旋翼剎車綜合試驗臺慣量設(shè)計技術(shù)

王 靖

(中國飛機強度研究所，陜西 西安 710065)

1 引 言

旋翼剎車綜合試驗臺主要用于直升機旋翼剎車裝置以及超輕型飛機/無人機機輪剎車裝置的動態(tài)性能測試，為新產(chǎn)品的研制及優(yōu)化提供可靠的測試數(shù)據(jù)。根據(jù)設(shè)計要求，直升機旋翼剎車裝置試驗時要求高轉(zhuǎn)速(3200rpm)、低慣量(100kgm2)的試驗條件，而機輪剎車裝置所需試驗條件為低速度(200km/h)、大慣量(306kgm2)。為增加試驗臺的利用率以及試驗效率，本文通過慣量設(shè)計技術(shù)，成功實現(xiàn)用一個試驗臺完成上述兩種不同類型剎車裝置的動態(tài)性能測試。

2 組成及原理

旋翼剎車綜合試驗臺主要由機械主體臺架、機械慣性輪組合系統(tǒng)、電機拖動系統(tǒng)、液壓加載系統(tǒng)、液壓剎車系統(tǒng)以及測控系統(tǒng)等組成(旋翼剎車綜合試驗臺系統(tǒng)圖如圖1所示)。本文重點介紹試驗臺慣量設(shè)計技術(shù)，慣量設(shè)計技術(shù)主要指機械慣量與電慣量匹配設(shè)計技術(shù)，即機械慣性輪的慣量以及電機功率匹配設(shè)計。

圖1 旋翼剎車綜合試驗臺系統(tǒng)圖

旋翼剎車綜合試驗臺設(shè)計時，機械慣性輪采用“主+輔輪”設(shè)計，根據(jù)不同的試驗裝置，選擇不同的慣性輪配置。主輪與旋轉(zhuǎn)軸通過熱裝固連，用于旋翼剎車裝置動態(tài)性能試驗；輔輪通過軸承安裝于旋轉(zhuǎn)軸上，采用“主+輔鼓輪”配置(主輪為配重輪，輔輪為機輪剎車裝置試驗時加載位置)進行機輪剎車裝置動態(tài)性能試驗。為了滿足試驗臺在能量設(shè)計范圍內(nèi)慣量無級差全覆蓋，慣性輪的慣量及電機功率設(shè)計至關(guān)重要。

3 慣性輪慣量及電機功率設(shè)計

以某航空旋翼剎車綜合試驗臺為例，其設(shè)計要求如下：

超輕型飛機試驗要求：最大試驗速度Vmax為200km/h；慣性輪半徑R為0.6m；最大減速率amax為2m/s2；模擬慣量范圍為(54～306)kgm2。

根據(jù)上述要求，確定電機額定轉(zhuǎn)速nN為3000rpm，最高轉(zhuǎn)速nmax為3200rpm，覆蓋超輕型飛機對應(yīng)885rpm的試驗速度。以下按不同試驗對慣性輪慣量以及電機匹配功率進行設(shè)計說明。

(1)旋翼剎車試驗主輪慣量及電機功率設(shè)計

(2)超輕型機輪剎車試驗輔輪慣量及電機功率設(shè)計

綜上所述，旋翼剎車綜合試驗臺傳動電機最大輸出功率為254kW，考慮到電機使用工況負荷過載能力的要求，則電機額定功率為200kW(1.3倍過載)，主鼓輪慣量為52kgm2；輔鼓輪慣量為128kgm2。

4 慣量模擬配置及許用剎車能力

表1、表2為某航空旋翼剎車綜合試驗臺慣量模擬配置，后期根據(jù)試驗慣量范圍進行相應(yīng)測試。

表1 旋翼剎車裝置慣量模擬配置表

表2 超輕型飛機慣量模擬配置表

依據(jù)上述試驗臺機械慣量及電模擬慣量配置，全慣量覆蓋范圍內(nèi)對許用剎車力矩進行校核，如表3、表4所示。旋翼剎車裝置試驗時慣量覆蓋圖如圖2所示，超輕型機輪剎車試驗時慣量覆蓋圖如圖3所示。

表3 旋翼剎車裝置部分許用剎車力矩

圖2 旋翼剎車裝置試驗慣量覆蓋曲線

表4 超輕型機輪剎車裝置部分許用剎車力矩

圖3 超輕型機輪剎車試驗慣量覆蓋曲線

5 結(jié) 論

旋翼剎車綜合試驗臺后期經(jīng)過試驗驗證，其機械慣量及電模擬慣量的配比滿足直升機旋翼剎車裝置及超輕型飛機機輪剎車裝置動態(tài)性能測試試驗的要求，并且試驗?zāi)芰霸囼灳染鶟M足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，減少了試驗臺的重復(fù)建設(shè)，節(jié)省了資源。