Материал: Конструкция общая корнеев

Рис. 7.14. Система управления спойлерами с амолета Ил-76

8.ВИБРАЦИИ И АЭ РОУПРУ ГОСТЬ САМОЛЁТА

8.1.Вибрации частей самолета

Конструкция планера самолета, взаимодейств уя с окружающей средой, может в ходить в режимы упругих периодических колебаний различных видов. Встречаю щиеся в процессе эксплуатации самолета упругие периодические колебания его частей могут быть сведены в следующие группы:

1. Собственные (свободные) колебания – периодические упругие ко-

лебания элементов конструкции или всего планера сам олета, возникающие по сле внешнего однократно го толчка и протекающ ие в изолированной системе. В этом случае характер колебаний определяется только внутренним строением систе мы, зависящим от ее массы, характеристик демпфирования и упругости. Энергия для протекания собственных колебаний

поступает в систему от начального тол чка, пос ле чего система остается изолированной и никаки х внешн их силовых воздействий не испытывает. Колебания носят затуха ющий характер (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Схема колебани й системы с одной степенью св ободы

2. Вынужденные колебания – пери одические колебания элементов конструкции или частей самолета, возникающие под воздействием внешней периодической силы и поддерживаемые ею. Периодичность этих колебаний определяется частотой изменения возбуждающей силы. Энергия для вынужденн ых колебаний пос тупает от действия возб уждающей внешней периодической силы . Характер колебаний определяется как внешней силой, так и физическими параме трами самой системы.

Переменные нагрузки вызы вают колебания элементов конструкции самолета с часто тами, равными ч астотам возбуж дающих переменных сил. Наиболее опасным является сл учай, когда частоты сил, возбуждающих

колебания, оказываются близкими или равными частотам собственных колебаний конструкции или ее элементов. Возникающие при этом резонансные колебания характеризуются резким увеличением их амплитуд, что может привести к разрушению конструкции. Для устранения возможности возникновения резонанса стараются так выполнить конструкцию и ее элементы, чтобы частоты их собственных колебаний были далеки от частот возбуждающих сил.

Кисточникам переменных нагрузок относятся:

−возмущения обтекающего самолет воздушного потока вследствие турбулентности атмосферы;

−возмущения потока, возбуждаемые самим летящим самолетом и действующие на него;

−вибрации, создаваемые двигателями.

Основными видами вынужденных колебаний частей конструкции современного самолета являются колебания, вызванные переменностью аэродинамических сил, действующих на самолет. Турбулентность атмосферы, а также «вихревые следы», оставляемые другими самолетами, могут быть мощными возбудителями вынужденных колебаний конструкции самолета.

Вихри, сбегающие с крыла и винтов, могут воздействовать на хвостовую часть фюзеляжа и оперение, вызывая их колебания.

Наибольшую опасность представляют вибрации от переменных аэродинамических сил, возникающих в результате срывов потока с расположенных впереди частей, получившие название бафтинга. Срыв потока может происходить с крыла, особенно на больших углах атаки самолета, а также с любой другой поверхности, находящейся в потоке воздуха: с фонарей кабин, зализов, оперения, пилонов и гондол двигателей, антенн и т.д.

Конструкция самолета является упругой, поэтому под нагрузкой она деформируется. В потоке воздуха это приводит к изменению аэродинамической нагрузки, что в свою очередь вызывает дополнительные деформации

конструкции. Большие деформации влияют на величину и распределение аэродинамической нагрузки, на устойчивость и управляемость самолета, могут приводить к потере статической устойчивости конструкции. В процессе деформации конструкции возможно возникновение инерционных сил, которые совместно с аэродинамическими и упругими силами обусловливают колебания конструкции и могут стать причиной ее динамической неустойчивости.

Изучение взаимодействия аэродинамических, упругих и инерционных сил и влияния этого взаимодействия на конструкцию самолета составляет содержание теории аэроупругости. Аэроупругие явления принято делить на статические и динамические.

При статических явлениях силы зависят лишь от самих деформаций и не зависят от их изменения во времени. Сюда относятся местные деформации обшивки, деформации крыла, оперения, фюзеляжа и влияние их на перераспределение нагрузки, реверс рулей и элеронов, «всплывание» элеронов, перекручивание (дивергенция) крыла, оперения, пилона и т.п. Перечисленные явления обусловливаются взаимодействием аэродинамических и упругих сил.

При динамических явлениях силы зависят не только от деформаций, но и от изменения их во времени. Динамические аэроупругие явления (флаттер, бафтинг, трансзвуковые колебания рулей и пр.) обусловлены взаимодействием аэродинамических, упругих и инерционных сил.

8.2. Определение и разновидности флаттера

Флаттер можно определить как динамическую неустойчивость конструкции в потоке воздуха. Возникает флаттер в результате взаимодействия аэродинамических, упругих и инерционных сил. Флаттеру могут быть подвержены крыло и оперение.

Флаттер – это самовозбуждающиеся незатухающие колебания частей конструкции, происходящие под действием аэродинамических сил, которые возникают при колебаниях и исчезают в отсутствии колебаний.

Флаттер – весьма скоротечное и опасное явление, которое обычно заканчивается разрушением самолета. Известно много различных форм флаттера, которые определяются возможными сочетаниями деформаций конструкции во время колебаний.

Наибольшую практическую значимость представляют следующие:

−изгибно-крутильный флаттер крыла (оперения), характеризующийся изгибом и закручиванием крыла (оперения);

−изгибно-элеронный флаттер крыла, сопровождающийся изгибом крыла и отклонением элерона;

−изгибно-рулевой флаттер горизонтального оперения, характеризующийся изгибом фюзеляжа и симметричным отклонением рулей высоты.

Флаттер наступает при определенной скорости полета, которую называют критической скоростью флаттера. Для каждой формы флаттера существует своя критическая скорость. У большинства самолетов она на 25-30 % превышает максимально возможную скорость полета, для того чтобы полностью исключалась возможность возникновения флаттера.

8.2.1.Изгибно-крутильный флаттер крыла

Крыло может совершать колебания двух основных видов: изгибные и крутильные. Однако вследствие несовпадения линий центров тяжести с линиями центров жесткости сечений чисто изгибные или чисто крутильные колебания крыла практически невозможны. Вне зависимости от того, каков начальный импульс – изгибный или крутильный, колебания всегда совместны – изгибно-крутильные.