Авиация и космонавтика 2013 10
Шрифт:
Для учета влияния аэроупругости в ОКБ совместно со специалистами ЦАГИ были развернуты экспериментальные и расчетные исследования флаттера и реверса органов управления проектируемого самолета.
Для исследования флаттера в несжимаемом потоке в 1975 г. в ОКБ при участии ЦАГИ разработали и построили две полных динамически подобных модели (ДПМ) Су-27 для испытаний в АДТ ЦАГИ малых скоростей. Модель 1ДТ10, изготовленная в масштабе 1:4, предназначалась для трубы Т-104, а поисковая ДПМ 2ДТ10 в масштабе 1:6 – для трубы Т-103. Испытания этих моделей проводились с 1975 г. На поисковой ДПМ 2ДТ10 выполнялись параметрические исследования элеронного флаттера, компоновочного флаттера в системе «крыло- фюзеляж» и влияние на характеристики флаттера различных подвесок, а также исследования флаттера ГО: влияние положения оси вращения, жесткости ГО на изгиб и вращение, наличие «зуба» на передней кромке ГО, гидродемпфера, и т.д.
Одновременно, для экспериментальных исследований флаттера на моделях в сжимаемом потоке в ОКБ при участии ЦАГИ были спроектированы и построены полная конструктивно-подобная модель самолета ЗДТ10 (масштаб 1:12) и динамически подобные модели его отдельных частей: крыла, горизонтального оперения и вертикального оперения. Масштаб моделей был различным-от 1:3 до 1:6.
Кроме того, д ля экспериментальных исследований реверса элеронов в сжимаемом потоке была построена упруго подобная модель (УПМ) крыла с элероном.
Был проведен большой объем расчетных и экспериментальных исследований аэроупругой устойчивости контура «упругий самолет – СДУ» и активных систем парирования флаттера.
Исследовались также динамические нагрузки от воздействия порыва и атмосферной турбулентности.
Хотя необходимость учета явлений аэроупругости при проектировании была очевидной, в силу ряда объективных обстоятельств не удалось своевременно и в полной мере реализовать требования аэроупругости в конструкции самолета. Это сдерживалось, с одной стороны, недостаточным развитием экспериментальных методов исследования флаттера, а с другой, – отсутствием высокопроизводительной вычислительной техники, позволяющей реализовать прогрессивные теоретические разработки в области аэроупругости, уже апробированные в ЦАГИ. Поэтому результаты исследований значительно отставали от темпа постройки самолета.
Сборка самолета Т10-1. Январь 1977 г. Противофлаттерные балансиры еще не предусмотрены
Установка противофлаттерных балансиров на крыле и ЦПГО
Самолет Т-10-3 на сборке. Обратите внимание на противофлаттерные балансиры, установленные по рекомендации ЦАГИ на законцовках крыла, на килях и цельноповоротных консолях горизонтального оперения. Конец 1978-начало 1979г.
В итоге получилось, что в первоначальном варианте компоновки самолет Су-27 проектировался в большей степени с позиции обеспечения требований аэродинамики, статической прочности и ресурса, и в меньшей степени – с точки зрения аэроупругости: по результатам испытаний ДПМ, критическая скорость флаттера на опытном самолете без реализации спецмероприятий составила V p=1270 км/ч. В итоге пециалистам 30-го отдела приходилось не столько формировать конструкцию самолета, сколько заниматься отысканием средств борьбы с флаттером на уже построенном самолете. В связи с этим, проблему обеспечения безопасности от флаттера на опытных самолетах пришлось решать традиционным способом – путем установки противофлаттерных грузов на крыле, стабилизаторе и килях самолета, после чего критическая скорость флаттера была повышена до приемлемой величины.
