Аэроупругие колебания

Другим важным фактором, влияющим на работу винта в условиях срыва, является аэроупругая реакция лопастей при больших нагрузках, выражающаяся в характере вибраций вертолета и нагрузок в цепи управления. Движение лопастей в свою очередь приводит к изменению углов атаки, а следовательно, и аэродинамических сил. В частности, большие пикирующие моменты профиля при срыве вызы-вают сильное закручивание лопасти, что непосредственно изменяет углы атаки сечений. Поскольку жесткость цепи управления лопастью обычно невелика, крутильные колебания лопасти в основном состоят из ее поворота как твердого тела за счет упругих деформаций цепи управления. Таким образом, расчет характеристик несущего винта в условиях срыва не может ограничиваться рассмотрением лишь аэродинамических сил, а требует полного анализа, включающего аэроупругие колебания лопастей. При этом углы атаки сечений должны определяться для неоднородного поля скоростей, индуцируемых вихревым следом винта с учетом упругого кручения лопасти. Игнорирование неравномерности скорости протекания и упругого кручения лопасти ведет к большим погрешностям при расчете характеристик винта в условиях срыва. [c.798]

Рис. 3.12. Течение над изгибающейся упругой пластиной. Слева — периодические аэроупругие колебания справа — хаотические колебания пластины [29].

Флаттер аэродинамических поверхностей — один из наиболее рано распознанных видов аэроупругих колебаний. Термин флаттер имел различные смысловые значения. Однако в настоящ,ее время этот термин употребляют с использованием дополнительных определений, например классический флаттер, срывной флаттер, флаттер системы с одной степенью свободы, панельный флаттер. Все эти термины первоначально использовались в авиационно-космических исследованиях, но некоторые из них были перенесены в инженерные исследования ветровых воздействий. [c.177]

Учебник посвящен механике стержней — одному из разделов механики твердого деформируемого тела. Некоторые разделы механики стержней рассматриваются в ряде учебных дисциплин строительной механике, теории колебаний, теории аэроупругости, теории устойчивости. Эти дисциплины и близкие к ним по содержанию входят в программу многих технических специальностей вузов страны. Отсутствие учебника, где с единых теоретических позиций рассматривались бы необходимые для читаемых дисциплин разделы механики стержней, приводит к повторениям и большому расходу лекционного времени на вывод основных уравнений. [c.3]

Кулагина В. А., Мельникова Г. В. Исследование вращающегося срыва и колебаний лопаток с помощью спектральных методов.— В кн. Аэроупругость турбомашин. Киев Наукова думка, 1980, с. 101—116. [c.220]

Для вычисления отк.тика конструкции используется анализ модели. В процессе оптимизации могут быть применены результаты, полученные из различных видов анализа, а именно из статики, анализа собственных форм колебаний, устойчивости, прямого и модального анализа установившихся колебаний, модального анализа переходных процессов, аэроупругости. [c.474]

Теория колебаний и устойчивости упругих систем, нагруженных неконсервативными силами или взаимодействующих с потоком жидкости или газа, изложена в работе [11]. Обзор некоторых более поздних работ можно пайти в [25, 129 . Обзор задач устойчивости применительно к аэроупругим системам, а также сводка численных результатов, относящихся к различным частным случаям, имеется в [87]. [c.243]

Случайные параметрические воздействия, приводящие к потере устойчивости динамических систем, обусловлены флуктуациями рабочих режимов в реальных условиях эксплуатации. К ним относят колебания напряжения, мощности, шум двигателей и т. д. Другая причина связана с неконтролируемыми внешними силами такими, как сейсмические и ветровые нагрузки, транспортные воздействия при движении по неровному пути и др. Случайные флуктуации возникают при обтекании аэроупругих конструкций сверхзвуковым потоком газа. Потеря устойчивости обшивки летательных аппаратов происходит при совместном действии широкополосного шума реактивных двигателей, пульсаций тяги, атмосферной турбулентности. Скорость обтекания и нормальное давление на обшивку представляют собой случайные функции. [c.161]

Постановка задач аэроупругости в полном объеме включает определение аэродинамического давления на деформированную поверхность обшивки и потенциала скоростей с учетом колебаний конструкций. Эта задача весьма сложна и является предметом специальных исследований [6]. Рассмотрим здесь методический пример о влиянии флуктуаций скорости обтекания на поведение панели в потоке газа. [c.161]

В данной главе приводятся классические и приближенные методы моделирования собственных и вынужденных колебаний балок и круговых колец. Излагаются вопросы динамического подобия тонкостенных конструкций типа оболочек и пластин. Обсуждаются критерии подобия в задачах динамической устойчивости. Рассматривается моделирование явлений аэроупругости. [c.172]

