Текст книги "Вертолёт, 2005 № 04"

Автор книги: Вертолет Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 7 страниц)

В течение ряда лет в ЦАГИ ведутся расчетные и экспериментальные исследования одного из новых технических решений в конструкции одновинтового вертолета – струйной системы управления. Результаты этих исследований показывают, что использование струйной системы вместо традиционного рулевого винта может обеспечить получение целого ряда преимуществ:

– повышение безопасности летной и наземной эксплуатации;

– повышение скорости полета;

– возможность реализации концепции сверхманевренности;

– снижение тепловой заметности;

– снижение уровня шума.

Струйная система вертолета включает в себя воздухозаборник, силовой вентилятор, газовый тракт со смешением холодного воздуха вентиляторного контура с выхлопными газами силовой установки и поворотное сопло с управляемым вектором силы тяги (УВТ).

Результаты расчетных и экспериментальных исследований позволили составить обширный банк данных, на базе которого были разработаны методы расчета характеристик вертолета со струйной системой управления. Расчетные исследования, выполненные для вертолетов различных весовых категорий и назначения, указывают на возможность реализации потенциальных преимуществ струйной системы при достаточно высокой энергетической эффективности.

Для достоверного переноса результатов расчетов и лабораторных экспериментов на натурный вертолет в ЦАГИ создается крупномасштабная модель вертолета с полным моделированием его основных агрегатов и систем. Модель оснащается комбинированной силовой установкой (роторно-поршневым двигателем и электродвигателем), позволяющей проводить испытания модели в аэродинамических трубах Т-101 и Т-104 ЦАГИ.

Помимо отработки струйной системы, будут решаться и другие задачи, среди которых – отработка новых аэродинамических компоновок винтов, поиск новых технических путей снижения вредного сопротивления и улучшения характеристик устойчивости, управляемости и заметности вертолета.

Евгений ВОЖДАЕВ, заместитель директора ЦАГИ по вертолетам

И С П Ы Т А Н И Я

Проверка на усталость

Как в отечественной, так и зарубежной практике определяющая роль при отработке ресурса лопастей рулевого винта отводится усталостным испытаниям натурной конструкции лопасти. Необходимость таких испытаний вызвана тем, что при эксплуатации нагружение конструкции характеризуется большим количеством связанных друг с другом параметров: в конструкции идут исключительной сложности усталостные процессы. Поэтому при выборе проектных, технологических и эксплуатационных решений невозможно полагаться только на теоретические расчеты и результаты испытаний образцов материала и узлов конструкции лопасти. В процессе испытаний отрабатывается регламент дефектоскопического контроля и технического обслуживания лопасти. Впоследствии результаты натурных испытаний используют при сертификации конструкции для принятия решений, определяющих качество конструкции лопасти. Одним из основных требований, предъявляемых к усталостным испытаниям натурных конструкций лопастей вертолета, является наиболее полное воспроизведение процессов нагружения, идущих при реальной эксплуатации.

Для проведения таких испытаний в ЦАГИ созданы специальные стенды испытаний лопастей рулевого винта. При этом наряду с нагружением осевым усилием от центробежных сил на стендах воспроизводится характерное для эксплуатации вибрационное нагружение винта, возникающее под действием переменной аэродинамической нагрузки.

Рис. 1. Зависимость изгибающего момента от показаний тензомоста

Рис. 2. Зависимость перерезывающей сипы от показаний тензомоста

Программа стендовых испытаний предусматривает проведение испытаний образцов в плоскостях максимальной (плоскость вращения) и минимальной (плоскость тяги) жесткости винта. Объектом испытаний является отсек лопасти, выполненный из композиционных материалов. Длина образца 1200 мм (± 2 мм). Основной силовой элемент испытуемого образца – пустотелый лонжерон D-образного сечения, выполненный из углепластика. На «пере» лопасти устанавливают пластины (они крепятся к подшипниковой опоре стенда «Ёопасть-1») либо гибкую переходную накладку, выполненную из композита – для стенда «Лопасть-2». В корневой части лонжерона (усиленной дополнительными листами) с помощью втулок и болтов установлен наконечник из легированной стали, который обеспечивает навеску лопасти на втулку.

