Колебания крыла и хвостового оперения

ЗАНЯТИЕ №1

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОЛЕБАНИЯХ:

УСЛОВИЯ КОЛЕБАНИЙ, ВОЗБУЖДЕНИЕ И ДЕМПФИРУЮЩИЕ СИЛЫ,

АМПЛИТУДА, ПЕРИОД, ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ.

Колебаниями (вибрациями) конструкции называются ее периодические деформации относительно положения равновесия (нейтрального положения). Параметрами колебаний являются: амплитуда, период и частота.

Амплитуда - максимальное отклонение конструкции от нейтрального положения; период - время одного полного колебания; частота - число колебаний в единицу времени.

В процессе колебаний амплитуда может оставаться постоянной (такие колебания называются гармоническими), уменьшаться с течением времени (затухающие колебания) или увеличиваться (возрастающие колебания).

В зависимости от характера подвода энергии к колеблющейся конструкции колебания частей ВС могут быть свободными, вынужденными и самовозбуждающимися.

Свободные (собственные) колебания - колебания конструкции под действием собственных сил упругости и инерции после ее однократного выведения из состояния равновесия.

Сущность свободных колебаний консольно закрепленной конструкции состоит в следующем. Выведенная из равновесного положения силой Р конструкция прогнулась до положения 1 (рис. 4.1), где действие силы Р уравновешивается внутренними силами упругости конструкции. С прекращением действия силы Р силы упругости возвращают конструкцию в равновесное положение, но за счет кинетической энергии она пройдет это положение и отклонится до положения 2, причем амплитуда а будет меньше амплитуды а вследствие потерь энергии на преодоление внутреннего трения, возникающего при деформации материала, и преодоление сопротивления внешней среды. Затем процесс будет протекать в обратном направлении. Таким образом, свободные колебания совершаются под воздействием внутренних сил упругости и сил инерции конструкции. Свободные колебания являются затухающими.

Рис. 4.1. Схема возникновения собственных колебаний

Каждая конструкция имеет определенную частоту собственных колебаний, которая зависит от ее массы и жесткости. Массивная конструкция с небольшой жесткостью имеет низкую частоту колебаний, а легкая и жесткая конструкция обладает большой частотой собственных колебаний.. Частота собственных колебаний также зависит от распределения масс в конструкции, условий закрепления, влияния внутренних и внешних демпфирующих сил.

Собственные колебания несущих поверхностей протекают в более сложной форме. Предположим, крыло прогнулось вверх под действием кратковременной силы, например порыва ветра. Внутренней силой упругости Рy, приложенной в центре жесткости (ЦЖ), оно возвращается к равновесному положению с ускорением. При этом в центре масс появляется инерционная сила F_u= mj, где m - масса крыла. Так как линия центра масс и ось жесткости не совпадают (ось жесткости находится впереди линии центра масс), сила инерции создает относительно оси жесткости крутящий момент М_КР=F_ux, закручивающий крыло на угол ψ в сторону уменьшения угла атаки. При достижении равновесного положения силы упругости и инерции исчезают, угол закручивания и скорость движения крыла имеют макси­мальные значения. По инерции крыло проходит равновесное положение и продолжает двигаться вниз. Скорость движения крыла начинает уменьшаться, меняется направление инер­ционной силы и ее момента, вследствие чего угол ψ уменьшает­ся и в нижнем положении крыла становится равным нулю. Далее колебания протекают аналогичным образом, но крыло будет закручиваться в обратную сторону. Таким образом, сво­бодные колебания крыла носят изгибно-крутильный характер.

Аналогичным образом протекают собственные колебания стабилизатора, киля, лопастей несущего и рулевого винтов.

Колебания несущих поверхностей носят только изгибный характер, если центры масс и центры жесткости сечений несу­щей поверхности совпадают.