scieee Open visual document viewer

GEARBOX TEST RIG FOR SKYSPOTTER 150 HELICOPTER

Bělík, Jan

Abstract

Bezpilotní vrtulník SkySpotter 150 je vyvinut firmou Modelárna LIAZ. Testovací zařízení pro převodovky vrtulníku nejsou standartní pracoviště. Je zde pohon provázaný s dynamometrem a axiálním zatěžovacím mechanismem simulujícím zatížení od rotoru na výstupním hřídeli převodovky. Proto je potřeba speciálního pracoviště. Byl navržen měřící řetězec včetně jednotlivých snímačů a konstrukce se speciální orientací dynamometru. Konstrukce má bezpečnostní prvky, které chrání testovací zařízení a její obsluhu. Testovací pracoviště je využito k vývoji nových generací vrtulníku. Dále slouží k ověřování parametrů nových převodovek, ale i k technické diagnostice převodovek při opakovaných kontrolách.

Full text

7 ACC JOURNAL 2022, Volume 28, Issue 1 DOI: 10.15240/ ul/004/2022-1-001 GEARBOX TEST RIG FOR SKYSPOTTER 150 HELICOPTER Jan Bělík VÚTS, a.s., Measu emen Depa men , S á o ská 619, 460 01, Libe ec XI – Růžodol I, Czech Republic e-mail: [email p o ec ed] Abs ac SkySpo e 150 is an unmanned helicop e in oduced ecen ly by Modelá na LIAZ. The gea box es ig de eloped o his helicop e has an inno a i e design. The d i e is combined wi h a dynamome e and an axial o ce mechanism, which simula es he load om he main o o on he gea box ou pu sha . I leads o a special solu ion. The measu emen me hodology was de eloped including all senso s and design o he ig wi h a non- adi ionally o ien ed dynamome e . The design has sa e y ea u es ha p o ec he es ig componen s and ope a o . The es ig is used o many es s du ing he de elopmen and imp o emen o he new helicop e gene a ion. I also se es o e i ying he gea box pa ame e s du ing i s li e ime; i means es s o new gea boxes as well as echnical diagnos ic du ing pe iodical inspec ions. Keywo ds Angula gea box; Tes ig; Vib a ions; Measu emen . In oduc ion Sou ce: [1] and i s gea box Fig. 1: SkySpo e 150 The company VÚTS coope a es wi h Modelá na LIAZ on he de elopmen o he es s a ion o angula gea boxes. The gea box is moun ed in he helicop e ame in he ho izon al posi ion, as shown in Fig. 1. The d ones ha e weigh limi a ions; he e o e, he gea box mus be ligh , bu also su icien ly igid and sa e. The gea box mus ha e a maximum a io be ween 8 weigh and powe . This canno be achie ed wi hou ex ensi e gea box es ing. D ones ha e g ea usage in he wo ld nowadays. SkySpo e 150 should ha e wide usabili y in he mili a y se ice (sea ching, moni o ing, equipmen anspo and mo e) bu also in he ci il sec o . The applica ion can be ound in i e igh e uni s, geological explo a ion, escue wo ks and elsewhe e. I s bigges ad an age is he possibili y o ly unde di icul condi ions o a long ime. 1 Tes Rig Design The schema ic diag am o he es ig is shown in Fig. 2. The scheme p esen s all main componen s used in he design and hei loca ions. The main pa s a e a d i e, wo dynamome e s and an axial o ce mechanism. The s ain gauge lange senso s by Kis le a e used o o que measu emen . Sou ce: Own Fig. 2: Schema ic diag am o he es ig The basis o he es ig consis s o a welded ame shown in Fig. 3. All main pa s a e connec ed o he ame. The ame design allows bigge dynamome e moun ing in he e ical o ho izon al posi ion, which means i is possible o es o he gea box ypes wi h di e en axis o ien a ion o o he helicop e componen s ( o example an engine). 