Как уменьшался флаттер в таких реактивных самолетах, как F-15 и F-16?

Краткий ответ: не летать быстрее, чем 104, и придерживаться извлеченных уроков.

Флаттер впервые начал вызывать аварии во время Первой мировой войны, когда улучшенная мощность двигателя и аэродинамика сделали возможным существенное увеличение скорости полета. Каждый раз, когда технический прогресс позволял увеличивать скорость, флаттер становился проблемой, которую затем решали методом проб и ошибок и с помощью аналитики.

Из ТМ 4720 НАСА :

Первый зарегистрированный случай флаттера произошел на двухмоторном бомбардировщике-биплане Handley Page O / 400 в 1916 году. Механизм флаттера состоял из соединения режима кручения фюзеляжа с режимом антисимметричного вращения руля высоты.

Это было легко исправить, убрав одну степень свободы для руля высоты: изначально обе стороны могли двигаться независимо, а соединив их торсионной трубой, можно было избежать режима флаттера.

От флаттера руля во время Первой мировой войны, который обычно решался практикой балансировки всех рулей (на что первые авиаконструкторы не обращали внимания), проблемы флаттера переместились на основные поверхности с 1925 года. Снова NACA TM 4720:

С середины 1920-х до середины 1930-х годов авиагонщики испытали множество случаев флаттера, когда были предприняты попытки побить рекорды скорости.

Первое аналитическое тестирование было проведено фон Шлиппе в 1935 году в Германии. Он вибрировал самолет на увеличивающихся скоростях и измерил результирующую амплитуду. Увеличение амплитуды указывало на уменьшение демпфирования и неминуемую опасность флаттера.

_{Типичный график зависимости амплитуды от скорости (из NACA TM 806 , который является прямым переводом работы фон Шлиппе, впервые опубликованной в Luftfahrtforschung Vol. 13 No. 2, февраль 1936 г.)}

С струями и их более высокими скоростями возникли новые типы флаттера. Снова NACA TM 4720:

Сверхзвуковые скорости также вызвали новый тип флаттера, известный как флаттер панели. Флаттер панели представляет собой стоячие или бегущие волны постоянной амплитуды в обшивке самолета. Этот тип нестабильности может привести к резкому усталостному разрушению, поэтому важно избегать флаттера панели.

Примерно через пятьдесят лет каждая новая конструкция должна пройти испытание на статическую вибрацию, чтобы проверить, какие упругие собственные частоты существуют. Аналитические методы используются для прогнозирования (зависящих от скорости) аэродинамических частот, и конструкция должна быть изменена, чтобы исключить любую возможность резонанса. Далее планер испытывается в полете на все возрастающих скоростях и с возбудителями на концах всех поверхностей (это могут быть как вибромоторы в вашем смартфоне, только крупнее, или, в простейшем случае, пилот двигает рули ). При увеличении скорости возбудители проходят развертку по частоте (обычно от 5 до 60 Гц), и результирующая амплитуда измеряется тензодатчиками или акселерометрами.

Ниже приведена диаграмма (взято из NACA TM 4720), изображающая испытание на флаттер F-14. F-14 и F-16 прошли одинаковую процедуру, чтобы убедиться, что флаттер не вызывает проблем в работе. Современные конструкции с дистанционным управлением могут даже использовать свои управляющие поверхности для активного подавления флаттера .

XF-104 — прототип истребителя F-104 . Обычно при разработке самолета проводятся испытания на флаттер и предпринимаются корректирующие действия. В статье Википедии, которая вам понравилась, есть смысл:

Серийные самолеты также будут иметь переработанную конструкцию оперения с использованием лонжеронов из нержавеющей стали для устранения проблемы флаттера.

Аналогичным образом при летных испытаниях F-15 и F-16 (или любого другого самолета, если уж на то пошло) выявляются различные режимы флаттера и предпринимаются корректирующие действия. Например, у F-15 при испытаниях наблюдался флаттер в оперении, который был устранен переработкой стабилизатора (введением «обманки»).

Изменение конструкции стабилизатора F-15 из-за флаттера; изображение с сайта airandspacemuseum.org

Некоторым доработкам подверглось и вертикальное оперение (за счет увеличения жесткости). Таким образом, в основном ответ заключается в том, что режимы флаттера (надеюсь) идентифицируются во время программы испытаний самолета и принимаются соответствующие корректирующие меры.

После флаттер-теста и выявления обшивки самолета, склонной к созданию расходящегося флаттера, затем ужесточения крыльев и рулей, стабилизаторов и т. д., другой путь заключался в запрещении маневров в этом районе полета (перекатывании под жесткими перегрузками). и сверхзвуковые скорости). Именно по этой причине рули F 15 не такие высокие