Флаттер (авиация)

Флаттер (авиация)

13.12.2020


Флаттер (англиц. от flutter «дрожание, вибрация») — сочетание самовозбуждающихся незатухающих изгибающих и крутящих автоколебаний элементов конструкции летательного аппарата: главным образом, крыла самолёта либо несущего винта вертолёта. Как правило, флаттер проявляется при достижении некоторой критической скорости, зависящей от характеристик конструкции летательного аппарата; возникающий резонанс может привести к его разрушению. Переход к сверхзвуковым скоростям осложнялся опасностями флаттера.

Причина флаттера

Причиной флаттера обычно является несовпадение центра жёсткости с центром давления и недостаточная жёсткость конструкции крыла.

История решения проблемы флаттера

Исследования флаттера в CCCР начались в середине 1930-х годов. Советская авиация столкнулась с тем, что при увеличении скорости, при некотором критическом её значении, самолёты начинало сильно трясти и они разрушались в воздухе. Вибрация нарастала настолько быстро, что у лётчика не оставалось времени на снижение скорости. От начала вибраций до разрушения самолёта проходили считанные секунды.

Над явлением флаттера ломали голову многие математики. Огромный вклад в решение проблемы внесли Е. П. Гроссман и М. В. Келдыш. Был поставлен целый ряд экспериментов, сделан ряд теоретических исследований, были разработаны практические приёмы для исключения вибрации при любой скорости полёта. Основным результатом работ, проведенных в СССР в 1934—1941 годах, было устранение опасности появления флаттера крыла и оперения. Опираясь на исследования Келдыша, авиаконструкторы избавились от флаттера, и жизни многих летчиков были спасены.

Нелинейные модели подавления флаттера и их анализ (задача Келдыша)

М. В. Келдыш, занимаясь задачей нелинейного анализа математических моделей подавления флаттера органов управления самолёта, использовал метод гармонического баланса и отмечал, что «мы не даём строгого математического доказательства всех относящихся сюда положений, а ряд выводов построим на интуитивных соображениях». Последующее развитие теории теории дифференциальных включений и теории скрытых колебаний, а также аналитических и численных методов их анализа, недоступных Келдышу во время его работы, позволяет в настоящее время проводить строгий анализ устойчивости и возникновения скрытых колебаний в моделях Келдыша.

Виды флаттера

Виды флаттера в зависимости от наличия перемещений и вибрации органов управления:

  • безрулевые (перемещения органов управления пренебрежимо малы);
  • рулевые (наблюдаются вибрации органов управления (элеронов, руля, триммера и т. п.)).

Виды флаттера в зависимости от элемента, подверженного перемещениям и деформации:

  • флаттер крыла:
    • изгибно-крутильный (крыло гнётся и скручивается);
    • изгибно-элеронный (крыло гнётся, элерон отклоняется);
    • крутильно-элеронный (крыло скручивается, элерон отклоняется);
    • изгибно-элеронно-триммерный (крыло гнётся, элерон и триммер отклоняются);
  • серво-компенсаторный ;
  • флаттер лопастей несущего винта вертолёта:
    • хордовый;
  • и другие.