9 Sou ce: Own Fig. 3: The es ig du ing assembling 1.1 D i e and Dynamome e The d i e and he dynamome e we e supplied by TES Vse ín. The d i e is a s anda d p oduc o his company. I is an asynch onous mo o wi h a maximal powe o 50 kW and an ex e nal ai -cooling. The bigge dynamome e is Siemens asynch onous se omo o wo king as an elec ic b ake (load). This pa has a maximal b aking powe o 40 kW and i wo ks in he e ical o ien a ion. The dynamome e can wo k in his posi ion due o a o que measu emen ealized by an ex e nal senso and he usage o special bea ings. The smalle dynamome e is also Siemens asynch onous se omo o , bu i s maximal powe is only 4.5 kW. 10 1.2 Sha and Bea ings The bea ings a e moun ed h ough clamping slee es o di ec ly p essed o pa s o he design o he p oposed de ice. The sha o he d i e and he gea box connec ion a e designed as wo pa s shown in Fig. 4. The s ain gauge lange o o que measu emen is moun ed be ween hese wo pa s. A bea ing 6406 is p essed on each pa o he sha . Bea ings a e moun ed in clamping slee es KTR 100 – 90 x 13. Sou ce: Own Fig. 4: Sha connec ing d i e and gea box The same solu ion was used o he sha connec ing he gea box and he smalle dynamome e shown in Fig. 5. The only di e ence is in he usage o wo bea ings on he gea box side sha pa . Two bea ings a e used because o he anspo a ion possibili y o he independen smalle dynamome e pla o m. Sou ce: Own Fig. 5: Sha connec ing gea box and smalle dynamome e The las sha assembly o connec ing he gea box wi h he axial o ce mechanism and he bigge dynamome e in he e ical posi ion is shown in Fig. 6. The sha be ween he gea box and he axial mechanism mus enable i s axial displacemen . I is ensu ed by wo bea ings NK 32/20 TN, which a e needle bea ings wi hou an inne ing. The sha has a g ound su ace a he bea ing loca ion allowing he axial displacemen . These bea ings a e p essed in pa s o he ame. The axial o ce is ans e ed ia axial bea ings 53 310. The sha be ween he axial o ce mechanism and he bigge dynamome e uses he same moun ing as he d i e sha . The only di e ence is he applica ion o la ge bea ings 6407 and clamping KTR 100 – 100 x 174. Sou ce: Own Fig. 6: Sha connec ing axial o ce mechanism and bigge dynamome e 11 1.3 Clu ches The gea box is connec ed o he es s a ion sha s by he same clu ch as in he helicop e . Each sha has a sa e y clu ch (be ween he d i e o he dynamome e s and he o que senso s) ensu ing he es s a ion p o ec ion agains o e loading. The sa e y clu ch disconnec s he o que when an unexpec ed condi ion occu s. Sou ce: Own Fig. 7: Gea clu ch [2] An aluminum clamp clu ch ans e s he axial o ce om he axial o ce mechanism o he gea box ou pu sha . This ma e ial was chosen o he eason he gea box sha is undamaging. The clu ch be ween he axial o ce mechanism and he bigge dynamome e o que senso does no ans e he axial o ce because i could damage he o que senso . The e o e, he gea clu ch is used as shown in Fig. 7. Each clu ch was dimensioned o he maximal load o he d i e and he dynamome e . The assembly was made by a conical clamping on a smoo h sha . 1.4 Axial Fo ce Mechanism Sou ce: Own Fig. 8: Ve sion wi h se omo o The i s d a o he ealiza ion o he axial o ce loading mechanism was p oposed o he use o he se omo o . The schema ic diag am o his solu ion is shown in Fig 8. A mo ing sc ew d i en by he se omo o p oduces he axial o ce ac ing in he axis o he ou pu sha . 12 The nu on he mo ing sc ew ans e s he o ce o a dis ibu ion pla e. App op ia e sp ings should be placed be ween he nu and he dis ibu ion pla e because he mo ing sc ew angula mo emen wi hou he sp ings is close o ze o. The disad an age o his solu ion is i s highe p ice and complica ed design. Sou ce: Own Fig. 9: Ve sion wi h ai sp ings A new solu ion wi h ai sp ings was designed as a cheape and simple solu ion, as i is shown in Fig 9. The ai sp ings di ec ly p oduce he axial o ce. All pa s o he mechanism mus ha e su icien s i ness o high o ce p ecision and epea abili y. An ai p essu e senso is connec ed o supply he ci cui o each pai o he ai sp ings. The axial o ce can be con olled