ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ
1. Проведено аналіз нового класу вітро (гідро) - перетворювачів, принцип дії яких базується на використанні коливань типу флатера. При цьому розроблена патентно захищена схема, у якій робочий елемент перетворювача встановлюється у вертикальній площині.
2. Побудовано математичні моделі флатерних перетворювачів з горизонтально і вертикально розташованим крилом. При цьому враховувалось, що механічна система має два ступеня вільності і знаходиться під впливом аеродинамічних сил, сил пружності і сил інерції. При горизонтальному розташуванні крила рівняння руху отримані за допомогою основних теорем динаміки, а при вертикальному – за допомогою рівнянь Лагранжа II роду.
3. На основі критеріїв Льєнара і Шипара отримані розрахункові формули, що дозволяють визначити критичну швидкість флатера і частоту коливань крила. Підібрано такі значення параметрів перетворювачів, при яких коливання типу флатера виникають при малих швидкостях повітряного потоку. Вірогідність отриманих результатів підтверджена за допомогою рішення відповідних диференціальних рівнянь на ПЕОМ.
4. Розроблено спосіб стабілізації амплітуди коливань крила, що забезпечує захист флатерних перетворювачів від руйнування. Суть способу полягає в установці додаткових обмежувальних пружин, розташованих симетрично відносно осі рівноваги. Встановлено, що оптимальним місцем розташування обмежувальних пружин для горизонтально розташованого крила є задні опори, у той час як для вертикально розташованої лопаті – її передня крайка.
5. Досліджено вплив нестаціонарності повітряного потоку на аеродинамічні характеристики флатерних перетворювачів. Результати досліджень показали, що при врахуванні нестаціонарності повітряного потоку критична швидкість зростає на 40-50%, в той час як частота й амплітуда коливань крила при цьому залишаються практично незмінними. Таким чином, при дослідженні роботи флатерних перетворювачів наявністю вихрової пелени, що виникає в результаті нестаціонарності повітряного потоку, нехтувати не слід.
6. Отримано залежності, що дозволяють визначити вплив геометричних, жорсткісних та масових параметрів перетворювачів на критичну швидкість флатера і частоту коливань крила і дано рекомендації щодо вибору основних параметрів пристроїв.
7. Розроблено математичні моделі флатерних перетворювачів при наявності навантаження, що утворюється гідравлічним поршневим насосом та електричною машиною, яка працює в генераторному режимі. Аналіз цих математичних моделей на ПЕОМ дозволив встановити, що в залежності від величини навантаження та швидкості вітру крило здійснює сталі або затухаючі коливання. Визначено основні динамічні характеристики, такі як пускова швидкість, частота коливань, амплітуда коливань крила, потужність, подача, сила струму, напруга.
Основний зміст дисертаційної роботи викладений у таких публікаціях:
1. Крижановський А.С. Динаміка флатерної вітронасосної установки. // Вісник КМУЦА. – 1999. - №1 – С.72 - 79.
2. Крижановський А.С., Цимбалюк А.А. Флатерний вітродвигун і його математична модель. // Проблеми експлуатації та надійності авіаційної техніки: Збірник наукових праць. – К.: КМУЦА. - 1998. – С.125 – 128.
3. Патент № 29886А (Україна) FОЗД 5/06. Вітроелектричний перетворювач./ Цимбалюк А.А., Крижановський А.С., Кононихін Ю.Г. - № 97104882; Заявлено 03.10.1997; Опубл.15.11.2000.Бюл.№ 6-II
4. Крижановський А.С., Гордовський К. Визначення критичної швидкості флатера вітроустановки. // Праці XLIII СНТК – К.: КМУЦА. - 1995. – С. 3.
5. Крижановський А.С., Сукманюк В.В. Модернізація флатерного вітродвигуна. // Праці XLIV СНТК. – К.: КМУГА.– 1996.– С.13.
6. Крижановський А.С., Цимбалюк А.А., Орлов І.О. Дослідження флатера з погляду можливості створення вітродвигуна. // Праці XLII СНТК. – К.: КМУЦА. – 1994 – С.10.
7. Цимбалюк А.А., Крижановський А.С., Кононихін Ю.Г. Способи захисту флатерних вітроприймальних пристроїв від руйнування. // Праці звітної НТК КМУЦА за 1996 рік. - К.: КМУЦА. - 1997. – С.17–18.
8. Цимбалюк А.А., Павлов В.М., Крижановський А.С. Флатер як механізм перетворення енергії вітру в електричну енергію. // Праці звітної НТК КМУЦА за 1993 рік. – К.: КМУЦА. – 1994. – С.25.
9. Цимбалюк А.А., Павлов В.М., Крижановський А.С. Визначення частоти й амплітуди коливань крилової лопаті флатерного вітродвигуна. // Праці звітної НТК КМУЦА за 1994 рік. – К.: КМУЦА. – 1995. – С.30.
АНОТАЦІЯ
Крижановський А.С. Математичні моделі взаємодії течії повітря з пружно закріпленою лопаттю та їх використання. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.07.01 – аеродинаміка та газодинаміка літальних апаратів. – Національний авіаційний університет, Київ, 2001.
