Для учета влияния аэроупругости в ОКБ совместно со специалистами ЦАГИ были развернуты экспериментальные и расчетные исследования флаттера и реверса органов управления проектируемого самолета.

Для исследования флаттера в несжимаемом потоке в 1975 г. в ОКБ при участии ЦАГИ разработали и построили две полных динамически подобных модели (ДПМ) Су-27 для испытаний в АДТ ЦАГИ малых скоростей. Модель 1ДТ10, изготовленная в масштабе 1:4, предназначалась для трубы Т-104, а поисковая ДПМ 2ДТ10 в масштабе 1:6 – для трубы Т-103. Испытания этих моделей проводились с 1975 г. На поисковой ДПМ 2ДТ10 выполнялись параметрические исследования элеронного флаттера, компоновочного флаттера в системе «крыло- фюзеляж» и влияние на характеристики флаттера различных подвесок, а также исследования флаттера ГО: влияние положения оси вращения, жесткости ГО на изгиб и вращение, наличие «зуба» на передней кромке ГО, гидродемпфера, и т.д. Поскольку 2ДТ10 была изготовлена из фанеры и пенопласта, имелась возможность оперативной доработки этой модели, чем широко пользовались в процессе проведения экспериментов. Первый этап продувок 1ДТ10 в ЦАГИ провели в 1975-1976 гг. После уточнения конструктивно-компоновочной схемы самолета, модель доработали. В 1977-1978 гг. провели повторный цикл испытаний.

Одновременно, для экспериментальных исследований флаттера на моделях в сжимаемом потоке в ОКБ при участии ЦАГИ были спроектированы и построены полная конструктивно-подобная модель самолета ЗДТ10 (масштаб 1:12) и динамически подобные модели его отдельных частей: крыла, горизонтального оперения и вертикального оперения. Масштаб моделей был различным-от 1:3 до 1:6.

Кроме того, д ля экспериментальных исследований реверса элеронов в сжимаемом потоке была построена упруго подобная модель (УПМ) крыла с элероном.

Был проведен большой объем расчетных и экспериментальных исследований аэроупругой устойчивости контура «упругий самолет – СДУ» и активных систем парирования флаттера.

Исследовались также динамические нагрузки от воздействия порыва и атмосферной турбулентности.

Хотя необходимость учета явлений аэроупругости при проектировании была очевидной, в силу ряда объективных обстоятельств не удалось своевременно и в полной мере реализовать требования аэроупругости в конструкции самолета. Это сдерживалось, с одной стороны, недостаточным развитием экспериментальных методов исследования флаттера, а с другой, – отсутствием высокопроизводительной вычислительной техники, позволяющей реализовать прогрессивные теоретические разработки в области аэроупругости, уже апробированные в ЦАГИ. Поэтому результаты исследований значительно отставали от темпа постройки самолета.

Сборка самолета Т10-1. Январь 1977 г. Противофлаттерные балансиры еще не предусмотрены

Установка противофлаттерных балансиров на крыле и ЦПГО

Самолет Т-10-3 на сборке. Обратите внимание на противофлаттерные балансиры, установленные по рекомендации ЦАГИ на законцовках крыла, на килях и цельноповоротных консолях горизонтального оперения. Конец 1978-начало 1979г.

В итоге получилось, что в первоначальном варианте компоновки самолет Су-27 проектировался в большей степени с позиции обеспечения требований аэродинамики, статической прочности и ресурса, и в меньшей степени – с точки зрения аэроупругости: по результатам испытаний ДПМ, критическая скорость флаттера на опытном самолете без реализации спецмероприятий составила V p=1270 км/ч. В итоге пециалистам 30-го отдела приходилось не столько формировать конструкцию самолета, сколько заниматься отысканием средств борьбы с флаттером на уже построенном самолете. В связи с этим, проблему обеспечения безопасности от флаттера на опытных самолетах пришлось решать традиционным способом – путем установки противофлаттерных грузов на крыле, стабилизаторе и килях самолета, после чего критическая скорость флаттера была повышена до приемлемой величины.

По результатам продувок и по рекомендации ЦАГИ на самолете были установлены следующие балансиры для борьбы с изгибно-крутильным флаттером:

– на крыле – выносные балансиры массой по 92 кг каждый;

– на управляемом стабилизаторе – выносные балансиры массой по 44 кг каждый;

– на килях – выносные балансиры массой по 22 кг каждый.

Необходимо подчеркнуть, что элерон, установленный на тонком гибком крыле имел недостаточную эффективность, а критическая скорость реверса элерона была меньше максимальной скорости полета, что свидетельствовало о недостаточной жесткости крыла на кручение и заставляло накладывать на самолет дополнительные ограничения. Таким образом, с точки зрения аэроупругости, в пределах выбранных конструктивных решений на опытных самолетах типа Т10-1 не представлялось возможным в полном объеме выполнить требования ТТЗ.

Непосредственно перед началом летных испытаний опытных самолетов Т10-1/2 и Т10-3/4 на каждом из них был проведен большой объем частотных испытаний планера самолета. Целью работ являлось определение частоты и формы его собственных колебаний, необходимых для дальнейших исследований динамических явлений аэроупругости на математических (в расчетах) и физических моделях (ДПМ в АДТ), проведения количественного анализа и определения необходимых «запасов» по критическим параметрам. Параллельно, в ходе этих работ выполнялись экспериментальные исследования частотных характеристик и устойчивости контура «упругий ЛА – СДУ» с определением запасов устойчивости. Результатом проведенных исследований было введение фильтра упругих колебаний (ФУК) в продольный канал управления и некоторых других изменений, обеспечивших требуемые запасы динамической аэроупругой устойчивости на самолете.

Элерон из композиционных материалов

Панель воздухозаборника из композиционных материалов

При проектировании Су-27 в 1974-1975 гг. ОКБ совместно с ВИАМ и НИАТ велись достаточно серьезные исследования в плане освоения новых технологий и материалов. Одним из основных направлений деятельности являлась попытка внедрения на самолете полимерных композиционных материалов (КМ). В1974 г. в ОКБ разработали аванпроект по применению композиционных материалов в конструкции самолета. Учитывая новизну и недостаточную изученность КМ, их внедрение в конструкцию самолета предполагалось осуществлять поэтапно – начиная со съемных малонагруженных деталей и агрегатов, постепенно переходя к съемным средне- и сильно нагруженным агрегатам, и лишь на заключительной стадии, по накоплении опыта, на этапе летных испытаний и эксплуатации, – к высоконагруженным несущим конструкциям.