Вертолёт, 2005 № 04

Для контроля переменного изгибающего момента и перерезывающей силы в контрольных сечениях лопастей монтируются тензомосты. До усталостных испытаний тензомосты тарируются. При тарировке лопасть консольно закрепляется фланцевым соединением, а к концевому сечению прикладывается вертикальное усилие. В результате проведенных тарировок получаются зависимости величины сигналов тензомостов от величины приложенных усилий (рис. 1, 2).

Результаты проведенных тарировок позволили замерить изменение изгибающих моментов и перерезывающих сил в контрольных сечениях при одновременном нагружении лопасти осевым усилием и переменным изгибающим моментом как в плоскости вращения лопасти, так и в плоскости тяги. На рис. 3 приведена циклограмма изменения изгибающего момента при переменном нагружении в плоскости вращения. Можно увидеть, что амплитуда переменного изгибающего момента от цикла к циклу изменяется незначительно.

На рис. 4 приведены циклограммы перерезывающих сил в контрольных сечениях при переменном нагружении в плоскости тяги винта. Видно, что перерезывающие силы по длине лопасти практически постоянны. Изменения амплитуды колебаний перерезывающих сил от цикла к циклу незначительны.

Проведенные в ЦАГИ исследования позволяют заключить, что созданные стенды дают возможность проводить весь комплекс усталостных испытаний, который необходим как для сертификации, так и для контроля качества серийной продукции.

Денис ФЕДОРОВ, инженер ЦАГИ

На более качественном уровне

Для контроля качества изготовления и подтверждения установленного ресурса различных серийных агрегатов вертолетов ежегодно проводятся их зачетные испытания. Они идут по программам, составленным предприятием-разработчиком на основании записей режимов эксплуатации агрегатов. Все испытания должны проводиться с воспроизведением высокочастотного спектра нагружения 9-24 Гц. До сих пор нагрузки, как правило, имитировались с помощью электродинамических и механических вибраторов. Недостаток такого способа заключается в сложности, а во многих случаях и невозможности автоматизации эксперимента. Для повышения точности воспроизведения заданных нагрузок и обеспечения сложных режимов нагружения в лаборатории ресурсных испытаний ЦАГИ был создан комплекс современных испытательных стендов на базе высокочастотного электрогидравлического привода с применением ЭВМ.

Вибростенд ресурсных испытаний маслоблоков вертолетов

В комплекс современных испытательных стендов входят:

— вибростенд ресурсных испытаний маслобаков вертолетов;

— вибростенд ресурсных испытаний подвесных топливных баков вертолетов;

— стенд ресурсных испытаний забустерных частей управления несущим и хвостовым винтами вертолета Ми-8;

— четыре стенда ресурсных испытаний забустерных частей управления вертолета Ми-26 по каждому каналу отдельно.

Гидропитание всех стендов осуществляется одной маслонасосной станцией. Для уменьшения взаимовлияния стендов при их одновременной работе в системе установлено пять гидроаккумуляторов. Все стенды имеют раздельные рамы, на которых агрегаты крепятся аналогично их установке на вертолетах.

На стенде ресурсных испытаний маслоблоков вертолета испытываются на вибро-прочность ленты и узлы крепления баков, а также их герметичность под действием знакопеременных нагрузок. Согласно программе, вибронагружение маслобаков, заполненных на 80 % водой, ведется на трех режимах с частотой 20 Гц и амплитудами 0,6 мм, 0,9 мм и 1,3 мм соответственно. Вибрационные нагрузки воспроизводятся гидроцилиндром с помощью сервоклапана. Управление гидроприводом идет от многоканальной стойки управления. Каждый канал стойки содержит блок включения, задатчик, нормирующий усилитель, ПИД-регулятор, счетчик циклов, вольтметр и блок защиты. Контур управления работает с обратной связью по датчику перемещения, встроенному в гидроцилиндр. Синусоидальный сигнал с генератором, масштабированный по амплитуде, поступает на задатчик канала, где он алгебраически суммируется с сигналом обратной связи и сигналом статического задания, после чего вырабатывается сигнал ошибки. Этот сигнал через ПИД-регулятор и усилитель мощности подается на сервоклапан. В блоке защиты канала ведется непрерывный контроль амплитуды. При превышении установленных пределов амплитуды происходит отключение привода и аварийная разгрузка. Погрешность отработки заданного режима составляет ± 2 %. Для подтверждения установленного ресурса баки должны пройти без разрушения по каждому режиму зачетное число циклов, определяемое расчетным путем.

