<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">caht</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Научный вестник МГТУ ГА</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Civil Aviation High Technologies</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2079-0619</issn><issn pub-type="epub">2542-0119</issn><publisher><publisher-name>Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.26467/2079-0619-2024-27-6-72-81</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">caht-2468</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>МАШИНОСТРОЕНИЕ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>MECHANICAL ENGINEERING</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Экспериментальные исследования влияния гироскопической системы демпфирования на аэроупругие характеристики модели крупногабаритного летательного аппарата с двигателями на упругих пилонах под крылом</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Experimental studies of the influence of a gyroscopic damping system on the aeroelastic characteristics of a large aircraft model with elastic pylon-mounted engines under the wing</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Петров</surname><given-names>Ю. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Petrov</surname><given-names>Y. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Петров Юрий Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технической механики и инженерной графики</p><p>г. Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Yuriy V. Petrov, Doctor of Technical Sciences, Professor, The Head of the Technical Mechanics and Engineering Graphics Chair</p><p>Moscow</p></bio><email xlink:type="simple">doctor561@rambler.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Семакова</surname><given-names>М. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Semakova</surname><given-names>M. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Семакова Марина Владимировна, старший преподаватель кафедры технической механики и инженерной графики</p><p>г. Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Marina V. Semakova, Senior Lecturer, Technical Mechanics and Engineering Graphics Chair</p><p>Moscow</p></bio><email xlink:type="simple">m.semakova@mstuca.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Медведева</surname><given-names>Н. Н.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Medvedeva</surname><given-names>N. N.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Медведева Наталья Николаевна, старший преподаватель кафедры технической механики и инженерной графики</p><p>г. Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Natalia N. Medvedeva, Senior Lecturer, Technical Mechanics and Engineering Graphics Chair</p><p>Moscow</p></bio><email xlink:type="simple">n.medvedeva@mstuca.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Угренинов</surname><given-names>В. Г.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Ugreninov</surname><given-names>V. G.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Угренинов Владимир Германович, кандидат технических наук, доцент кафедры технической механики и инженерной графики</p><p>г. Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Vladimir G. Ugreninov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Technical Mechanics and Engineering Graphics Chair</p><p>Moscow</p></bio><email xlink:type="simple">v.ugreninov@mstuca.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Московский государственный технический университет гражданской авиации</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>The Moscow State Technical University of Civil Aviation</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2024</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>11</day><month>01</month><year>2025</year></pub-date><volume>27</volume><issue>6</issue><fpage>72</fpage><lpage>81</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Петров Ю.В., Семакова М.В., Медведева Н.Н., Угренинов В.Г., 2024</copyright-statement><copyright-year>2024</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Петров Ю.В., Семакова М.В., Медведева Н.Н., Угренинов В.Г.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Petrov Y.V., Semakova M.V., Medvedeva N.N., Ugreninov V.G.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/2468">https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/2468</self-uri><abstract><p>При создании современных крупногабаритных транспортных самолетов широко используется компоновка с двигателями, размещенными на упругих пилонах под крылом. Такое расположение двигателей обладает известными преимуществами, однако имеют место и существенные динамические особенности, обусловленные тем, что парциальные частоты вертикальных и горизонтальных (боковых) колебаний двигателей на упругих пилонах близки к собственным частотам изгибных и крутильных колебаний консолей крыла низших тонов. Именно указанный частотный спектр и определяет динамический отклик летательного аппарата в целом на внешние возмущающие воздействия, а также существенно влияет на динамическую устойчивость ЛА. Для гашения колебаний двигателей на упругих пилонах предложен ряд технических решений, в том числе реализация принципа «освобожденного двигателя». В данной работе предлагается для повышения диссипативных параметров колебаний двигателей на пилонах использовать специальные устройства – силовые гироскопы, которые являются основным элементом гироскопической системы демпфирования. Многочисленные теоретические исследования возможности применения силовых гироскопов показали, что устойчивость динамической системы можно повысить путем введения в нее дополнительных гироскопических, диссипативных и потенциальных сил. Известно предложение использовать метод непосредственной гироскопической стабилизации для управления аэроупругими колебаниями элементов конструкции ЛА. В статье предлагается использовать силовые гироскопы для гашения слабодемпфированных колебаний двигателей на пилонах крупногабаритного самолета. С целью оценки возможности практического применения