and egula ed by a p opo ional al e; he measu ed ai p essu e se es as he eedback signal. The dis ibu ion pla e posi ion is con olled ia a displacemen capaci i e senso . A linea guidance is no necessa y o use because wo pai s o he ai sp ings lead he dis ibu ion pla e. The mechanism has a mechanical ends op de ining dead poin s o he dis ibu ion pla e displacemen o egimes wi hou he comp essed ai and/o oo big p essu e. Conclusion De elopmen and design o he es s a ion o angula gea boxes wi h axial o ce and o que load is p esen ed. This solu ion is p ima ily ocused on es ing o gea boxes used in unmanned helicop e de eloped by Modelá na LIAZ company. The es s a ion can load he gea box by de ined o que and axial o ce on he ou pu sha and simul aneously measu es ac ual alues o o que, angula speed, axial o ce, ib a ions, empe a u e and noise. Acknowledgemen s This wo k was suppo ed by he Czech Minis y o Indus y and T ade in he amewo k o he TRIO p og am. Li e a u e [1] LIAZ: SkySpo e 150 UAV sys em. [online]. A ailable om WWW: h ps://www.liaz- ua .com [2] LENZE SELECTION: Zubo é spojky – mechanické. [online]. [accessed 2022-02-25]. A ailable om WWW: h ps://www.lenze-selec ion.com/cs-cz/ y obky/spojky- h idelo e-p i ubo e-spojky/zubo e-spojky/ Ing. Jan Bělík 13 TESTOVACÍ ZAŘÍZENÍ PRO PŘEVODOVKY VRTULNÍKU SKYSPOTTER 150 Bezpilo ní ulník SkySpo e 150 je y inu i mou Modelá na LIAZ. Tes o ací zařízení p o pře odo ky ulníku nejsou s anda ní p aco iš ě. Je zde pohon p o ázaný s dynamome em a axiálním za ěžo acím mechanismem simulujícím za ížení od o o u na ýs upním hřídeli pře odo ky. P o o je po řeba speciálního p aco iš ě. Byl na žen měřící ře ězec če ně jedno li ých snímačů a kons ukce se speciální o ien ací dynamome u. Kons ukce má bezpečnos ní p ky, k e é ch ání es o ací zařízení a její obsluhu. Tes o ací p aco iš ě je yuži o k ý oji no ých gene ací ulníku. Dále slouží k o ěřo ání pa ame ů no ých pře odo ek, ale i k echnické diagnos ice pře odo ek při opako aných kon olách. TESTANLAGE FÜR DIE GETRIEBE DES HUBSCHRAUBERS SKYSPOTTER 150 SkySpo e is ein unbemann e Hubsch aube und wu de on de Fi ma Modelá na LIAZ en wickel . Bei de Tes anlage ü die Ge iebe des Hubsch aube s handel es sich um keinen S anda da bei spla z. Hie wi d de An ieb mi einem Dynamome e und einem Belas ungsmechanismus e bunden, wobei de Belas ungsmechanismus eine Belas ung om Ro o au die Ausgangswelle des Ge iebes simulie . Dahe beda es eines speziellen A bei sbe eichs. Es wu den eine Messke e inklusi e einzelne Ab as e sowie eine Kons uk ion mi einem speziellen O ien ie ungsdynamome e en wo en. Die Kons uk ion e üg übe Siche hei selemen e, welche die Tes anlage und de en Bedienung schü z . Die Tes anlage wi d zu En wicklung neue Helikop e gene a ionen genu z . Wei e dien sie zu Übe p ü ung de Pa ame e neue Ge iebe, abe auch zu echnischen Diagnos ik de Ge iebe bei wiede hol en Kon ollen. STANOWISKO BADAWCZE PRZEKŁADNI ŚMIGŁOWCA SKYSPOTTER 150 SkySpo e 150 o bezzałogowy śmigłowiec op acowany p zez i mę Modelá na LIAZ. S anowiska badawcze p zekładni śmigłowca nie mają s anda dowej kons ukcji. Napęd jes połączony z dynamome em i mechanizmem obciążenia osiowego, k ó y symuluje obciążenie głównego wi nika na wale wyjściowym p zekładni. Z ego powodu po zebne jes zas osowanie specjalnego s anowiska. Op acowano o pomia owy obejmujący poszczególne czujniki o az kons ukcję ze specjalnie ukie unkowanym dynamome em. Kons ukcja posiada elemen y bezpieczeńs wa, k ó e ch onią s anowisko badawcze i jego obsługę. S anowisko badawcze jes wyko zys ywane do p ojek owania śmigłowców nowej gene acji. Ponad o służy ono ównież do we y ikacji pa ame ów nowych p zekładni, a akże diagnos yki echnicznej p zekładni podczas p zeglądów ok esowych.