Энциклопедия «Авиация» (1998)

ФЛАТТЕР

Рис. 1. Зависимость Vкрот определяющего параметра.

фла́ттер(от англ. flutter — трепыхаться, бить крыльями) — явление аэроупругости, одна из разновидностей вибраций — незатухающих упругих колебаний частей летательного аппарата, возникающих в полёте при скорости полёта, достигшей некоторого определённого значения — критической скорости флаттера Vкр. Эти колебания порождаются аэродинамическими воздействиями и относятся к автоколебаниям. Для своего возникновения они не требуют каких-либо периодических внешних воздействий и могут появляться внезапно и при установившемся полёте в спокойном воздухе; достаточно лишь случайного начального импульса, даже весьма малого. В зависимости от того, в какой части конструкции возникают наиболее интенсивные вибрации, самолёт может быть подвержен различным формамФ.: крыла, оперения, элеронов, рулей и др.Ф.может возникать также на ракетах, несущих винтах вертолётов, лопастях воздушных винтов, лопатках турбин и компрессоров.

С точки зрения теории колебаний летящий самолёт представляет собой потенциально автоколебательную систему, источником энергии в которой служит набегающий поток, а обратная связь реализуется благодаря той упругости, которой обладает конструкция самолёта. В полёте могут создаваться условия, при которых начинают развиваться аэродинамические силы периодического характера. При этом природа этих сил, а следовательно, и механизма автоколебаний, определяется режимом полёта. Механизм автоколебаний может быть различным: при автоколебаниях, возникающих в полёте на больших скоростях с малыми углами атаки (собственноФ.); в полёте на малых скоростях при углах атаки, близких к срывным (срывной флаттер); при неустойчивом обтекании на трансзвуковом режиме полёта (buzz или «маховая тряска») и т. д.

Ф.среди автоколебаний и вообще среди многочисленных видов вибраций, которым подвержены летательные аппараты, представляет особую опасность, заключающуюся в том, что возникающие при этих интенсивных колебаниях динамические напряжения а конструкции летательного аппарата могут быстро (иногда в течение несколько секунд) достигнуть разрушающих, результатом чего является разрушение летательного аппарата в полёте.Поэтому возникновениеФ.любой формы недопустимо.

Ф.стал препятствием на пути создания скоростной авиации. Развитие скоростной авиации во всём мире сопровождалось большим числом катастроф и аварий в результате возникновенияФ.Впервые с массовыми случаямиФ.столкнулись в 30-е гг. ΧΧ в. (в период стремительного роста скоростей), после чего началось интенсивное изучение явленийФ.и отыскание способов его предупреждения. Ещё не всё об этом сложном явлении достаточно хорошо известно; с созданием новых схем летательных аппаратов проявляются его новые аспекты. Статистика лётных происшествий насчитывает очень много случаев, связанных сФ.Например, анализ, выполненный в 1958, показал, что в 40—50-х гг. в США произошло более 100 лётных происшествий из-заФ.(главным образомФ.управляющих органов и триммеров). В Германии в 1935—43 произошло около 150 случаев аварий и катастроф отФ., из них почти 80% относилось к органам управления.

СлучаиФ.отмечались в СССР, но массовых лётных происшествий, которые пришлось пережить зарубежной авиации, не наблюдалось. Работы по изучениюФ.в ЦАГИ проводили М. В. Келдыш, Е. П. Гроссман, Я. М. Пархомовский, С. П. Стрелков, Н. В. Альхимович и др. Келдышем и его сотрудниками сформулированы основные задачи оФ., намечены пути их решения и получен ряд важнейших результатов, которые открыли возможность предсказывать для каждого конкретного летательного аппарата, при какой скорости полёта ему грозитФ.Эти работы позволили авиаконструкторам найти средства для гашенияФ., в дальнейшем продолжалось интенсивное развитие научных основФ.Практические работы, анализ флаттерных характеристик новых конструкций связаны, как правило, с постановкой специальных опытов и с решением новых теоретических задач, позволяющих гарантировать безопасность отФ.каждого нового летательного аппарата. Необходимость гарантировать безопасность летательного аппарата отФ.обусловливает особые требования к проектируемой конструкции, которые не совпадают, а иногда преобладают над требованиями статической прочности, а в ряде случаев могут вызвать и изменение компоновки самолёта. Одно из основных условий гарантированной безопасности отФ.— весовая балансировка элеронов и рулей.

