Flutter – skrytá hrozba

Detail uprostředPoslední týden jsem se zabýval problematikou flutteru se kterým jsem se setkal při nedělním lítání. Sesbíral jsem relativně dost informací, se kterýma bych se s vámi rád podělil.

V neděli při sestupu se scarym jsem čelil tak silnému flutteru, že se mi uklepala klapička na výškovce a náraz do rodné hroudy byl nevyhnutelný. Naštěstí se nikomu nic nestalo.

Ve fotogalerii najdete detaily, které jsem rozesílal pro posouzení. Bohužel fotky flutteru jako takového moc nemám :-/

Při bližším ohledání jsem našel vadu na výškovceDetail vlevo (nedolepený pomocný nosník), která mohla tento flutter způsobit kvůli nedostatku torzní tuhosti výškovky. Proto jsem kontaktoval dost lidí, ať výrobců nebo lidí z leteckého oboru, aby mi pomohli tento problém osvětlit a vyjádřit se ke konkrétnímu případu, nicméně v tomto článku ke konkrétnímu případu mluvit nebudu a raději zveřejním pár informací o flutteru obecně.

Nejzrádnější na flutteru je okolnost, že flutter nemusí nastat hned při prvním letu, ale letadlo se k němu může postupně dopracovat.

Jak flutter vypadá? Video

Měl jsem štěstí a získal kontakt na modeláře, co se v součastnosti zabývá aerodynamikou skutečných letadel. Seznámil jsem ho s mými okolnostmi a výsledek můžete vidět na následujících řádcích.

Flutter rozhodně není jednoduchý jev. V podstatě se jedná o dynamickou odezvu konstrukce na aerodynamické buzení. Velice zjednodušeně lze říci, že pokud se sejdou vlastní frekvence konstrukce, frekvence aerodynamických budících sil a vhodný fázový posun, je na problém zaděláno.

Dojde k netlumenému buzenému kmitání s rychlým nárůstem amplitudy a možné následné destrukci konstrukce. (Ale viděl jsem speciálně upravený kluzák ASW19 se sníženou tuhostí křídel, který dokázal v režimu flutteru celkem obstojně letět. Měl ale výrazné vnitřní tlumení, takže energie flutteru se stačila „požírat“ a amplituda nerostla. Tohle ale obvykle v praxi nenastane. )

Jelikož budící frekvence aerodynamických sil roste s rychlostí, existuje určitá kritická rychlost letu, při které dojde k samovolnému nabuzení flutteru. Po jejím překročení obvykle dojde k rozsypu letounu.

Obvykle jsou provozní rychlosti bezpečně pod touto hranicí. Pokud však dojde ke změně struktury (vnitřní konstrukce) aerodynamické plochy, může se kritická rychlost flutteru snížit a zasáhnout do oblasti provozních rychlostí.

Co vlastně rychlost flutteru ovlivňuje?

a/ vlastní frekvence konstrukce (obvykle čím tužší konstrukce, tím lépe odolává flutteru, pokud jsou však splněny další předpoklady)

b/ rozložení hmot. Ideální je, pokud je těžiště před elastickou osou křídla (aerodynamické plochy). Proto mají listy rotoru vrtulníku (obecně málo tuhá nosná plocha) závaží (ocelová tyčka) v náběžné hraně. Tato hmota vpředu úspěšně tlumí samobuzené kmity. Naopak hmota vzadu úspěšně rozkmitá i tuhé křídlo

c/ jakákoli pohyblivá plocha (výškovka, křidélko, klapka) připojená za hlavní plochu, zejména pokud je hmotově nevyvážená  (u modelu prakticky nikdy)

d/ profil a zejména odtoková hrana (tupá zaoblená odtokovka přímo vybízí k nesymetrickému a periodickému odtrhávání vírů – aerodynamické buzení)

A k čemu tedy během letu může dojít?

Změna hmoty – málo pravděpodobné. Obvykle nedojde k posunu, nebo změně hmoty (ale dovedu si představit na velkém letadle odpadnutí hmotového vyvážení kormidla).

Uvolnění kormidla – vypadne vidlička, kormidlo se uvolní a následně dojde k jeho flutteru, což spolehlivě rozkmitá celé letadlo.

