Умови моделювання трансзвукового флатеру аеродинамічних поверхонь керування надзвукових літаків в аеродинамічних трубах

Заголовок (англійською): 
Conditions for simulation of transonic flutter of aerodynamic control surfaces of supersonic aircraft in wind tunnels
Автор(и): 
Сафронов О.В.
Семон Б.Й.
Неділько О.М.
Горіна А.О.
Автор(и) (англ): 
Safronov O.V.
Semon B.Y.
Nedilko O.M.
Horina A.O.
Ключові слова (укр): 
трансзвуковий флатер, надзвукові літаки, аеродинамічна поверхня керування, коливання, динамічно-подібна модель, аеродинамічна труба, математична модель, число М польоту
Ключові слова (англ): 
transonic flutter, supersonic aircraft, aerodynamic control surface, oscillations, dynamic-like model, wind tunnel, mathematical model, flight number M
Анотація (укр): 
Трансзвуковий флатер аеродинамічних поверхонь керування надзвукових та гіперзвукових літаків відноситься до тих явищ динамічної аеропружності, оцінка яких у льотному експерименті небезпечна. Оскільки досі не існує загальноприйнятої математичної моделі виникнення цього явища, випробування динамічно-подібних моделей в аеродинамічних трубах можна віднести до основних і безпечних методів оцінки характеристик трансзвукового флатеру. Тому обґрунтування умов моделювання трансзвукового флатеру, які дозволяють переносити результати продувок динамічно-подібних моделей в аеродинамічних трубах на натурні конструкції літаків, залишається актуальною науковою проблемою. У статті запропоновано один з можливих підходів щодо обґрунтування умов моделювання трансзвукового флатеру аеродинамічних поверхонь керування в аеродинамічних трубах, який базується на аналізі нелінійної математичної моделі виникнення цього явища. На підставі аналізу цієї математичної моделі визначено, що крім умов моделювання трансзвукового флатеру в аеродинамічних трубах, які обумовлені геометричною подібністю системи «несуча аеродинамічна поверхня – аеродинамічна поверхня керування», додатковими умовами моделювання цього явища повинні бути рівними наступні безрозмірні величини натури і моделі: - амплітуди коливань натури і моделі; - числа М, при яких виникає трансзвуковийфлаттер; -логарифмічнідекременти коливань аеродинамічних поверхонь керування; - числа Струхаля; - відношення густини газу до густини матеріалу аеродинамічних поверхонь керування; - показник адіабати k=1,405, тобто, робочим тілом в аеродинамічної трубі повинно бути повітря. Продувки динамічно-подібних моделей необхідно проводити в аеродинамічних трубах безперервного типу при дотриманні умов.
Анотація (англ): 
The transonic flutter of the aerodynamic control surfaces of supersonic and hypersonic aircraft refers to those phenomena of dynamic aeroelasticity, the assessment of whichin a flight experiment is dangerous. Since there is still no universally accepted mathematical model of the occurrence of this phenomenon, tests of dynamic-like models in wind tunnels can be classified as basic and safe methods for evaluating the characteristics of transonic flutter. Therefore, the substantiation of the conditions for modeling transonic flutter, which allow the transfer of the results of blowing of dynamic-like models in wind tunnels to full-scale aircraft designs, remains an actual scientific problem. The article proposes one of the possible approaches to justifying the conditions for modeling transonic flutter of aerodynamic control surfaces in wind tunnels, which is based on the analysis of a nonlinear mathematical model of the occurrence of this phenomenon. Based on the analysis of this mathematical model, it was determined that, in addition to the conditions for modeling transonic flutter in wind tunnels, which are due to the geometric similarity of the system "carrying aerodynamic surface – aerodynamic control surface", additional conditions for modeling this phenomenon should be the following dimensionless quantities of nature and model: - amplitudes of oscillations of nature and model; - numbers M at which transonic flutter occurs; - logarithmic decrements of oscillations of aerodynamic control surfaces; - Strouhal numbers; - ratio of gas density to material density of aerodynamic control surfaces; - the adiabatic index k=1.405, that is, the working body in the wind tunnel should be air. Blowing of dynamically similar models must be carried out in wind tunnels of a continuous type, subject to conditions.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2023, номер 110
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2023, number 110
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
06-110_safronov_o._v._semon_b._y_nedilko_o._m._gorina_a.o.pdf
Дата публікації: 
15 Сентябрь 2023
Номер збірника: 
110
Розділ: 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2023, номер 110
Університет автора: 
Національнмй університет оборони України імені Івана Черняховського, м. Київ ? Kиївський національний університет будівництва і архітектури, м. Київ
Литература: 
  1. Бисплингхофф Р.Л. Аэроупругость / Бисплингхофф Р.Л., Эшли Х., Халфмэн Р.Л. – М.: Изд-во иностр. лит., 1958. – 800 с.