гироскопической системы демпфирования (ГСД) были проведены экспериментальные исследования на динамически подобной флаттерной модели (ДПФМ) крупногабаритного самолета с четырьмя двигателями на пилонах под крылом типа Ан-124. Исследования включали два этапа: частотные и флаттерные испытания. В качестве ГСД использовалось гироскопическое устройство, выполненное по схеме скоростного гироскопа, который был установлен внутри гондолы двигателя. В статье приводятся результаты экспериментов по оценке влияния ГСД на динамические характеристики ДПФМ. Анализ нормированных амплитудно-частотных характеристик вертикальных и горизонтальных колебаний в центре масс внешних двигателей показывает значительное (в 1,5...5,0 раза) снижение пиковых значений амплитуд колебаний во всем рассматриваемом частотном диапазоне. Результаты экспериментальных исследований влияния ГСД на флаттерные характеристики модели самолета показали значительное (7…15 %) увеличение критической скорости флаттера при всех уровнях заправки самолета топливом. При этом при включенной гироскопической системе демпфирования автоколебания носят вялый, сбивчивый характер, а формы флаттера за счет гироскопической связанности продольного и бокового движения переходят из одной в другую.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>During production of modern large transport aircraft, engine arrangement mounted on the elastic pylons under the wing is widely used. This arrangement of engines has certain advantages, however, there are also significant dynamic features due to the fact that the partial frequencies of vertical and horizontal (lateral) vibrations of elastic pylon-mounted engines are close to the wing bending and torsional natural frequencies of low modes. It is this frequency spectrum that determines the dynamic response of the aircraft as a whole to external disturbance input, and also significantly affects the dynamic stability of the aircraft. A number of technical solutions have been proposed to damp vibrations of the elastic pylon-mounted engines, including the implementation of the “freed engine” principle. To increase the dissipative parameters of the pylon-mounted engines vibrations, this paper proposes to use special devices – powered gyroscopes, which are the main part of the gyroscopic damping system. Numerous theoretical studies of the possibility of using powered gyroscopes have shown that the stability of a dynamic system can be increased by introducing additional gyroscopic, dissipative and potential forces into it. It is known that a method of direct gyroscopic stabilization is proposed to control aeroelastic oscillations of aircraft structural elements. The article proposes to use powered gyroscopes to damp lightly damped vibrations of pylon-mounted engines of a large aircraft. In order to assess the possibility of practical application of the gyroscopic damping system (GDS), experimental studies were conducted on a dynamically similar flutter model (DSFM) of a large aircraft type An-124 with four pylon-mounted engines under the wing. The studies included two stages: frequency and flutter tests. A gyroscopic device made according to the scheme of a rate gyroscope, which was installed inside the engine nacelle, was used as the GDS. The article presents the results of the experiments to assess the effect of the GDS on the dynamic characteristics of the DPFM. The analysis of the normalized amplitude-frequency characteristics of vertical and horizontal oscillations in the center of mass of the outboard engines shows a significant (by 1.5...5 times) decrease in the peak values of the oscillation amplitudes across the entire frequency range covered. The results of the experimental studies of the effect of the GDS on the flutter characteristics of the aircraft model showed a significant (7...15%) flutter speed enhancement at all levels of aircraft refueling. At the same time, with the gyroscopic damping system powered on, the self-oscillations are sluggish and incoherent, and the flutter modes change from one to another due to the gyroscopic coupling of the longitudinal and lateral motion.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>гироскопическая система демпфирования</kwd><kwd>частота и форма собственных колебаний</kwd><kwd>амплитудночастотные характеристики</kwd><kwd>динамическая устойчивость</kwd><kwd>флаттер</kwd><kwd>критическая скорость флаттера</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>gyroscopic damping system</kwd><kwd>frequency and mode of natural oscillations</kwd><kwd>amplitude-frequency characteristics</kwd><kwd>dynamic stability</kwd><kwd>flutter</kwd><kwd>flutter speed</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Jorgensen L., Saki H. Design of aero engine structure. Bachelor’s thesis. University West. Uppsala, Sweden, 2023. 65 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Jorgensen, L., Saki, H. (2023). Design of aero engine structure. Bachelor’s thesis. University West. Uppsala, Sweden, 65 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">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.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">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)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Овчинников В.В., Петров Ю.В. Исследование влияния упругодиссипативных параметров подвески двигателя на пилоне под крылом на аэроупругие и прочностные характеристики самолета // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2021. № 1. С. 119–128. DOI: 10.31857/S0572329921010086</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ovchinnikov, V.V., Petrov, Y.V. (2021). Investigation of the influence of elastic dissipative parameters of the under wing pylonmounted engine suspension on aeroelastic and strength characteristics of the aircraft. Mechanics of Solids, Vol. 56, no. 1, pp. 95–102. DOI: 10.3103/S0025654421010106</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">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.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Waitz, 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.