Система измерения несущих систем вертолетов и самолетов на стендах

Идею создания летательного аппарата такого как вертолет связывают с именем Леонардо да Винчи. Да Винчи предложил использовать винт как несущую систему, которая сможет летать на расстояния, поднимать грузы и мягко приземляться. Предложение XV века было реализовано лишь в XX-ом, в отличие от самолета, у которого была совсем небольшая разница во времени между предложением и реализацией.

На сегодняшний день развитие авиастроения является одним из ключевых приоритетов российской промышленной техники. Вкладывается много средств и усилий в построение летательных аппаратов. Но мало построить летательный аппарат (ЛА), помимо этого его необходимо испытать, чтобы убедиться в прочности и надежности конструкции.

Современные требования в надежности, эффективности и безопасности авиационной техники приводят к необходимости разработки технических измерительных систем и стендов для испытаний, позволяющих оценить техническое состояние летательного аппарата.

Взлетающий самолет или вертолет, любой другой летательный аппарат испытывают огромные нагрузки, как механические, так и температурные. От того, насколько точно были рассчитаны реакции объекта испытаний при пиковых температурах и силовых воздействиях, зависит безопасность многих людей.

Прочностные испытания летательных аппаратов проводятся на испытательных стендах для крупногабаритных изделий. При проведении испытаний на объект оказывают силовые и температурные воздействия, под действием которых можно определить поведение материала в тех или иных условиях, выявить скрытые дефекты, возникшие при нарушении технологического процесса.

Систему измерения ЛА на стендах в свою очередь можно разделить на две подсистемы, которые тесно взаимодействуют друг с другом:

• подсистема управления нагружением испытательными стендами;

• подсистема сбора, обработки и представления измерительной информации.

Основная задача подсистемы – многоканальная генерация синусоидальных сигналов для управления силовозбудителями (испытательными стендами). Управление воспроизведением нагрузок стендами на ЛА обеспечивает отработку программы испытаний с максимальной точностью за минимально возможное время.

Подсистема выполняет измерительно-вычислительные операции для каждого стенда типовым набором технических средств, описанных ниже. Данная подсистема является трехуровневой и показана на структурной схеме на рис.1.

Нижний уровень состоит из первичного оборудования (тензодатчики, термопары, датчики давления и температуры). В зависимости от силового нагружения количество и типы датчиков давления, температуры и тензодатчиков варьируются. 

Средний уровень представляет собой набор измерительных модулей (для сбора, оцифровки аналоговых сигналов с нижнего уровня) и преобразователей интерфейса (для дальнейшей передачи обработанных данных на ПК). Прием данных с нижнего уровня происходит с помощью интерфейсов CAN или RS-485. 

Верхний уровень состоит из ПК со специальным ПО, который представляет собой АРМ системного оператора. На рабочее место данные со среднего уровня могут транслироваться через Ethernet/Wi-Fi или по радиоканалу.

Основное назначение подсистемы сбора, обработки и представления измерительной информации – обработка периодических сигналов. Изображенная на схеме структурная измерительная информационная тензометрическая система предназначена для сбора данных с термопар, тензодатчиков, термопреобразователей сопротивления и датчиков давления, установленных на испытуемом объекте, и для представления отсчетов в цифровом виде.

Тензорезисторы 
Полумостовые или мостовых измерительные схемы из тензорезисторов применяются в качестве преобразователей механических параметров в электрические (преобразователи деформации). Испытания с использованием тензорезисторовсостоит из следующих этапов: в исследуемые места конструкции наклеиваются от нескольких десятков до сотен тензодатчиков, тензомосты подключаются к измерительным модулям. Тензоизмерения могут применяться для измерения:

• усилий в тяге статической и динамической регулировки автоматом перекоса;
• усилий в механизме управления общим и дифференциальным шагом несущих винтов;
• усилий в механизме продольно-поперечного управления;
• статической прочности ЛА;
• сопротивления усталости втулки несущего винта и т.д.

Датчики давления 
Одним из наиболее важных параметров в авиастроении является контроль давления. Для измерения давления чаще всего используются датчики избыточного давления для:

• измерения давления в редукторе;
• определения нагрузок, воспринимаемых самим летательным аппаратом, так и отдельными его элементами;
• статических прочностных испытаний и т.п.

Преобразователи термоэлектрические (термопары) 
Термопары работают по следующему принципу: для каждой исследуемого участка (зона нагрева) задается временная зависимость изменения температуры, максимальное значение температуры и скорость нагрева. Предназначены для измерения температуры:

• верхнего автомата перекоса (ВАП);
• нижнего автомата перекоса (НАП);
• дымового авиационного прибора (ДАП) и т.п.

В зависимости от сложности и характера испытаний может быть различное количество зон нагрева, на одну зону нагрева применяют от 1 до 12 термопар.

Преобразователи термосопротивлений (термометры) 
Измеряют сопротивление под воздействием температуры или силы света. При попадании самолета или вертолета в условиях обледения термометры позволяют измерить температуру масла в редукторе и не только.

В измерительной системе могут применяться два типа измерительных модулей: 

• модули, передающие результаты измерений по интерфейсу CAN 2.0;
• модули, передающие результаты измерений по интерфейсу RS-485 Modbus

Измерительный модуль ZET 7110 (ZET 7010) предназначены для статических измерений и используются совместно с тензорезисторами (например, для измерения усилий в тяге статической регулировки автомата перекоса).

Для динамических измерений прекрасно подходят ZET 7111 (например, для измерения усилий в тяге динамической регулировки автомата перекоса).

В качестве датчика давления и его измерительного модуля можно использовать измерительный модуль со встроенным первичным преобразователем ZET 7112-I (ZET 7012-I).

Подключение датчиков температуры (термопар) к тензометрической измерительной схеме осуществляется посредством ZET 7120 (ZET 7020).

К преобразователям термосопротивлений требуются измерительные модули ZET 7121 (ZET 7021).

Верхний уровень предназначен для анализа, отображения, регистрации и воспроизведения сигналов с устройств ZETSENSOR и представляет из себя АРМ, который состоит из ПК и программного обеспечения, реализованного на базе ZETLAB и SCADA системы ZETVIEW.

На экране в графическом виде отображаются все измерительные параметры, протекание всех процессов нагрева и нагружения системы и выполняется контроль соответствия реальных параметров с опорными значениями силы, давления и температуры.

Программное обеспечение позволяет приступить к процессу измерений сразу же после подключения устройств. Средства записи и воспроизведения входят в комплект ПО. Отображение результатов измерений производится в численном и графическом видах. Осуществляется ведение журналов испытаний – файлов, с записью хода испытаний, и выдача протоколов испытаний в виде графиков и таблиц в формате Excel.