Ф.характеризуется критической скоростью, видом колебаний, частотой. Для конкретного самолёта существует вполне определённая для данной высоты полёта скорость полёта V = Vкр; при V < Vкрколебания затухают, а при V > Vкрколебания нарастают. Критическая скоростьФ.— Vкр— «внутренняя» характеристика, присущая конкретному летательному аппарату данной конструкции (подобно собственной частоте, массе и пр.). Значение Vкрлетательного аппарата с заданными обводами определяется массовыми и жёсткостными характеристиками конструкции. При этом влияние внутреннего трения конструкции в большинстве случаев пренебрежимо мало. Колебания конструкции приФ.происходят по меньшей мере с двумя степенями свободы, что возможно, если конструкция способна колебаться по двум (или более) различным формам. ЧастотаФ.близка к частотам первых тонов собственных колебаний конструкции. Колебания могут происходить на любых, в том числе и на малых, углах атаки и при безотрывном обтекании несущей поверхности. Эти особенностиФ.определяют способы его предотвращения на самолёте. Среди них главное место занимают те способы, которые так изменяют «внутренние» свойства конструкции, что нарушается или ослабляется связь между степенями свободы, то есть совместность колебаний по различным формам (примером может служить весовая балансировка).

Основной критерий безопасности отФ.— соотношение между критической скоростьюФ.Vкри максимальной (предельной) скоростью полёта Vпред, которую может достигнуть самолёт. Vкрдолжна превышать Vпредв некоторое число k раз; k — коэффициент запаса, задаваемый Нормами прочности. Это условие должно выполняться не только в исходном варианте конструкции, но и при некотором изменении её параметров. Поэтому наряду с запасом по скорости конструкция должна иметь запасы по значению параметров. Значение Vкрзависит от целого ряда конструктивных параметров самолёта: жёсткости, относительной толщины профиля, размещения масс, положения и способа крепления двигателей, степени весовой балансировки органов управления и др. Эта зависимость не монотонна, и изменение какого-либо параметра в одну и ту же сторону может в одних случаях приводить к увеличению Vкр, а в других — к снижению. В ряде случаев даже малое изменение конструктивного параметра влечёт за собой весьма сильное изменение Vкр.

При анализе безопасности отФ.целесообразно условно разделять все видыФ., которым может быть подвержен самолёт, на две основные группы: безрулевойФ.и рулевойФ., илиФ.органов управления. К первой группе относитсяФ.тех видов, при которых можно пренебречь относительными перемещениями органов управления, то есть считать, что руль (или элерон) является как бы жёсткой, неотклоняемой частью основной несущей поверхности (крыла, стабилизатора, киля). Ко второй группе относитсяФ.тех видов, в которых главную роль играют колебания органов управления (элеронов, элевонов, руля, триммера и др.). Внутри каждой группыФ.существует большое число различных формФ., отличающихся как характером упругих деформаций и перемещений конструкции, так и значениями Vкри частоты колебаний рфл. Во многих случаях названиеФ.показывает, какие именно упругие деформации и перемещения конструкции (её степени свободы) являются в данном случае определяющими: например, различают изгибно-крутильныйФ.крыла (крыло при вибрациях изгибается и закручивается), изгибно-элеронныйФ.(крыло изгибается и отклоняется элерон), крутильно-элеронныйФ.(крыло закручивается и отклоняется элерон), изгибно-элеронно-триммерныйФ.(крыло изгибается, отклоняются элерон и триммер).

