§1.3. О колебаниях катастрофического изменения формы оперения.

Рассматриваются колебания многошарнирного оперения¹⁾ самолета, которые до сих пор, насколько нам известно, не были описаны ни в отечественной ни в зарубежной литературе[4].

С некоторых пор [1] установилось мнение, что в оперении могут появиться лишь 1) резонансные колебания, 2) колебания типа «баффтинг», 3) колебания типа «флаттер» и 4) срывные колебания. Все эти виды колебаний достаточно хорошо отражены в литературе, имеются методы их расчета и способы устранения [14].

Известно, что правильная весовая балансировка рулей устраняет возможность появления рулевых форм флаттера оперения [16].

Колебания, которым посвящена данная статья, как-то выпали из поля зрения исследователей. Это объясняется, по-видимому, той эволюцией в развитии конструкции оперения, о которой говорится в работе [2]. Лобовые составляющие реакций, вызванные значительным увеличением лобовой жесткости руля, явились причиной потери устойчивости «прощелкивания» оперения. Возможность такого рода потери устойчивости анализировалась в работе [3].

Описание колебаний

Если отклонить руль оперения. нагруженного силами Р (рис. 1.3.1), то появится дополнительная аэродинамическая нагрузка ΔР. Под действием этой нагрузки оперение прогнется. В результате совместного изгиба стабилизатора и руля в плоскости последнего появятся силы [2], которые в некоторый момент времени вызовут катастрофическое изменение формы [3]. На рис. 1.3.1 изображен примерный вид оперения до и после катастрофы. На большей части длины углы отклонения руля резко изменятся или даже сменят знак²⁾. Естественно, что ΔР после этого значительно уменьшится, силы упругости стабилизатора начнут возвращать его к исходному положению, уменьшая тем самым нагрузку в плоскости руля, вызванную лобовыми составляющими реакций. После того, как эта нагрузка станет меньше критической, произойдет катастрофа руля в обратном направлении. Таким образом, руль и стабилизатор займут положение, близкое к первоначальному.

Рассмотренный цикл будет повторятся до тех пор, пока летчик не изменит угол отклонения руля или пока не разрушится оперение.

Обнаружены колебания катастрофического изменения формы составного оперения (крыла). Ранее в [4] мы называли их колебаниями прощелкивания.

Рис. 1.3.1

Постановка задачи

Исследуем собственные колебания оперения с многошарнирной подвеской руля. При решении используем следующие предположения:

1. стабилизатор представляет собой балку, жесткую в своей плоскости и жесткую на кручение;

2. руль-балка с неизменяемой формой сечения;

3. ось шарниров руля в каждом сечении совмещена с его центром тяжести и центром жесткости;

4. стабилизатор и руль соединены между собой непрерывным шарниром, так же как и в [3].

Рис. 1.3.2

Из рис. 1.3.2 видно, что перемещения сечения руля в направлении хорды х и перпендикулярно ей у можно выразить через перемещение оси шарнира у₀ из условий совместности деформаций:

(1.3.1)

Здесь – угол отклонения руля;

– угол закручивания руля.

Из третьего предположения следует, что рассматривается правильно сбалансированный руль. Для такого руля становятся невозможными все формы колебаний флаттера, в которых участвует отклонение рулей [16]. Это мнение существует и в настоящее время.

В работе показывается, что правильная балансировка не устраняет катастрофических колебаний, при которых изгибные колебания стабилизатора обязательно сопровождаются крутильными колебаниями руля.