТОЛЕТА В ПОЛЕТЕ, заключающийся в нагружении вала винта в полете и при наземных испытаниях с частотой, равной произведению частоты вращения винта на количество лопастей, измерении виброперемещений вибродатчиками в направлении вдоль оси вала винта и перпендикулярно к ней и определении вибрационной силы по соотношению виброперемещений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения вибрационных сил, возникающих в полете, нагружение вала винта осуществляют при наземных испытаниях последовательным приложением вибрационных сил в направлении вдоль оси вала винта и перпендикулярно к ней, а вибрационные силы определяют из следующих соотношений:



где Y^htl_пол , Y^rjy_пол^cn виброперемещение в полете редуктора и силового элемента конструкции;

F_{y пол}, F_{x пол} вибрационные силы, возникающие в полете на валу винта вертолета, соответственно, вдоль оси вала и перпендикулярно к ней;

F_{y экспер}, F_{x экспер} вибрационные силы, прикладываемые при наземнных испытаниях;

Y^htl_экспер (F_y), Y^htl_экспер (F_x) виброперемещения редуктора при наземных испытаниях от действия вибрационных сил;

Y^констр_экспер (F_y), Y^конст_экспер (F_x) виброперемещения силового элемента конструкции при наземных испытаниях от действия вибрационных сил.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к авиационной технике, а более конкретно к методикам проведения испытаний вертолетов.

Известно определение переменных сил, возникающих на втулке несущего винта вертолета в полете, посредством тензометрии элементов крепления редуктора и вала несущего винта вертолета (Михеев Р.А. Прочность вертолетов. М. Машиностроение, 1984, с. 251-265). При тензометрии элементов крепления редуктора переменные силы определяют совместно с инерционной силой редуктора. Кроме того, в случае крепления редуктора к фюзеляжу с помощью фланцевого стыка определить величины переменных сил не представляется возможным из-за статической неопределимости фланцевого стыка. При тензометрии вала несущего винта вертолета переменные силы определяют без учета инерционных сил редуктора, но при этом возникают трудности, связанные с обеспечением в условиях вибраций надежных контактов стабильных переходных сопротивлений в токосъемниках. Кроме того, вал несущего винта имеет достаточно сложные формы сечений, обусловленные наличием шлицев, резьб, проточек, непостоянством диаметров и толщины стенки. Все это приводит к значительным погрешностям в определении переменных сил.

Известен способ определения вибрационной силы, возникающей на редукторе вдоль вала винта вертолета в полете (Акимов А.И. и др. Летные испытания вертолетов. М. Машиностроение, 1980, с. 379-386). В этом способе замеряют вибрации в направлении оси вала несущего винта и перпендикулярно ей в полете и при частотных испытаниях на земле с неработающими двигателями при нагружении вибрационной силой вдоль вала винта с частотой, равной частоте вибраций в полете, т.е. произведению частоты вращения несущего винта на число лопастей несущего винта. При этом вес лопастей несущего винта имитируют приложением статической силы. Вибрационную силу в полете определяют как произведение отношения амплитуд виброперемещений, замеренных в полете, к замеренным в наземных условиях на вибрационную силу, приложенную в наземных условиях.

В полете вибродатчик, установленный на редукторе даже в непосредственной близости от оси вала, реагирует не только на плоско-параллельные виброперемещения редуктора вдоль оси вала, но и также на угловые виброперемещения редуктора, которые обусловлены не только вибрационной силой, действующей вдоль оси вала, но и вибрационной силой, действующей перпендикулярно оси вала вибрационной продольной силой. Поэтому в данном способе вибрационная сила, действующая в полете вдоль оси вала, определена с погрешностью, а вибрационную силу, действующую перпендикулярно оси вала, данным способом определить невозможно.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности определения вибрационных сил.

Цель достигается следующим образом.

Устанавливают два вибродатчика: один на корпусе редуктора, регистрирующий вибрации редуктора вдоль вала, другой на силовом элементе конструкции вертолета, регистрирующий вибрации в вертикальном направлении.

Измеряют амплитуды, фазы и частоты колебаний редуктора и силового элемента конструкции в полете.

Нагружают вал несущего винта в наземных условиях при неработающем двигателе вибрационными силами сначала в направлении вала винта, а потом перпендикулярно ему, в направлении пересечения плоскости винта с продольной плоскостью вертолета; частота обеих вибрационных сил одинакова и равна произведению частоты вращения винта на количество лопастей, при этом вес лопастей винта имитируют приложением статических сил.

