аэроупругость

АЭРОУПРУГОСТЬ - раздел прикладной механики, в к-ром изучается взаимодействие упругой системы с потоком газа (воздуха). Явления А. встречаются во мн. областях техники, в строит. деле при изучении ветровых воздействий на мосты и высотные сооружения, в судостроении и энергомашиностроении. Особенно важное значение исследования А. приобретают в авиации и ракетной технике.

Аэродинамич. силы, действующие на летат. аппарат (ЛА) при его движении в воздухе, вызывают деформации конструкции, к-рые, в свою очередь, приводят к изменению аэродинамич. сил. Явления, рассматриваемые в А., подразделяются на статические и динамические. К первым относятся взаимодействия аэродинамич. сил и сил упругости конструкции: дивергенция - апериодич. потеря устойчивости крыла (оперения), потеря эффективности органов управления, вызванная статич. деформациями, влияние упругой деформации конструкции на распределение аэродинамич. давления по поверхности и на статич. устойчивость JIA. К динамич. относятся явления, для к-рых существенны взаимодействия трёх видов сил - аэродинамических, инерционных и сил упругости: флаттер - колебат. потеря устойчивости ЛА или его частей, вызванная взаимодействием аэродинамич., упругих и инерционных сил; бафтинг - вынужденные колебания части упругой конструкции под действием нестационарного обтекания, напр. срыва вихрей; автоколебания органов управления ЛА при трансзвуковом режиме полёта; реакция упругой конструкции на порывы ветра; влияние деформации конструкции на динамич. устойчивость полёта ЛА.

Потеря устойчивости конструкции ЛА объясняется тем, что упругая колебат. система в потоке воздуха является принципиально неконсервативной системой, в к-рую при определённом сочетании конструктивных параметров и режимов полёта поступает энергия из равномерного потока, что может привести к неограниченному возрастанию амплитуд колебаний и, следовательно, к разрушению конструкции.

Для совр. ЛА вследствие широко применяемых средств автоматизации управления полётом особое значение приобретает взаимодействие упругой конструкции с системой автоматич. управления. Влияние этой системы заметно усложняет анализ аэроупругого взаимодействия в связи с необходимостью учитывать нелинейные свойства её механич., гидравлич. и электронных элементов, а её функционирование приводит к специфич. видам потери аэроупругой устойчивости. Применяются спец. системы автоматич. управления - т. н. активные, улучшающие аэроупругие и прочностные характеристики ЛА.

Становление А. как раздела прикладной механики относится к 30-м гг. 20 в., когда авиация столкнулась с такими явлениями, как бафтинг и флаттер самолётов. В СССР основы А. были заложены работами M. В. Келдыша, разработавшего теорию флаттера. Совр. А. представляет собой сложный комплекс расчётно-эксперим. исследований, базирующихся на применении достижений нестационарной аэродинамики, строит. механики, вычислит. техники. Явления А. изучаются на основе расчётных и эксперим. методов. Для построения математич. модели А. разрабатывается расчётная динамич. схема, приближенно отображающая свойства реальной конструкции и представляющая собой систему элементов, достаточно простых для описания их упругих свойств (напр., балки, пластины и др.). Для определения аэродинамич. воздействий применяют те или иные аэродинамич. теории в зависимости от режима полёта. Расчёт аэродинамич. сил производят при определённых, упрощающих задачу предположениях. Наиб. близкую к действит. картине обтекания колеблющегося ЛА в потоке воздуха даёт теория крыла в нестационарном потоке, на основе к-рой разработаны методы вычисления аэродинамич. сил для разл. режимов (дозвуковой, трансзвуковой, сверхзвуковой и гиперзвуковой режимы полёта). Развитие вычислит. техники обусловило широкое применение численных методов для определения нестационарных давлений на колеблющейся аэродинамич. поверхности произвольной конфигурации.

Наряду с расчётными широко применяются эксперим. методы исследования. Один из осн. эксперим. методов - испытания динамически подобных моделей ЛА в аэродинамических трубах - позволяет достаточно полно изучить явление в наземных условиях на нач. стадиях проектирования ЛА. Исследования в аэродинамич. трубе особенно важны в тех случаях, когда возникают затруднения в получении достоверных результатов расчётными методами, напр. при решении задач А. в области трансзвуковых скоростей полёта или при срыве потока.

Лит.: Некрасов А. И., Теория крыла в нестационарном потоке, М--Л., 1947; Бисплингхофф Р. Л., Эшли Х., Халфмэн P. Л., Аэроупругость, пер. с англ., M., 1958; Фын Я. Ц., Введение в теорию аэроупругости, пер. с англ., M., 1959; Смирнов А. И , Аэроупругая устойчивость ЛА, M., 1980; Фершинг Г., Основы аэроупругости, пер. с нем., M., 1984. А. Ф. Минаев.

   <<      Предметный указатель      >>