По результатам продувок и по рекомендации ЦАГИ на самолете были установлены следующие балансиры для борьбы с изгибно-крутильным флаттером:
– на крыле – выносные балансиры массой по 92 кг каждый;
– на управляемом стабилизаторе – выносные балансиры массой по 44 кг каждый;
– на килях – выносные балансиры массой по 22 кг каждый.
Необходимо подчеркнуть, что элерон, установленный
Непосредственно перед началом летных испытаний опытных самолетов Т10-1/2 и Т10-3/4 на каждом из них был проведен большой объем частотных испытаний планера самолета. Целью работ являлось определение частоты и формы его собственных колебаний, необходимых для дальнейших исследований динамических явлений аэроупругости на математических (в расчетах) и физических моделях (ДПМ в АДТ), проведения количественного анализа и определения необходимых «запасов» по критическим параметрам. Параллельно, в ходе этих работ выполнялись экспериментальные исследования частотных характеристик и устойчивости контура «упругий ЛА – СДУ» с определением запасов устойчивости. Результатом проведенных исследований было введение фильтра упругих колебаний (ФУК) в продольный канал управления и некоторых других изменений, обеспечивших требуемые запасы динамической аэроупругой устойчивости на самолете.
Элерон из композиционных материалов
Панель воздухозаборника из композиционных материалов
При проектировании Су-27 в 1974-1975 гг. ОКБ совместно с ВИАМ и НИАТ велись достаточно серьезные исследования в плане освоения новых технологий и материалов. Одним из основных направлений деятельности являлась попытка внедрения на самолете полимерных композиционных материалов (КМ). В1974 г. в ОКБ разработали аванпроект по применению композиционных материалов в конструкции самолета. Учитывая новизну и недостаточную изученность КМ, их внедрение в конструкцию самолета предполагалось осуществлять поэтапно – начиная со съемных малонагруженных деталей и агрегатов, постепенно переходя к съемным средне- и сильно нагруженным агрегатам, и лишь на заключительной стадии, по накоплении опыта, на этапе летных испытаний и эксплуатации, – к высоконагруженным несущим конструкциям.
Объем исследовательских работ был довольно велик. Если первоначально КМ рассматривались в качестве конструкционных материалов только для вспомогательных деталей (крышек несиловых люков, обтекателей и т.п.), то уже к концу 1974 г. в ОКБ была разработана и согласована с ЦАГИ и ВИАМ конструкция экспериментальных образцов элерона, стабилизатора и рулей направления с применением углепластика. В том же 1974 г. в ОКБ провели первые испытания образцов сотовых конструкций с обшивками из КМ на продольную устойчивость. В 1975 г. в целях внедрения КМ, на опытном производстве разработали технологический процесс изготовления обшивок из углеродного волокна и технологию их сборки. В ОКБ выпустили конструкторскую документацию для производства экспериментальных образцов агрегатов из композиционных материалов, а в опытном производстве изготовили 5 экземпляров элеронов и 10 створок передней опоры из углепластика, а также экспериментальный образец композиционного руля направления. Отдельно проводились работы по изготовлению различных образцов углепластика, исследованию его склеиваемости с металлами, по отработке покрытия для защиты углепластика от действия влаги и эрозии.
Но чем ближе подходило время начала рабочего проектирования, тем меньше энтузиазма оставалось у конструкторов каркасных отделов по поводу перспектив использования КМ на самолете. Причиной являлась нестабильность характеристик, которую демонстрировали экспериментальные образцы деталей из КМ во время их испытаний. Вполне возможно, что все это было связано с недостаточной отработанностью состава КМ и технологии их производства, но у конструкторов, подгоняемых директивными сроками выполнения задания, уже не оставалось времени для дальнейших исследований. По воспоминаниям О.С. Самойловича: «На заводе был построен цех по производству конструкций из композиционных материалов, был закуплен крупногабаритный западногерманский автоклав "Шольц". Однако "композиты" не нашли широкого применения на самолете Су-27, в основном из-за нестабильности характеристик, много деталей и узлов отбраковывалось.