В.А.Павлов
Механика крыла самолета
Открытие:
Катастрофические
колебания Соросовские
лекции
СОДЕРЖАНИЕ
Открытие «КОЛЕБАНИЯ КАТАСТРОФИЧЕСКОГО ИЗМЕНЕНИЯ ФОРМЫ СОСТАВНЫХ ТЕЛ В ПОТОКЕ ГАЗА ИЛИ ЖИДКОСТИ» 3
Описание открытия 9
Часть I.ЛИНЕЙНЫЕ ЗАДАЧИ. 26
§ 1.1. Развитие силовой схемы оперения 26
§ 1.2. Об устойчивости управляющих поверхностей 41
§1.3. О колебаниях катастрофического изменения формы оперения. 48
Часть II.ГЕОМЕТРИЧЕСКИ НЕЛИНЕЙНЫЕ РЕШЕНИЯ 58
§2.1. Геометрически нелинейная теория равновесия стержней. 62
§ 2.2 Катастрофы составных стержней 73
§2.3.Колебания катастрофического изменения формы 90
Заключение по заявке на открытие 109
Соровские лекции профессора Павлова. 113
Лекция № 1. КАТАСТРОФЫ АВИАКОНСТРУКЦИЙ И ТЕОРИЯ КАТАСТРОФ. 113
Лекция № 2. КОЛЕБАНИЯ КАТАСТРОФИЧЕСКОГО ИЗМЕНЕНИЯ ФОРМЫ КРЫЛА 142
Лекция № 3. ПАРАДОКС НЕУСТОЙЧИВОСТИ КРОНШТЕЙНОВ НАВЕСКИ РУЛЯ САМОЛЕТА 169
Лекция № 4. О ПРОБЛЕМАХ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 186
ОТЗЫВЫ К ЛЕКЦИЯМ. 204
Открытие «колебания катастрофического изменения формы составных тел в потоке газа или жидкости»
Автор: Павлов Владимир Александрович
Заключение по заявке на открытие профессора в.А. Павлова под названием «Колебания катастрофического изменения формы составных тел в потоке газа или жидкости»
Обнаруженное В.А. Павловым явление относится к авиационной технике, к области знаний, которая называется аэроупругостью. Известно, что самолеты, несущие поверхности которых представляют собой разного вида составные тонкостенные стержни, проходят многочисленные расчеты и испытания с целью исключения возможности возникновения колебаний, которые могли бы привести к разрушению. Агрегаты, наиболее подверженные колебаниям - это крыло и оперение. Возможные колебания крыла, а особенно различные формы флаттера, изучены, созданы методы их расчета и способы устранения. Главный способ - это балансировка, она исключает флаттер. Что же за колебания обнаружил автор?
Проведенные В.А. Павловым теоретические и экспериментальные исследования на модели составного оперения с рулем показали, что в определенном диапазоне скоростей набегающего потока возникают колебания изгиба с закручиванием руля, колебания с постоянной амплитудой и частотой. И это в конструкции, имеющей статическую и динамическую балансировку, при которой, как известно, не может быть колебаний флаттера.
Автор доказывает в описании, что обнаружены новые колебания, которых нет в известной классификации колебаний составных конструкций. В 70~ годах он уточнил метод расчета оперения с рулем, который не подходил к расчету рулей с металлической обшивкой, но по инерции использовался в промышленности. Предложенный метод уточнил картину силового взаимодействия стержней - выявил реакции в плоскости руля (лобовые реакции), которые, как оказалось, настолько велики, что, как доказал автор, могут вызвать потерю устойчивости руля, чем-то напоминающую «потерю устойчивости плоской формы» стержней с сильно отличающимися изгибными жесткостями в сечении.
