Стенд для испытания редукторов беспилотных летальных аппаратов

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

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.

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).

В составе стенда используются самые надежные компоненты, а именно:

imc CRONOSflex

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)

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 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

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.

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.