cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2024-27-2-94-102caht-2339Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGЭкспериментальные исследования влияния упругодиссипативных параметров узлов крепления двигателя на динамические характеристики системы «модель крыла – упругий пилон – двигатель»Experimental studies of the influence of elastic-dissipative parameters of engine mounting units on the dynamic characteristics of the “wing model – elastic pylon – engine” systemПетровЮ. В.PetrovY. V.

Петров Юрий Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технической механики и инженерной графики

г. Москва

Yuriy V. Petrov, Doctor of Technical Sciences, Professor, the Head of the Technical Mechanics and Engineering Graphics Chair

Moscow

doctor561@rambler.ruСемаковаМ. В.SemakovaM. V.

Семакова Марина Владимировна, старший преподаватель технической механики и инженерной графики

г. Москва

Marina V. Semakova, Senior Lecturer of the Chair of Technical Mechanics and Engineering Graphics

Moscow

m.semakova@mstuca.aeroУгрениновВ. Г.UgreninovV. G.

Угренинов Владимир Германович, кандидат технических наук, доцент кафедры технической механики и инженерной графики

г. Москва

Vladimir G. Ugreninov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Chair of Technical Mechanics and Engineering Graphics

Moscow

v.ugreninov@mstuca.aeroМосковский государственный технический университет гражданской авиацииРоссияThe Moscow State Technical University of Civil AviationRussian Federation20240605202427294102Copyright © Петров Ю.В., Семакова М.В., Угренинов В.Г., 20242024Петров Ю.В., Семакова М.В., Угренинов В.Г.Petrov Y.V., Semakova M.V., Ugreninov V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/2339

Особенностью современных тяжелых транспортных самолетов является компоновка с двигателями на упругих пилонах под крылом, при этом основная масса топлива размещена в консолях крыла. В этом случае в число основных упругих тонов собственных колебаний летательного аппарата (ЛА), которые определяют его динамический отклик на внешние возмущающие воздействия, входят так называемые двигательные тона (вертикальные и горизонтальные (боковые) колебания двигателей на упругих пилонах). Появился новый вид флаттера – пилонный, который для некоторых летательных аппаратов определяет критическую скорость флаттера ЛА в целом. Основная причина этого явления заключается в низком демпфировании колебаний двигателя на пилоне под крылом. Поэтому представляются актуальными исследования, направленные на модернизацию узлов крепления двигателей на пилоне с целью снижения уровня упругих колебаний при эксплуатации ЛА. Одним из возможных путей решения данной задачи является использование концепции освобожденного двигателя, когда проводится модернизация узлов крепления двигателя к пилону, обеспечивающая более эффективное демпфирование колебаний двигателей. С целью подтверждения возможности практической реализации данных решений проведены соответствующие экспериментальные исследования на разработанной авторами экспериментальной установке. Разработана конструкция узлов крепления двигателя, допускающая заданные смещения двигателя относительно пилона при вынужденных упругих колебаниях системы, которая включает шарнирный подвес, установку дополнительных упругих элементов и гидравлических демпферов. В статье приводятся результаты исследований влияния упругодиссипативных параметров (парциальной частоты собственных колебаний и парциального декремента колебаний) подвески двигателя на упругом пилоне на динамические характеристики динамической системы «модель крыла – упругий пилон – двигатель». Показано, что путем введения специальным образом сконструированных узлов подвески двигателей на пилонах представляется возможным существенно изменить динамические характеристики (частоты и амплитуды собственных колебаний) упругой системы в целом. Так, амплитуды колебаний центра масс двигателя в области двигательных тонов уменьшаются в 3…7 раз при вынужденных гармонических колебаниях.

