Принцип конструктивного подобия

При моделировании флаттера применяют принцип конструктивного подобия. Суть этого принципа состоит в том, что силовая схема натурной конструкции, все ее основные элементы воспроизводят на модели уменьшенных размеров. Чтобы обеспечить выполнение требований подобия в аэродинамических трубах малых скоростей, применяют материал с малым модулем упругости - целлулоид, обладающий высокой технологичностью при сборке моделей. Конструкцию модели из целлулоида нет необходимости склепывать или соединять болтами - целлулоидные детали прекрасно склеиваются ацетоном (рис. 3).

Рисунок 3. Конструктивно подобная модель самолета Ту-144 в аэродинамической трубе Т-104

Опыт применения целлулоидных конструктивно-подобных моделей для исследований флаттера в аэродинамических трубах малых скоростей существенно облегчил создание аналогичных моделей для скоростных труб. Возникшая же при этом проблема состояла в том, что для обеспечения необходимой в этом случае величины масштаба жесткостей K_f требовалось все силовые элементы изготавливать из металла, склеивать который значительно сложнее, чем целлулоид. Решение было найдено благодаря применению точечных контактных электросварочных машин. Сваривание точками на этих машинах ювелирных деталей (когда масштаб длин K_L ≤0,02) позволило решить задачу сборки модели, невыполнимую с помощью заклепок или болтов (рис. 4).

Рисунок 4. Панель модели крыла в масштабе 1:20

Рисунок 6. Схема модели трапециевидного крыла

Исследование флаттера в скоростных аэродинамических трубах проводят при скоростных напорах, превышающих в 50‑100 раз значения, достигающиеся в аэродинамических трубах малых скоростей. А поскольку модули упругости целлулоида в 30‑40 раз меньше, чем модули алюминиевых сплавов, то обеспечить требуемые по подобию жесткости модели просто невозможно, так как они оказываются слишком малыми. Увеличить их до нужных значений удается путем армирования целлулоидных силовых элементов деталями из алюминиевых сплавов. Устанавливают эти элементы в местах расположения силовых элементов натурной конструкции, а целлулоид, в основном, выполняет функцию связующего, обеспечивающего их совместную работу. Этим достигают воспроизведение силовой схемы натуры. Размеры армирующих элементов рассчитывают с учетом доли жесткостей, вносимой целлулоидным связующим. Модели такого типа позволяют исследовать флаттерные характеристики во всем полетном диапазоне чисел М (рис. 7).

Рисунок 7. Целлулоидная конструктивно-подобная модель самолета Ту-144: а) модель в процессе изготовления; б) общий вид модели; в) модель в скоростной аэродинамической трубе

В процессе работ по исследованию флаттера в скоростных аэродинамических трубах с помощью целлулоидных конструктивно-подобных моделей было выяснено, что жесткостные характеристики натуры хорошо воспроизводятся на этих моделях. Это неоднократно подтверждалось сравнением результатов частотных испытаний целлулоидных моделей и натурных объектов с учетом того, что по массово-инерционным характеристикам эти модели не удавалось изготовить в соответствии с требуемым по подобию масштабом масс K_m. Модели оказывались тяжелее, чем требовалось. Это, естественно, могло приводить к искажению флаттерных характеристик в некоторых случаях.