Стенд для испытания редукторов беспилотных летальных аппаратов

Всегда мечтали построить свой беспилотник и запустить его в небо? Или необходимо выполнить госзаказ на производство беспилотного воздушного судна (далее – БВС, БПЛА, беспилотника, дрона)? Есть ряд особенностей, которые необходимо знать.

С каждым годом растет не только популярность дронов, но и нормативное регулирование их производства и использования. В действующие правила вносятся поправки и устанавливаются ограничения, а самое главное - БПЛА должны быть сертифицированы. Особенность производства беспилотных воздушных судов заключается в том, что должны быть сертифицированы также и все компоненты данного воздушного судна (далее – ВС). По этой причине, испытательные стенды являются неотъемлемой частью всех циклов производства БВС. Как раз в этом мы готовы помочь!

В данной статье речь пойдет об испытаниях главного редуктора. Главный редуктор является одним из ведущих элементов БВС и, так как его работа связана с высокими оборотами, большими крутящими моментами и постоянными нагрузками, для него жизненно необходимо иметь высокий ресурс работы, прочность, отказоустойчивость. Во многом это достигается применением специальных материалов и прецизионной обработкой деталей, исключающие,например, биение и паразитную вибрацию. Для определения необходимых показателей до летных испытаний проводятся в том числе стендовые испытания. Один из вариантов стенда для испытания редукторов представлен ниже.


Краткое описание конструкции стенда

Стенд для испытания редукторов БПЛА

Конструкция стенда состоит из несущей площадки, на которой надежно закрепляется оборудование. Мобильность и относительно небольшие размеры позволяют проводить испытания редуктора или воздушного винта дронов не только в небольших закрытых помещениях, но и даже на улице. Такой стенд легко транспортировать, а, при необходимости, возможно произвести установку испытательного оборудования в грузовом автомобиле для проведения испытаний "в поле" при текущей подстройке тех или иных узлов. 

Испытательный стенд состоит из:

  • Механическая часть (система балансировки для компенсации веса испытываемых изделий и правильного измерения тяги воздушного винта).

  • Сервопривод для изменения шага воздушного винта.

  • Комплект муфт для компенсации несоосности при присоединении вала двигателя к редуктору заказчика (посадочные размеры муфт подбираются под редуктора заказчика).
  • Система управления и сбора данных, построенная в данном случае на базе немецкой модульной системы imc CRONOSflex, оснащенной каналами для подключения тензодатчиков, акселерометров, телеметрии с аналоговым входом, дискретными входами для подключения датчиков оборотов, температуры, давления. Система внесена в Госреестр СИ.

  • В качестве привода служит электродвигатель с частотным преобразователем, имеющий возможность изменять частоту вращения по сигналу от системы управления

  • Нагружающим механизмом служит несущий (основной) винт с возможностью изменения общего либо циклического шага при помощи сервопривода.

  • АРМ оператора (в состав входит ПК с двумя мониторами и специализированным программным обеспечением, принтер).


Технические возможности многофункционального стенда для испытания редукторов беспилотников:

Объект испытаний на данном стенде - это редуктор или воздушный винт. Также, при желании, с помощью данного стенда можно испытывать механизм изменения шага винта. Данный стенд может использоваться как при нормальных условиях, так и способен проводить испытания компонентов в климатических камерах, которые имитируют условия полёта на большой высоте. При необходимости испытания компонентов в экстремальных условиях можно использовать специальный электродвигатель, или изготовить герметичный защитный кожух с уплотнительной манжетой.

стенд редуктор

Все датчики стенда (первичные преобразователи) обеспечивают точное измерение частоты вращения, крутящего момента, ускорения и силы (с вычислением изгибающего момента при использовании многоканальной телеметрической системы) на главном редукторе и валу воздушного винта.

Данный стенд может измерять следующие параметры:

  • Частота вращения воздушного винта от 0 до 10 000 об/мин;

  • Частота вращения вала на входе в редуктор от 0 до 10 000 об/мин;
  • Крутящий момент как на входе в редуктор, так и на валу воздушного винта в диапазоне от 0 до 200 Нм;

  • Вибрация редуктора в диапазоне 10-500 м/с2 при помощи, например, однокомпонентного тензометрического влагозащищенного датчика ARH-A;
  • Вибрация вала воздушного винта в диапазоне 10-500 м/с2 при помощи телеметрической системы MTP-NT;

  • Тяга воздушного винта с помощью датчика силы TCLK-NA;

  • Температура главного редуктора в диапазоне от -200 до +1000 градусов Цельсия;
  • Давление масла в системе смазки редуктора (при ее наличии) в диапазоне 0-20 Bar;

  • Усилие на тяге устройства изменения шага воздушного винта (есть много вариантов реализации);
  • Деформация лопастей воздушного винта беспилотника (используется телеметрическая система).


Все средства измерения внесены в Государственный реестр средств измерений (Госреестр СИ).


Вариант установки датчика крутящего момента от фирмы KMT на валу

В составе стенда используются самые надежные компоненты, а именно:

imc CRONOSflex

Компания imc специализируется на специализированных системах сбора данных от различных датчиков (поддерживаются все известные типы датчиков, в том числе в одну систему одновременно заводятся, например, оптоволоконные датчики деформации и ICP-датчики) и одновременном управлении компонентами стенда, как с помощью протокола RS-485, при помощи аналоговых выходов, так и при помощи цифровых шин Ethernet, EtherCAT, CAN. Также система устойчива к вибрации и воздействию низких температур (до минус 40 градусов в исполнении Cronos-SL).
Это позволяет применять систему не только при испытаниях «в поле» (в промышленных условиях), но и при тестировании сложных электромеханических устройств и автоматизации испытательных стендов любой сложности. Информация с датчиков поступает на измерительные усилители и далее на управляющий контроллер. Персональный компьютер (планшет или телефон) является центром управления, в котором проводится не только управление и наблюдение за данными в ходе стендовых испытаний, но и их сохранение данных с возможностью дальнейшей обработки. 