На стенде «Лопасть-1» предусматривается проведение испытания одновременно двух лопастей, скрепленных между собой с помощью фланцев. Для изменения изгибающего момента между фланцами установлены специальные шайбы. Лопасти своими «перьями» входят в передний и средний шарнирные узлы. Передний узел установлен неподвижно на силовой опоре. Средний узел свободен, и его вес вместе с весом вибратора «обезвешен» при помощи резиновых шнуров. Нагружение лопастей осевой силой осуществляется с помощью гидравлического силовозбудителя, находящегося на задней опоре. Изгибные колебания лопастей возбуждаются вибратором, установленным на шарнирном узле.

Стенд «Лопасть-2» предусматривает испытания одновременно двух лопастей, закрепленных с помощью гибкой упругой связи, выполненной из композиционного материала. Лопасти своими комлями входят в передний и средний бесшарнирные корпуса. Для изменения постоянного изгибающего момента в корпусах установлены специальные шайбы. Передний корпус установлен неподвижно на силовой опоре. Средний корпус закреплен на гибкой опоре. Нагружение лопастей осевой силой осуществляется с помощью гидравлического силовозбудителя, находящегося на задней опоре. Вибрационное нагружение осуществляется с помощью облегченного вибратора, установленного в месте крепления образцов лопасти.

Стенды содержат механическую и гидравлическую части, систему управления, средства измерений.

В механическую часть стенда входят силовые опоры (передняя и задняя), узлы крепления лопастей, тросовая система, страховочные устройства. Под гидравлической частью подразумеваются вибратор с гидромотором, гидроцилиндр, система гидравлических блоков и маслонасосная станция (МНС). Система управления включает в себя: персональный компьютер; систему автоматического управления амплитудой колебания образцов лопастей (состоит из датчика линейных перемещений с измерительным усилителем, управляющей платы, электронной карты регулирования оборотов гидромотора и гидрораспределителей); систему автоматического управления гидроцилиндрами (состоит из гидроцилиндра, платы загрузки, измерительного усилителя и гидрозамков).

Рис. 3. Циклограмма переменного изгибающего момента

Рис. 4. Циклограмма перерезывающей силы

Средства измерений включают в себя: индуктивный датчик перемещений WA-100 фирмы HBM с измерительным усилителем MVD-2555, обеспечивающим измерение амплитуд колебаний лопасти; универсальный многоканальный измерительный усилитель MGCplus, предназначенный для регистрации и анализа статико-динамических деформаций в испытуемых образцах; стержневой динамометр ДДР с измерительным усилителем MVD-2555, позволяющим измерять осевое усилие на образец.

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.

Вибростенд ресурсных испытаний подвесных топливных баков вертолетов

Стенд ресурсных испытаний забустерных частей управления несущим и хвостовым винтами вертолета Ми-8

Задание в контур управления гидропривода выдается с помощью специальной программы ЭВМ. Также в компьютер через АЦП поступает и сигнал обратной связи от тензовставок. В ЭВМ ведется непрерывный контроль ошибки отрабатываемого приводом усилия. В случае превышения допустимой величины ошибки происходит остановка программы нагружения – обнуление сигнала задания.

Применение комплекса современных испытательных стендов позволило вывести испытания агрегатов вертолета на качественно новый уровень. Результаты проведенных работ показывают, что предлагаемый комплекс полностью обеспечивает проведение подобных периодических испытаний серийных агрегатов вертолетов.

Олег НАДОРОВ, инженер ЦАГИ

О Б О Р У Д О В А Н И Е

Высокие стандарты в тренажеростроении

Реконфигурируемый тренажер вертолета Ми-8Т/МТВ класса FNPT уровня II

Посетители павильона санкт-петербургской компании «Транзас» на авиасалоне МАКС-2005 имели возможность убедиться в том, насколько эффективной может быть подготовка экипажей вертолетов, если она проводится на качественно новой тренажерной технике. Действительно, демонстрация тренажеров вертолета типа Ми-8 (комплексного и процедурного реконфигурируемого тренажеров), выполненных в компании по собственным новейшим патентованным технологиям, стала одним из ярких событий авиакосмической выставки в Жуковском.

