Создание нагрузок, имитирующих воздействие аэродинамических потоков, при раскрытии рулей

Консоли проектируемых изделий ОКБ «Новатор» при раскрытии испытывают воздействие различных аэродинамических потоков в зависимости от скорости и положения изделия в пространстве. Отделу 34 была поставлена задача проверки работоспособности механизма раскрытия консолей в условиях, имитирующих сочетания экстремальных штатных эксплуатационных нагрузок. В связи с нерациональностью приобретения аэродинамической трубы для ОКБ из-за большой стоимости и малого коэффициента использования, а также значительных материальных и технических затрат при проведении испытаний в аэродинамической трубе Центрального аэро-гидродинамического института (ЦАГИ) были опробованы варианты создания заданных нагрузок на рули с помощью различных механических приспособлений:

– резиновые жгуты;

– силовые цилиндры (рис. 1, 2).

Однако все они не обеспечивают графики нагрузок в зависимости от угла раскрытия консоли до угла 120° (рис. 3).

С помощью резиновых жгутов можно обеспечить только «сопротивляющие» нагрузки до углов 60–80° с большой погрешностью. Жгуты при заданных скоростях раскрытия консолей провисают и не успевают обеспечить «помогающие» нагрузки.

Силовые цилиндры из-за большого хода поршня создают значительные изгибающие моменты на штоках, что часто приводит к их заклиниванию.

Рис. 1. Создание сопротивляющей нагрузки на консоли пневмоцилиндрами. Пневмоцилиндр с аккумулятором

Рис. 2. Создание сопротивляющей нагрузки на консоли пневмоцилиндрами. Вид сверху

Нагружение консолей цилиндрами

Рис. 3. График зависимости моментов от угла поворота консоли

Пневмоцилиндры не позволяют создать знакопеременную нагрузку на консоли.

Кроме того, инерционные свойства механических систем нагружения, изменение движущейся массы руля, невозможность создания требуемых нагрузок в динамике сильно искажают окончательный результат.

После проведения ряда исследовательских испытаний было решено создавать воздействующие моменты на консоль с помощью потоков воздушных струй, действующих на плоскость консоли в нормальном и боковом направлениях (рис. 4–6). Усилия, создаваемые такими потоками воздуха, исключают недостатки механических приспособлений, приближая нагрузки к заданным.

Рис. 4. Отработка вариантов создания нагрузок (воздушным потоком и цилиндрами)

Рис. 5. Пробный вариант нагружения консолей воздушным потоком

После проведения ряда экспериментов мы остановились на схеме, приведенной на рис. 7–10.

В качестве аккумулятора давления используется газобаллонная батарея СТ-360, имеющая емкость 3,2 м3 при давлении сжатого воздуха до 16,0 МПа (~160 кгс/см2) и обеспечивающая подачу сжатого воздуха по трубопроводу с внутренним диаметром 32 мм (площадь сечения – 8,04 см2).

На коллекторе расположены вертикально 29 трубопроводов, равноудаленных друг от друга и имеющих возможность поворота на 360°.

С помощью поворотных трубопроводов потоки воздуха из форсунок можно подавать на плоскость привода под разными углами на разных расстояниях от оси вращения. Это позволяет с большой точностью добиваться заданных моментов воздействия на привод при различных углах открытия движущегося руля.

Каждый трубопровод имеет по 3 расходных отверстия диаметром 4 мм каждое. Все отверстия имеют приспособления, позволяющие перекрывать их в пределах от 0 до 100 %.

Нагружение консолей на промежуточном стенде

Mр2 фактич., кгс·м                     Mр2 заданый, кгс·м

Рис. 6. График зависимости моментов от угла поворота консоли

Рис. 7. Принципиальная схема стенда

Регулируя давление в газобаллонной батарее, углы поворота и сечение отверстий форсунок, можно добиваться заданных моментов аэродинамического воздействия на консоли при различных положениях угла раскрытия. Тарировка моментов осуществляется по тензодатчикам, установленным на осях консолей.

Рис. 8. Стенд проверки работоспособности механизма раскрытия консолей. Внешний вид

Рис. 9. Стенд проверки работоспособности механизма раскрытия консолей. Вид сверху

Управление стендом производится с пульта управления испытательного комплекса.

Выбранная схема прошла всестороннюю апробацию на различных графиках нагружения консолей проектируемых изделий и показала точностные характеристики в пределах 2–4 % от заданных.

Нагружение консолей на новом стенде

М, кгс-м

♦ Мр2 фактич., кгс-м----Мр2 заданый, кгс-м----Mp3 заданый, кгс-м • Mp3 фактич., кгс-м

Рис. 10. График зависимости моментов от угла поворота консоли