Was ist der Unterschied zwischen Flatter- und wirbelinduzierter Vibration?

Während des Flatterns schwingt das Schaufelblatt mit einer großen Amplitude, was am Nachlauf Wirbel erzeugt. Bei der vortexinduzierten Vibration (VIV) werden die Schwingungen des Strömungsprofils durch die Ablösung von Wirbeln verursacht. Sowohl Flattern als auch VIV weisen Flügelschwingungen und Wirbelablösung auf. Wie unterscheiden sie sich außer der Ursache-Wirkungs-Beziehung? Und wie kann man unterscheiden, welches die Ursache und welches die Wirkung ist, wenn wir vorher nicht wissen, ob es Flattern oder VIV ist?

Sie meinen jenseits der umgekehrten Ursache und Wirkung, die Sie in Ihrer Frage angegeben haben?
@AEhier Ja. Gibt es einen anderen Grund als die Ursache-Wirkungs-Beziehung? Und wie kann man unterscheiden, welches die Ursache und welches die Wirkung ist?
Vielleicht fügen Sie dann etwas über die Unterscheidung von Ursache und Wirkung in die Frage ein :) Ich hoffe, jemand, der sich mit Flattern auskennt, kann helfen, aber soweit ich mich erinnere, lautet die Antwort in etwa so, dass Wirbelablösung die Oszillationen des Flattergrenzzyklus stabilisiert (ohne die vergossener Wirbel würde die Amplitude divergieren). Gute Frage!
@AEhere Danke für den Vorschlag. Ich habe die Frage aktualisiert.
Ich würde sagen, dass VIV induzierte Vibrationen sind, die durch abgeworfene Wirbel verursacht werden, normalerweise in einer Steuerfläche, deren Energie vollständig absorbiert und durch die Steifigkeit der primären Flügel- oder Heckstruktur gedämpft wird, mit der sie verbunden ist. Es wird flattern, wenn die Steifigkeit der Wurzelstruktur gering ist, so dass die vibrierende Oberfläche in der Lage ist, sie in Torsion zu versetzen, so dass sie Energie speichert und zurückgibt, UND die Harmonischen der beiden Komponenten sich so ausrichten, dass sie sich gegenseitig verstärken. Das eine sind nur Vibrationen, mit anderen Worten "Summen", und das andere induziert Schwingungen in der gesamten Struktur, die sie auseinanderbrechen lassen.
@JohnK Vielen Dank für die Antwort. Es wäre wirklich hilfreich, wenn Sie es bitte mit ein bisschen mehr Details ausarbeiten könnten.
@DipanjanBarman Ich war an Untersuchungen von Steuerflächenvibrationen an Verkehrsflugzeugen im Einsatz beteiligt und habe mit Flatterspezialisten zusammengearbeitet. Daher habe ich einige Kenntnisse gesammelt, aber ich glaube nicht, dass ich qualifiziert bin, eine detaillierte Antwort zu veröffentlichen.

Antworten (1)

Flatter- und wirbelinduzierte Schwingungen (VIV) sind beides dynamische Instabilitäten, die aus der Wechselwirkung von instationären aerodynamischen, Trägheits- und elastischen Kräften entstehen. Beide entziehen dem Luftstrom Energie, um zu bestehen.

Anstatt die Wechselwirkung als aerodynamische Kräfte wahrzunehmen, die eine Strukturbewegung verursachen, oder eine Strukturbewegung, die aerodynamische Kräfte erzeugt, ist es sinnvoller (und realistischer), sie als Kopplung zu beschreiben, z. B. typischerweise als gekoppelte Differentialgleichungen beschrieben, und die Unterschiede in der Aerodynamik zu beobachten Kräfte erzeugt werden und ihre Komponenten.

Für VIV erzeugt die Nachlaufinstabilität, die die alternierenden Wirbel (von Karman-Wirbelstraße) erzeugt, wiederum einen oszillierenden Auftrieb, der mit der strukturellen Oszillation gekoppelt ist. Daher dominieren die Nachlaufinstabilität und die instationären Effekte der Strömungsablösung die oszillierenden aerodynamischen Kräfte.

Flattern muss keine dynamische Instabilität beschreiben, die mit einem schwankenden Kielwasser verbunden ist, z. B. ist Paneelflattern die dynamische Wechselwirkung und Instabilität, die aus der Bewegung eines Flugzeugpaneels aus der Ebene heraus in Bezug auf schwankende Oberflächendrücke entsteht. Stall-Flattern entsteht jedoch aus der Strömungsablösung und dem daraus resultierenden instationären Nachlauf.

Flügelflattern ist die dynamische Instabilität, die sich aus den instationären aerodynamischen Kräften (einschließlich der Form des instationären Nachlaufs) in Verbindung mit der strukturellen Dynamik ergibt, jedoch erfordert Flügelflattern keine massive oszillierende Strömungstrennung wie bei VIV. Bei anhaftenden Strömungen (nicht abgewürgt) könnte das Flügelflattern aufgrund der resultierenden Phasendifferenz zwischen den erzeugten aerodynamischen Kräften und der strukturellen Oszillation ein Flattern aufweisen (bei einer ausreichend hohen Freistromgeschwindigkeit, dh Flattergeschwindigkeit), was eine positive Rückkopplung erzeugt. Die zeitveränderliche Form des Nachlaufs spielt immer noch eine Rolle für Flügelflattern, zB die Rolle der Theodorsen-Funktion für instationären aerodynamischen Auftrieb, der durch Strukturbewegung erzeugt wird.

Vielen Dank :)
Was ist der Unterschied zwischen Flatter- und wirbelinduzierter Vibration?
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