面向机舰适配的舰载飞机起降特性分析

机舰适配性是舰载飞机总体设计的核心内容之一,通常包括性能适配和保障适配两部分,是舰载飞机总体设计特有的阶段;其内涵是指舰载飞机充分、高效利用航母的特性,使用其设备和装置的固有能力。以舰载飞机的使用环境为切入点,定义了有人驾驶陆基飞机改舰载机设计所需考虑的机舰适配的诸多方面;以滑跃起飞/拦阻着舰型舰载机为实例,突出性能适配,对滑跃起飞和拦阻着舰的过程进行物理分解,探求舰机以及环境参数对其性能的影响,建立了相关性能的计算方法,并结合国外典型航母的数据进行了计算分析,定量评估了甲板风对滑跃起飞和拦阻着舰的作用。同时,从保证着舰安全性的角度给出了建议的着舰方式、标准拦阻程序和安全逃逸的最短甲板长度需求。最后,给出了滑跃起飞/拦阻着舰飞机设计的关注点。     

舰—机适配条件对舰载机滑跃起飞性能的影响

针对不同舰-机适配条件下舰载机起飞安全性的问题,建立了飞机滑跃起飞动力学分析模型,用数值方法分析了飞机起飞质量、甲板参数、舰船航行速度等因素对飞机滑跃起飞性能的影响。仿真结果表明：舰载机起飞质量增大会减小其离舰爬升率;平直甲板越长或斜甲板出口倾角越大,离舰爬升率越大;但是出口倾角太大时,会使飞机离舰迎角超出限制;增大舰船的行驶速度,可以缩短舰载机起飞所需甲板的长度。     

Dynamics Model of Carrier-based Aircraft Landing Gears Landed on Dynamic Deck

In order to study the carrier-based aircraft landing laws landed on the carrier, the dynamics model of carrier-based aircraft landing gears landed on dynamic deck is built. In this model, the interactions of the carrier-based aircraft landing attitude and the damping force acting on landing gears are considered, and the influence of dynamic deck is introduced into the model through the deck normal vectors. The wheel-deck coordinate system is put forward to solve the complex simulation problem of force-on-wheel which comes from the dynamic deck. At last, by simulation, it is demonstrated that the model can be applied to landing attitude when the carrier-based aircraft is landing on the dynamic deck, it is also proved that the model is comprehensive and suitable for any abnormal landing situation.     

舰载机滑跃起飞动力学与运动学特性

首先介绍了舰载机滑跃起飞技术的概念、现状及发展趋势。然后基于作者在型号研制及试验试飞方面的工作经验,从滑跃起飞过程中的舰载机本体,包括起落架缓冲器、轮胎在内的多体系统运动学与动力学特性出发,分别对影响舰载机滑跃起飞动力学和运动学特性的若干关键因素进行了讨论,这些因素主要包括甲板风场、发动机、起落架、操纵系统和重量特性等。最后通过定性和定量的对比分析结果,从飞机设计与使用两个维度识别出滑跃起飞设计所需重点考虑的影响因素、动力学与运动学成因以及相关设计指标,对滑跃起飞动力学与运动学特性进行了全面的探讨与深层认知。可为从事相关型号的设计、试验及使用的技术人员提供参考。     

舰载机拦阻着舰载荷谱编制技术

舰载机舰面载荷谱是航母服役环境下飞机结构长寿命和耐久性设计的关键。依据舰载机在拦阻着舰过程中的舰面载荷特点，论述了现有编制方法的局限性，结合多体动力学仿真模型探讨了载荷谱编制的方案和流程，建立了拦阻着舰多体动力学运动方程和仿真模型，并进行了仿真计算。通过对舰载机飞行剖面以及拦阻着舰任务剖面特点分析，确定了飞机拦阻着舰任务段载荷谱的主要工况以及比例关系，编制出飞机拦阻着舰过程的重心谱，绘制出载荷谱超越曲线，为舰载机的设计载荷谱编制提供依据，具有较高的工程应用价值。     

舰载机斜板滑跃起飞情况地面载荷

设置舰艏斜板以减少舰载机起飞滑跑距离、降低甲板风要求,从而实现无弹射系统情况下的短距起飞作业,这已在一些“蓝水”海军强国的航空母舰上得到了多年应用。给定航母起飞甲板长度和斜板曲线构型,飞机能否成功滑跃起飞取决于它的气动特性、最大起飞质量、发动机推力、出口速度和起落架强度。 本文提出了一种舰载机斜板滑跃起飞情况地面载荷的计算方法,也建立了完整的斜板曲线方程（曲线已经过飞机适配性优化）。文中还应用本方法计算了某双座多用途舰载教练机的滑跃起飞地面载荷。     

