- •Тема 6 моделирование флаттера в аэродинамической трубе
- •1. Вопросы подобия
- •Критерии подобия для случая, когда сжимаемостью воздуха можно пренебречь
- •1.2 О подобии по числу Струхаля
- •1.3 Принцип конструктивного подобия
- •1.4 О возможности применения принципа конструктивного подобия для моделей из композиционных материалов
- •1.5 Поисковые и схематические модели
- •1.6 Флаттер органов управления
- •1.7 Моделирование условий свободного полета
- •1.8 Вопросы методики испытаний динамически подобных моделей при сверхзвуковых скоростях. Регулируемое сопло
- •1.9 Соответствие динамических характеристик моделей натурным. Роль частотных испытаний
- •1.10 Применение флаттерных моделей для исследования нагрузок в неспокойном воздухе
- •1.11 О благоприятном влиянии сжимаемости воздуха на флаттерные характеристики
- •1.12 Способы предотвращения разрушения моделей при флаттере
- •1.13 Об испытаниях в аэродинамических трубах частей натурных летательных аппаратов при сверхзвуковых скоростях
- •1.14 Моделирование флаттера при гиперзвуковых скоростях
- •1.15 О влиянии внутреннего трения в материале на динамические свойства целлулоидных моделей
- •1.16 Применение анализа размерности для исследования флаттера в сжимаемом потоке
- •1.17 Обобщенная флаттерная характеристика
- •1.18 Применение обобщенной флаттерной характеристики; опыты в аэродинамических трубах малых скоростей
- •1.19 Применения обобщенной флаттерной характеристики; опыты в скоростных аэродинамических трубах
- •Литература
1.9 Соответствие динамических характеристик моделей натурным. Роль частотных испытаний
Моделирование флаттера в аэродинамических трубах широко применяют при решении проблемы обеспечения безопасности ЛА. Столь широкую «популярность» модельные исследования приобрели благодаря тому, что они достаточно хорошо воспроизводят динамические характеристики. Это подтверждается сопоставлением частот и форм собственных колебаний моделей и натуры.
Основная задача здесь заключается в том, чтобы для модели и натуры экспериментально получить полную систему функций, описывающих собственные колебания в определенном диапазоне частот. Сопоставление этих данных позволяет судить о точности моделирования.
Отметим два обстоятельства. Во-первых, модель воспроизводит динамические характеристики натуры с той или иной степенью точности. Из-за этого не все тона колебаний модели и натуры могут считаться подобными. Во-вторых, сами частотные испытания осложняются тем, что любая конструкция может считаться линейной лишь в некотором диапазоне амплитуд колебаний. Этот диапазон для разных тонов может быть разным. Кроме того, наличие сил трения, которые в конструкциях модели и натуры различны, также нарушает подобие. Вследствие этого при частотных испытаниях натуры и модели есть опасность пропустить тот или иной тон колебаний и в итоге ошибиться при сравнении тонов модели и натуры, если их сопоставлять в порядке возрастания частот.
Существует также опасность при приложении возбуждающих сил в различных точках конструкции наблюдать явления резонанса при несколько отличающихся из-за трения частотах и ошибочно воспринимать это как факт наличия двух и более близких по частоте тонов колебаний (вплоть до «регистрации» кратных корней).
Заметим, что проблемы такого рода возникают только в экспериментальных работах с реальными конструкциями (с натурой и ее моделями). В расчетных же исследованиях обычно изучается идеальная, упругая линейная конструкция, поэтому «расчетчикам» не всегда знакомы заботы «экспериментаторов».
В практике частотных испытаний сложились приемы, позволяющие при сравнении модельных и натурных тонов колебаний избежать многих ошибок.
К таким приемам относится, например, присвоение тонам колебаний названий. В названии пытаются отразить физическую сущность тона: «кручение крыла 1-го тона», «вертикальный изгиб фюзеляжа», «тангажные колебания двигателя на пилоне» и т.п. Несмотря на очевидную нестрогость и условность присваиваемых названий, в ряде случаев указанный прием позволял избегать грубых ошибок и даже находить погрешности, допущенные при конструировании или изготовлении модели.
Весьма полезным приемом является построение так называемого «диагонального» графика, когда по оси абсцисс откладываются частоты колебаний натуры, а по оси ординат в том же масштабе — частоты модели в пересчете на натуру. Считается, что модель выполнена с приемлемой точностью, если экспериментальные точки располагаются вблизи биссектрисы координатного угла, причем отклонения точек от биссектрисы не превышают ±5%. Если же экспериментальные точки «выпадают» на 15% и более, то это свидетельствует о наличии ошибок, либо в измерении частот собственных колебаний, либо в характеристиках модели. В последнем случае обычно требуется доработка модели.