  2. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике / Седов Л.И.– М.: Наука, 1981. – 448 с.
  3. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости газа / Лойцянский Л.Г. М.: Наука, 1970. – 904 с.
  4. Аэродинамическое исследование колеблющейся поверхности управления при трансзвукових скоростях. – М.: ЦАГИ. – 1975. –Обзор № 456. –105 с.
  5. Ишмуратов Ф.З. Расчетные исследования трансзвукового флаттера / Ишмуратов Ф.З., Кузьмина С.И., Мосунов В.А.// М.: Ученые записки ЦАГИ. – 1999. – Том 30, № 3–4. – С. 151–163.
  6. Мосунов В.А. Опыт расчетных исследований флаттера беспилотного летательного аппарата / Мосунов В.А., Рябыкина Р.В., Смыслов В.И., Фролов А.В.// Вестник Концерна ВКО «Алмаз-Антей». – М.:– 2018. –№ 2. –С. 18–25.
  7. Сафронов А.В. Трансзвуковой флаттер конструкций самолетов / Сафронов А.В. К.: КВВАИУ, 1987. – 155 с.
  8. Левкин В.Ф. Экспериментальные исследования нестационарных аэродинамических характеристик поверхностей управления при трансзвуковых скоростях / Левкин В. Ф.// М.: Труды ЦАГИ. – 1982. – Выпуск 2132. – 16 с.
  9. Агеев Ю.И. Экспериментальное исследование установившихся колебаний элерона в околозвуковом потоке / Агеев Ю.И., Назаренко В.В., Невежина Т.П.// Ученые записки ЦАГИ. – М.: ЦАГИ. – 1974. – Том V, № 8. – С. 71–80.
  10. Азаров Ю.А. Некоторые особенности моделирования динамической аэроупругости летательних аппаратов в трансзвуковых аэродинамических трубах / Азаров Ю.А., Черноволов Р.А.// Труды МАИ. – М.: МАИ. – 2017. – Выпуск № 97. – С. 1-28.
  11. Семон Б.Й. Трансзвуковий флаттер: від МіГ-25 до SpaceShipTwo/Семон Б. Й., Сафронов О.В., Неділько О.М.// Наука і оборона. – К.:«Стілос». – 2016. – № 3., – С. 32–35.
  12. Исогаи К.О механизме резкого снижения границы флаттера крыла прямой стреловидности на режиме трансзвукового полета. Часть 1 / Исогаи К. – М.: РТК, том 17, № 7, 1979. – С. 149–151.
  13. Исогаи К. О механизме резкого снижения границы флаттера крыла прямой стреловидности на режиме трансзвукового полета. Часть 2 / Исогаи К. – М.: РТК, том 19, № 10, 1981. – С. 169–171.
  14. Вильямс М.Х. Теория неустановившегося движения тонкого профиля в трансзвуковом потоке с внутренними скачками уплотнения / Вильямс М.Х. - М.: РТК. – том 18, №7, 1980. – С. 11-23.
  15. Сафронов А.В. Аэродинамическое воздействие скачков уплотнения на колеблющийся в околозвуковом потоке элерон / Сафронов А.В. // Ученые записки ЦАГИ. – М.: ЦАГИ. – том ХХ11, №3. – 1991. –С. 110 – 117.             
  16. Сафронов О.В. Порівняльний аналіз теоретичних та розрахунково-екпериментальних методів оцінки харатеристик трансзвукового флатеру / Сафронов О.В., Семон Б.Й., Неділько О.М.//Збірник наукових праць ЦВСД НУОУ. – К.: НУОУ. –2015. –№1(53). – С. 41–48.
