трансзвуковые автоколебания

Рис. 1. Схема расположения скачков уплотнения потока.

трансзвуковы́е автоколеба́ния — самовозбуждающиеся колебания органов управления летательного аппарата при скоростях потока, близких к скорости звука. Причиной возбуждения Т. а. является перемещение при околозвуковых скоростях скачков уплотнения, которые располагаются (рис. 1) либо на несущей поверхности, либо на органе управления, либо на задней кромке органа управления. Взаимодействие скачка уплотнения с пограничным слоем приводит к отрыву потока из-под скачка, причём интенсивность и характер возникающих в зоне отрыва нестационарных давлений зависят от интенсивности скачка уплотнения. При отклонении (например, под действием случайного толчка) органа управления на некоторый угол δ (рис. 2) скачки уплотнения перемещаются: один — вниз, другой — вверх по потоку. При этом интенсивность первого скачка уплотнения уменьшается, второго — увеличивается, соответственно изменяется и интенсивность отрыва потока. В результате происходит нарушение баланса между аэродинамическим демпфированием и возбуждением колебаний органа управления. При некоторых условиях возбуждение колебаний может стать превалирующим, что приведёт к самовозбуждению колебаний органа управления. Аэродинамические силы, обусловливающие демпфирование и возбуждение колебаний, нелинейно зависят от угла δ. Установление предельного цикла (предельного значения δ) Т. а. произойдёт при определённом значении δ₀, когда наступит баланс между энергией, поступающей от аэродинамического возбуждения, и её рассеянием из-за демпфирования колебаний (с учётом внутреннего трения в конструкции).

При Т. а. с малым и средним значениями предельных циклов ухудшается комфорт пассажиров, снижается работоспособность членов экипажа, а также уменьшается срок службы узлов навески органа управления и проводки управления. Большие значения предельных циклов Т. а. (δ₀ порядка нескольких градусов) вызывают разрушение авиационных конструкций.

Существуют аэродинамические и конструктивные способы предотвращения и гашения Т. а. К аэродинамическим способам относятся: установка уголков на несущей поверхности вдоль передней кромки органа управления (рис. 3, а) и оснащение несущей поверхности впереди органа управления вихрей генераторами (рис. 3, б). Уголки на несущей поверхности препятствуют свободному перемещению скачков уплотнения, но увеличивают аэродинамическое сопротивление летательного аппарата, повышают уровень возмущений потока, приводящих к бафтингу. Генераторы вихрей способствуют устойчивости потока около органа управления.

С целью гашения Т. а. повышают жёсткость проводки управления и узлов навески органа управления на несущую поверхность летательного аппарата, что приводит к увеличению собственной частоты крутильных колебаний органа управления; для повышения демпфирования колебаний в цепь проводки управления устанавливают фрикционный или чаще гидравлический демпфер.

Литература:
Чжен П. К., Управление отрывом потока, пер. с англ., М., 1979.

Г. М. Фомин.

Рис. 2. Перемещение скачков уплотнения при отклонении органа управления.

Рис. 3. Схема установки уголков и расположение генераторов вихрей.