Физическая сущность, последствие.

Флаттер - самовозбуждающиеся колебания частей ВС, возникающие в процессе самих колебаний под действием аэродинамических сил.

Существуют различные формы флаттера, он может возник­нуть на крыле, горизонтальном и вертикальном оперении, лопастях воздушных винтов и других частях ВС. Во всех случаях в процессе этих колебаний взаимодействуют аэродинамические, упругие и инерционные силы. Флаттер наступает при определенной скорости полета, которая называется критичес­кой скоростью флаттера. Для каждого вида флаттера сущест­вует своя критическая скорость.

Для примера рассмотрим изгибно-крутильный и изгибно-элеронный флаттеры крыла.

Рис. 4.2. Схема возникновения демп­фирующей

аэродинамической силы при изгибном движении крыла

Изгибно-крутильный флаттер крылавозникает вследствие закручивания крыла при его изгибных колебаниях - как это было установлено при рассмотрении собственных колебаний крыла. В полете закручивание крыла вызывает изменение угла атаки и подъемной силы - возникает возбуждающая аэродина­мическая сила, направленная в сторону изгибного движения. Таким образом, изгибно-крутильные колебания крыла поддер­живаются аэродинамическими силами, возникающими в ре­зультате закручивания крыла (изменения его углов атаки).

Изгибные колебания крыла вызывают также и демпфирующие аэродинамические силы. Их возникновение рассмотрим по (рис. 4.2.). При движении крыла вниз появляется вертикальная составляющая скорости воздушного потока W, поэтому результирующая скорость потока V₁ подходит к крылу под углом α₁= α_о +∆α. Увеличение угла атаки ∆α вызывает в фокусе крыла приращение подъемной силы ∆Y, направленное вверх, т.е. против движения крыла. При движении крыла вверх приращение угла атаки отрицательное и аэродинамическая сила ∆Y направлена вниз, демпфируя изгибное движение крыла.

Рис. 4.3. Зависимость работы возбуждающих и демпфирующих сил от скорости полета

Возбуждающие аэродинамические силы пропорциональны квадрату скорости полета, а демпфирующие - скорости полета в первой степени. Поэтому с увеличением скорости опасность изгибно-крутильного флаттера возрастает. На некоторой скорости полета работа возбуждающих и демпфирующих аэродинамических сил сравнивается, однако флаттер наступает только тогда, когда работа возбуждающих сил А_В превысит сумму работ демпфирующих аэродинамических сил А_Д, возникающих вследствие маховых движений крыла, и внутренних сил трения конструкции A_О (рис. 4.3).опасность флаттера устраняется. Весовая балансировка осуществляется установкой в передней части или впереди крыла противофлаттерных грузов, креплением двигателей перед крылом, соответствующим размещением топлива в крыле. Уборка вперед основных опор шасси, закрепленных на крыле, также способствует повышению критической скорости флаттера.

Согласно Нормам летной годности критическая скорость флаттера должна превышать предельно допустимую скорость полета не менее чем в 1,2 раза.

2. ИЗГИБНО-ЭЛЕРОННЫЙ ФЛАТТЕР КРЫЛА:

ПРИЧИНЫ И СЛЕДСТВИЯ САМОПРОИЗВОЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ ЭЛЕРОНОВ.

Изгибно-элеронный флаттер возникает вследствие самопроизвольного отклонения элеронов, у которых центр масс находится сзади оси вращения. Кроме того, для возникновения такого флаттера элероны должны иметь возможность свободно отклоняться в некоторых пределах за счет упругих деформаций или люфтов в проводке управления.

Предположим, что под действием кратковременного вертикального порыва ветра крыло прогнулось вверх (рис. 4.4). После прекращения действия порыва упругие силы конструкции Р_У с ускорением возвращают крыло к равновесному положению. Возникшая при этом инерционная сила элерона Р_И, приложенная в его центре масс, будет отклонять элерон вверх относительно оси вращения. Отклонение элерона вверх вызовет уменьшение подъемной силы крыла на ∆У. В момент прохождения равновесного положения крыла угол отклонения элерона будет наибольшим (δ_max), поэтому отрицательное приращение подъемной силы крыла также будет максимальным (∆У_max).

По инерции крыло пройдет равновесное положение и будет двигаться вниз с замедлением, что вызовет в центре масс элерона инерционную силу, направленную вниз. Под действием этой силы элерон возвращается к нейтральному положению и в нижнем положении крыла его угол отклонения становится равным нулю. Отрицательное приращение подъемной силы крыла также становится равным нулю (∆У = 0).

Рис. 4.4. Схема возникновения

изгибно –элеронного флаттера крыла

Из нижнего положения крыло ускоренно движется вверх, направление ускорения и действие силы инерции меняются на противоположные и элерон начинает отклоняться вниз, вызы­вая увеличение подъемной силы крыла. В равновесном положе­нии крыла угол отклонения элерона вниз достигает наибольше­го значения, и положительное приращение подъемной силы также будет максимальным. Следовательно, элерон под дейст­вием инерционной силы отклоняется в сторону, противополож­ную движению крыла, увеличивая или уменьшая подъемную силу таким образом, что это изменение способствует деформа­ции крыла и возбуждает колебания.

Демпфирующими силами, как и в случае изгибно-крутильного флаттера, являются внутренние силы трения конструкции и аэродинамическая сила, возникающая вследствие маховых движений крыла. Работа возбуждающей аэродинамической силы,вызванной отклонением элерона, пропорциональна квадрату скорости полета, а работа демпфирующей аэродинами­ческой силы зависит от скорости линейно, поэтому на больших скоростях полета работа возбуждающих сил может превысить работу демпфирующих сил и возникнет изгибно-элеронный флаттер крыла. Аналогичным образом протекает изгибно-рулевой флаттер горизонтального и вертикального оперений.

Согласно Нормам летной годности критическая скорость изгибно-элеронного (изгибно-рулевого) флаттера должна превы­шать предельно допустимую скорость полета не менее чем в 1,2 раза.

Основным средством предотвращения изгибно-рулевого флаттера является весовая балансировка рулевых поверхнос­тей. Балансировка имеет целью смещение центра масс рулевой поверхности к оси вращения. Для этого в носовой части, обычно по всей ее длине, укрепляют балансировочный груз.

Иногда балансировочный груз сосредоточивают в носке руля или же выносят вперед за пределы руля. В последнем случае получается выигрыш в весе, но возникает дополнительное аэродинамическое сопротивление, если груз выступает в поток. Весовая балансировка считается 100%-ной, если центр масс совмещен с осью вращения руля. Для повышения эффективнос­ти весовой балансировки иногда устанавливают более массив­ные грузы, чем это необходимо для 100%-ной балансировки.

Повышению критической скорости флаттера способствует устранение люфтов в проводке управления рулями и элерона­ми, применение жесткой проводки вместо тросовой, имеющей значительные упругие деформации. Гидравлические приводы в системах управления самолетом создают жесткую связь рулевых поверхностей с конструкцией ВС и практически исключают возможность изгибно-рулевого флаттера. Сервокомпенсаторы, триммеры, серворули могут служить дополнительными источниками, способствующими возникновению флаттера, поэтому они также имеют весовую балансировку.

ТЕМА №5 ФЮЗЕЛЯЖ

ЗАНЯТИЕ №1