Конечно, также можно дать вариационные формулировки и для задач о колебаниях упругих пластин [39—41 ], хотя в данной главе мы не касались этой темы. Вариационные принципы применялись для решения задачи о свободных колебаниях неизотропных прямоугольных кварцевых пластин с вырезом [421. Заметим также, что автоколебания или вынужденные колебания пластин, обусловленные аэродинамическими силами, являются одной из центральных проблем аэроупругости [43, 44). Некоторые задачи на эту тему представлены в упражнениях в конце этой главы (см. задачи 14—17). [c.248]

Исследование устойчивости совместных махового движения и качания представляет собой сложную задачу динамики. Если необходимы точные численные результаты, то для ее решения часто требуется более совершенная модель, чем описанная выше. Конструктивная и инерционная взаимосвязи изгибных колебаний лопасти в плоскостях взмаха и вращения —важный фактор устойчивости бесшарнирных винтов. Даже слабое влияние махового движения на качание сильно увеличивает аэродинамическое демпфирование и является стабилизирующим. Обычно в динамике бесшарнирного винта необходимо учитывать и кручение лопасти. Выше показано, что компенсаторы взмаха и качания играют важную роль в динамике лопасти. Для шарнирного винта эти компенсаторы определяются конструкцией втулки и системы управления, а для бесшарнирного они зависят от изгибающих и крутящих нагрузок, действующих на лопасть. Таким образом, для точного анализа аэроупругой устойчивости несущего винта нужна полная модель движения лопасти с учетом изгиба в двух плоскостях и кручения. Вывод общих нелинейных уравнений движения для такой модели все еще является предметом исследований. Выше рассмотрен только режим висе-ния, но особенности аэродинамических нагрузок при полете вперед также сильно влияют на устойчивость совместного движения. [c.608]

При проектировании сложных конструкций, подверженных в процессе эксплуатации разнообразным динамическим воздействиям, большой теоретический и практический интерес представляет проблема создания математической модели конструкции, которая адекватно описывает ее жесткостные и массово-инерционные характеристики. Свободные колебания конструкции описываются системой дифференциальных уравнений, а вопрос о выборе коэффициентов в этой системе, от величины которых зависят массово-инерционные и жесткостные характеристики конструкции, может вызвать определенные трудности. В тех случаях, когда рассматриваются простые конструкции или их элементы, суш,ествует соответствие между коэффициентами уравнений и реальными массовыми и геометрическими характеристиками конструкции. Сложнее обстоит дело, когда для расчета больших составных конструкций используются упрощенные модели. Так, например, крыло летательного аппарата при решении задач аэроупругости моделируется балкой или пластиной. Задание исходных данных, т. е. выбор распределения массово-инерционных и жесткостных параметров в таких моделях всегда носит приближенный характер, и, следовательно, расчет на основе таких данных приводит к ошибкам в определении форм и частот колебаний и, как следствие, критической скорости флаттера. [c.513]

Па рис. 1-3 приведены формы изгиба и кручения первых трех тонов колебаний. Сплошной линией обозначены формы колебаний, полученные в эксперименте крестиком — полученные после коррекции кружком — при начальной аппроксимации масс и жесткостей. Следует обратить внимание на качественное различие форм свободных колебаний для второго и третьего тонов реальной ДПМ и ее расчетной модели. Результаты расчета на флаттер показывают расхождение в величине критической скорости аэроупругой устойчивости на 17 % для исходной расчетной модели и скорректированной модели крыла. [c.518]

Последний — третий — том посвящен вопросам устойчивости и колебаний. В нем рассмотрены устойчивость и колебания стержней, пластинок и оболочек, аэроупругость, действие случайных нагрузок и др. [c.10]

Основной инструмент исследователей — испытание аэроупругих моделей. Последующий анализ колебаний исходит из эмпирически установленных границ областей аэродинамического возбуждения рассматриваемой системы. [c.83]

Характерным для высоких строительных сооружений является возбуждение аэроупругих колебаний при малых числах Струхаля 8Ь<0,05, называемых галопированием. Причина этого вида неустойчивости обусловлена отрицательными величинами коэффициента подъемной или поперечной силы соответствующего поперечного сечения сооружения. Колебания при галопировании характеризуются в основном лишь одной степенью свободы и возможностью применения квазистационарной аэродинамической теории [55], что существенно упрощает расчеты. Пусть й - скорость перемещения тела нормально потоку а = ar tg(н / и) - угол, под которым происходит набегание потока на профиль -относительная скорость (рис. 7.8.4). [c.521]