Измеряют амплитуды и фазы колебаний редуктора и конструкции при наземных испытаниях.

Определяют вибрационные силы F_{х пол} и F_{у пол}, возникающие на вале несущего винта вертолета в полете из следующих соотношений:

y где F_{у пол}, F_{х пол} вибрационные силы, действующие на вал винта вертолета в полете с частотой, равной произведению частоты вращения винта на число лопастей (лопастной частотой);

F_{у экспер}, F_{х экспер} вибрационные силы, прикладываемые к валу винта при наземных испытаниях с лопастной частотой;

y, y вибрации с лопастной частотой редуктора и конструкции вертолета в полете;

y (F_y) (F_у), y (F_x) (F_х) вибрации редуктора при наземных испытаниях от действия сил F_у и F_х;

y (F_у), y (F_x) вибрации конструкции при наземных испытаниях от действия сил F_у и F_х.

Приведенная система система из двух уравнений с двумя неизвестными F_{у пол} и F_{х пол}, решая которую находят искомые вибрационные силы.

В предлагаемом способе используют два вибродатчика, первый из которых устанавливают, как и в способе-прототипе, на корпусе редуктора, а второй на силовом элементе конструкции вертолета. Так, местом для расположения второго вибродатчика может служить пилотская кабина, вибрации которой, как правило, постоянно контролируются в полете.

Нагружение при наземных испытаниях вибрационной силой, приложенной к валу винта по линии пересечения продольной плоскости вертолета с плоскостью несущего винта, приближает испытания к реальным условиям нагружения.

На фиг. 1 показан процесс проведения наземных вибрационных испытаний вертолета; на фиг. 2 таблица с результатами реализации способа.

Примером конкретной реализации способа является определение вибрационных сил, действующих в полете на вал несущего винта экспериментального вертолета с лопастной частотой f=14,4 Гц.

При наземных испытаниях вертолет 1 устанавливают на шасси на испытательной площадке 2. Сверху, над валом 3 несущего винта, закрепляют электродинамический вибратор 4 (ЭДВ-100) в двух положениях на основании 5 для возбуждения вибрационных сил вдоль оси вала винта и перпендикулярно ей. При этом последовательность приложения вибрационных сил произвольна. Максимальная вибрационная сила, развиваемая вибратором, составляет F 100 кг. На корпусе редуктора 6 и в пилотской кабине, в районе кресла 7 пилота, на силовом полу устанавливают вибродатчики 8 и 9 (АС-498). Частота возбуждения равна произведению частоты оборотов несущего винта на число лопастей, что составляет f=14,4 Гц для исследуемого вертолета.

С помощью аппаратуры 10 осуществляются управление вибратором и обработка результатов эксперимента. При усилиях вибратора F_{у экспер}= 90 кг, F_{х экспер}= 90 кг виброперемещения главного редуктора от действия этих сил составляют y (F_у)=0,091 мм, y (F_х) 0,037 мм соответственно. Виброперемещения в кабине пилотов составляет y (F_у) 0,084 мм, y(F_у)0,078 мм.

В полете величины вибраций в указанных местах на скорости V_г.п.=190 км/ч горизонтального полета составляют y= 0,19 мм, y0,29 мм (на частоте f=14,4 Гц).

Вибрационные силы F_{у пол} и F_{х пол}, возникающие в полете на валу несущего винта экспериментального вертолета, определяют из приведенной ранее системы двух уравнений с двумя неизвестными.

Эта система уравнений получена на основании соотношений

.

Аналогичные соотношения получают и для силового элемента конструкции вертолета. Используя принцип суперпозиции, получают уравнения.

Подставляют в уравнения результаты наземных и летных испытаний и получают

0,19 0,091 0,037,

0,29 0,084 0,078, знаки в уравнениях зависят от фазности виброперемещений редуктора и кресла пилота при испытаниях.

Решая полученную систему, находят F_{х пол} 92,8 кг, F_{у пол} 225,7 кг.

В способе-прототипе величина возникающей вибрационной силы, направленной вдоль вала винта, на рассмотренном режиме полета вертолета составила F_{у пол}= 187,9 кг.

Предлагаемый способ прост в реализации, по сравнению с прототипом не требует дополнительного оборудования, кроме второго вибродатчика.