A feature of modern heavy transport aircraft is their layout with engines on elastic pylons under the wing, with the fuel tanks located in the wing consoles. In this case, the main elastic tones of the aircraft’s own oscillations, which determine its dynamic response to external disturbing influences, include the so-called motor tones (vertical and horizontal (lateral) oscillations of engines on elastic pylons). A new type of flutter has appeared – pylon, which for some aircraft determines the critical flutter speed of the aircraft as a whole. The main reason for this phenomenon is the low oscillation damping of the engine on the pylon under the wing. Therefore, research aimed at modernizing the engine mounting points on the pylon in order to reduce the level of elastic oscillations during aircraft operation seems relevant. One of the possible ways to solve this problem is to use the concept of a freed engine, when the engine attachment points to the pylon are modernized, providing more effective damping of engine oscillations. In order to confirm the possibility of practical implementation of these solutions, corresponding experimental studies were carried out on an experimental setup developed by the authors. A design of engine mounting units has been developed that allows specified displacements of the engine relative to the pylon during forced elastic oscillations of the system, which includes a hinged suspension, installation of additional elastic elements and hydraulic dampers.The article presents the results of studies of the influence of elastic-dissipative parameters (partial frequency of natural oscillations and partial decrement of oscillations) of an engine mount on an elastic pylon on the dynamic characteristics of the dynamic system “wing model – elastic pylon – engine”. It is shown that by introducing specially designed engine suspension units on pylons, it is possible to significantly change the dynamic characteristics (frequencies and amplitudes of natural oscillations) of the elastic system as a whole. Thus, the amplitudes of oscillations of the engine’s center of mass in the region of motor tones decrease by 3...7 times during forced harmonic oscillations.

