НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

   Особенностью современных тяжелых транспортных самолетов является компоновка с двигателями на упругих пилонах под крылом, при этом основная масса топлива размещена в консолях крыла. В этом случае в число основных упругих тонов собственных колебаний летательного аппарата (ЛА), которые определяют его динамический отклик на внешние возмущающие воздействия, входят так называемые двигательные тона (вертикальные и горизонтальные (боковые) колебания двигателей на упругих пилонах). Появился новый вид флаттера – пилонный, который для некоторых летательных аппаратов определяет критическую скорость флаттера ЛА в целом. Основная причина этого явления заключается в низком демпфировании колебаний двигателя на пилоне под крылом. Поэтому представляются актуальными исследования, направленные на модернизацию узлов крепления двигателей на пилоне с целью снижения уровня упругих колебаний при эксплуатации ЛА. Одним из возможных путей решения данной задачи является использование концепции освобожденного двигателя, когда проводится модернизация узлов крепления двигателя к пилону, обеспечивающая более эффективное демпфирование колебаний двигателей. С целью подтверждения возможности практической реализации данных решений проведены соответствующие экспериментальные исследования на разработанной авторами экспериментальной установке. Разработана конструкция узлов крепления двигателя, допускающая заданные смещения двигателя относительно пилона при вынужденных упругих колебаниях системы, которая включает шарнирный подвес, установку дополнительных упругих элементов и гидравлических демпферов. В статье приводятся результаты исследований влияния упругодиссипативных параметров (парциальной частоты собственных колебаний и парциального декремента колебаний) подвески двигателя на упругом пилоне на динамические характеристики динамической системы «модель крыла – упругий пилон – двигатель». Показано, что путем введения специальным образом сконструированных узлов подвески двигателей на пилонах представляется возможным существенно изменить динамические характеристики (частоты и амплитуды собственных колебаний) упругой системы в целом. Так, амплитуды колебаний центра масс двигателя в области двигательных тонов уменьшаются в 3…7 раз при вынужденных гармонических колебаниях.

Упругие колебания элементов конструкции планера самолета при действии эксплуатационных нагрузок являются одним из основных источников накопления усталостных повреждений. Известно, что подвижность топлива в баках может изменять динамические (частоты и формы собственных колебаний) и диссипативные (декременты затухания колебаний) свойства упругой системы, включающей баки, частично или полностью заполненные топливом. При этом волновое движение топлива в баках за счет дополнительной диссипации энергии колебаний упругой системы может оказывать существенное влияние как на усталостные, так и на аэроупругие характеристики элементов конструкции воздушного судна. Теоретические и экспериментальные исследования применительно к большинству эксплуатирующихся в настоящее время транспортных самолетов показали, что топливо при моделировании динамических явлений и решении задач аэроупругости можно рассматривать условно затвердевшим, что фактически не влияет на конечный результат. Появление современных тяжелых транспортных самолетов с крылом большого удлинения и четырьмя двигателями на пилонах под крылом привело к существенному изменению динамической картины взаимодействия ЛА с окружающей средой. Основная особенность заключается в том, что при данной компоновке в число основных упругих тонов, определяющих динамическую реакцию на внешние воздействия, входит первый тон горизонтально-изгибных колебаний крыла. В этом случае модель затвердевшего топлива может оказать существенное влияние на точность прогнозирования динамических нагрузок и, как следствие, на количественные показатели долговечности и аэроупругости. В статье приводятся результаты экспериментальных исследований влияния подвижности жидкости в баке на динамические характеристики (частоты собственных колебаний и амплитуды вынужденных колебаний) системы «модель крыла – бак». Описана конструкция экспериментальной установки и методика проведения экспериментов. В процессе эксперимента бак частично или полностью заполнялся жидкостью, исследовались горизонтально-изгибные формы колебаний модели крыла, для которых учет подвижности жидкости в баке наиболее актуален. Определены уровни заправки бака, при которых достигается наибольший эффект демпфирования колебания системы за счет рассеивания энергии при волновом движении жидкости. Проанализировано влияние различных факторов (наличие верхней крышки, внутреннего силового набора, перфорации в силовом наборе) на амплитуды и частоты вынужденных колебаний.