Как и при других явлениях аэроупругих колебаний, параметры сооружений оказывают сильное влияние на характеристики галопирования в спутной струе. В частности, при проведении исследований на моделях необходимо уделить особое внимание значениям коэффициентов жесткости /Сг8 г, ь — х, у). Прежде всего, это относится к воспроизведению работы проводов — вопрос, который очень подробно рассмотрен в работах [6.60, 6.62, 6.65], и выходит за рамки настхэящего исследования. [c.175]

Кроме прочего, самолет Валькирия был первой крупной сверхзвуковой машиной аэроупругой конструкции. Его большие размеры, применение тонкого треугольного крыла и длинного гибкого фюзеляжа обусловили необходимость масштабных расчетов на аэроупругость. Эти расчеты выполнялись с применением новейшего по тому времени инструментария — цифровых и аналоговых ЭВМ, но все же не дали хороших характеристик самолета при полете в турбулентной атмосфере. Поэтому важной экспериментальной работой стали исследования системы GASDSAS , предназначенной для парирования нагрузок от воздушных порывов и подавления аэроупругих колебаний конструкции. Эта программа являлась продолжением работы, проводившейся ВВС совместно с НАСА на самолетах В-52 (системы SAS и LAMS ). Система GASDSAS предусматривала отклонение элевонов по тангажу и крену, а также рулей направления по сигналам датчиков перегрузок. Исследования показали, что для уменьшения интенсивности изгибных колебаний фюзеляжа целесообразно использовать небольшие горизонтальные и вертикальные поверхности, расположенные по схеме утка . В дальнейшем подобная система была применена на стратегическом бомбардировщике В-1 . [c.99]

Различие в собственных частотах консольных лопаток рабочего колеса с жестким диском (нарушение строгой поворотной симметрии) способствует, как известно, повышению аэроупругой устойчивости, затрудняя процесс формирования оптимальных с точки зрения возможности возникновения и развития автоколебаний фазовых соотношений в колебаниях всех лопаток. При попадании в область неустойчивости вначале могут возникать автоколебания отдельных групп лопаток. Далее возможна самосинхронизация колебаний всей совокупности лопаток, и развитые автоколебания приму г синхронный характер (синхронный сЬлаттср). [c.201]

При обтекании О. потоком жидкости или газа могут наступить неустойчивые (автоколебательные) режимы, определение к-рых составляет раздел т. и. гидро- или аэроупругости. К ним относятся явления классич. и панельного флаттера наблюдаются также явления срывБОГо флаттера. Вынужденные колебания О. под действием срыввых течений носят назв. бафтинга. Во мн. разделах динамики О. следует вести расчёт на основании нелинейных зависимостей. О. широко применяются в качестве покрытий зданий, в летат. аппаратах, деталях разл. машин и т. д. [c.381]

Традиционно под термином флаттер понимают аэроупру-гую неустойчивость, возникающую при совместных изгибно-крутильных колебаниях крыла. Применительно к вертолету флаттер относится к совместным маховому движению и крутильным колебаниям лопасти несущего винта. Часто этот термин распространяют на все случаи аэроупрУгой неустойчивости несущего винта, но в данном разделе будут рассмотрены только маховые и крутильные колебания. Классическая постановка задачи включает две степени свободы — взмах и поворот в ОШ жесткой лопасти шарнирного винта. Поскольку в системе управления лопастью наименьшую жесткость при кручении имеет проводка управления, указанная модель лопасти хорошо представляет ее динамику. Будем учитывать только основной тон махового движения с собственной частотой vp. Подробный анализ флаттера бесшарнирного винта обычно требует дополнительного учета движения лопасти в плоскости вращения. Вращение вызывает ряд явлений, которые делают флаттер лопасти сильно отличающимся от флаттера крыла. Центробежные силы связывают движение взмаха и кручение, если центр масс сечения не совпадает с осью ОШ. Повторное влияние вихревой системы винта на аэродинамические силы лопасти и их периодичность при полете вперед также имеет важное значение. [c.585]

Будучи упругим, крыло всегда слегка колеблется, так что шарнир поверхпости управления периодически двигается, даже если это пе видно невооруженным глазом. Это движение не является нежелательным, за исключением случая, когда частота новерхности управления становится равной частоте крыла. В этом случае возникает резонанс и как крыло, так и поверхность управления развивают значительные амплитуды колебаний. Читателю может быть интересно, что является источником относительно большой кинетической энергии этого сильного колебания. Это правда, что относительный воздушный ноток стремится ослабить изгибные колебания крыла, но колебания поверхности управления берут энергию из воздушного потока и возбуждают колебания крыла вместо того, чтобы гасить их. Этот пример отчасти унрош,еп, по он хорошо служит для демонстрации того, как прн определенной скорости или определенном диапазоне скоростей могут сугцествовать самовозбуждающиеся колебания. Реальные явления флаттера намного сложнее папример, резонансы возможны между любыми сочетаниями изгибпых и крутильных колебаний крыла и многими видами колебаний поверхпости управления. Флаттер является важной и трудной проблемой аэроупругости многие авиационные инженеры специализируются по ней. В каждой крупной авиакомпании есть подразделение, специально запимаюгцееся проблемой флаттера. [c.164]