  17. Сафронов О.В. Адаптована математична модель оцінки збуджених шарнірних моментів аеродинамічних поверхонь керування надзвукових літаків на трансзвукових швидкостях польоту / Сафронов О.В., Неділько О.М., Сафронов В.О. // Збірник наукових праць ЦВСД НУОУ.–К.: НУОУ. – 2014. – № 3(52). – С. 28-33.
  18. Келдыш М.В. Избранные труды. Механика. / Келдыш М.В. – М.: Наука, 1985. – 568 с.
  19. Семон Б.Й. Метод оцінювання тиску місцевого надзвукового потоку на профілі аеродинамічної поверхні керування при виникненні трансзвукового флатеру / Семон Б.Й., Сафронов О.В., Неділько О.М.// Наука і оборона.– К.: «Стілос». – 2019.– № 2. –С. 39- 43.
  20. Гошек И. Аэродинамика больших скоростей / Гошек И. – М.: ил, 1954. – 547 с. 
  21. Свищев Г.П. Эффективность руля и шарнирные моменты его при больших скоростях / Свищев Г.П. // Труды ЦАГИ.– М.: ЦАГИ. – 1975.–Выпуск1722. – 10 с.
 
References: 
  1. Bisplinghoff R.L. Aerouprugost (Aeroelasticity) / Bisplinghoff R. L., Ashley H., Halfman R. L. - M .: Izd. lit., 1958. - 800 p.
  2. Sedov L.I. Metody podobiya i razmernosti v mehanike (Methods of similarity and dimension in mechanics) / Sedov L. I. - M.: Nauka, 1981. - 448 p.
  3. Loytsyansky L.G. Mehanika zhidkosti gaza (Mechanics of liquid gas) / Loytsyansky L. G. M.: Nauka, 1970. - 904 p.
  4. Aerodinamicheskoe issledovanie koleblyuscheysya poverhnosti upravleniya pri transzvukovih skorostyah (Aerodynamic Study of an oscillating control surface a transonic speeds). – M.: TsAGI. - 1975. - ReviewNo. 456. - 105 p.
  5. Ishmuratov F.Z. Raschetnyie issledovaniya transzvukovogo flattera (Computational studies of transonic flutter) / Ishmuratov F. Z., Kuzmina S. I., Mosunov V. A.// M.: Uchenyie zapiski TsAGI. – 1999. – Tom 30, N 3–4. – S. 151–163.
  6. Mosunov V.A. Opyit raschetnyih issledovaniy flattera bespilotnogo letatelnogo apparata (Experience in computational studies of the flutter of an unmanned aerial vehicle) / Mosunov V. A., Ryabykina R. V., Smyslov V. I., Frolov A. V. // Bulletin of the Concern VKO Almaz-Antey. - M.: - 2018. - No. 2. -S. 18–25.
  7. Safronov A.V. Transzvukovoy flatter konstruktsiy samoletov (Transonic flutter of aircraft structures) / Safronov A.V. K.: KVVAIU, 1987. - 155 p.
  8. Levkin V.F. Eksperimentalnyie issledovaniya nestatsionarnyih aerodinamicheskih harakteristik poverhnostey upravleniya pri transzvukovyih skorostyah (Experimental studies of non-stationary aerodynamic characteristics of control surfaces at transonic speeds) / Levkin VF // M.: ProceedingsofTsAGI. - 1982. - Issue 2132. - 16 p.
  9. AgeevYu.I. Eksperimentalnoe issledovanie ustanovivshihsya kolebaniy elerona v okolozvukovom potoke (Experimental study of steady oscillations of the aileronin a transonic flow) / AgeevYu. – M.: TsAGI. - 1974. - Volume V, No. 8. - P. 71–80.
  10. Azarov Yu.A., Chernovolov R.A. Nekotoryie osobennosti modelirovaniya dinamicheskoy aerouprugosti letatelnih apparatov v transzvukovyih aerodinamicheskih trubah (Some features of design of dynamic aeroresiliency of airborne vehicles in transonic wind-channels). ‑ Proceedingsof MAI. – M.: MAI. - 2017. - IssueNo. 97. - P. 1-28.
