旋翼刹车综合试验台惯量设计技术

王 靖

(中国飞机强度研究所，陕西 西安 710065)

1 引 言

旋翼刹车综合试验台主要用于直升机旋翼刹车装置以及超轻型飞机/无人机机轮刹车装置的动态性能测试，为新产品的研制及优化提供可靠的测试数据。根据设计要求，直升机旋翼刹车装置试验时要求高转速(3200rpm)、低惯量(100kgm2)的试验条件，而机轮刹车装置所需试验条件为低速度(200km/h)、大惯量(306kgm2)。为增加试验台的利用率以及试验效率，本文通过惯量设计技术，成功实现用一个试验台完成上述两种不同类型刹车装置的动态性能测试。

2 组成及原理

旋翼刹车综合试验台主要由机械主体台架、机械惯性轮组合系统、电机拖动系统、液压加载系统、液压刹车系统以及测控系统等组成(旋翼刹车综合试验台系统图如图1所示)。本文重点介绍试验台惯量设计技术，惯量设计技术主要指机械惯量与电惯量匹配设计技术，即机械惯性轮的惯量以及电机功率匹配设计。

图1 旋翼刹车综合试验台系统图

旋翼刹车综合试验台设计时，机械惯性轮采用“主+辅轮”设计，根据不同的试验装置，选择不同的惯性轮配置。主轮与旋转轴通过热装固连，用于旋翼刹车装置动态性能试验；辅轮通过轴承安装于旋转轴上，采用“主+辅鼓轮”配置(主轮为配重轮，辅轮为机轮刹车装置试验时加载位置)进行机轮刹车装置动态性能试验。为了满足试验台在能量设计范围内惯量无级差全覆盖，惯性轮的惯量及电机功率设计至关重要。

3 惯性轮惯量及电机功率设计

以某航空旋翼刹车综合试验台为例，其设计要求如下：

超轻型飞机试验要求：最大试验速度Vmax为200km/h；惯性轮半径R为0.6m；最大减速率amax为2m/s2；模拟惯量范围为(54～306)kgm2。

根据上述要求，确定电机额定转速nN为3000rpm，最高转速nmax为3200rpm，覆盖超轻型飞机对应885rpm的试验速度。以下按不同试验对惯性轮惯量以及电机匹配功率进行设计说明。

(1)旋翼刹车试验主轮惯量及电机功率设计

(2)超轻型机轮刹车试验辅轮惯量及电机功率设计

综上所述，旋翼刹车综合试验台传动电机最大输出功率为254kW，考虑到电机使用工况负荷过载能力的要求，则电机额定功率为200kW(1.3倍过载)，主鼓轮惯量为52kgm2；辅鼓轮惯量为128kgm2。

4 惯量模拟配置及许用刹车能力

表1、表2为某航空旋翼刹车综合试验台惯量模拟配置，后期根据试验惯量范围进行相应测试。

表1 旋翼刹车装置惯量模拟配置表

表2 超轻型飞机惯量模拟配置表

依据上述试验台机械惯量及电模拟惯量配置，全惯量覆盖范围内对许用刹车力矩进行校核，如表3、表4所示。旋翼刹车装置试验时惯量覆盖图如图2所示，超轻型机轮刹车试验时惯量覆盖图如图3所示。

表3 旋翼刹车装置部分许用刹车力矩

图2 旋翼刹车装置试验惯量覆盖曲线

表4 超轻型机轮刹车装置部分许用刹车力矩

图3 超轻型机轮刹车试验惯量覆盖曲线

5 结 论

旋翼刹车综合试验台后期经过试验验证，其机械惯量及电模拟惯量的配比满足直升机旋翼刹车装置及超轻型飞机机轮刹车装置动态性能测试试验的要求，并且试验能力及试验精度均满足相关标准的要求，减少了试验台的重复建设，节省了资源。