Потеря устойчивости, происходящая в виде катастрофы с переходом составного стержня к несмежной форме равновесия, к новому равновесному состоянию в области больших перемещений, приводит к резкому закручиванию руля, уменьшению аэродинамической нагрузки на оперение и возвращению его к докритическому состоянию - обратной катастрофе. Далее повторение, катастроф выглядит гармоническими колебаниями, названными автором колебаниями катастрофического изменения формы составных стержней.
Показав свой приоритет на линейных решениях 70—годов, и подтвердив их экспериментом в аэродинамической трубе, В.А.Павлов строит нелинейную теорию равновесия и движения стержней, позволяющую учитывать большие перемещения (изгиб и кручение) при математическом описании катастроф составных конструкций.
Эта теория дает возможность определять напряженное состояние в конструкциях как при квазистатических катастрофах, описанных в его монографии, так и в момент катастрофических колебаний. Следует заметить, что эта теория в настоящее время успешно используется автором и его учениками при исследовании движения моностержней - лопастей несущих винтов вертолетов - в геометрически нелинейной постановке.
Подходы автора меняют сложившиеся представления о работе оперения с рулем, если руль имеет большую лобовую жесткость, более двух кронштейнов навески и отклонен на некоторый угол. Лобовые реакции - это взаимноуравновешенные силы, изгибающие руль в своей плоскости. Следовательно, часть реакций вызывают сжатие кронштейнов. Это новое представление, которое требует новых подходов к проектированию кронштейнов навески рулей, особенно с короткой серьгой. Критические усилия сжатия таких кронштейнов иногда очень малы и после потери устойчивости могут вызвать реакции вдоль оси шарниров - тоже неожиданный вывод, ведь серьга устанавливается для кинематической свободы шарнира навески в направлении оси шарниров.
Лобовые реакции по-новому объясняют известное ранее явление «заклинение рулей». Именно лобовые реакции создают большие шарнирные моменты и большие усилия на штурвалах летчиков, которые отклоняют рули относительно искривленной оси шарниров. Это не ощущалось летчиками в начале прошлого века, когда рули имели небольшую лобовую жесткость и, как правило, выполнялись двухопорными.
Автор предлагает и способы устранения обнаруженных им явлений: строит новую расчетную схему рулей, уменьшающую их лобовую жесткость; изобретает новые виды кронштейнов, допускающих свободу шарниров руля в направлении оси кронштейна; рекомендует при изготовлении продувочных моделей выполнять соотношение изгибных жесткостей руля, количество шарниров навески, углы отклонения рулей такими, как в реальной конструкции самолета; а самое главное, строит геометрически нелинейную теорию расчета составных стержней, позволяющую исследовать явление и создавать конструкции оптимальные по величине лобовых жесткостей, степени балансировки и виду кронштейнов, конструкции, в которых не возникает катастроф крыла или оперения в пределах эксплутационных скоростей полета.
В описании открытия много места уделено проблеме достоверности результатов, полученных теоретически и экспериментально, их сравнению: эксперименты подтверждающие существование лобовых реакций и точность метода их определения, в том числе и на реальной конструкции; модельный эксперимент, подтверждающий возможность катастроф в составной конструкции с количественным подтверждением справедливости теории; продувки модели в аэродинамической трубе, подтверждающие существование колебаний катастрофического изменения формы крыла или оперения.
На основе анализа описания открытия «Колебания катастрофического изменения формы составных тел в потоке газа или жидкости» и изложенного мной выше можно заключить, что автором действительно сделано открытие нового явления, которого нет в существующей классификации явлений аэроупругости. Существование явления с достаточной степенью достоверности доказано им теоретически и экспериментально на специально созданных моделях и на реальных авиационных конструкциях. Построенная автором теория основана на апробированных гипотезах и на классических теориях, имеющих признание.
Приоритет автора подтверждается его статьями и экспериментами, выполненными им лично и, считаю, не может быть оспорен кем-то из мирового научного сообщества, занимающимся проблемами аэроупругости.
Согласен с предложенной автором формулой открытия.