| |
одна из разновидностей вибраций — незатухающих упругих колебаний частей ЛА,
возникающих в полёте при скорости полёта, достигшей некоторого определённого
значения — критической скорости флаттера Vкр. Эти колебания порождаются
аэродинамическими воздействиями и относятся к автоколебаниям. Для своего
возникновения они не требуют каких-либо периодических внешних воздействий и
могут появляться внезапно и при установившемся полёте в спокойном воздухе;
достаточно лишь случайного начального импульса, даже весьма малого.
В зависимости от того, в какой части конструкции возникают наиболее интенсивные
вибрации, самолёт может быть подвержен различным формам Ф.: крыла, оперения,
элеронов, рулей и др. Ф. может возникать также на ракетах, несущих винтах
вертолетов, лопастях воздушных винтов, лопатках турбин и компрессоров.
С точки зрения теории колебаний летящий самолёт представляет собой потенциально
автоколебательную систему, источником энергии в которой служит набегающий поток,
а обратная связь реализуется благодаря той упругости, которой обладает
конструкция самолёта. В полёте могут создаваться условия, при которых начинают
развиваться аэродинамические силы периодического характера. При этом природа
этих сил, а следовательно, и механизма автоколебаний, определяется режимом
полёта. Механизм автоколебаний может быть различным: при автоколебаниях,
возникающих в полёте на больших скоростях с малыми углами атаки (собственно Ф.
); в полёте на малых скоростях при углах атаки, близких к срывным (срывной
флаттер); при неустойчивом обтекании на трансзвуковом режиме полёта (buzz или
«маховая тряска») и т. д.
Ф. среди автоколебаний и вообще среди многочисленных видов вибраций, которым
подвержены ЛА, представляет особую опасность, заключающуюся в том, что
возникающие при этих интенсивных колебаниях динамические напряжения а
конструкции ЛА могут быстро (иногда в течение несколько секунд) достигнуть
разрушающих, результатом чего является разрушение ЛА в полёте. Поэтому
возникновение Ф. любой формы недопустимо.
Ф. стал препятствием на пути создания скоростной авиации. Развитие скоростной
авиации во всём мире сопровождалось большим числом катастроф и аварий в
результате возникновения Ф. Впервые с массовыми случаями Ф. столкнулись в
30е гг. ?? в. (в период стремительного роста скоростей), после чего началось
интенсивное изучение явлений Ф. и отыскание способов его предупреждения. Ещё не
всё об этом сложном явлении достаточно хорошо известно; с созданием новых схем
ЛА проявляются его новые аспекты. Статистика лётных происшествий насчитывает
очень много случаев, связанных с Ф. Например, анализ, выполненный в 1958,
показал, что в 40—50х гг. в США произошло более 100 лётных происшествий из-за
Ф. (главным образом Ф. управляющих органов и триммеров). В Германии в 1935—43
произошло около 150 случаев аварий и катастроф от Ф., из них почти 80%
относилось к органам управления.
Случаи Ф. отмечались в СССР, но массовых лётных происшествий, которые пришлось
пережить зарубежной авиации, не наблюдалось. Работы по изучению Ф. в ЦАГИ
проводили М. В. Келдыш, Е. П. Гроссман, Я. М. Пархомовский, С. П. Стрелков, Н.
В. Альхимович и др. Келдышем и его сотрудниками сформулированы основные задачи
о Ф., намечены пути их решения и получен ряд важнейших результатов, которые
открыли возможность предсказывать для каждого конкретного ЛА, при какой
скорости полёта ему грозит Ф. Эти работы позволили авиаконструкторам найти
средства для гашения Ф., в дальнейшем продолжалось интенсивное развитие научных
основ Ф. Практические работы, анализ флаттерных характеристик новых конструкций
связаны, как правило, с постановкой специальных опытов и с решением новых
теоретических задач, позволяющих гарантировать безопасность от Ф. каждого
нового ЛА. Необходимость гарантировать безопасность ЛА от Ф. обусловливает
особые требования к проектируемой конструкции, которые не совпадают, а иногда
преобладают над требованиями статической прочности, а в ряде случаев могут
вызвать и изменение компоновки самолёта. Одно из основных условий
гарантированной безопасности от Ф. — весовая балансировка элеронов и рулей.
Ф. характеризуется критической скоростью, видом колебаний, частотой. Для
конкретного самолёта существует вполне определённая для данной высоты полёта
скорость полёта V = Vкр; при VVкр колебания
нарастают. Критическая скорость Ф. — Vкр — «внутренняя» характеристика,
присущая конкретному ЛА данной конструкции (подобно собственной частоте, массе
и пр.). Значение Vкр ЛА с заданными обводами определяется массовыми и
жёсткостными характеристиками конструкции. При этом влияние внутреннего трения
конструкции в большинстве случаев пренебрежимо мало. Колебания конструкции при
Ф. происходят по меньшей мере с двумя степенями свободы, что возможно, если
конструкция способна колебаться по двум (или более) различным формам. Частота Ф.
близка к частотам первых тонов собственных колебаний конструкции. Колебания
могут происходить на любых, в том числе и на малых, углах атаки и при
безотрывном обтекании несущей поверхности. Эти особенности Ф. определяют
способы его предотвращения на самолёте. Среди них главное место занимают те
способы, которые так изменяют «внутренние» свойства конструкции, что нарушается
или ослабляется связь между степенями свободы, то есть совместность колебаний
по различным формам (примером может служить весовая балансировка).
Основной критерий безопасности от Ф. — соотношение между критической скоростью
Ф. Vкр и максимальной (предельной) скоростью полёта Vпред, которую может
достигнуть самолёт. Vкр должна превышать Vпред в некоторое число k раз; k —
коэффициент запаса, задаваемый Нормами прочности. Это условие должно
выполняться не только в исходном варианте конструкции, но и при некотором
изменении её параметров. Поэтому наряду с запасом по скорости конструкция
должна иметь запасы по значению параметров. Значение Vкр зависит от целого ряда
|
|