8.3. Бафтинг

Бафтинг представляет собой колебания элементов конструкции, обусловленные быстро изменяющимися аэродинамическими силами, вызванными срывным обтеканием впереди лежащих частей самолета. Срыв потока может происходить с крыла при полете на больших углах атаки (рис. 8.4). Срыв потока может наступать на околозвуковых скоростях полета вследствие образования ударной волны и отрыва пограничного слоя с поверхности крыла. Это так называемый скоростной бафтинг. Наиболее часто встречается бафтинг хвостового оперения. Спектр частот пульсирующих нагрузок, действующих на оперение, находящееся в вихревом потоке за крылом, весьма широк, и, следовательно, колебания могут возникнуть на частоте, близкой к частоте собственных колебаний конструкции (резонанс). Под воздействием срыва потока с крыла может возникнуть, например, бафтинг горизонтального оперения. При этом оперение начинает вибрировать, и амплитуды его колебаний быстро нарастают. Разрушение конструкции при бафтинге может происходить по истечении некоторого времени – вследствие явления усталости, а может происходить очень быстро (если энергия возбуждающих сил велика). Кроме того, затенение хвостового оперения приводит к потере эффективности руля высоты, что сказывается на управлении самолетом. Так как основной причиной бафтинга являются срывы потока при обтекании отдельных частей самолета, то борьба с ним ведется, главным образом, путем улучшения аэродинамической компоновки самолета. Положительные результаты достигаются за счет выноса горизонтального оперения из зоны спутной струи или повышения изгибной жесткости оперения и фюзеляжа. В ряде случаев полностью устранить бафтинг практически не удается. Поэтому для таких самолетов вводят ограничения на некоторых режимах полета.

 

8.4. Автоколебания колес шасси типа «шимми»

«Шимми» – самовозбуждающиеся колебания носовой стойки шасси, которые могут возникнуть на опреде­ленной скорости движения самолета во время разбега или пробега. Эти колебания вызывают интенсив­ные вибрации носовой опоры и могут привести к ее разрушению. Рассмотрим кинематическую картину «шимми». Во время движения носовая стойка может поворачиваться, пневматик – получать боковую деформацию сдвига и закручиваться (рис. 8.5). Смещение отсчитывается от центра контактной площадки до срединной плоскости диска колеса. Угол закручивания пневматика равен углу между продольной осью симметрии контактной площадки и плоскостью колеса. Наличие отмеченных трех степеней свободы и обуславливает характер колебаний. Особенность этих колебаний в том, что они имеют совместный изгибно-крутильный характер. Если катящееся колесо, например, получило боковую деформацию, то в следующий момент времени оно повернется на определенный угол. Для выяснения сущности явления рассмотрим перемещение точек, расположенных на беговой дорожке в плоскости симметрии колеса при его движении по грунту (рис. 8.6). При боковой деформации колеса точка А, лежащая в контактной поверхности, сместится на определенную величину от плоскости симметрии, а точка В, лежащая выше контакта с грунтом, на меньшую величину. Следовательно, после того, как колесо совершит поворот, при котором точка колеса В войдет в контакт с грунтом, контактная поверхность повернется на некоторый угол, а затем и колесо повернется на этот же угол. Если начальный импульс вызвал поворот колеса на определенный угол (рис. 8.7), то в следующий момент контактная площадка сойдет с прямой, по которой движется ось стойки. При этом за счет сил сцепления колеса с поверхностью грунта начнет накапливаться изгибная (боковая) деформация пневматика. С увеличением боковой деформации поворот колеса постепенно уменьшается и при достижении максимальной боковой деформации становится равным нулю. При дальнейшем движении угол поворота колеса возрастает, а боковая деформация уменьшается. Таким образом, колесо совершает колебательное движение, катясь по траектории переменной кривизны. Если энергия, подводимая к стойке, больше энергии демпфирования, то амплитуда колебаний возрастает. Критическая скорость «шимми» повышается с увеличением выноса колес. При выносе, большем радиуса колеса, явление «шимми» практически невозможно. Однако по конструктивным соображениям обычно вынос гораздо меньше радиуса колеса. Повысить критическую скорость «шимми» можно, применяя спаренные колеса, жестко связанные между собой одной осью. Для борьбы с «шимми» на современных самолетах применяют гидравлические гасители (демпферы) колебаний.