1.10 Применение флаттерных моделей для исследования нагрузок в неспокойном воздухе

В каждую предназначенную для исследования флаттера динамически подобную модель, являющуюся сложной инженерной конструкцией, вкладывается большой труд: расчет и проектирование, изготовление, тестирование и доводка, предварительные испытания. Даже упрощенные модели остаются достаточно дорогими, не говоря уже о конструктивно-подобных моделях ЛА.

Поэтому вполне естественным является желание расширить область применения флаттерных моделей, в частности, исследовать с их помощью нагрузки, действующие на самолет при полете в неспокойном воздухе. Причиной, ускорившей решение этой задачи, послужило летное происшествие, когда один из двухмоторных самолетов попал в циклическую болтанку. Он пролетал над чередующимися полями и перелесками, что привело к возникновению периодических вертикальных порывов с частотой, совпавшей с частотой изгибных колебаний крыла. Катастрофы в этом полете удалось избежать, хотя самолет приземлился с полуразрушенной моторамой одного из двигателей.

С целью изучения качественной стороны наблюдавшегося явления в аэродинамической трубе поперек потока перед закрепленной на «плавающей» подвеске моделью устанавливалось специальное крыло. Оно могло совершать вращательные колебания вокруг оси, проходившей вдоль линии фокусов. При этом создавались скосы потока, действующие на модель подобно вертикальным порывам. Выяснилось, что нагрузки при колебаниях модели, вызванных такими порывами, могут превышать допускаемые «Нормами прочности». Но количественно полученные результаты на натуру не переносились, так как считалось необходимым при этих исследованиях выдерживать подобие по числу Фруда (Fr). Между тем, если при исследовании нагрузок, действующих на ЛА в неспокойном воздухе, рассматривать динамические приращения к статическим нагрузкам в положении установившегося полета, то можно показать, что в этом случае требования подобия для флаттера и полета в неспокойном воздухе совпадут. Следовательно, можно считать, что модели, построенные для исследования флаттера, пригодны и для исследования нагрузок в неспокойном воздухе. В настоящее время практически все исследования нагрузок в неспокойном воздухе проводят на флаттерных моделях.

1.11 О благоприятном влиянии сжимаемости воздуха на флаттерные характеристики

Результаты исследований влияния сжимаемости воздуха показывают, что критическая скорость флаттера в сжимаемом потоке может оказаться ниже, чем в потоке несжимаемом. Результаты этих физических опытов позволили обосновать дополнительное требование для повышения степени безопасности ЛА от флаттера. А именно, одновременно с обычным запасом К = V /V_пол, обеспечивающим необходимую величину превышения критической скорости флаттера V над допустимой скоростью полета V_пол, вводят так называемую «поправка на сжимаемость»  = V_крнесж/V_крсж, с помощью которой учитывают опасность понижения критической скорости флаттера в сжимаемом потоке по сравнению с потоком несжимаемым.

Необходимое условие безопасности от флаттера для скоростных ЛА более жесткое, поскольку требуется, чтобы одновременно обеспечивается и К > 1,2, и > 1,3. Иными словами, вместо 20% запаса требуется наличие запаса в 56% по индикаторной скорости. Такое ужесточение требований для скоростных самолетов стимулирует дальнейшее развитие моделирования флаттера в скоростных трубах имело целью, прежде всего, исследовать влияние сжимаемости воздуха на флаттерные характеристики конкретных самолетов. В опытах были получены для разных форм флаттера и разных конструкций фактические значения величины  (1,1 <  < 1,4). А при исследовании флаттерных характеристик самолета с крылом изменяемой геометрии выяснилось, что величина  может, в зависимости от величины угла стреловидности, принимать значения и меньше единицы ( < 1), т.е. сжимаемость воздуха может быть как неблагоприятной, так и благоприятной. Все это лишний раз подтверждает необходимость максимально полного учета индивидуальных конструктивных особенностей каждого конкретного ЛА. Одни только упрощенные физические опыты не могут дать точного ответа на практические вопросы, особенно при обеспечении безопасности от флаттера.