§ 7. Обратный эффект балансировки рулей

Построение модели изгибно-рулевого флаттера, простейшее представление которой описано в § 4, привело к появлению основного способа его устранения -балансировке. Этот способ получил всемирное признание и успокоил конструкторов и эксплуатационников авиационной техники. Поэтому, проводя эксперименты для обнаружения и доказательства катастрофических колебаний, мы в первую очередь думали о балансировке, чтобы исключить возможность появления каких-то других колебаний, кроме тех, которые нам предстояло исследовать.

И вот однажды студент-дипломник, проводивший эксперимент в аэродинамической трубе, установил на модель несбалансированный руль. Я этого не заметил, но, проводя очередную серию продувок, испытал очень неприятные ощущения: полученные накануне результаты не подтверждались, колебания в ранее обнаруженном диапазоне скоростей были вялыми и не выразительными. Я даже отменил намеченную съемку фильма, демонстрирующего новые колебания, - какое же это будет подтверждение обнаруженного явления.

На следующий день вновь появились колебания, которые не стыдно было показать на экране. Выяснилось, что причиной вчерашней неудачи были балансировочные грузы. Далее мы многократно снимали их и ставили вновь, проводили эксперименты и радовались обнаруженному эффекту. Я не мог получить его заранее из теоретических расчетов, потому что всегда предполагал руль сбалансированным.

Далее радость от обнаруженного сменилась пониманием того, что есть колебания, которые балансировка не только не устраняет, но и усугубляет, и провоцирует.

Рассмотрим катастрофические колебания на примере, приведенном на фиг.З, только руль считаем несбалансированным, то есть точка С расположена на некотором расстоянии от В (на фиг.5 она справа от В).

В этом случае сечение руля после катастрофы, произошедшей в точке 1 кривой Y(p), устремится к положению 2-2, при подходе к которому затормозится виду уменьшения аэродинамической нагрузки, изгибающей крыло, и упругих сил. Если появившаяся при этом инерционная сила создаст момент относительно оси шарниров, то руль не займет положения, изображенного в положении 2-2 пунктиром, а закрутится и увеличит отрицательный угол отклонения ( ). В результате сечение крыла не дойдет до положения, соответствующего точке 3 на кривой Y(p), как это было на фиг.З, а остановится раньше и из положения 3-3 будет перемещаться в положение 4-4, при подходе к которому (фиг.4) также испытает ускорение, направленное противоположно движению, в связи с возвращением руля к исходному состоянию и резкому увеличению угла ( ). Как видно, в нижнем положении сечение также не дойдет до значений Y(p), соответствующих токе 1 и изображенных на фиг.З. Таким образом, амплитуда колебаний уменьшится, если убрать балансировочные грузы руля.

Аналогичные рассуждения можно провести для случая, когда центр тяжести руля впереди оси шарниров, то есть точка С слева от В. Следует заметить, что именно так требуют балансировать руль "Нормы прочности", то есть руль в реальных конструкциях перебалансирован. На фиг. 5 изображен и этот случай. Видно, что центр тяжести С, расположенный впереди оси вращения руля В, постоянно создает момент инерционных сил, который так изменяет ( ), что определяемые им добавки аэродинамических сил действуют всегда в сторону движения и раскачивают систему, увеличивая амплитуду колебаний.