Změna tuhosti konstrukce – delaminace, rozlepení nedokonalého spoje, únavový lom.  Zde může kromě snížení vlastní frekvence konstrukce dojít k posunu elastické osy (dvoudutinová konstrukce se rozlepením změní na jednodutinovou – čili opačný postup, jako uvolnění závaží. Tady se elastická osa vzdálí od těžiště).  Prakticky ale stačí už to, že se sníží vlastní frekvence křídla / VOP a flutter se nabudí při nižší rychlosti.  Může k tomu dojít náhle, nebo plíživě, kdy se některý spoj pomalu rozlepuje, až pak buď povolí úplně, nebo mezitím někdo zvýší rychlost a „dolomí“ to.

Dalo by se asi najít více možných příčin, ale bylo by to jen hádání. Bez podrobné analýzy, změření vlastních frekvencí a tlumení  je to spíše alchymie. Je například otázka, co začalo kmitat jako první (výškovka, slabilizátor).  Ne nadarmo patří zkoušky flutteru velkých letadel k nejnáročnějším a obvykle se s nimi začíná, aby nedošlo  nějakým překvapením během následných zkoušek letových vlastností  a výkonů.

Doufám, že i takto zjednodušené pojednání trošku osvětlí, na čem flutter závisí a co ho mohlo způsobit.

Hezký večer.

Pavel Růžička

Následovalo ještě doplnění:

Ahoj,

Ještě krátké doplnění k dotazu, jestli mohlo předtím letadlo letět daleko rychleji bez flutteru a pak ho chytit při nižší rychlosti. Mohlo.

Klidně se lze přiblížit ke kritické rychlosti a i třeba ji překročit, ale pokud není nějaký počáteční impuls, nemusí se flutter nabudit. Do určité velikosti buzení totoiž může být docela účinné tlumení,  ale pak stačí třeba poryv, rychlejší zaškubání serva a dojde k nabuzení flutteru i  při nižší rychlosti. Takže to, že předtím letadlo letělo vyšší rychlosti a nic, mohla být náhoda, že zrovna nebylo buzení. Nebo předtím byla vyšší tuhost – čili spoj ještě držel a až povolil, tak se nabudil ten flutter. Opravdu se to nedá takhle od stolu posoudit.

Další věc na kterou by si člověk měl dát pozor jsou vůle v servech a náhonech jako takových. V mém případě jsem si skoro jistý, že tam problém nevznikl, protože tatkův scary ve stejném osazení lítá 2 roky bez sebemenšího problému. Nicméně doporučuju to u letadel průběžně kontrolovat, aby jste nečelili podobné sitaci jako já, kdy se hledá proč se to stalo.

  • Celkový pohled 2
  • Celkový pohled
  • Detail uprostřed 2
  • Detail uprostřed 3
  • Detail uprostřed
  • Detail vlevo
  • Detail vpravo
  • Druhá výškovka 2cm 2
  • Druhá výškovka 2cm
  • Vlevo od celkoveho pohledu
This entry was posted in Dílna, Nehody. Bookmark the permalink.

4 Responses to Flutter – skrytá hrozba

  1. Honza says:

    To video je slušně řečeno dost husté. Je mi z toho nanic až mám strach litat…. Když člověk vidí jak to pak dopadá….

    • mti says:

      To video si neber osobne – rekl bych, ze to Kuba pouzil spis „jen“ jako ukazku, jak to hnusne to vypada…. ikdyz to zrovna nepovoli. :-/

      U EGEho mi vesele mavaji kridla uz pri 120km/h… no nastesti ma takovy celmi odpor, ze se to da vybrzdit (vetsinou :-/ ) Holt kazdy stroj ma nejake limity, za ktere uz neni dobre chodit.

    • Jakub Hrádek says:

      To si nemůžeš brát tak osobně, to je jak se divat na kompilaci best of autonehod 😀 tam musi byt neaky problem, aby to vzniklo u F3B/F/X brusů… A bird je v mega tuhem provedení, toho bych se nebál.

  2. Pelda says:

    Ale jo… i když je to vážně děsivé. Já se divím že to letadlo na tom videu to ustálo…