Изменением конструктивных параметров самолёта Vкрвсегда может быть увеличена. Например, для изгибно-крутильногоФ.крыла к увеличению Vкрприводят: одновременное увеличение всех жёсткостей конструкции; увеличение жёсткости кручения крыла, приводящее к повышению частоты его крутильных колебаний; перемещение вперёд линии центров масс сечений крыла; уменьшение разноса масс по хорде (в особенности к концу крыла); увеличение сужения крыла; рациональные размещения больших сосредоточенных грузов на крыле (двигатель, баки, шасси и др.); увеличение жёсткости заделки корневого сечения. Для элеронногоФ.крыла к увеличению Vкрприводят: весовая балансировка элерона; одновременное увеличение всех жёсткостей конструкции; увеличение жёсткости силовых приводов и проводки управления (при котором, однако, не происходит сближения частот собственных колебаний крыла и элерона на проводке); присоединение к элерону гидравлического или инерционного демпферов; весовая балансировка триммера (если элерон имеет триммер) и увеличение жёсткости его проводки. Для «местного», так называемого панельного,Ф.обшивки к увеличению Vкрприводят: увеличение толщины обшивки; уменьшение линейных размеров «клетки», образуемой продольно-поперечными элементами набора (крыла, корпуса, головки ракеты и др.).

ДляФ.лопасти несущего винта вертолёта к увеличению Vкр(понимается критическое число оборотов несущего винта) приводят: уменьшение «поперечной центровки» лопасти, то есть перемещение вперёд линии центров масс поперечных сечений лопасти; использование профилей с возможно более задним положением аэродинамических фокусов; уменьшение передаточного числа регулятора взмаха; увеличение жёсткости защемления лопасти в комле на кручение.

ДляФ., каждой формы можно указать два — три конструктивных параметра, изменение которых особенно сильно изменяет значение Vкр. Эти характерные («определяющие») параметры различны для различных формФ.После задания линейных размеров самолёта к числу таких параметров будут относиться, например, жёсткость крыла на кручение или местоположение двигателя на крыле, расстояние от центра тяжести органа управления до его оси вращения (степень весовой балансировки).

Существуют 2 основных типа зависимости Vкрот определяющего параметра. Один из них типичен для безрулевогоФ.(рис. 1, а, б), а другой — для рулевогоФ.(рис. 1, в). В тех случаях, когда имеет место зависимость первого типа, должны быть выдержаны такие значения определяющих параметров, при которых Vкрв достаточной степени превышает Vпредто есть должен быть выдержан запас по значению скорости полёта. В тех случаях, когда имеет место зависимость второго типа, должны быть выдержаны такие значения определяющих параметров, при которыхФ.невозможен при любой скорости полёта, то есть должен быть выдержан запас по параметру.

Для каждого конкретного летательного аппарата значение Vкрустанавливается при проектировании в результате комплекса следующих работ: определения масс и жёсткостей конструкции; определения аэродинамических воздействий на колеблющееся крыло (стабилизатор, киль и др.); расчёта наФ.; испытаний наФ.в аэродинамических трубах динамически подобных флаттерных моделей, частотных испытаний натуры и модели; лётных испытаний наФ.

Основная задача модельных испытаний и расчёта наФ.— определить Vкр(рис. 2) и убедиться в том, что для всех высот кривая наименьших Vкрданного летательного аппарата лежит (с известным запасом) правее заданной техническими требованиями кривой Vпред(или, что вообще Vкрне существует, является мнимой величиной).

Определяя Vкрпри различных значениях конструктивных параметров, устанавливают границу устойчивости в координатах (V, μi), где μi— некоторый конструктивный параметр (рис. 3). В результате испытаний и расчётов наФ.определяют запасы по скорости полёта и запасы по параметрам. Другая основная задача испытаний и расчётов наФ.— подбор весовой балансировки.

Как всякое автоколебание,Ф.может иметь предельный цикл. Однако достижение безопасности отФ.должно исключать возможность самого появленияФ.в полёте, поэтому определение предельных циклов обычно не входит в задачу испытаний и расчётов наФ.

Литература:

См. при статье Аэроупругость.

Л. С. Попов.

Рис. 2. Графическое представление Vкри Vпред.

Рис. 3. Зона флаттера.