На стенде ресурсных испытаний подвесных топливных баков вертолетов проводятся зачетные испытания на выносливость подвесных топливных баков. Вибронагружение бака осуществляется в двух плоскостях — вертикальной и горизонтальной. Настройка привода и контроль амплитуды вибраций производятся по шести точкам в трех сечениях бака. Возбуждение вибраций в вертикальной плоскости ведется гидроцилиндром с дроссельным регулированием. Частота вибраций в этой плоскости 24 Гц. В горизонтальной плоскости возбуждение производится также гидроцилиндром с дроссельным регулированием и обратной связью по датчику перемещения. Частота горизонтальных вибраций — 9 Гц. Управление приводами ведется с той же стойки, что и на предыдущем стенде. Измерение амплитуд вибраций бака осуществляется виброизмерительной системой на базе пьезоэлектрических вибродатчиков с записью и обработкой их показаний на ЭВМ в режиме реального времени. При испытаниях баки заполняются водой на 80 %. Зачетное время наработки определяется на основании опыта ранее испытанных баков и их наработки, но не более 500 часов.

Применение гидравлических приводов вместо электродинамических вибраторов позволило значительно увеличить гибкость настройки режимов испытания благодаря возможности смещения центра тяжести бака относительно оси цилиндра, а также возможности точного задания амплитуд в широком диапазоне.

На трехканальном стенде для динамических испытаний забустерной части продольного и поперечного управления, а также управления общим шагом вертолета Ми-8 нагружение производится по трем каналам одновременно гидроприводами с дроссельным регулированием и обратной связью по силе в контурах управления. Испытания проводятся на трех режимах: нормальном и двух усиленных. Нагрузка по каждому каналу состоит из статической и наложенной на нее динамической нагрузки частотой 20 Гц. В канале поперечного управления динамическая нагрузка задается со сдвигом фазы на 90 градусов. Управление приводами стенда осуществляется с многоканальной стойки управления. Контроль величины нагрузок ведется в блоках защиты каждого канала. В случае превышения установленных пределов нагрузки по какому-либо каналу происходит одновременное отключение приводов всех трех каналов и их аварийная разгрузка.

Нагружение на всех режимах ведется с переходом через 0, в результате чего при появлении люфтов в цепочке нагружения может возникать нестабильность в работе привода. Во избежание этого приходится обращать особое внимание на качество изготовления и сборки резьбовых и шарнирных соединений. Для подтверждения установленного ресурса не допускается разрушение узлов и деталей частей управления на каком-либо режиме испытаний. В ходе испытаний фиксируется возникновение люфтов в шарнирах изделий.

Для динамических испытаний забустерной части продольного, поперечного, ножного управления и управления общим шагом вертолета Ми-26 созданы соответственно четыре раздельных испытательных стенда. В каждом канале нагружение ведется с помощью гидроприводов с дроссельным регулированием. Управление приводами осуществляется также с многоканальной стойки управления. Принцип работы канала аналогичен описанному ранее, разница лишь в том, что обратная связь осуществляется по датчику силы, изготовленному и протарированному непосредственно под усилия канала. По каналам продольного и поперечного управления, а также управления общим шагом осуществляется блочное нагружение. Блок состоит из трех этапов нагружения со своими статической нагрузкой и определенным числом циклов динамической нагрузки с частотами 17,5 и 1,5 Гц.