На салоне было представлено множество различных технических средств обучения, однако продукция ЗАО «Транзас» вызывала постоянный и неослабевающий интерес у посетителей и специалистов выставки все дни работы МАКС-2005. Это связано, в первую очередь, с высоким уровнем подобия всех моделируемых на тренажерах процессов. Новые технические и технологические идеи, реализованные при создании этих тренажеров, делают их важнейшими, а в ряде случаев просто незаменимыми средствами обучения и переподготовки летных экипажей.

Следует отметить, что в составе комплексного тренажера на МАКС-2005 демонстрировался образец интегрированного бортового комплекса вертолета Ми-17 (ИБКВ-17), созданного совместно с МВЗ им. М.Л. Миля, Казанским вертолетным заводом и компанией «Кронштадт». Этот уникальный комплекс, вобравший в себя лучшие идеи инженеров и конструкторов фирм-разработчиков, позволяет осуществлять полеты днем и ночью (в том числе и с очками ночного видения), при ограниченной видимости и т. п.

«Изюминкой» другого тренажера, также представленного компанией «Транзас» на авиасалоне, стало информационно-управляющее поле кабины вертолета. Оно эмулируется на жидкокристаллических сенсорных панелях, что позволяет сделать тренажер реконфигурируемым с одного типа вертолета (или его модификации) на другой, например, с Ми-8Т на Ми-8МТВ. Вместе с тем, основные органы управления на тренажере реальные, модели динамики полета и систем вертолета – практически такие же, как и на комплексном тренажере. Проекционная система визуализации с полусферическим экраном повышает реалистичность всего происходящего в «полете» на тренажере этого типа. Тренажер, классифицируемый по европейским стандартам JAR-STD 3H как FNPT (Flight Navigation Procedure Trainer) уровня II, вызвал особый интерес у специалистов из-за его высокой обучающей эффективности, сравнимой с эффективностью, получаемой на комплексном тренажере, но существенно меньшей стоимости. Важнейшей особенностью представленных на МАКС-2005 тренажеров компании «Транзас» стала новая система визуализации с программным обеспечением собственной разработки. Она может обеспечить, по мнению специалистов, почти 100-процентное соответствие генерируемой и реальной закабинной обстановки.

Среди посетителей павильона компании было много опытных пилотов, в том числе летчики-испытатели МВЗ им. М.Л. Миля и ОАО «Камов», 929 ГЛИЦ и ЛИИ им. М.М. Громова. Технические характеристики и летные качества тренажеров оценивали специалисты вертолетостроительных КБ и фирм, начальники отделов и служб Федеральной службы по надзору в сфере транспорта России, руководители службы безопасности полетов авиации МВД РФ и авиации ВС РФ. Экспозицию компании посетили и по достоинству ее оценили руководители компании «Рособоронэкспорт». Приятно отметить, что гостями павильона ЗАО «Транзас» были сотрудники различных авиакомпаний. Посещали павильон и целые делегации, представлявшие государственные структуры не только нашей страны (всего более 30 официальных делегаций). Многие посетители не раз возвращались, чтобы уточнить характеристики тренажеров, задать вопросы, касающиеся заключения контрактов и послепродажного обслуживания поставляемой техники. На большинство технических вопросов давали ответы «живые полеты» на тренажерах.