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Wang 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.2012.01.1116</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">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: 10.1016/j.proeng.2012.01.1116</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Овчинников 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: 10.26467/2079-0619-2020-23-3-63-72</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">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: 10.26467/2079-0619-2020-23-3-63-72</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ишлинский А.Ю. Механика гироскопических систем. М.: АН СССР, 1963. 482 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ishlinskiy, A.Yu. (1963). Mechanics of gyroscopic systems. Moscow: AN SSSR, 482 p. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сорокин А.В., Яременко В.В. История создания силовых гироскопов для систем управления ориентацией космических аппаратов // Гироскопия и навигация. 2022. Т. 30, № 1 (116). С. 84–92. DOI: 10.17285/0869-7035.0087</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sorokin, A.V., Yaremenko, V.V. (2022). Control moment gyroscopes for spacecraft attitude control systems: history of development. Gyroscopy and Navigation, vol. 13, no. 1, pp. 53–58. DOI: 10.1134/S2075108722010060</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Мкртычан А.Р. Современное состояние и перспективы развития силовых гироскопических комплексов / А.Р. Мкртычан, Н.И. Башкеев, Д.О. Якимовский, Д.И. Акашев, О.Б. Яковец // Гироскопия и навигация. 2015. № 1 (88). С. 93–99. DOI: 10.17285/0869-7035.2015.23.1.093-099</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mkrtychan, A.R., Bashkeev, N.I., Yakimovskii, D.O., Akashev, D.I., Yakovets, O.B. (2015). Powered gyrosystems: state of the art and development prospects. Giroskopiya i Navigatsiya, no. 1 (88), pp. 93–99. DOI: 10.17285/0869-7035.2015.23.1.093-099 (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Полянин К.С., Гордиенко В.С. Система ориентации космического аппарата на базе силового гироскопического комплекса // Наука без границ. 2019. № 1 (29). С. 16–25.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Polyanin, K.S., Gordienko, V.S. (2019). The orientation system of the spacecraft on the basis of the power of the gyroscopic complex. Nauka bez granits, no. 1 (29), pp. 16–25. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ünker F., Çuvalci O. Gyroscopic vibration damper for building: Theoretical and experimental research // Gazi Journal of Engineering Sciences. 2022. Vol. 8, no. 3. Pp. 457–471. DOI: 10.30855/gmbd.0705034</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ünker, F., Çuvalci, O. (2022). Gyroscopic vibration damper for building: Theoretical and experimental research. Gazi Journal of Engineering Sciences, vol. 8, no. 3, pp. 457–471. DOI: 10.30855/gmbd.0705034</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Платонов В.Н., Сумароков А.В. Управление космическим аппаратом с помощью двухстепенных гироскопов при их раскрутке и торможении // Известия РАН. Теория и системы управления. 2020. № 2. С. 156–167. DOI: 10.31857/S0002338820020110</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Platonov, V.N., Sumarokov, A.V. (2020). Controlling a satellite using singlegimbal control moment gyroscope during their spinning and braking. Journal of Computer and Systems Sciences International, vol. 59, no. 2, pp. 289–300. DOI: 10.1134/S1064230720020100</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">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: 10.38013/2542-0542-2020-4-77-86</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">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)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">He H., Xie X., Wang W. Vibration control of tower structure with multiple cardan gyroscope [Электронный ресурс] // Shock and Vibration. 2017. Vol. 2017. ID: 3548360. 11 p. DOI: 10.1155/2017/3548360 (дата обращения: 03.07.2024).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">He, H., Xie, X., Wang, W. (2017). Vibration control of tower structure with multiple cardan gyroscopes. Shock and Vibration, vol. 2017, ID: 3548360, 11 p. DOI: 10.1155/2017/3548360 (accessed: 03.07.2024).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Горелова А.Ю., Кристаль М.Г. Виброгаситель инструмента для обработки гидроцилиндров шахтной крепи // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2017. № 6. С. 50–59.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gorelova, A.Yu., Kristal, M.G. (2017). Vibration damper for hydraulic prop barrel manufacturing instrument. Mining Informational and Analytical Bulletin (Scientific and Technical Journal), no. 6, pp. 50–59. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Волкова А.Ю., Суетин В.П. Экспериментальное исследование особенностей вращательного движения гироскопа // Математическое моделирование и информационные технологии при решении прикладных задач в транспортном вузе: сборник статей. Екатеринбург: УГУПС, 2021. Т. 1 (241). С. 61–69.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Volkova, A.Yu., Suetin, V.P. (2021). Experimental study of the rotational motion features of a gyroscope Matematicheskoye modelirovaniye i informatsionnyye tekhnologii pri reshenii prikladnykh zadach v transportnom vuze: sbornik statey. Yekaterinburg: UGUPS, vol. 1 (241), pp. 61–69. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Виноградов Р.И., Гайнутдинов О.И., Петров Ю.В. Управление упругими колебаниями авиационных конструкций при помощи силовых гироскопов // Известия АН СССР. Механика твердого тела. 1986. № 4. С. 41–43.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vinogradov, R.I., Gaynutdinov, O.I., Petrov, Yu.V. (1986). Control of elastic vibrations of aircraft structures using power gyroscopes. Izvestiya AN SSSR. Mekhanika tverdogo tela, no. 4, pp.41–43. (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
