Экспериментальные исследования влияния упругодиссипативных параметров узлов крепления двигателя на динамические характеристики системы «модель крыла – упругий пилон – двигатель»

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.

1. Jorgensen, L., Saki, H. (2023). Design of aero engine structure. Bachelor’s thesis. University West. Uppsala, Sweden, 65 p.

2. 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)

3. 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)

4. 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

5. Fujino, 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. 2003-1942

6. 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.

7. 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.2012.01.1116

8. Zettel, S., Boswald, M., Winter, R. (2023). Jet-engine vibration model for the estimation of pylon-wing interface loads. DAGA, pp. 628–631.

9. 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)

10. Serov, 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)

11. De Silva, C.W. (2007). Vibration damping, control, and design. 1st ed., CRC Press, 634 p.

12. 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.2015.06.182

13. He, 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).

14. 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).

15. 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- 8225-2021-178-13-17