基于任务的舰载机驾驶舱人为因素适航评估方法研究

军用飞机飞行安全的主要影响因素由技术因素向人为因素转变,特别针对舰载机的起降模式、飞行条件和视觉环境等特殊情景下,减少舰载机驾驶舱人为因素导致的飞行事故,对确保完成规定的飞行和作战任务,提高舰载机飞行安全水平具有重要意义。结合舰载机特点,通过对人为因素适航标准包括美军标、国标、国 军标、SAE等标准的分析,提出舰载机驾驶舱人为因素适航设计准则;根据飞机研制阶段的特点,提出基于任务的舰载机驾驶舱人为因素评估方法。该方法可为舰载机驾驶舱人为因素适航评估提供思路和方法。     

Wind detection in a microcosm: Ship/aircraft environment sensors

One of the most demanding aspects of a Navy helicopter pilot's job is landing his aircraft on the flight deck of a pitching, rolling, heaving and yawing ship. The complex airwake velocity field associated with the ship and aircraft interface directly affects the pilot's ability to control the aircraft during takeoff, approach, hover, landing, and deck operations. Dynamic Interface (DI) testing is performed to define safe aircraft operational envelopes; however, not all conditions can be realized within the limited test period and asset/condition availability. In addition, exact wind conditions that affect the aircraft cannot be measured with existing wind sensors. These sensors measure wind in the ship's mast area which does not represent the wind flow field encountered by the aircraft. A means of non-intrusively measuring the appropriate wind data is required. This paper presents an overview of the unique aspects of the ship/aircraft interface, the overall naval DI environment and the sensor requirements for measuring this complex environment     

预置杆位和飞控系统对滑跃起飞的影响分析

建立了陆基滑跃起飞动力学模型,并以某型电传操纵飞机为例进行了滑跃起飞仿真计算.分析了在滑跃起飞初始阶段驾驶员预置杆位和飞行控制系统对滑跃起飞的影响.仿真分析结果对驾驶员实际飞行具有一定的参考价值,对完善控制系统设计具有借鉴作用.     

舰载机前起落架突伸动力学分析及试验方法

 为了了解舰载机前起落架突伸试验与实际突伸过程的当量关系,本文以某舰载机为研究对象,建立了全机弹射起飞动力学模型,进行了全机弹射起飞动力学分析,得到了前起落架突伸过程中的动态响应。提出了基于当量质量的前起落架突伸动力学试验方法,设计了试验方案,建立了前起落架突伸动力学试验分析模型,进行了突伸动力学分析。进而依据全机突伸动力学分析结果,对基于当量质量的前起落架突伸动力学试验中相关参数的选取进行了探讨研究,结果表明:当突伸当量质量系数取0.8时,突伸动力学响应特性与全机弹射起飞突伸过程的动态响应结果比较吻合。     

舰载机的自由飞行钩住情况

自由飞行钩住（FFE）是指飞机在处于上仰姿态,且所有起落架尚未接触甲板的情况下的拦阻钩钩索。此时,飞机有较大的姿态角和较低的下沉速度。根据起落架和拦阻钩几何布局、飞机重心位置,拦阻力线可能处于飞机重心之下,因此产生显著的低头力矩,造成前起落架首先接触甲板,而主起落架稍后继之,飞机的低头俯仰速率可以导致前起落架以较高的下...     

舰载飞机弹射起飞的机舰参数适配特性

舰载飞机与航母之间的参数适配特性是弹射起飞总体方案设计阶段的关键问题之一。针对舰面起飞的复杂环境,建立了舰载飞机弹射起飞的数学仿真模型。在此基础上,分析了各主要机舰参数对弹射起飞安全性的影响,并计算得到满足弹射起飞安全准则的主要机舰参数的适配值集合。研究结果表明:在弹射起飞过程中,增加弹射能量、前起落架突伸力和升降舵预置偏角均可抑制航迹下沉;在适配值集合内,随着弹射能量的增加,升降舵预置偏角的适配范围增大,前起落架突伸力的影响减小。     

基于多Agent的舰载机弹射起飞仿真层次模型(英文)

With the aid of multi-agent based modeling approach to complex systems, the hierarchy simulation models of carrier-based aircraft catapult launch are developed. Ocean, carrier, aircraft, and atmosphere are treated as aggregation agents, the detailed components like catapult, landing gears, and disturbances are considered as meta-agents, which belong to their aggregation agent. Thus, the model with two layers is formed i.e. the aggregation agent layer and the meta-agent layer. The information communication among all agents is described. The meta-agents within one aggregation agent communicate with each other directly by information sharing, but the meta-agents, which belong to different aggregation agents exchange their information through the aggregation layer first, and then perceive it from the sharing environment, that is the aggregation agent. Thus, not only the hierarchy model is built, but also the environment perceived by each agent is specified. Meanwhile, the problem of balancing the independency of agent and the resource consumption brought by real-time communication within multi-agent system （MAS） is resolved. Each agent involved in carrier-based aircraft catapult launch is depicted, with considering the interaction within disturbed atmospheric environment and multiple motion bodies including carrier, aircraft, and landing gears. The models of reactive agents among them are derived based on tensors, and the perceived messages and inner frameworks of each agent are characterized. Finally, some results of a simulation instance are given. The simulation and modeling of dynamic system based on multi-agent system is of benefit to express physical concepts and logical hierarchy clearly and precisely. The system model can easily draw in kinds of other agents to achieve a precise simulation of more complex system. This modeling technique makes the complex integral dynamic equations of multibodies decompose into parallel operations of single agent, and it is convenient to expand, maintain, and reuse the pro     

