Лампер Р.Е. Введение в теорию флаттера

М.: Машиностроение, 1990. - 144 с.: ил. ISBN 5-217-01057-6
Изложена проблема флаттера летательного аппарата. Рассмотрены теоретические и экспериментальные пути решения этой проблемы. Обсуждены основные гипотезы и допущения, и связанные с ними общие свойства решений задач флаттера. Рассмотрены критерии подобия и вопросы моделирования флаттера в аэродинамических трубах. Описаны отдельные виды флаттера и указаны основные пути их устранения.
Для инженеров авиа- и ракетостроения.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Общие причины флаттера давно и хорошо известны, но новые, иногда неожиданные его формы подкарауливают почти каждое кардинальное решение авиационного конструктора. Поэтому вопросы флаттера постоянно требуют новых исследований, сочетающих тщательность, детальность и общность анализа. Более того, ослабление внимания к вопросам флаттера на ранней стадии проектирования привело бы к значительному увеличению массы конструкции и времени на ее доработку, что способно обесценить проект. Последствия флаттера, часто катастрофические, выдвигают его в ряд наиболее опасных явлений аэроупругости. Эти явления порождаются весьма разнообразными причинами.
Самолеты и другие летательные аппараты (ЛА) нагружены в полете аэродинамическими силами, деформирующими упругую конструкцию. В свою очередь деформации конструкции влияют на величину и распределение аэродинамических сил. Изучение различных вариантов взаимного влияния упругости конструкции и ее аэродинамики с привлечением или без привлечения динамических свойств (инерции, демпфирования) ЛА и составляет обширный круг задач аэроупругости.
Аэроупругость в различных ее проявлениях сопровождает всю историю авиации. На судьбу многих ЛА, от самых первых до самых современных, повлияло неудачное решение проблем аэроупругости.
Проблемы аэроупругости появляются не только в авиации. На подводных крыльях быстроходных судов, на лопатках турбин и на других агрегатах и элементах конструкций, движущихся с большими скоростями в газовой или жидкой среде, возникают аналогичные явления, требующие решения однотипных задач. Среди них задачи флаттера, пожалуй, наиболее глубоко разработаны. Если учесть, что теоретические и экспериментальные исследования этой проблемы, концентрируя в себе современные достижения механики, мощные вычислительные приемы, высокий уровень технологии и экспериментальной техники, весьма поучительны и общей научной методикой, становится ясной потребность в знакомстве с основными понятиями флаттера для инженеров и научных работников многих специальностей.
Именно такой цели служит настоящая небольшая книга. В ней достаточно внимательно оговариваются особенности постановки задач, но существенно сокращены или вовсе опущены детали исследований, не имеющие развития в дальнейшем изложении. Подробно рассматривается только один простейший вид флаттера, к ту му же в рамках весьма сильных упрощающих предположений. Однако эти предположения обсуждаются так, чтобы были ясны и их альтернативы. Анализ частного случая составляет базу для обобщений, на основе которых можно составить представления о факторах, влияющих на многие виды флаттера. Что касается самих этих видов, то рассмотрены лишь некоторые из них, да и то сугубо описательно. Несколько более углубленно изложен довольно специфический вопрос о флаттере обшивки.
Экспериментальное изучение флаттера на натурном ЛА сопряжено с постоянной угрозой разрушения. Если даже ЛА беспилотный и его разрушение при испытаниях допускается, для его конструкции все равно приходится предварительно решать вопрос безопасности по флаттеру, чтобы доработки не оказались значительными. Выход из этого замкнутого круга найден в исследованиях на моделях. Сопоставление расчетных условий флаттера с результатами модельных испытаний дает ту уверенность в принятии ответственных решений, которая появляется у инженера, если необходимые данные получены двумя независимыми методами. Условия и возможности моделирования флаттера также кратко обсуждаются в этой книге.
Чтение книги не требует специальной подготовки в области аэроупругости. Математический аппарат сведен к минимуму, и все необходимые пояснения даны в тексте. От читателя потребуются лишь самые общие знания по теории колебаний, аэродинамике и прикладной теории упругости.
При подготовке книги автор с благодарностью вспоминал лекции Л. С. Попова в Московском физико-техническом институте, в большой степени сформировавшие научные взгляды по этой проблеме многих специалистов.
Автор глубоко признателен профессору Б. И. Рабиновичу за ряд ценных замечаний при рецензировании рукописи.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ,
Г л а в а 1. Определение флаттера. Схематизация и возможные гипотезы в простом случае флаттера
Г л а в а 2. Аэродинамические силы на колеблющемся профиле. Уравнения изгибно-крутильного флаттера
Г л а в а 3. Исследование устойчивости. Влияние некоторых параметров на критическую скорость
Г л а в а 4. Критерии подобия. Экспериментальные исследования на моделях.
Г л а в а 5. Нестационарные аэродинамические силы на профиле в несжимаемом потоке. Влияние на флаттер числа Струхаля
Г л а в а 6. Особенности задачи флаттера для летательного аппарата в целом...
Г л а в а 7. Некоторые виды и задачи флаттера. Динамическая компоновка...1
Г л а в а 8. Флаттер панелей и оболочек
Заключение
Список литературы