Создаваемые в компании «Транзас» тренажеры обеспечивают адекватное поведение моделируемого вертолета на различных режимах полета: маневрирование на пределе эксплуатационных ограничений, полет в горной местности, посадка на площадку ограниченных размеров, полет и посадка при отказе двигателей, выходе из строя вертолетного оборудования и при других особых случаях и аварийных ситуациях. Причем перечисленные режимы полета на тренажере имитируются в разных погодных условиях и ветре различной силы и направления. Именно на таких новых тренажерах у экипажей вертолетов появилась реальная возможность «летать» днем и ночью, в том числе и в условиях ограниченной видимости, по правилам визуального полета (ПВП), а также по правилам приборного полета (ППП), отрабатывать взлеты и посадки в условиях снежного или пыльного вихря, высокогорья, при повышенных температурах наружного воздуха, обледенении, предельных передней или задней центровках. Все это дало возможность экспертам всесторонне и полно оценить характеристики тренажеров, высказать очень важные для нас замечания и предложения, улучшающие их свойства. Необходимо отметить, что большая часть из них уже реализована или реализуется. Это стало возможно благодаря программному обеспечению, построенному по модульному принципу и позволяющему изменять характеристики тренажеров. В этом, кстати, важнейшее отличие тренажеров нового поколения от тренажеров прошлого.

Продемонстрированные на МАКС-2005 образцы тренажеров выпускаются серийно. Два комплексных тренажера вертолетов Ми-8Т и Ми-8МТВ были поставлены в июне 2005 года в учебный центр авиакомпании UTair. В июле нынешнего года они успешно прошли квалификационную оценку государственными органами сертификации при Министерстве транспорта РФ. Тренажеры были квалифицированы на уровень «А» по отечественным «Нормам годности авиационных тренажеров». Таким образом, учебный центр одного из крупнейших в России и за рубежом эксплуатанта вертолетов – авиакомпании UTair получил возможность полноценно готовить собственные экипажи вертолетов Ми-8Т и Ми-8МТВ, а также экипажи других авиакомпаний на новейшей тренажерной технике. Взаимовыгодное и плодотворное сотрудничество компаний продолжается. Помимо гарантийной поддержки в эксплуатации уже поставленных тренажеров, «Транзас» ведет работы по модернизации системы визуализации тренажера Ми-8 производства 80-х годов, находящегося в учебном центре UTair.

Особое внимание «Транзас» уделяет созданию и внедрению в учебный процесс процедурных тренажеров класса FNPT. В цехах компании уже завершены испытания реконфигурируемого процедурного тренажера вертолетов Ми-8Т/МТВ, заказчиком которого является авиакомпания «Бейбарс» из Казахстана. Еще два аналогичных тренажера для российской авиакомпании «Газпромавиа» находятся в сборке. На основе таких же технологий «Транзас» совместно с компанией «Кронштадт» ведет разработку двух исследовательских стендов вертолетов ОАО «Камов».

Комплексный тренажер вертолета Ми-8 с ИБКВ-17

«Летают» специалисты

О важности использования тренажеров нового поколения при подготовке экипажей говорит и тот факт, что сразу же после окончания салона МАКС-2005 вышло распоряжение Федеральной службы по надзору в сфере транспорта «О мерах по повышению безопасности полетов вертолетов». В нем предлагается руководителям авиационных предприятий считать одним из основных направлений в своей работе совершенствование профессиональной подготовки экипажей с помощью тренажеров, «…позволяющих отрабатывать навыки выполнения полетных заданий различного уровня сложности и адекватных вариантов действий экипажа в нештатных (усложненных), особых и аварийных ситуациях в воздухе». Авиакомпаниям вменяется в обязанность включить в практику периодической тренировки и переподготовки экипажей вертолетов Ми-8Т и Ми-8МТВ «полеты» на тренажере соответствующего типа.

Сегодня компания «Транзас» разрабатывает и выпускает весь спектр авиационных тренажеров нового поколения, отвечающих требованиям и уровням тренажерной подготовки авиационного персонала: от сложных тренажерных комплексов уровня D до простейших процедурных тренажеров класса FNPT уровня I, а также функциональных тренажеров в составе учебно-компьютерных классов. С новейшими разработками компании «Транзас» вы сможете подробно ознакомиться на сайте компании – www.transas.ru

[Закрыть]или связавшись с нами по телефону.

Виктор ГОДУНОВ, генеральный директор ЗАО «Транзас» по авиационному направлению, Евгений АБАКУМОВ, начальник методического отдела, Павел РОЖКОВ, зам. директора по маркетингу и продажам