  1. флаттер—ФЛАТТЕР англ. flutter вибрация самовозбуждающиеся колебания частей летат. аппарата гл. обр. крыла и оперения возникающие при достижении т. н. критич. скорости флаттера м...Большая советская энциклопедия
  2. флаттер—англ. flutter вибрация самовозбуждающиеся колебания частей летательного аппарата главным образом крыла и оперения возникающие при достижении т. н. критической скорости ф...Большая Советская энциклопедия II
  3. флаттер—м. ав.vibracin fem trepidacin fem de las alas...Большой русско-испанский словарь
  4. флаттер—англ. flutter вибрация самовозбуждающиеся при определ. скоростях полта колебания частей гл. обр. крыла и оперения ЛА с быстро возрастающей амплитудой могут привести к е...Большой энциклопедический политехнический словарь
  5. флаттер—от англ. flutter сочетание изгибных и крутильных колебанийкрыльев оперения и др. элементов конструкции самолета. При неправильномвыборе конструкции может привести к разр...Большой энциклопедический словарь II
  6. флаттер—ФЛАТТЕР от англ. flutter сочетание изгибных и крутильных колебаний крыльев оперения и др. элементов конструкции самолета. При неправильном выборе конструкции может приве...Большой Энциклопедический словарь V
  7. флаттер—англ. flutter незатухающие колебания частей ЛА обычно крыла оперения несущих винтов вертолта лопаток турбин и др. приводящие обычно к его разрушению. Возникает на большой...Военный энциклопедический словарь
  8. флаттер—процесс спонтанного разрушения конструкций например самолетов в экстремальных условиях....Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов
  9. флаттер—процесс спонтанного разрушения конструкций например самолетов в экстремальных условиях....Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов
  10. флаттер—а м. Авиа.em Вибрация крыла или хвостового оперения самолета во время полета вызывающая иногда аварию.[англ. flutter] вибрация колебание...Малый академический словарь
  11. флаттер—корень ФЛАТТЕР нулевое окончаниеОснова слова ФЛАТТЕРВычисленный способ образования слова Бессуфиксальный или другой ФЛАТТЕР Слово Флаттер содержит следующие морфемы или...Морфемный разбор слова по составу
  12. флаттер—Начальная форма Флаттер винительный падеж единственное число мужской род неодушевленное...Морфологический разбор существительных
  13. флаттер—флаттер м. Самопроизвольно возникающая вибрация крыла хвостового оперения или других участков летательного аппарата....Новый толково-словообразовательный словарь русского языка
  14. флаттер—флаттер флаттер а...Орфографический словарь
  15. флаттер—u мu мн.u флаттеры Р.u флаттеров вибрация колебание...Орфографический словарь русского языка
  16. флаттер—флаттер...Орысша-қазақша «Көлік және қатынас жолдары» терминологиялық сөздік
  17. флаттер—aviat...Политехнический русско-французский словарь
  18. флаттер—флаттер флаттеры флаттера флаттеров флаттеру флаттерам флаттер флаттеры флаттером флаттерами флаттере флаттерах...Полная акцентуированная парадигма по Зализняку
  19. флаттер—Орфографическая запись слова флаттер Ударение в слове флаттер Деление слова на слоги перенос слова флаттер Фонетическая транскрипция слова флаттер [влатир] Характеристик...Полный фонетический разбор слов
  20. флаттер—флаттер аСинонимы вибрация колебание...Русский орфографический словарь
  21. флаттер—М av. flatter tyyar qanadnda v ya quyruq hisssind uu zaman ml gln v bzn qzaya sbb olan titryi....Русско-азербайджанский словарь
  22. флаттер—flutter...Русско-английский аэрокосмический словарь
  23. флаттер—flutter...Русско-английский морской словарь
  24. флаттер—flutter флаттер м.uflutterизгибнокрутильный флаттер flexuretorsion flutterфлаттер при гиперзвуковых скоростях hypersonic flutterфлаттер при околозвуковых скоростях tr...Русско-английский политехнический словарь
