Конструкция стенда имитатора рулевой поверхности

1.

Центральный Аэрогидродинамический Институт им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ)
Конструкция стенда
имитатора рулевой поверхности
И.В. Розин, С.Я.Севостьянов
1

2.

Центральный Аэрогидродинамический Институт им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ)
Введение
С процессе проектирования самолета перед инженерами стоит задача выбора рулевых приводов,
предназначенных для отклонения рулевых поверхностей самолета: руль направления, стабилизатор,
флаперон и другие (рис.1). Разработанный стенд помогает подобрать нужный рулевой привод для
проектируемого самолета.
Левый носок
Левое ПГО
Левый РН
Правое ПГО
Правый носок
Правый РН
Правый стабилизатор
Правый флаперон
Рис.1 Рулевые поверхности самолета.
2

3.

Центральный Аэрогидродинамический Институт им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ)
Постановка задачи
1. Разработать стенд имитирующий нагрузки на рулевые привода (Р.П.) возникающие от рулевых
поверхностей самолета для получения статических и динамических характеристик Р.П.
2. На стенде необходимо реализовать возможность нагружения двух одновременно работающих
рулевых привода для исследования рассинхронизации работы приводов.
3. Имитировать жесткость вала (траверсы) в диапазоне жесткостей от 4 до 6 кН•м/⁰.
4. Кинематическая схема стенда показана на рисунке 2.
Примечание: самое сложное в этой задаче проектирование вала(траверсы) переменной жесткости.
Рулевой привод
Силовозбудитель
Траверса
Рулевой привод
Рис.2 Кинематическая схема стенда.
3

4.

Центральный Аэрогидродинамический Институт им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ)
Решение поставленной задачи
1. Для решения поставленной задачи необходимо сначала рассчитать траверсу на жесткость 5кН*м /⁰.
Жесткость 5 кН*м/ ⁰ (Мкр/φ) - это значит при приложении силы в 5кН, действующей на плече 1м вал
должен закрутиться на 1⁰.
Существует формула для расчета угла закрутки:
Мкр
L
φ-угол закрутки вала.
Мкр – крутящий момент.
L- длина рассматриваемого участка вала.
G- модуль сдвига (характеристика материала).
Jкр – момент инерции сечения при кручении.
(пример расчета момента инерции круглого сечения Jкр=0,1D4)
Перепишем формулу выделив важные компоненты:
Выводы:
Добиться нужной жесткости можно двумя способами:
1. Изменяя длину вала L, при постоянном диаметре вала D
2. Изменяя диаметр вала D,при постоянной длине вала L
Рулевой привод №1
4

5.

Центральный Аэрогидродинамический Институт им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ)
Сравнительный анализ двух вариантов конструкций стенда
Качалка С.В.
Качалка Р.П.
Качалка Р.П.
D изм.
Качалка Р.П.
2. Вариант конструкции в которой меняется длина
вала при постоянной диаметре вала
Вал
Качалка С.В.
Качалка Р.П.
D
1. Вариант конструкции в которой меняется диаметр
вала при постоянной длине вала
Вал
L =400мм
L =500мм
1.
2.
3.
1.
L =850мм
Недостатки:
Для каждого значения жесткости необходимо
изготавливать новый вал
Для установки нового вала необходимо
полностью разбирать и заново собирать всю
конструкцию
Трудоёмкость и стоимость изготовления нового
вала
Достоинства:
Большой диапазон жесткостей (от 2 до 9 кН*м/⁰)
1.
1.
2.
3.
Недостатки:
Ограничение по диапазону жесткостей
относительно варианта №1 (от 4 до 6 кН*м/⁰)
Достоинства:
Изготавливается только один вал на весь
диапазон жесткостей (жесткость меняется за
счет смещения качалок Р.П.)
Стоимость
Простота сборки и перестановки
при изменении жесткости
Выводы:
Выбран вариант №2 в котором жесткость меняется за счет
перестановки качалок Р.П. по длине вала
5

6.

Центральный Аэрогидродинамический Институт им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ)
Описание конструкции стенда
Силовозбудитель
Опора РП
Узел №1
Узел №5
Узел №2
Болт М6
Качалка РП
Узел №4
Узел №6
Узел №7
Узел №2
Рулевой привод
Качалка РП
Рис.3 Конструкция стенда.
Болт М14
Траверса
Узел №3
Гайка М14
Монтажный стол
Опора РП
Кольцо Крышка
Рулевой привод
Монтажный стол
Подшипник роликовый Ø50мм
Опора траверсы Траверса
Узел №5
Узел №3
Втулка
Спец гайка М42
Опора С.В.
Гайка М42 Ухо
Узел №6
Шип опоры РП
Узел №4
Фиксатор качалки
Болт М12
Траверса
Качалка РП
Рулевой привод
Силовозбудитель
Конструктивно стенд состоит из силовозбудителя (СВ), качалки СВ, двух качалок рулевых приводов (РП), траверсы, двух
рулевых приводов и опор (рис. 3). Габаритные размеры стенда 1772х1400х207мм.
Силовой гидроцилиндр (силовозбудитель), развивает нагрузку до 6300 кгс. Шток силовозбудителя воздействует на
качалку, жестко зафиксированную на валу (траверсе). Траверса вращается в подшипниках, установленных в опорах, и
передает нагрузку на качалки рулевых приводов.
Подшипник ШС30
Болт М30
Болт М30
Узел №7
6

7.

В.Д.Вермель
Центральный Аэрогидродинамический Институт
им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ)
Прочностной расчет стенда
Расчет на прочность проводился по балочной теории и методом конечных элементов
в системе Catia Analysis (Рис. 4а, 4б).
Итог расчетов:
- стенд удовлетворяет требованиям прочности
Опора
Ухо
Рис.4а Расчёт по балочной теории
Траверса
Рис.4б Расчёт в системе Catia Analysis.
7

8.

Центральный Аэрогидродинамический Институт им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ)
Выводы:
- Разработанный стенд постностью удовлетворяет
требованиям технического задания
- Данную конструкцию возможно изготовить в пределах
опытного производства института
- Конструкция имеет компактные габаритные размеры и
устанавливается на штатном монтажном столе
- Особенностью конструкции является элемент (траверса)
имитирующий рулевые поверхности различных самолетов
в диапазоне жесткостей от 4 до 6 кН•м/⁰
8