Способ динамических испытаний лопастей рулевого винта вертолёта на усталостную прочность

 

Изобретение относится к области испытаний конструкций и устройств и может быть использовано для динамических испытаний рулевых винтов вертолетов на резонансных стендах с возбуждением, например, от механических вибраторов. Динамические испытания лопастей на усталостную прочность осуществляют на образце рулевого винта путем приложения продольной растягивающей силы заданной величины с эксцентриситетом относительно главных центральных осей поперечных сечений и переменных изгибающих моментов посредством возбуждения собственных изгибных колебаний и по числу колебаний, выполненных до разрушения образца, оценивают усталостную прочность конструкции, причем образец устанавливают с поворотом вокруг его продольной оси под углом, обеспечивающим требуемые величины переменных изгибающих моментов как в плоскости вращения, так и в плоскости тяги. Технический результат - повышение достоверности результатов испытаний образца рулевого винта путем создания в нем внешних нагрузок, близких к условиям, которые испытывает рулевой винт при работе на вертолете. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области испытаний конструкций и устройств и может быть использовано для динамических испытаний рулевых винтов вертолетов на резонансных стендах с возбуждением, например, от механических вибраторов.

Известен способ динамических испытаний образцов лопастей несущего и рулевого винтов вертолета на усталостную прочность, заключающийся в закреплении образца лопасти и создании в нем постоянной нагрузки путем приложения продольной растягивающей силы заданной величины и переменных изгибающих моментов посредством возбуждения собственных изгибных колебаний, при этом испытания ведут до разрушения образца, а по полученным результатам оценивают усталостную прочность конструкции (кн. М.Л. Миль, А.В. Некрасов, А. С. Браверман, Л.Н. Гродко и М.А. Лейканд. Вертолеты. Расчет и проектирование. Книга 2. Колебания и динамическая прочность. Под ред. д-ра техн. наук М. Л. Миля. - М.: Машиностроение, 1967, стр.158). Данный способ принят за прототип.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является малое количество и сложность нагрузок, прикладываемых к образцу при его испытаниях. Это приводит к тому, что на каждый вид внешних переменных нагрузок, например переменный изгибающий момент, действующий в плоскости, проходящей через вектор тяги и продольную ось образца, переменный изгибающий момент в плоскости вращения необходимо испытывать на определенном числе образцов с последующим приведением их результатов к единой величине так называемого срока службы по условиям выносливости. Это приведение выполняют расчетным путем на основании материалов испытаний с привлечением рекомендованных гипотез-предположений о взаимном влиянии различных видов нагрузок, которые вносят в величину расчетного срока службы свои погрешности.

Основной задачей, на решение которой направлен заявляемый способ динамических испытаний лопастей рулевого винта вертолета на усталостную прочность, является повышение сложности внешних нагрузок, прикладываемых к испытуемому образцу, и приближение их к условиям эксплуатации винта на вертолете, тем самым сократив количество образцов, подвергаемых испытаниям, и сроки их проведения.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного способа динамических испытаний образцов рулевого винта вертолета на усталостную прочность, является повышение достоверности результатов испытаний образца рулевого винта путем создания в нем внешних нагрузок, близких к условиям, которые испытывает рулевой винт при работе на вертолете.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе динамических испытаний лопастей рулевого винта вертолета на усталостную прочность, заключающемся в закреплении образца лопасти и создании в нем постоянной нагрузки путем приложения продольной растягивающей силы заданной величины и переменных изгибающих моментов посредством возбуждения собственных изгибных колебаний, при этом испытания ведут до разрушения образца, а по полученным результатам оценивают усталостную прочность конструкции, согласно предложенному техническому решению испытанию подвергают образец рулевого винта, состоящего из двух лопастей, последние комлевой частью соединены стыковочным узлом, например ступицей рулевого винта, а продольную растягивающую силу прикладывают к концам обеих лопастей, при этом образец устанавливают с поворотом вокруг его продольной оси под углом, обеспечивающим требуемые величины переменных изгибающих моментов как в плоскости вращения, так и в плоскости, проходящей через вектор тяги и продольную ось рулевого винта при динамических испытаниях образца; что в образце создают дополнительные скручивающие моменты, для чего к стыковочному узлу на расстоянии от него закрепляют груз и посредством изменения массы груза и расстояния его от узла регулируют величину переменного скручивающего момента при динамических испытаниях образца; что в образце дополнительно создают постоянные изгибающие моменты в плоскости вращения и в плоскости, проходящей через вектор тяги и продольную ось винта, для чего продольную растягивающую силу прикладывают к закрепленным концам лопастей с эксцентриситетом относительно главных центральных осей их поперечных сечений, обеспечивающим заданные величины изгибных нагрузок.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного способа, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что оно не следует явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

На фиг. 1 схематически показан рулевой винт вертолета с векторами наиболее значимых компонентов внешних эксплуатационных нагрузок; на фиг.2 - схема приложения растягивающей силы к концу лопасти; на фиг.3 - схема динамических испытаний образцов рулевого винта предлагаемым способом.