  11. Semon B.Y. Transzvukovyi flatter: vid MiH-25 do Space Ship Two / Semon B. Y., Safronov O. V., Nedilko O. M.// Nauka i oborona. – K.: «Stilos». – 2016. – № 3., – S. 32–35.
  12. Isogai K. O mehanizme rezkogo snizheniya granitsy flattera kryila pryamoy strelovidnosti na rezhime transzvukovogo poleta. Chast 1 (On the mechanism of a sharp decrease in the flutter boundary of a straight-swept wingin the transonic flight mode. Part 1) / Isogai K. - M .: RTK, volume 17, No. 7, 1979. - S. 149–151.
  13. Isogai K. O mehanizme rezkogo snizheniya granitsy flattera kryila pryamoy strelovidnosti na rezhime transzvukovogo poleta. Chast 2 (On the mechanism of a sharp decrease in the flutter boundary of a straight-swept wingin the transonic flight mode. Part 2) / Isogai K. - M .: RTK, volume 19, No. 10, 1981. - S. 169–171.
  14. Williams M.Kh. Teoriya neustanovivshegosya dvizheniya tonkogo profilya v transzvukovomu potoke s vnutrennimi skachkami uplotneniya (Theory of unsteady motion of a thin profilein a transonic flow with internal shockwaves / Williams M.Kh. - M.: RTK. - Volume 18, No. 7, 1980. - S. 11-23.
  15. Safronov A.V. Aerodinamicheskoe vozdeystvie skachkov uplotneniya na koleblyuschiysya v okolozvukovom potoke eleron (Aerodynamic impact of shock waves on an aileron oscillating in a transonic flow) / Safronov A. V. // UchenyezapiskiTsAGI. – M.: TsAGI. - Volume XX11, No. 3. - 1991. - S. 110 - 117
  16. Safronov O.V. Porivnialnyi analiz teoretychnykh ta rozrakhunkovo-eksperymentalnykh metodiv otsinky kharaterystyk transzvukovoho flateru (Comparative Analysis of Theoretical and Computational-Experimental Methods for Evaluating the Characteristics of Transonic Flutter)/ Safronov O.V., Semon B.Y., Nedilko O. M.// Zbirnyk naukovykh prats Ts VSDNUOU. – K.: NUOU. – 2015. – №1(53). – S. 41–48.
  17. Safronov O.V. Adaptovana matematychna model otsinky zbudzhenykh sharnirnykh momentiv aerodynamichnykh poverkhon keruvannia nadzvukovykh litakiv na transzvukovykh shvydkostiakh polotu (Adapted mathematical model for estimating excited hinge moments of aerodynamic control surfaces of supersonic aircraft at transonic flight speeds.)/ Safronov O.V., Nedilko O.M., Safronov V.O. // Zbirnyk naukovykh prats TsVSDNUOU. –K.: NUOU. – 2014. – № 3(52). – S. 28-33.
  18. Keldysh M.V. Izbrannyie trudyi. Mehanika (Selected Works. Mechanics). / Keldysh M.V. - M.: Nauka, 1985. - 568 p.
  19. Semon B.Y. Metod otsiniuvannia tysku mistsevoho nadzvukovoho potoku na profili aerodynamichnoi poverkhni keruvannia pry vynyknenni transzvukovoho flateru (A Method for Estimating the Change in Pressure of Local Supersonic Flow on the Control Surface Aerofoil under Transonic Flatter) / Semon B.Y., Safronov O.V., Nedilko O.M.// Naukaioborona. – K.: «Stilos». – 2019. – № 2. – S. 39- 43.
  20. Goshek I. Aerodinamika bolshih skorostey (Aerodynamics of high speeds) / Goshek I. - M.: silt, 1954. - 547 p.
  21. Svishchev G.P. Effektivnost rulya i sharnirnyie momentyi ego pri bolshih skorostyah (Efficiency of the steering wheel and its hingemoments at high speeds) / Svishchev G.P. // ProceedingsofTsAGI. – M.: TsAGI. - 1975. - Issue 1722. - 10 p.