Вертолёт, 2005 № 04

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