  25. флаттер—m. вибрация колебание...Русско-английский словарь математических терминов
  26. флаттер—flutter...Русско-английский словарь по авиации
  27. флаттер—flutter вибрация колебание...Русско-английский словарь по машиностроению
  28. флаттер—м. асимметричный флаттер изгибнокрутильный флаттер изгибный флаттер классический флаттер крутильный флаттер магнитный флаттер симметричный флаттер сложный флаттер флаттер...Русско-английский словарь по физике
  29. флаттер—flutter изгибнокрутильный флаттер испытание на флаттер рулевой флаттер срывной флаттермодель для испытаний на флаттер flutter modelфлаттер с бегущей волной travelling w...Русско-английский технический словарь
  30. флаттер—Флатэр...Русско-белорусский словарь
  31. флаттер—ав.i флатэр муж.i...Русско-белорусский словарь II
  32. флаттер—м. авиац. flutter m vibrazione f aeroelastica sbattimento m классический флаттер срывной флаттер...Русско-итальянский политехнический словарь
  33. флаттер—Синонимы вибрация колебание...Русско-китайский словарь
  34. флаттер—Flattereffekt авиац.u Flattern Flatterschwingung...Русско-немецкий политехнический словарь
  35. флаттер—техн. флатер флаттер крыла Синонимы вибрация колебание...Русско-украинский политехнический словарь
  36. флаттер—flutter kmitn kdel tepotn...Русско-чешский словарь
  37. флаттер—флаттер[тэ\]Синонимы вибрация колебание...Русское словесное ударение
  38. флаттер—самовозбуждающиеся колебания частей ЛА крыла хвостового оперения обшивки и др. приводящие как правило к разрушению конструкции. Проектирование ЛА предусматривает чтобы Ф....Словарь военных терминов
  39. флаттер—ФЛАТТЕР [англ. flutter] авиац. самопроизвольно возникающие вибрации крыла хвостового оперения или других элементов летательного аппарата вызывающие иногда разрушение кон...Словарь иностранных слов русского языка
  40. флаттер—самовозбуждающиеся незатухающие упругие колебания т. н. автоколебания крыльев тонких обшивок рулей лопаток вращающихся машин лопастей винтов и т. п. возникающие изза их н...Словарь морских терминов
  41. флаттер—флаттер колебание вибрация Словарь русских синонимов. флаттер сущ. колво синонимов вибрация колебание Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. . Синонимы вибрация колебан...Словарь синонимов II
  42. флаттер—флаттер колебание вибрация...Словарь синонимов
  43. флаттер—ФЛАТТЕР от англ . flutter сочетание изгибных и крутильных колебаний крыльев оперения и др. элементов конструкции самолета. При неправильном выборе конструкции может приве...Современный энциклопедический словарь
  44. флаттер—флаттер [англ flutter] самопроизвольно возникающие вибрации крыла хвостового оперения или других элементов летательного аппарата вызывающие иногда разрушение конструкции...Толковый словарь иностранных слов
  45. флаттер—ФЛАТТЕР м. Самопроизвольно возникающая вибрация крыла хвостового оперения или других участков летательного аппарата....Толковый словарь русского языка
  46. флаттер—Ударение в слове флаттерУдарение падает на букву аБезударные гласные в слове флаттер...Ударение и правописание
  47. флаттер—Rzeczownik флаттер m flatter...Универсальный русско-польский словарь
  48. флаттер—флаттер флаттеры флаттера флаттеров флаттеру флаттерам флаттер флаттеры флаттером флаттерами флаттере флаттерах Источник Полная акцентуированная парадигма по А. А. Зализн...Формы слова
  49. флаттер—Талер Театр Тета Тетр Тефра Трал Треф Фарт Реф Рет Раф Лера Ера Афт Флаер Арт Флат Флаттер Флер Фра Фетр Атлет Лафет Ферт Фат Реал Фал Фаер...Электронный словарь анаграмм русского языка
  50. флаттер—Флаттер от англ. flutter трепыхаться бить крыльями явление аэроупругости одна из разновидностей вибраций незатухающих упругих колебаний частей ЛА возникающих в полте п...Энциклопедия техники