一种预测陆基滑跃起飞性能的新方法

从固定翼飞机陆基滑跃起飞的安全性要求出发,提出了一种预测起飞性能的模型,用于预测最小起飞速度和最短滑跑距离。该模型的特点是非常简单,包含了影响陆基滑跃起飞行性能最为关键的参数。预测结果与飞行试验数据结果取得了很好的一致。作为预测模型的应用示例,讨论了关键参数对滑跃起飞性能的影响。给出的模型和示例方法对制定固定翼飞机陆基滑跃起飞试验方案有实用价值。     

综合飞行/推力控制系统的智能设计

在介绍正规矩阵参数优化方法和着舰导引控制系统的基础上,为提高舰载飞机的操纵性能,采用智能设计软件IntelDes3．0设计了具有鲁棒性的着舰飞行,推力综合控制系统。基于飞机纵向非线性运动方程的数值仿真结果表明,设计的控制系统对阶跃输入的响应性能良好,鲁棒性较强。     

基于模糊推理的舰载机进舰过程安全性仿真分析

 舰载机进舰过程复杂,驾驶员对舰载机的控制是影响进舰安全的重要因素,驾驶员操作的偏差受到人员自身状态、环境状态以及设备(舰载机)状态的综合影响。以国外某型舰载机为例,提出了基于模糊推理的舰载机进舰过程安全性建模与仿真方法。考虑舰载机进舰过程中驾驶员控制的不确定性,分析了引起驾驶员不确定性的人-机-环因素,基于模糊推理建立不确定因素引起的驾驶员控制偏差模型,并在此基础上建立了舰载机进舰过程安全性仿真模型。通过仿真分析明确危险模式、危险程度以及危险发生的时刻点等关键因素的影响程度,为进一步保证舰载机进舰安全提供基础。     

动基座近舰面流场数值模拟

航母尾迹流场对舰载机的着舰有较大影响,所以需要对其流场特点进行研究,分析不同状态下舰载机气动特性的变化。采用嵌套网格技术对航母处于垂荡状态下无人机的着舰进行了模拟。首先,利用SFS2舰船进行数值计算,验证了舰船流场的数值模拟方法。然后,对比了单独无人机定常与非定常计算结果,表明所建立的嵌套网格适用于无人机流场的模拟。接着,对航母单相流和两相流的流场结果进行了分析,结果显示甲板下方的流动对甲板上方流场没有大的影响。因此,忽略了水的影响只对航母在空气流场中的特性进行研究,结果表明航母尾迹非定常特性明显,静止航母下滑轨迹上的速度均处于周期性波动状态,且波动幅值随着远离航母而逐渐衰减;而在垂荡情况下航母尾迹变得更加紊乱,水平方向速度波动的周期性减弱,但垂向速度的波动幅值进一步增大。对于静止航母,无人机在不同时刻着舰气动特性的变化也存在差异;当航母处于垂荡状态时,无人机的升力和俯仰力矩在短时间内会有更大的波动。     

舰载飞机纵向着舰自抗扰导引系统设计

为使舰载飞机沿着理想的下滑轨迹安全着舰,自动着舰系统必须具备跟踪甲板运动和抑制气流扰动的性能。因此,采用自抗扰控制器(ADRC)设计了纵向着舰导引系统。仿真结果表明,自抗扰导引系统不但对典型输入的跟踪性能令人满意,而且抑制突风扰动的能力较强;和PID导引律相比,系统响应的品质有较大的改善。     

基于能量法的舰载机拦阻着舰动力学分析及建模仿真

针对舰载机拦阻着舰过程,采用能量法分析了任意着舰姿态和位置下的拦阻力响应,建立了全机六自由度动力学模型,考虑了航母甲板风的影响以及航母纵摇和升沉运动。通过MATLAB／SIMULINK建立数学模型,并以一种偏心非垂直着舰拦阻状态为算例进行了仿真分析。     

近舰区风场建模与着舰仿真分析

通过分析近舰区风场特点,建立了低空风场和舰尾流模型,对飞机的着舰过程进行了仿真分析。分析认为:近舰区风场影响了着舰航迹的稳定性,降低了飞机着舰的安全性和乘坐品质。为了验证模型的合理性,进行了飞行员在环的地面飞行模拟试验,分析了近舰区风场对飞机着舰过程和飞行员操纵特性的影响。试验结果表明,近舰区风场的存在显著增加了飞行员的滚转操纵负荷。