Источники колебаний на самолёте, элементы конструкции подверженные резонансным колебаниям.

Вынужденные колебания возникают под действием внеш­них периодических сил и моментов. Частота таких колебаний равна частоте воздействия внешних сил. Если направление внешних сил совпадает с направлением движения конструк­ции, могут возникнуть гармонические или возрастающие коле­бания, если же частота возбуждающей силы близка к частоте собственных колебаний конструкции, наступают резонансные колебания - наиболее опасный вид вибраций. При резонансных колебаниях амплитуда быстро нарастает и идет интенсивное накапливание усталостных повреждений.

Вынужденные колебания на ВС могут вызвать неуравнове­шенные вращающиеся массы двигателей и воздушных винтов самолетов и вертолетов, различие в углах установки лопастей винтов, акустические колебания, турбулентность атмосферы, срывное обтекание поверхностей ВС и т. д.

Вибрации, возникающие вследствие неуравновешенности вращающихся масс, передаются по конструкции ВС. Для умень­шения вредного воздействия вибраций предусматривается виброизоляция - установка различного рода демпферов и амортизаторов в узлах крепления источников вибраций и защищаемого от вибраций оборудования. Резонансные колебания устраняются изменением частоты возбуждающих сил или собственных колебаний конструкции. Последнее достигается изменением ее массы или жесткости.

Акустические колебания создаются реактивной, струей двигателей, струей воздушных винтов, в результате срыва пограничного слоя с поверхностей ВС. Эти колебания имеют высокую (звуковую) частоту и вызывают усталостные поврежде­ния обшивки вблизи реактивной струи двигателей, в плоскости вращения воздушных винтов, в местах срывного обтекания поверхностей ВС. Акустические колебания передаются на конструкцию ВС через воздушную среду.

Меры борьбы с акустическими колебаниями сводятся к уменьшению шума двигателей и воздушных винтов, изменению частоты собственных колебаний обшивки с целью предотвраще­ния резонанса. Последнее достигается увеличением жесткости обшивки путем установки на нее накладок, применением многослойной обшивки и обшивки из композиционных мате­риалов.

Самовозбуждающиеся колебания (автоколебания, само­колебания) возникают без периодического воздействия внеш­них сил. Здесь периодические силы возникают в результате самих колебаний. Энергия для возбуждающих сил поступает от воздушного потока.

Самовозбуждающиеся колебания несущих поверхностей возникают в результате взаимодействия аэродинамических сил и внутренних сил упругости или же, кроме того, и инерционных массовых сил конструкции. Колебания, вызванные взаимо­действием аэродинамических сил и сил упругости, являются колебаниями статической аэроупругости. К ним относятся дивергенция крыла и реверсирование элеронов. Колебания, вызванные взаимодействием аэродинамических сил, сил упру­гости и инерционных сил, являются колебаниями динамичес­кой аэроупругости - это наиболее опасные колебания несущих поверхностей. К ним относятся колебания дивергенция крыла, реверсирование элеронов.

Дивергенция крыла (перекручивание) крыла, возникает потому что линия приложения аэродинамических сил находится впереди линии жесткости крыла. А это приводит к тому, что при увеличении аэродинамических сил крыло закручивается в сторону увеличения угла атаки, а это приводит к еще большему увеличению аэродинамических сил и следовательно крутке крыла.

Понятно что с увеличением скорости происходит увеличение аэродинамических сил, а силы упругости крыла постоянны. И на некоторой скорости М_КР от аэродинамических сил превышает момент внутренних, сил упругости конструкции.

Закручивание крыла ведет к сваливанию самолета или разрушению крыла. Эта скорость называется критической скоростью дивергенции. Дивергенция также возможна у стабилизатора, киля, пилонов двигателей.

Реверсирование элеронов возникает из-за упругой крутки крыла под действием аэродинамических сил, возникающих при отклонении рулей. Отклонение элерона вниз вызывает приращение подъемной силы крыла Р_Э, т.к. это приращение приложено за центр тяжести, что вызывает закручивание крыла в сторону уменьшения угла атаки, т.е. действие элерона парируется закручиванием крыла. Это явление нарастает с увеличением скорости полета. И на некоторой скорости, элероны полностью теряют свою эффективность. И при дальнейшем увеличении скорости может наступить обратное действие элеронов.

Борьба с этим явлением: увеличение жесткости крыла на кручение, смещение элеронов ближе к фюзеляжу, там крыло жестче, установки двух секционных элеронов, установки интерцепторов с элеронами.