Меркулов В.И. - Гидродинамика знакомая и незнакомая, страница 3

В наш век животные все больше уступают места машинам. Однако сами машины пака крепко привязаны к узким полоскам земли, называемым дар~агами. Наверное, именно этим объясняется та высокомерие, с которым верблюды проходят мимо увязших в песке машин. Мы, люди, мажем понять и простить презрение верблюда к машинам, но мы не мажем себе простить, чта творению наших рук так далека до творения природы. Описанный выше мотоцикл может послужить прототипом нового транспортиага средства, спасабнага двигаться па пустыням ~рис. 8), Надувные колеса.для этих 1 1'1 "ълЯ~~Ъ СМЕЯ ИОЗЕФ~ 1110~)Ч . '13~К;1 ":Р.' а'1':~~.",~.-'." И !'.~'.ЬС ~." ~~!! и„"Т ~ 5~.'М.":И "'4 "' й"'1' - ч!..Ф,. М ~, Чи - .

н:.,ля'т и;:л-нх ",~.. ь,~,т при..«'е ~ м~-ж. ~,, и~. 34~, $ Л~,.;л; 1иг ~~.~ ~д~;и:и.. ьл 1Ъ Тр [М."(ЛЦ1Г1МД и ма~:1~-'-.уть ь'1'. Р1Х1 <1..н.)ныл'ЯН11 АБ",ч П'1~':.'Ии)!11* ~ ° !~ Е 1Р~1рякц.~*„~ .Ы ~д~'~~~'3 '~ й1(":~~1~ )ЗЛЫЕ~'3 1 Л.1,'!(.'1 2 '1ЛЬЛМ Г~~Ж161НКЯМ.

! 1~)~-'.7 И КЬ."Зй;Ь '::;м..и ада с ильд": -армс,для~-, т~' й ~ ,'~~.т~::—: ~ 1 1о Ав =— 2 СтАТИЧЯСКАЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ ЖЕСТКОСТЬ КОНСТРУКЦИИ . Если буквой А обозначить.амплитуду колебаний упругой конструкции, буквой ~. — амплитуду прилаженной к единице массы силы, то в общем случае периодических колебаний связь между ними запишется так: А= ~ыо — ы' + чье~ Здесь шп — частота собственных колебаний, ш — частота, с какой действует внешняя сила, а — коэффициент, характеризующий рассеивание энергии в упругой конструкции. В частном случае постоянной внешней силы и = О, и тогда Чем больше собственная частота, тем меньшие эффекты деформации возникают в конструкции под действием той. же силы. Квадрат частоты можно назвать статической жесткостью.

Эта жесткость будет определять поведение конструкции и для Переменной внешней силы, если толька ее частота ы будет значительно меньше' собственной частоты ып. Иное положение складывается в резонансном случае, когда эти частоты совпадают. При этом предыдущая формула приобретает вид м= ',('"). Отношение ьо~а почти во всех Ф случаях очень большая величина, Чисто упругое демпфиров»нне крыла самолета характеризуется числ»ми езо~о = 2Π— ЗО. Таким образом, в резонансном случае жесткость конструкции, так 4О называемая - динамическая жесткость, оказывается в 20 — ЗО раз меньше статической жесткости той же конструкции. Даже если амплитуда резонансной силы будет во столько же раз меньше, она будет вызывать большие амплитуды деформаций и, следовательно, большие внутренние напряжения, Если же к ~тому добавить знакопеременный характер н»грузки, к которым конструкции особенно чувствительны, то становится понятным особый интерес конструкторов к такого рода нагрузкам.

ДЕМПФИРОВАНИЕ УПРУГИХ КОЛКБАНИЙ Из предыдущих рассуждений видно, что увеличение коэффициента демпфирования а может служить эффективным средством увеличения динамической жесткости конструкции,и, следовательно, ее ресурса. При решении этой задачи кардинальным оказывается вопрос а технических средствах, с помощью которых можно увеличить коэффициент демпфирования.

Новым и перспективныж направлением на этом пути является демпфирование с помощью автоматически управляемых сил. Исследования причин ко. лебаний крыльев показали, что большая часть их связана с передаваемыми крыльям ударами шасси самолета о неровности аэродромного покрытия.

. Таким образом, встает вопрос о демпфировании упругих колебаний с помощью внутренних автоматически управляемых сил. Какие это могут быть силы7 Прежде всего это могут быть силы инерции, возникающие при колебании вдоль оси, крыла некоторых масс. Чтобы понять, как та- кое движение может демнфировать колебание крыла,- вспомним, каким образом человек, качакнцийся на качелях, останавливает их колебания, ни на что ие опираясь, используя только внутренние силы.