Обтекание решеток в турбомашинах нестационарно в основном по причине относительного движения вращ,ающ,ихся и неподвижных деталей, колебаний упругих лопаток и дисков, а также в связи со срывными явлениями и колебаниями потока в целом. Рассмотренные выше стационарные течения представляют собой упрощенную модель установившегося в среднем обтекания, частный случай по отношению к более общему нестационарному движению. Трудная задача неустановившегося обтекания решеток привлекает в последние годы все возрастающее внимание, так как нестационарные аэроупругие явления все чаще оказываются главной причиной, определяющей надежность турбомашин и ограничивающей их наибольшую мощность или наименьший вес. Проблема аэроупругости лопаток, корпусов и дисков турбомашин в целом еще далека от полного теоретичес- [c.134]

Первые нелинейные задачи аэроупругости решены В. В. Болотиным (1958, 1960) и им же с его сотрудниками (1959). Отметим еще работы Ю. Ю. Швейко (1961), Ю. Н. Новичкова (1962), Г. Е. Багдасаряна (1963). Изучение нестационарного флаттера при одновременном изменении скорости и температуры также начато В. В. Болотиным (1962). К. К. Ливанов (1963) учел влияние тангенциальной инерции на критические скорости (обычно в рассматриваемых задачах учитывается только нормальное ускорение). Обзор исследований по колебаниям пластинок и оболочек в потоке газа, опубликованных до 1961 г., имеется в докладе В. В. Болотина [c.256]

Уравнение (4.1) рассматривается вместе с однородными граничными условиями (например, ф = — О Д я опертого по концам стержня). Мы получаем, таким образом, задачу о собственных значениях, содержащую два параметра — характеристический показатель г и параметр нагрузки р. При Р = О все г — чисто мнимые, а частоты колебаний — действительные. Критическое значение р определяется из условия, что при Р >> Р среди характеристических показателей г впервые окажется хотя бы один, имеющий положительную действительную часть. Если выход, на правую полуплоскость происходит через значение г = О, то потеря устойчивости невозмущенной формы равновесия носит неколебательный характер. В остальных случаях будет иметь место неустойчивость колебательного типа. В задачах аэроупругости говорят о дивергенции и флаттере соответственно. [c.334]

Рис. 1.8. Примеры самовозбуждаюшихся колебаний а — сухое трение между массой и движущимся ремием б — аэроупругие силы, действующие на тонкое крыло в — отрицательное сопротивление в цепи с активным элементом.

Н. Е. Fettis oM [1.160] (1961) изучено интегральное уравнение собственных колебаний балки Тимошенко, которое является обобщением известного метода функций влияния в аэроупругости. Этот метод удобен в численных расчетах матричным методом. [c.83]

Книга посвящена вопросам расчета на прочность, устойчивости и колебания анизотропных слоистых оболочек. В ней рассмотрены вопросы общей теории, статической и динамической устойчивости, свободных колебаний, термоупругости, аэроупругости, магнитоупругости анизотропных слоистых оболочек. [c.2]

Выбор конструкционного материала — не прихоть конструктора, не дань моде — это результат тщательного анализа прочностных, весовых, технологических и эксплуатационных характеристик материалов, имеющихся в распоряжении конструктора. Масса элементов конструкции, испытывающих в основном растягивающие нагрузки, обратно пропорциональна удельной прочности материала, из которого изготовлен элемент (т =5 ((7 в/р) Для элементов, нагруженных сжимаюЩ[ими нагрузками, допускаемыми в эксплуатации, являются напряжения потери устойчивости, т. е. состояние, при котором элемент резко изменяет свою форму, иногда без разрушения материала. Критические напряжения потери устойчивости элемента конструкции (например, стержня) зависят от характеристик жесткости материала, из которого элемент изготовлен, а не от характеристик прочности. Поэтому масса сжатого элемента прямо пропорциональна плотности материала и обратно пропорциональна удельной жесткости т Е/р) Масса слабонагруженных элементов практически не зависит от характеристик прочности материала и пропорциональна только его плотности (т р). Характеристики аэроупругости несущих поверхностей самолета — крыла, оперения в значительной степени определяются их жесткостью, которая может оцениваться, например, частотой собственных колебаний поверхностей (V). В первом приближении частота собственных колебаний крыла большого удлинения может быть оценена как частота колебаний балки [c.346]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...