Испытания несущих винтов

Рост спроса на беспилотники и активное внедрение электродвигателей в авиационной промышленности выдвигает новые требования к воздушным винтам вертолетов, и обеспечивающих их работу системам. Уменьшение диаметра винта, и как следствие - повышение оборотов, электромагнитные помехи и наведенное напряжение от электродвигателей создает дополнительные сложности при проведении испытаний.

Экспериментальный вертолет BELL Model 429

Яркий тому пример - появившийся в 2019 году экспериментальный вертолет BELL, оснащенный четырмя рулевыми винтами с электроприводом. Такое решение позволяет существенно сэкономить вес за счет отсутствия редуктора и вала рулевого винта, а а также снизить гироскопический эффект. Является ли данное решение удачным - покажут испытания. Кстати, компания BELL давно использует телеметрические системы компании KMT в своих испытаниях.

При разработке конструкции несущего винта и автомата перекоса проводят большое количество стендовых испытаний, сначала отдельных компонентов, а потом всей конструкции в сборе.

Испытания VRT500 в лаборатории ЦАГИ

Только после успешного прохождения стендовых испытаний машина допускается к летным. В России как правило такие испытания проходят в ЦАГИ.

Основная проблема при испытании несущих винтов вертолетов - передача данных от датчиков с вращающейся части.

На сегодняшний день существуют несколько решений для передачи данных с вращающегося винта, а именно:

• Использование контактных токосъемников
• Волоконно-оптический токосъемник
• Беспроводная передача данных по радиоканалу
• Беспроводная передача данных с индуктивным каналом
• Запись показаний на ПЗУ, встроенного в систему сбора данных

Ниже мы рассмотрим преимущества и недостатки каждого решения.

Контактные токосъемники

Контактные токосъемники конструктивно очень похожи на питание якоря щеточного электродвигателя. Различия лишь в количестве контактных дорожек и материале контактов. Графитовые щетки или контакты из драгоценных металлов прижимаются к круглым дорожкам, изолированным друг от друга. Датчики подключаются обычными проводами. Также токосъемники используются в системах обогрева лопастей ПОС.

Большинство подобных изделий на сегодняшний день производится в Китае. Их стоимость очень низкая, и конечно же за такие деньги не стоит рассчитывать на присутствие драгоценных металлов с низким сопротивлением.

Их без всяких проблем можно заказать на всем известных китайских торговых площадках.

Существуют и более качественные варианты, для прецизионных измерений. Их можно найти по запросу MOOG SLIP RING. Конечно, они дороже, но в них уже используются позолоченные контакты, они обеспечивают более стабильное сопротивление и могут использоваться даже для тензометрии. Но в данном случае не стоит рассчитывать на высокую точность. Дело в том что во время вращения контакты притираются друг к другу, и их сопротивление постоянно меняется. Мост Уитстона крайне чувствителен даже к длине проводов, а в данном случае даже попавшая на контакты пыль или масло могут повлиять на результаты измерений.

Волоконно-оптический токосъемник

Одно из лучших решений - передача данных по оптическому каналу. Такое решение полностью лишено проблем ЭМС совместимости и статических разрядов, что особенно актуально при установке на воздушные винты. Оптический токосъемник - самый лучший и перспективный вариант передачи данных с вращающейся части с максимальной точностью. Остается одна проблема - питание передатчика, но и ее можно решить при помощи контактных токосъемников.

Но так как требуется механическая связь статора и ротора, он унаследует все те же проблемы, что и контактные токосъемники, к тому же на сегодняшний день нет измерительных систем, позволяющих работать с данным типом сигнала.

Беспроводная передача данных по радиоканалу

Беспроводная передача данных позволяет избавиться от контактных токосъемников и совсем убрать лишние провода. Такое решение не уступает в скорости и передаче данных, и при этом позволяет размещать оборудование в самых труднодоступных местах. Система может питаться как при помощи постоянного тока с контактного токосъемника, так и от аккумулятора.

В качестве яркого примера такой системы можно привести телеметрическую систему CTP-Rotate. Для передачи данных используется радиоканал в диапазоне 433 Мгц. Несколько приемных антенн размещаются на корпусе вертолета диаметрально противоположно и обеспечивают стабильный прием сигнала.

Беспроводная передача данных с индуктивным каналом

Одно из наиболее удачных решений - индуктивная передача данных на малом расстоянии. Разница между радиоканалом и индуктивным - в мощности передатчика. Индуктивная передача данных имеет значительно меньшую мощность, и следовательно, меньшее энергопотребление. Самое главное преимущество - возможность совместить систему питания и передачи данных в одной головке. Такое решение позволяет получить наиболее надежную и точную измерительную систему.

Например одноканальная телеметрическая система TEL1 имеет индуктивную передачу данных, совмещенную с системой индуктивного питания. Это позволяет полностью отказаться от контактных токосъемников и обеспечить стабильное питание системы. Такой системе не требуется источник питания.

Запись показаний на ПЗУ, встроенного в систему сбора данных

Также существуют решения на базе малогабаритных систем сбора данных с функцией записи данных на карту памяти или жесткий диск. Такие решения не позволяют контролировать результаты измерений в реальном времени, поэтому данное сравнение будет не совсем корректным. Такие решения подойдут для анализа данных после испытаний.