Введение к работе
Диссертация посвящается исследованию динамических аэроупругич явлений (флаттер, воздействие вертикальных однократных (дискретных) и циклических порывов ветра) в дозвуковой области полета на летательных аппаратах (ЛА) с крыльями большого удлинения (БУ), малой и умеренной стреловидности и вопроса статической аэроупругости — дивергенция крыла БУ
1.1. Актуальность проблемы
В соответствии с Федеральной целевой программой «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002 — 2010 годы и на период до 2015 года» (часть III, редакция от 24 07 06 г) по проблемам прочности Л А формируются новые подходы к весовым и эксплуатационным характеристикам В данной работе рассмотрено снижение динамических нагрузок на ЛА от вертикальных порывов ветра и повышение критических скоростей флаттера и дивергенции
На ЛА, особенно на легких ЛА (ЛЛА) со взлетной массой до 8600 кг, применяют крылья БУ (удлинение A, = L'lS > 3, где L — размах крыла, 5 — его площадь) Скорость флаттера консольной формы этих крыльев может быть наименьшей В доф-латтерной области полета в силовых элементах крыльев БУ возможно значительное увеличение напряжений из-за воздействия порывов ветра или временного нарастания резонансных амплитуд колебаний (как и появления «ложного максимума» на кривых «Амплитуды форм колебаний, участвующих во флаттере — Скорость полета», когда при небольшом изменении параметров ЛА возникает флаттер)
Динамическое поведение крыла БУ в потоке воздуха усложняется увеличением амплитуд изгибных колебаний по первой и второй гармоникам от внешнего возмущения При аэроупругих испытаниях на упругих динамически подобных моделях (ДПМ) не всегда моделируются статические прогибы и углы закручивания конструкции ЛА, только для натурных изделий выполняется подобие по числу Рейнольд-са (Re) В результате искажается аэродинамическое воздействие на крыто ДПМ, в том числе из-за изменения течения при ламинарно-т\рбулентном переходе в пограничном слое и срыве потока По существующим аэродинамическим теориям, применяемым в аэроупругих расчетах, получаются лишь приближенные результаты, особенно при значительных амплитудах колебаний Для обеспечения безопасности ЛА значение критической (далее это определение опущено) скорости флаттера должно уточняться в натурном эксперименте, в дофлаттерной зоне полета В эти\ условиях требуются достоверные рекомендации по улучшению аэроупр\гих характеристик ЛА с крыльями БУ
-
Цель работы: разработка новых рекомендаций для увеличения критических скоростей флаттера и дивергенции, снижения нагрузок на ЛА от порывов ветра на основе расчетного и экспериментального уточнения аэроупругого поведения ЛА с крыльями БУ, а также с прямым крылом, содержащем вязкоупругие подкосы
-
Методы исследования
Основной акцент в работе сделан на экспериментальном определении характеристик аэроупругости ЛА Расчет имел вспомогательный характер и проводился для подтверждения правильности интерпретации опытных результатов, выявления и уточнения особенностей аэроупругого поведения ДПМ или натурного ЛА
Экспериментальные исследования ДПМ ЛА проведены в аэродинамической трубе (AT) малых скоростей Т-203 СибНИА, проанализированы летные и наземные частотные испытания натурных ЛА Расчеты выполнены по программе определения динамической реакции упругого самолета на порывы ветра, составленной автором на языке Fortran по алгоритму Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) им профессора Н Е Жуковского, по программам ЦАГИ и Опытного конструкторского бюро (ОКБ) им А Н Туполева расчета ЛА на флаттер В расчетах использовалась балочная схематизация ЛА с крылом БУ по схеме «дерево» Для оппе-деления собственных частот и форм колебаний применялись метод последовательных приближений и матричной прогонки Майклстеда (начальных параметров) Расчетные схемы корректировались по результатам частотных испытаний ДПМ и натурных изделий Аэродинамическое воздействие на ЛА задавалось по нестационарной (метод С М Белоцерковского) и квазистационарной теории (гипотеза стационарности) Применялась плоская аэродинамическая схема несущих поверхностей
1.4. Научная новизна работы
-
