Аэроупругость. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Аэроупругость - раздел прикладной механики, в к-ром изучается взаимодействие упругой системы с потоком газа (воздуха). Явления А. встречаются во мн. областях техники, в строит. деле при изучении ветровых воздействий на мосты и высотные сооружения, в судостроении и энергомашиностроении. Особенно важное значение исследования А. приобретают в авиации и ракетной технике.

Аэродинамич. силы, действующие на летат. аппарат (ЛА) при его движении в воздухе, вызывают деформации конструкции, к-рые, в свою очередь, приводят к изменению аэродинамич. сил. Явления, рассматриваемые в А., подразделяются на статические и динамические. К первым относятся взаимодействия аэродинамич. сил и сил упругости конструкции: дивергенция - апериодич. потеря устойчивости крыла (оперения), потеря эффективности органов управления, вызванная статич. деформациями, влияние упругой деформации конструкции на распределение аэродинамич. давления по поверхности и на статич. устойчивость JIA. К динамич. относятся явления, для к-рых существенны взаимодействия трёх видов сил - аэродинамических, инерционных и сил упругости: флаттер - колебат. потеря устойчивости ЛА или его частей, вызванная взаимодействием аэродинамич., упругих и инерционных сил; бафтинг - вынужденные колебания части упругой конструкции под действием нестационарного обтекания, напр. срыва вихрей; автоколебания органов управления ЛА при трансзвуковом режиме полёта; реакция упругой конструкции на порывы ветра; влияние деформации конструкции на динамич. устойчивость полёта ЛА.

Потеря устойчивости конструкции ЛА объясняется тем, что упругая колебат. система в потоке воздуха является принципиально неконсервативной системой, в к-рую при определённом сочетании конструктивных параметров и режимов полёта поступает энергия из равномерного потока, что может привести к неограниченному возрастанию амплитуд колебаний и, следовательно, к разрушению конструкции.

Для совр. ЛА вследствие широко применяемых средств автоматизации управления полётом особое значение приобретает взаимодействие упругой конструкции с системой автоматич. управления. Влияние этой системы заметно усложняет анализ аэроупругого взаимодействия в связи с необходимостью учитывать нелинейные свойства её механич., гидравлич. и электронных элементов, а её функционирование приводит к специфич. видам потери аэроупругой устойчивости. Применяются спец. системы автоматич. управления - т. н. активные, улучшающие аэроупругие и прочностные характеристики ЛА.

Становление А. как раздела прикладной механики относится к 30-м гг. 20 в., когда авиация столкнулась с такими явлениями, как бафтинг и флаттер самолётов. В СССР основы А. были заложены работами M. В. Келдыша, разработавшего теорию флаттера. Совр. А. представляет собой сложный комплекс расчётно-эксперим. исследований, базирующихся на применении достижений нестационарной аэродинамики, строит. механики, вычислит. техники. Явления А. изучаются на основе расчётных и эксперим. методов. Для построения математич. модели А. разрабатывается расчётная динамич. схема, приближенно отображающая свойства реальной конструкции и представляющая собой систему элементов, достаточно простых для описания их упругих свойств (напр., балки, пластины и др.). Для определения аэродинамич. воздействий применяют те или иные аэродинамич. теории в зависимости от режима полёта. Расчёт аэродинамич. сил производят при определённых, упрощающих задачу предположениях. Наиб. близкую к действит. картине обтекания колеблющегося ЛА в потоке воздуха даёт теория крыла в нестационарном потоке, на основе к-рой разработаны методы вычисления аэродинамич. сил для разл. режимов (дозвуковой, трансзвуковой, сверхзвуковой и гиперзвуковой режимы полёта). Развитие вычислит. техники обусловило широкое применение численных методов для определения нестационарных давлений на колеблющейся аэродинамич. поверхности произвольной конфигурации.

Наряду с расчётными широко применяются эксперим. методы исследования. Один из осн. эксперим. методов - испытания динамически подобных моделей ЛА в аэродинамических трубах - позволяет достаточно полно изучить явление в наземных условиях на нач. стадиях проектирования ЛА. Исследования в аэродинамич. трубе особенно важны в тех случаях, когда возникают затруднения в получении достоверных результатов расчётными методами, напр. при решении задач А. в области трансзвуковых скоростей полёта или при срыве потока.

Литература по аэроупругости

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.