упругодиссипативные параметры подвескидинамические характеристикичастота и амплитуда собственных колебанийамплитудно-частотные характеристикиelastic-dissipative parameters of the suspensiondynamic characteristicsfrequency and amplitude of natural oscillationsamplitude-frequency characteristicsReferencesJorgensen, L., Saki, H. (2023). Design of aero engine structure. Bachelor’s thesis. University West. Uppsala, Sweden, 65 p.Jorgensen L., Saki H. Design of aero engine structure. Bachelor’s thesis. University West. Uppsala, Sweden, 2023. 65 p.Zichenkov, M.C., Ishmuratov, F.Z., Kuznecov, A.G. (2018). Studying the gyroscopic forces and structural damping joint impact on the wing flutter of the aeroelastic EuRAM model. Aerospace MAI Journal, vol. 25, no. 4, pp. 86–95. (in Russian)Зиченков М.Ч., Ишмуратов Ф.З., Кузнецов А.Г. Исследование совместного влияния гироскопических сил и конструкционного демпфирования на характеристики флаттера крыла аэроупругой модели EuRAM // Вестник МАИ. 2018. Т. 25, № 4. С. 86–95.Ovchinnikov, V.V., Petrov, Yu.V. (2017). Numerical methods for the study of aircraft aeroelasticity: Monography. Moscow: Izdatelskiy dom Akademii imeni N.Ye. Zhukovskogo, 160 p. (in Russia)Овчинников В.В., Петров Ю.В. Численные методы исследования аэроупругости летательных аппаратов: монография. М.: ИД Академии имени Н.Е. Жуковского, 2017. 160 с.Ovchinnikov, V.V., Petrov Yu.V. (2020). Study of running engines inertial and gyroscopic properties influence on the dynamic system engine-pylon-wing structural capabilities. Civil Aviation High Technologies, vol. 23, no. 3, pp. 63–72. DOI: 10.26467/2079-0619-2020-23-3-63-72Овчинников В.В., Петров Ю.В. Исследование влияния инерционных и гироскопических свойств работающих двигателей на прочностные характеристики динамической системы двигатель-пилон-крыло // Научный Вестник МГТУ ГА. 2020. Т. 23, № 3. С. 63–72. DOI: 10.26467/2079-0619-2020-23-3-63-72Fujino, M., Oyama, H., Omotani, H. (2003). Flutter characteristics of an over-thewing engine mount business-jet configuration. In: 44th AIAA/ASME/ASCE/AHS Structures, Structural Dynamics and Materials Conference. AIAA 2003-1942, pp. 1–12. DOI: 10.2514/6. 2003-1942Fujino M., Oyama H., Omotani H. Flutter characteristics of an over-the-wing engine mount business-jet configuration // 44th AiAA/ASME/ASCE/AHS Structures, Structural Dynamics and Materials Conference. AIAA 2003-1942, 2003. Pp. 1–12. DOI: 10.2514/6.2003-1942Waitz, S., Hennings, H. (2015). The aeroelastic impact of engine thrust and gyroscopics on aircraft flutter instabilities. In: International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics, IFASD-2015, pp. 1–15.Waitz S., Hennings H. The aeroelastic impact of engine thrust and gyroscopics on aircraft flutter instabilities // International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics. IFASD-2015. Russia, Saint Petersburg, 2015. Pp. 1–15.Wang, L., Wan, Z., Wu, Q., Yang, C. (2012). Aeroelastic modeling and analysis of the wing/engine system of a large aircraft. Procedia Engineering, vol. 31, pp. 879–885. DOI: 10.10 16/j.proeng.2012.01.1116Wang L. Aeroelastic modeling and analysis of the wing/engine system of a large aircraft / L. Wang, Z. Wan, Q. Wu, Ch. Yang // Procedia Engineering. 2012. Vol. 31. Pp. 879–885. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.01.1116Zettel, S., Boswald, M., Winter, R. (2023). Jet-engine vibration model for the estimation of pylon-wing interface loads. DAGA, pp. 628–631.Zettel S., Boswald M., Winter R. Jetengine vibration model for the estimation of pylon-wing interface loads // DAGA. 2023. Pp. 628–631.Vermel, V.D., Zichenkov, M.Ch., Koryakin, A.N., Paryshev, S.E. (2020). Study of an experimental prototype simulating a mechanical vibration damper with rotational friction pairs. Journal of “Almaz – Antey” Air and Space Defence Corporation, no. 4 (35), pp. 77–86. DOI: 10.38013/2542-0542-2020-4-77-86 (in Russian)Вермель В.Д. Результаты исследований опытного образца механического демпфера вибраций с вращательными парами трения / В.Д. Вермель, М.Ч. Зиченков, А.Н. Корякин, С.Э. Парышев // Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2020. № 4 (35). С. 77–86. DOI: 10.38013/2542-0542-2020-4-77-86Serov, M.V., Averyanov, G.M., Alexandrova, S.G. (2013). Experience of using vibration theory to practical issues of application of inertial dynamic vibration absorbers. Izvestiya MGTU “MAMI”, no. 1 (15), pp. 118–124. (in Russian)Серов М.В., Аверьянов Г.М., Александрова С.Г. Опыт применения теории колебаний к практическим вопросам применения инерционных динамических гасителей колебаний // Известия МГТУ «МАМИ». 2013. Т. 3, № 1 (15). С. 118–124.De Silva, C.W. (2007). Vibration damping, control, and design. 1st ed., CRC Press, 634 p.De Silva C.W. Vibration damping, control, and design. 1st ed. CRC Press, 2007. 634 p.Ünker, F., Çuvalci, O. (2015). Vibration control of a column using a gyroscope. In: Procedia-Social and Behavioral Sciences, vol. 195, pp. 2306–2315. DOI: 10.1016/j.sbspro.2015.06.182Ünker F., Çuvalci O. Vibration control of a column using a gyroscope // Procedia-Social and Behavioral Sciences, 2015. Vol. 195. Pp. 2306–2315. DOI: 10.1016/j.sbspro.2015.06.182He, H., Xie, X., Wang, W. (2017). Vibration control of tower structure with multiple cardan gyroscopes. Shock and Vibration. 2017. Vol. 2017. Article ID 3548360. 11 pp. DOI: 10.1155/2017/3548360 (accessed: 03.09.2023).He H., Xie X., Wang W. Vibration control of tower structure with multiple cardan gyroscope [Электронный ресурс] // Shock and Vibration. 2017. Vol. 2017. Article ID 3548360. 11 pp. DOI: 10.1155/2017/3548360 (дата обращения: 03.09.2023).Soleymani, M., Norouzi, M. (2021). Active gyroscopic stabilizer to mitigate vibration in a multimegawatt wind turbine. Wind Energy, vol. 24, issue 7, pp. 720–736. DOI: 10.1002/ we.2599 (accessed: 03.09.2023).Soleymani M., Norouzi M. Active gyroscopic stabilizer to mitigate vibration in a multimegawatt wind turbine [Электронный ресурс] // Wind Energy. 2021. Vol. 24, iss. 7. Pp. 720–736. DOI: 10.1002/we.2599 (дата обращения: 03.09.2023).Sitnikov, D.V., Buran, A.A. (2021). The active dynamic vibration damper in nonstationary operation of a vibroactive unit. Omsk Scientific Bulletin, no. 4 (178), pp. 13–17. DOI: 10.25206/1813- 8225-2021-178-13-17Ситников Д.В., Бурьян А.А. Система виброизоляции с активным динамическим гасителем колебаний при нестационарном режиме работы поршневой машины // Омский научный вестник. 2021. № 4 (178). С. 13–17. DOI: 10.25206/1813- 8225-2021-178-13-17

The authors declare that there are no conflicts of interest present.