Дисертація присвячена дослідженню флатерних перетворювачів, принцип дії яких заснований на взаємодії пружно закріпленої лопаті із набігаючим потоком повітря. Розроблено математичні моделі перетворювачів при горизонтальному та вертикальному розташуванні лопаті. Досліджено коливання лопаті без навантаження та при підключеному навантаженні. Як навантаження використовуються гідравлічний поршневий насос подвійної дії та електрична машина, що працює в генераторному режимі. Запропоновано засоби захисту флатерних перетворювачів від зруйнування. Отримано розрахункові формули, що дозволяють визначити такі характеристики, як критична швидкість флатера і частота коливань лопаті. Досліджено вплив нестаціонарності повітряного потоку на основні характеристики пристроїв. Оцінено ефективність флатерних перетворювачів шляхом визначення коефіцієнта використання енергії вітру. Отримано залежності критичної швидкості флатера і частоти коливань крила від геометричних, жорсткісних і масових параметрів перетворювачів і дано рекомендації щодо визначення основних параметрів пристроїв.
Ключові слова: флатер, повітряний потік, флатерний перетворювач, аеродинамічна сила, критична швидкість флатера, математична модель.
ANNOTATION
Kryzhanovsky A. Mathematical models of air flow interaction with a flexible wing and their application. – The manuscript.
Candidate of technical sciences thesis in speciality 05.07.01-aerodynamics and gasdynamics of flying vehicles – National Aviation University, Kyiv, 2001.
The thesis is devoted to a problem of researching flutter transducers, the operation of which is based on interaction of a flexible wing with air flow.
The mathematical models of the flutter transducers are developed when the flexible wing is mounted in horizontal and vertical plane. Operation of flutter transducers without load and under load are analysed. As a load both the hydraulic pump and the electrical machine are used. Calculated formulas that allow to find the critical flutter speed and the oscillation frequency of the wing are deduced.
Unsteady flow influence upon the aerodynamic characteristics of the flutter transducers are analysed. The effectiveness of the flutter transducers is determined. Dependencies of the critical flutter speed and the oscillation frequency of the wing upon the main parameters of the flutter transducers are obtained.
Key words: flutter, air flow, flutter transducer, aerodynamic force, critical flutter speed, mathematical model.
АННОТАЦИЯ
Крыжановский А.С. Математические модели взаимодействия течения воздуха с упруго закрепленной лопастью и их использование. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.07.01 – аэродинамика и газодинамика летательных аппаратов.
Целью диссертационной работы является разработка схем флаттерных преобразователей, определение значений параметров, обеспечивающих их работоспособность путем математического моделирования взаимодействия течения воздуха с упруго закрепленной лопастью.
Реализация поставленной цели требует решения следующих задач: разработка принципиальных схем флаттерных преобразователей, основу которых составляет упруго защемленное крыло, совершающее автоколебания (флаттер) в малоскоростном потоке воздуха; построение математических моделей флаттерных преобразователей при горизонтальном и вертикальном расположении крыла; вывод формул для определения основных динамических характеристик флаттерных преобразователей - критической скорости флаттера и частоты колебаний крала; оптимизация параметров флаттерных преобразователей; разработка способа стабилизации амплитуды колебаний крыла с целью защиты флаттерных преобразователей от разрушения; исследование динамики флаттерных преобразователей при подключении различной нагрузки.
Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка использованной литературы, а также приложений в виде отдельной книги.
В первом разделе рассмотрены физические основы явления флаттера, сформулированы необходимые условия возникновения этого явления. Проведен анализ существующих схем преобразователей, работа которых основана на использовании автоколебаний типа флаттера. Выделено два типа преобразователей: с горизонтально и вертикально расположенной лопастью, рассмотрены их конструкции и принцип действия.
Во втором разделе рассматривается движение лопасти в стационарном потоке воздуха. Получены выражения для аэродинамических силы и момента, которые действуют на крыло бесконечного размаха, а также на крыло конечной длины. Построены математические модели флаттерных преобразователей.
В третьем разделе определены условия, при которых колебательная система преобразователей будет устойчивой и неустойчивой. Приведены методики определения критической скорости флаттера, частоты и амплитуды колебаний крыла. Разработан способ стабилизации амплитуды колебаний крыла, что обеспечивает защиту флаттерных преобразователей от разрушения. Суть способа состоит в установке дополнительных ограничительных пружин, расположенных симметрично относительно оси равновесия. Исследовано влияние нестационарности воздушного потока на основные характеристики флаттерных преобразователей. Установлено, что вихревой пеленой, возникающей в результате нестационарности воздушного потока, при исследовании работы флаттерных преобразователей пренебрегать не следует. Приведена методика определения коэффициента использования энергии ветра. Исследована зависимость критической скорости флаттера и частоты колебаний от геометрических, жесткостных и массовых параметров преобразователей.
В четвертом разделе исследовано движение упруго закрепленной лопасти при подключении гидравлического поршневого насоса. Построены соответствующие математические модели. При этом введено понятие пусковой скорости преобразователя.
В пятом разделе рассмотрено движение лопасти при подключении к ней электрической машины, работающей в генераторном режиме. Показано, что при скорости ветра больше пусковой в электрической цепи возникает ток.
Ключевые слова: флаттер, воздушный поток, флаттерный преобразователь, аэродинамическая сила, критическая скорость флаттера, математическая модель.
| 