Для этого он приседает и поднимается с частотой, в два раза превосходящей частоту колебания качелей Такое движение можно использовать и для раскачки качелей, и для их остановки, все зависит от выбор» сдвига фазы между колебаниями качелей и приседанием человека. Если нижнее положение человека совпадает с ннжниж положением качелей, то они раскачиваются, в противоположном случае к»- чели останавливаются.

Сравнительно просто приложить к крылу внутренние крутящие моменты Действительно, тоикнй гибкий вал — торсион, проходящий вдоль оси крыла, позволяет передавать крутящий момент на конец крыла. А так как крыло совершает связанные изгибно-крутильные колебания, у нас появляется возможность управлять этими колебаниями.

В чем особенность автоматически управляемого моментИ Если такой вал закреплен одним концом с,фюзеляжем, а другим концом с внешним,краем крыла, то он будет препятствовать кручению и изгибу крыла без всякого автоматического управления.' Здесь киы должны выделить два обстоятельства.

Во-первых, крыло закручивается иа очень малый угол, порядка нескольких градусов. ",При такой ..закрутке в вале создаются очень малые моменты, которые 'слабо повлияют на амплитуду колебания крыла. Управляющий момент создается за счет закрутки вала на десятки градусов до предела, диктуемого его прочностью. Соответственно этот момент в десятки раз будет больше при том же весе вала. Второе обстоятельство связано с тем, что пассивная конструкция изменяет на малую величину собственную частоту, в то время как автоматически управляемый момент изме- . няет, пусть даже на жалую величину, коэффициент демпфирования а.

Но так как и мало, то относительное изменение оказывается большим. Именно этн обстоятельства приводят к большой эффективности управляющих сил. Так расчет показал, что вал, вес которого составляет. 4% От Веса крыла, увеличивает на порядок коэффициент демпфирования. Другая возможность создания управляющего момента может быть реализована с помощью гироскопических моментов, Чаще всего быстро вращающийся ротор, способный сохранять неизменным положение оси вращения, ассоциируется у нас с гироскопом — датчиком угловых положений.

Как всякий датчик, ои должен иметь минимальные размеры. Крупные роторы — маховики — используются как аккумуляторы вращательного движения. Маховик средних размеров может быть использован одновременноно и как датчик угловых перемещений, в данном случае кручения крыла, и как исполнительный элемент для уменьшения кручения крыла или поворота закрилка, Гироскопический . момент, как яместна„ пропорционален кинетическому моменту маховика и угловой скорости поворота его оси, Большое число оборотов позволяет реализовать большой кинетический момент при умеренном весе маховика, А зависимость управляющего момента от скорости кручения позволяет реализовать закон управле- 41 Проделайте следующий эксперимент. Опустите ладони в воду и не спеша сведите их вместе. Такое движение потребует от вас небольших усилий, Попытайтесь теперь часто похлопать ладонями.

И хотя максимальная скорость движения ладоней теперь будет меньше, от вас потребуются очень большие усилия. В первом случае ладони двигались почти с постоянной скоростью и испытывали только гидродинамическж' сопротивление воды, которое прн небольшой скорости совсем невелика. Во втором случае ладони меняли направление движения и величину скорости, т. е.

двигались с, ускорением и испытывали не только гидродинамическое сопротивление, которым можно в этом случае .пренебречь, на и силу, вызванную инерцией окружающей воды, Эта сила, как и любая другая, подчиняется закону Ньютона, т, е. пропорциональна ускорению и массе, участвующей в движении.

Какая же масса участвует в движении, когда. тало движется .в воде? Тело приводит в движение всю окружающую его массу воды. Причем близлежащие слои движутся со скоростью самого тала, более удаленные в меньшей степени вовлекаются в движение. И только бесконечно далекие от тела частицы жидкости остаются неподви ж ным и. ПРИСОЕДИНЕННАЯ МАССА . Для того чтобы пользоваться законом Ньютона, удобно ввести понятие присоединенной массы Эта такая фиктивная масса, като~ рая, будучи добавлена к массе тела, заменит инерционное воздействие всей жидкости. Особенностью присоединенной массы является та, ф$ что она зависит не только от геометрии тела, но и от направления его движения, Возьмите простую линейку. Обычная ее масса не зависит ат тото, в каком направлении .она будет двигаться.