Дивергенция (в механике)

ДИВЕРГЕНЦИЯ в механике, явление апериодической статической неустойчивости упругого стержня в ветровом потоке, связанное с возникновением предельного состояния равновесия при кручении. Дивергенция  характерна для гибких конструкций большого удлинения, например крыльев летательных аппаратов, лопастей винта вертолёта, пролётных строений висячих мостов. При расположении аэродинамического центра конструкции (центр приложения аэродинамических сил) перед её упругой осью (рис.) увеличение скорости ветра приводит к росту подъёмной силы. Для уравновешивания необходим реактивный (восстанавливающий) момент в конструкции, обусловленный её жёсткостью на кручение. Нарастание подъёмной силы приводит к ещё большим деформациям кручения и к дальнейшему увеличению крутящего момента. При достижении такой критической скорости потока (так называемые критические скорости дивергенции), при которой момент аэродинамических сил превысит момент упругих восстанавливающих сил, возникает потеря устойчивости и разрушение конструкции. Предельно возможная скорость набегающего на конструкцию потока должна быть меньше критической скорости дивергенции в 1,2-1,5 раза. Статическое явление дивергенции является частным случаем более сложного динамического явления - флаттера (изгибно-крутильного автоколебательного процесса). Критическая скорость дивергенции для современных конструкций обычно выше скоростей флаттера и других опасных аэроупругих явлений, поэтому она служит в качестве удобной сравнительной величины, расчёт которой довольно прост.

Увеличение аэроупругой устойчивости конструкций достигается изменением формы поперечного сечения, повышением жёсткости конструкции на изгиб и кручение, а также соотношением этих величин. Испытания аэроупругих свойств конструкции проводят на моделях в аэродинамических трубах, соблюдая все условия подобия.

Ряд аварий летательных аппаратов привёл в 1920-х годах к появлению первых работ, посвящённых дивергенции, среди которых труды Х. Рейснера (Германия), Р. Фрейзера и В. Дункана (Великобритания), С. П. Тимошенко (США). Исследования кручения и устойчивости проводил Ф. Блейх (Германия) в 1936 году. В СССР вопросами изгиба и кручения упругих стержней в потоке воздуха занимались В. 3. Власов (теория тонкостенных упругих стержней, 1931), Б. Г. Галёркин и Л. С. Лейбензон, П. М. Знаменский (исследования по аэроупругости в ЦАГИ, 1934). Эффективный метод расчёта критической скорости дивергенции для крыльев большого удлинения предложил в 1930-х годах Е. П. Гроссман.

А. В. Агеев.