1.3. Разновидности автоколебаний (вибраций) частей самолёта, условия и причины их возникновения:
Автоколебаниями частей самолёта называются незатухающие (и растущие по амплитуде) колебания, поддерживаемые внешними силами.
К ним можно отнести:
Флаттер — сочетание самовозбуждающихся незатухающих изгибающих и крутящих автоколебаний элементов конструкции летательного аппарата — главным образом крыла самолёта либо несущего винта вертолёта. Как правило, флаттер проявляется при достижении некоторой критической скорости, зависящей от характеристик конструкции летательного аппарата; возникающий резонанс может привести к его разрушению.
Виды флаттера в зависимости от наличия перемещений и вибрации органов управления:
безрулевые (перемещения органов управления пренебрежимо малы)
рулевые (наблюдаются вибрации органов управления (элеронов, руля, триммера и т. п.)).
Виды флаттера в зависимости от элемента, подверженного перемещениям и деформации:
изгибно-крутильный (крыло гнётся и скручивается)
изгибно-элеронный (крыло гнётся, элерон отклоняется)
крутильно-элеронный (крыло скручивается, элерон отклоняется)
изгибно-элеронно-триммерный (крыло гнётся, элерон и триммер отклоняются)
Реверс рулевой поверхности - это явление, когда происходит потеря эффективности рулевой поверхности под действием аэродинамических сил из-за закручивания несущей поверхности. Под эффективностью рулевой поверхности понимают реакцию самолета на ее отклонение. Количественно эффективность рулевой поверхности оценивается максимальной угловой скоростью вращения самолета относительно соответствующей оси при полном отклонении руля. Так, эффективность руля высоты будет оцениваться угловой скоростью ωz или ее производной ωδzпо углу отклонения δ руля высоты; эффективность руля направления - величиной ωy или ωδy, где δ - угол отклонения руля направления; эффективность элеронов - величиной ωx или ωδx, где δ - угол отклонения элеронов. Потребные значения максимальных угловых скоростей задаются ТЗ на проектирование и должны быть обеспечены в процессе проектирования.
|
|
Рассмотрим явление реверса рулевой поверхности на примере элерона. Как мы уже отмечали (см. рис), при отклонении элерона на угол Δδэ на участках крыла, занятых элеронами, возникает дополнительная подъемная сила ΔYэ. Если отклонить элерон 1 (рис), то возникшая непосредственно на элероне потребная ("полезная") сила ΔYэ будет изгибать крыло вверх и закручивать его относительно ц. ж. моментом Мэ = ΔYэb. Закручивание крыла приведет к уменьшению на величину Δα угла атаки сечения, в котором расположен элерон, что вызовет уменьшение подъемной силы на величину ΔYΔα, которая также будет стремиться закручивать крыло моментом Мк = ΔYΔαа. Приращение подъемной силы ΔYупр = ΔYэ - ΔYΔα при отклонении элерона на упругом крыле, естественно, меньше, чем получилось бы при том же отклонении элерона на абсолютно жестком крыле. Закручивание крыла моментом МΣ = Мк + Мэ будет происходить до тех пор, пока момент аэродинамических сил МΣ не уравновесится моментом сил упругости Мупр конструкции крыла. С увеличением скорости полета "потеря" подъемной силы ΔYΔα может сравняться с "приобретением" возникшей непосредственно на элероне силы ΔYэ и суммарное приращение Yупр, получаемое за счет отклонения элерона, исчезнет. Элероны при этом становятся полностью неэффективными.
Скорость полета ЛА, при которой происходит полная потеря эффективности рулевой поверхности, называется критической скоростью реверса (в рассмотренном примере - критической скоростью реверса элеронов). При отклонении рулевых поверхностей на скоростях, больших критической скорости реверса, получим обратную (противоположную желаемой) реакцию ЛА на отклонение рулевой поверхности (реверс рулевой поверхности).
Бафтинг - вибрация какой-либо части ЛА (чаще всего - хвостового оперения) под воздействием периодически изменяющихся аэродинамических сил, возникающих при обтекании этой части ЛА потоком, который завихряется срывами с находящегося впереди крыла, различных надстроек на фюзеляже, с выпущенных стоек шасси, открытых тормозных щитков и створок грузовых люков. Бафтинг оперения возникает из-за периодических ударов по нему спутной струи за крылом и проявляется в виде "раскачки", т. е. увеличения амплитуды колебания оперения. Если в процессе компоновки не удалось вынести оперение из спутной струи, то для обеспечения прочности ЛА при бафтинге приходится увеличивать изгибную жесткость фюзеляжа и оперения, что неизбежно связано с увеличением массы конструкции. Колебания конструкции при воздействии циклических порывов турбулентной атмосферы и бафтинг возникают и поддерживаются за счет внешней периодически изменяющейся возбуждающей силы, т. е. являются вынужденными колебаниями.