Система imc CRONOSflex


Более подробное описание данной системы можно найти на нашем сайте. Такие системы уже давно используются в авиации и автомобилестроении. Они зарекомендовали себя как надежный и точный инструмент для сбора данных.
Универсальность данной системы позволяет использовать её в любых других испытаниях, что позволит сэкономить средства на системе сбора данных, а также время. Заказчику не придется ждать новую систему.
Система легко переконфигурируется под другие задачи. В отличии от National Instrumets, не требует знание среды разработки Labview и языков программирования.

По согласованию с заказчиком система может иметь дополнительные опции и измерительные каналы.

Система также может использоваться отдельно от испытательного стенда на БПЛА при лётных испытаниях для испытания редукторов и других конструктивных элементов. Кроме основных измерительных каналов, в систему можно добавить данные от GPS, инклинометра, манометров, высотомеров, а также данные по протоколу ARINC 429.

TEL1-PCM-IND (KMT GMBH)

Система TEL1-PCM-IND (KMT GMBH)



Телеметрическая система компании KMT, позволяет передавать сигналы индуктивным способом с аналоговых датчиков, устанавливаемых на валы любого типа.  Данная система используется для измерения крутящего момента на рассматриваемом стенде для беспроводной передачи данных. Прочный и легкий корпус энкодера, позволяет устанавливать его на вал и проводить испытания при неблагоприятных условиях.

Технические характеристики:

Дистанция передачи: До 35 мм

Полоса пропускания сигнала: 0 - 1 200 Гц (-3 Дб)

Питание и передача данных: индуктивный метод

Разрешение системы (АЦП): 12 бит

Тип подключаемого датчика: тензорезистор, подключенный по полу- и полномостовой схеме (остальные опционально)

Коэффициент усиления: 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 (выбор на приемнике)

Рабочая температура: - 10 до + 80 °C

 

По запросу заказчика стенд может быть оснащен высокоточными датчиками крутящего момента Magtrol серий TF и TM 


Датчик растяжения/сжатия типа TCLK-NA производства TML 

превосходящий по многим параметрам  U2B фирмы НВМ:

Датчик силы TCLK-NA

Датчик TCLK-NA, выполненный в низкопрофильном корпусе, позволяет располагать его в ограниченном пространстве и использовать его для измерения, например, тяговых возможностей воздушного винта БПЛА.  Используется в качестве первичного преобразователя силы, устанавливается на тягу нагружающего механизма.

Технические характеристики:

Номинал до 50kH;

Гистерезис  0.1%RO;

Диап. темп. компенсации -10~+60С;

Перегрузка 150%;

Муфты эластомерные или сильфонные

Данные муфты, используемые при испытании приводов, предназначены для компенсации несоосности, осевого и радиального биений валов. Каждый из типов муфт имеет свои плюсы и минусы. Сильфонные муфты имеют ряд преимуществ перед эластомерными именно при решении обозначенных задач стенда. Однако испытательная задача может быть разной, что и предопределит выбор того или иного типа муфт, а их много.


ДАТЧИК ХОЛЛА производства ABS/Honewell


Датчик холла, производимый компанией ABS/Honewell, отлично подходит для измерения скорости вращения вала в любом приводном механизме, а влагозащищенный корпус позволяет проводить испытания не только при "полевых" испытаниях или при нормальных условиях в закрытых помещениях, но и в специализированных климатических камерах. 

Частота вращения: от 10 до 5000 об/мин


Дистанция действия: до 2 мм от вала

Питание: 4,5...24В

Программное обеспечение стенда PRTX:

Программное обеспечение способно обеспечивать визуализацию испытаний в реальном времени, запись и последующую обработку полученных данных. Оператор может запустить одну из ранее настроенных программ испытаний в полностью автоматическом режиме либо непосредственно управлять ходом испытаний в ручном режиме. ПО также позволяет настройку, тестирование и наладку системы, составление и хранение программ (методик) испытаний, хранение и просмотр результатов испытаний, выдачу протоколов, графиков, таблиц.

Общий вид основного окна


Выполняет непрерывную запись параметров испытаний с частотой опроса не менее 100 Гц в графическом виде и выполняет следующие задачи:

  • Испытания в ручном режиме;

  • Испытания по автоматизированной циклограмме (поэтапные испытания).

Программа наладки и тестирования систем стенда позволяет настроить каналы управления и просмотреть нагрузку на каналах измерения стенда в реальном времени.

Программа испытаний обеспечивает:

  • тестирование измерительных каналов перед включением стенда;

  • плавный выход на режим испытаний;

  • автоматическое поддержание параметров испытаний;

  • остановку стенда при невыходе на нагрузку или при превышении установок защиты по любому измеряемому каналу;

  • переход с режима на режим;

  • плавную остановку по окончании испытаний;

  • визуализацию хода испытаний в цифровом и графическом виде;

  • архивацию хода испытаний, индикацию причин останова.


Индивидуальная настройка позволяет производить запись итогов испытаний в память компьютера, в том числе:

  • при выходе на режим;

  • при аварийных остановках;

  • при окончании каждого режима (в течение 1 минуты);

  • по команде оператора.


Параметры испытаний контролируются непрерывно и проверяются на соответствие программам испытаний, в том числе на предмет превышения предельных значений. В конце испытаний возможно просмотреть и распечатать результаты испытаний в виде таблиц или графиков.


Если у вас остались вопросы, есть предложение или необходимы испытания, звоните нам! Мы готовы взяться за разработку стендов любой сложности.

Сопутствующая продукция