Способ динамических испытаний образца рулевого винта вертолета на усталостную прочность осуществляют следующим образом. Образец рулевого винта, состоящий из стыковочного узла 1 и двух лопастей 2, подвергают испытаниям на усталостную прочность под воздействием наиболее значимых компонентов внешних эксплуатационных нагрузок: центробежной силы скручивающего момента изгибающих моментов, действующих в плоскости вращения и в плоскости тяги (фиг.1). Растягивающую силу, равную прикладывают к концам лопастей с эксцентриситетами l_x и l_у относительно главных центральных осей ОХ и ОУ поперечного сечения лопасти (фиг.2). Образец рулевого винта поворачивают осями ОХ и ОУ поперечных сечений лопастей 2 относительно плоскости вращения на угол α. Величины эксцентриситетов l_x и l_у подбирают путем смещения точки приложения силы относительно продольной оси 3 (OZ) образца до получения постоянных составляющих изгибающих моментов требуемой величины (фиг. 3). Груз 4, массой m, закрепляют на стыковочном узле 1 с выносом на расстояние b. Затем на конце лопасти 2 вибратором создают знакопеременную силу тем самым вызывают в образце рулевого винта собственные свободные изгибные колебания (линии прогибов продольной оси 3 колеблющегося образца показаны пунктирными линиями), последние за счет поворота его на угол α путем разложения совершаются одновременно как в плоскости тяги, так и в плоскости вращения рулевого винта, а колеблющийся вместе со стыковочным узлом 1 груз 4 вызывает знакопеременную силу, которая на выносе b создает знакопеременный скручивающий момент воздействующий на образец рулевого винта. Испытания ведут до разрушения образца, а по полученному числу выполненных колебаний оценивают усталостную прочность конструкции.

Пример осуществления предложенного способа.

Рулевой винт, состоящий из ступицы 1 и двух лопастей 2, подвергали испытаниям на усталостную прочность по наиболее значимым компонентам внешних, эксплуатационных нагрузок. Для этого образец рулевого винта с помощью специальных захватов на концах лопастей 2 закрепили в узлах испытательного стенда и задали растягивающую силу Смещая захваты образца и связанные с ними главные центральные оси ОХ и ОУ относительно установочных узлов, определяющих положение растягивающей силы и развернув образец рулевого винта вокруг его продольной оси 3 на угол α=17^o, получили требуемые величины постоянных изгибающих моментов . Груз 4 массой m= 0,25 кг закрепили на ступице 1 с выносом его центра масс на расстояние b= 190 мм, что соответствует его статическому массовому моменту Затем вибратором, встроенным в установочный узел стенда, в который закреплен конец лопасти 2, создали знакопеременную силу вызывающую свободные изгибно-крутильные колебания образца рулевого винта. Сочетание изгибных жесткостей образца, его масс с учетом массы груза 4, а также величина растягивающей силы получили частоту собственных колебаний, равную 16 герц. При создании амплитуды колебаний, равной 21 мм, получили переменные изгибающие моменты, приложенные к образцу в плоскости тяги и плоскости вращения винта, равные соответственно. Амплитуде собственных колебаний, равной 21 мм, при частоте 16 герц соответствует знакопеременное ускорение, воздействующее на массу груза 4, равное 210 м/с². При таком ускорении статический массовый момент создает переменный скручивающий момент При указанных статических и динамических нагрузках, заданных образцу рулевого винта, были проведены испытания образца на усталостную прочность. Испытания вели до разрушения образца и по полученному числу выполненных колебаний оценили усталостную прочность конструкции рулевого винта.

Динамические испытания лопастей рулевого винта вертолета на усталостную прочность предложенным способом позволили значительно повысить достоверность и полноту результатов испытаний, сократить количество образцов и сроки испытаний в 2-3 раза.

Формула изобретения

1. Способ динамических испытаний лопастей рулевого винта вертолета на усталостную прочность, заключающийся в закреплении образца лопасти и создании в нем постоянной нагрузки путем приложения продольной растягивающей силы заданной величины и переменного изгибающего момента посредством возбуждения собственных изгибных колебаний, при этом испытания ведут до разрушения образца, а по полученным результатам оценивают усталостную прочность конструкции, отличающийся тем, что испытанию подвергают образец рулевого винта, состоящего из двух лопастей, последние комлевой частью соединены стыковочным узлом, например ступицей рулевого винта, а продольную растягивающую силу прикладывают к концам обеих лопастей, при этом образец устанавливают с поворотом вокруг его продольной оси под углом, обеспечивающим требуемые величины переменных изгибающих моментов как в плоскости вращения, так и в плоскости, проходящей через вектор тяги и продольную ось рулевого винта при динамических испытаниях образца.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в образце создают дополнительные скручивающие моменты, для чего к стыковочному узлу на расстоянии от него закрепляют груз и посредством изменения массы груза и расстояния его от узла регулируют величину переменного скручивающего момента при динамических испытаниях образца.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в образце дополнительно создают постоянные изгибающие моменты в плоскости вращения и в плоскости, проходящей через вектор тяги и продольную ось винта, для чего продольную растягивающую силу прикладывают к закрепленным концам лопастей с эксцентриситетом относительно главных центральных осей их поперечных сечений, обеспечивающим заданные величины изгибных нагрузок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3