Выявлены особенности «ложного максимума» Л А с несущими поверхностями БУ, вызванные аэродинамическим влиянием возмущенного потока и течением вокруг крыла, что может приводить как к увеличению, так и к уменьшению амплитуд колебаний «максимума»
-
Определено влияние удлинения крыла при неизменных жесткостных и массово-инерционных характеристиках на его деформации у корня при динамических нагрузках от порывов ветра
-
Исследовано аэроупругое поведение ДПМ ЛА с прямым крылом БУ и вязко-упругими подкосами Определены оптимальные характеристики конструкции таких подкосов для снижения динамических нагрузок на ДПМ от порывов ветра при незначительном уменьшении скорости флаттера
-
Исследовано влияние на рулевые п консольные формы фланера дітеріси-цию, а также на динамическую реакцию ЛА от порыва ветра устройства управления обтеканием крыла БУ, в состав которого входила жесткозакрепленная или шарнир-нозакрепленная вспомогательная аэродинамическая поверхность (ВАП), установленная на верхней поверхности крыла, на высоте пограничного слоя
-
Исследовано влияние вращающихся масс, создающих гироскопический эффект, при ограничении их поворота демпфером и пружинами, возвращающими устройство в исходное положение, на флаттер ДПМ ЛА и реакцию от порывов ветра
1.5. Достоверность
Показано, что результаты расчетов удовлетворительно согласуются с данными экспериментов Программы расчетов тестировались, проводилось сравнение результатов, полученных по разным программам
1.6. Практическая значимость диссертации заключается в следующем:
выполнены расчетно-экспериментальные исследования новых конструкций ЛА с крыльями БУ с целью обеспечения их аэроупругон безопасности от флаттера, дивергенции и симметричных вертикальных порывов ветра,
разработаны устройства для увеличения скорости флаттера и уменьшения нагрузок в силовых элементах крыльев БУ от порывов ветра с помощью изменения их аэродинамических, жесткостных, массово-инерционных и демпфирующих характеристик при высокой весовой отдаче крыла,
выявлены особенности аэроупругого поведения новых конструкций ЛА с крыльями БУ в дофлаттерной области и прямого крыла БУ с вязкоупругими подкосами
1.7. Внедрение результатов
Результаты аэроупругих расчетно-экспериментальных исследований внедрены на самолете RRJ-95 (SSJ-100) ЗАО «ГСС», г Москва при доводке, а на ЛЛА СА-20П ОАО КнААПО им Ю А Гагарина, г Комсомольск-на-Амуре и на автожире А-002 ОКБ ЛА НПК «Иркут», г Иркутск при выдаче заключения на первый вылет
Результаты параметрических расчетно-экспериментальных исследований аэроупругого поведения ЛА при полете в дофлаттерной области использовались в ОКБ им В М Мясищева, г Жуковский на ДПМ самолета 63С, в АТК «Аэро» г Харьков на ЛЛА «Аэро-15» Разработанные устройства для улучшения аэроупругих характеристик крыла БУ ВАП, вязкоупругий подкос, вращающиеся массы, вызывающие гироскопический эффект, проверены на ДПМ в AT Т-203
1.8. На защиту выносятся:
— результаты параметрических расчетно-экспериментальных исследований дина
мического аэроупругого поведения ЛА с крылом БУ в дофлаттерной области,
результаты расчетно-экспериментальных исследований аэроупругого поведения ЛА с крылом БУ и вязкоупругими подкосами,
результаты расчетно-экспериментальных исследований аэроупругого поведения ЛА с крылом БУ и ВАП на его верхней поверхности
1.9. Апробация работы и публикации
Основные результаты работы докладывались в Новосибирске на пятой (1983 г ), шестой (1986 г) и седьмой (1991 г) научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов в СибНИА, на научно-техническом совете СибНИА (неоднократно с 1989 г ), на седьмом (1991 г) и восьмом (1994 г ) Всесоюзных межведомственных симпозиумах «Колебания упругих конструкций с жидкостью», на четвертой Российско-китайской научно-технической конференции по проблемам авиационной прочности (1995 г ), на Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 60-летию отделений аэродинамики ЛА и прочности авиационных конструкций СибНИА (2004 г), на пятых Чаплыгинских чтениях (2005 г) и на научно-техническом семинаре по аэроупругости ЦАГИ (2007 г), г Жуковский
По теме диссертации опубликовано 9 статей (одна в рецензируемом журнале) В основном исследования выполнены лично автором, в двух совместных работах вклад автора — 50 %
1.10. Структура и объем диссертации
