Потеря динамической устойчивости крыла, происходящая вследствие энергии воздушного потока и выражающаяся в появлении колебаний с нарастающей амплитудой, которые могут вызвать быстрое разрушение конструкции, называется флаттером.

Изгибно-крутильный флаттер
Предположим, что под воздействием какой-то кратковременной силы (например, вертикального порыва воздуха) крыло изогнулось вверх. При этом в конструкции возникнут упругие силы, равнодействующая которых Рупор будет приложена в центре жесткости и направлена вниз.

Под действием Рупор крыло с каким-то ускорением начнет возвращаться в нейтральное положение. При движении вниз с ускорением на крыле возникнут инерционные силы, результирующая которых будет направлена вверх и приложена в центре масс, находящемся в большинстве конструкций сзади центра Жесткости.

Сила создаст, относительно центра жесткости момент, который закрутит крыло На какой-то отрицательный угол атаки. Изменение угла атаки из-за кручения приведет к появлению дополнительной аэродинамической силы, направленной вниз в сторону движения крыла, и следовательно, усиливающей его изгибные колебания.

Величина этой возбуждающей силы на единицу длины крыла будет. Кроме того, возбуждающая сила создаст относительно оси жесткости момент. Как известно, момент относительно любой точки на профиле может быть представлен как сумма момента относительно фокуса и момента, равного произведению действующей аэродинамической силы на расстояние между фокусом и данной точкой.

Так как момент относительно фокуса не зависит от угла атаки, то интересующее нас при рассмотрении вопросов флаттера приращение момента от дополнительных аэродинамических сил, возникших от изменения этого угла, будет равно произведению этих сил на расстояние от фокуса до центра жесткости. Поэтому в дальнейшем появившиеся вследствие изменения угла атаки дополнительные аэродинамические силы будем прикладывать в фокусе.

Так как фокус почти всегда расположен впереди центра жесткости, то возбуждающая сила создаст момент, увеличивающий угол закручивания. При закручивании возникают аэродинамические силы, вызванные угловой скоростью, но ими ввиду их малости при. рассмотрении физической картины этой формы флаттера можно пренебречь.

Читайте также  Дивергенция

Соответственно этому изменению угла атаки, вызванному изгибом крыла, возникает дополнительная аэродинамическая сила; направленная вверх против движения. Величина этой’ демпфирующей силы на единицу длины крыла будет. Пройдя нейтральное положение/крыло вследствие полученной кинетической, энергии будет прогибаться вниз.

Из-за возникших при этом упругих сил, действующих теперь уже вверх, скорость движения крыла вниз начнет постепенно падать. По этой причине изменится направление ускорения (оно будет направлено вверх), а следовательно, изменится и направление действия инерционных сил. Действующие вниз инерционные силы создадут относительно центра жесткости момент, который начнет раскручивать крыло в противоположную строну.

Следовательно, изгиб стреловидного крыла приводит к благоприятному с точки зрения фланера изменению углов атаки сечений, при этом чем больше будет угол стреловидности, тем больше будет и критическая скорость. При больших сверхзвуковых скоростях полета вследствие кинетического нагрева происходит уменьшение модулей G и Е, а следовательно, снижается и жесткость крыла на кручение и изгиб, что приводит к уменьшению критической скорости флаттера.

Изгибноэлеронный флаттер
При рассмотрении физической картины изгибное элерон но го флаттера предположим для упрощения, что крыло является абсолютно жестким на кручение и упругим на изгиб что элерон не имеет весовой балансировки, и следовательно, его центр масс расположен позади оси вращения. Пусть крыло, как и в предыдущем случае, под воздействием какого-то возмущающего импульса прогнулось вверх.

Затем под действием возникшей упругой силы Рупор крыло с ускорением начнет возвращаться к своему нейтральному положению. Появившаяся при этом инерционная сила элерона приложенная в его центре масс и направленная в сторону, обратную ускорению, т.е. вверх, создаст относительно оси вращения шарнирный момент где а расстояние от центра масс элерона до его оси вращения.

Читайте также  Классификация самолетов по назначению

Под действием этого момента, из-за упругости проводки управления или наличия люфтов в ней либо При свободной ручке элерон отклонится вверх. Отклонение элерона эквивалентно изменению угла атаки на какой-то отрицательный угол. В результате возникнет дополнительная аэродинамическая сила, направленная вниз в сторону движения.

Имея запас кинетической энергии, крыло пройдет нейтральное положение и из-за сопротивления, оказываемого упругими силами, начнет двигаться с замедлением. Под действием возникших при этом инерционных сил элерон начнет возвращаться к своему нейтральному положению. Затем из нижнего положения, под действием упругих сил, крыло начнет двигаться с ускорением вверх, а элерон под действием инерционных сил отклонится вниз.

Такое отклонение элерона вызовет опять появление дополнительной аэродинамической силы, совпадающей с направлением движения, т.е. возбуждающей силы. Одновременно вследствие вертикальной скорости возникнет и демпфирующая сила. При некоторой скорости, полета, называемой критической скоростью флаттера, работы возбуждающих и демпфирующих сил станут одинаковыми. Основной причиной возникновения электронных видов флаттера является несбалансированность элеронов.

Поэтому основным конструктивным мероприятием, увеличивающим критическую скорость флаттера, является весовая балансировка элеронов. Увеличение жёсткости крыла на изгиб и кручение, устранение люфтов в проводке управления и повышение ее жесткости также ведет к росту критической скорости.