舰载机环境分析及环境试验技术探讨

针对舰载机与陆基飞机在服役环境上的差别,分析了舰载机面临的特殊停放环境和使用环境;通过对舰载机环境试验国内外现状的分析,指出了我国舰载机环境试验目前存在的问题;最后对舰载机环境试验项目及弹射起飞和拦阻着舰冲击试验、酸性盐雾试验、综合环境试验等舰载机特殊环境试验技术进行了简要讨论,并提出建议。     

先进舰载战斗机强度设计技术发展与实践

舰载战斗机是航空母舰上的主要武器,为满足舰面起飞、着舰和停放等要求,舰载机需围绕起落架系统、拦阻钩系统和翼面折叠系统等"特征结构"进行设计。先进舰载战斗机着舰冲击能量是陆基飞机的6倍以上、拦阻带来的水平载荷超过陆基飞机的15倍,因此特征结构的高载荷对强度设计提出了更高的要求。围绕舰载机"特征结构"及"特征载荷",开展了主要的设计工作,包括："特征载荷"计算,即起落架载荷、拦阻载荷和折叠载荷计算;"特征结构"的强度设计及试验验证,包括起落架系统、拦阻系统、翼面折叠系统的动力学仿真计算、静/疲强度分析、折叠翼面的非线性颤振分析以及综合试验验证;"特征载荷"对其他机体结构强度的影响分析,包括着舰载荷对起落架支撑结构强度的影响、拦阻载荷对后机身支撑结构强度的影响、拦阻着舰的全机动力学响应以及着舰载荷与拦阻载荷的共同作用对全机结构强度的影响;体现舰载机"特征结构"强度特点的试验验证方法等。上述研究成果已成功应用于先进舰载战斗机设计中。     

舰载机前机身结构地面弹射冲击响应

以舰载机前机身结构和前起落架部分构件为研究对象,分析其在地面弹射过程中,弹射力冲击下的动态响应。通过地面弹射模拟试验和刚柔耦合模拟对比分析,发现试验结果与模拟结果基本吻合,从而验证了地面模拟弹射冲击加载试验方法的可靠性及刚柔耦合模拟方法的可行性。由试验结果和模拟分析,可得出弹射过程中飞机前机身结构最大过载传递路径和应变分布,同时给出了前机身动态应力分布。地面弹射试验和模拟为舰载机的结构设计、强度校核以及整机弹射试验提供了参考依据。     

某型飞机着舰拦阻动力学仿真与分析

构建了航空母舰甲板、拦阻系统和舰载机全机动力学分析模型。采用冲击碰撞分析软件Pam—Crash和ADAMS对舰栽机着舰拦阻整个过程进行动力学仿真。对比分析了两种仿真计算方法的主要参数结果,并对不同着舰姿态角下舰载机起落架轴向过载结果进行了详细的分析,从强度设计角度考虑,得到了具有重要参考价值的结论。分析认为,4°姿态角为起落架受载最小工况,姿态角大于8°将会对前起落架产生破坏性载荷。     

舰载机弹射起飞及拦阻着舰动力学问题

 弹射起飞和拦阻着舰是舰载机的特殊动力学问题,弹射起飞过程中的起飞离舰姿态、安全离舰速度及离舰上升航迹;着舰过程中的下滑航迹标定及保持、啮合速度及拦阻滑跑;逃逸复飞能力等是舰载机起落性能的主要评定指标。这些指标与航空母舰的大气扰动、航空母舰的纵倾、横摇和升沉运动的影响密切有关。本文在探讨舰载机起落性能研究方法的基础上,进行了示例仿真研究,其计算结果与能取得的示例飞机的某些结果是一致的。     

舰载机机身加筋壁板屈曲疲劳试验

舰载机弹射起飞和拦阻着舰的张力场屈曲波在机身壁板上产生附加的拉伸或弯曲应力，从而显著降低结构疲劳强度、改变疲劳破坏部位。以张力场梁形式的三点弯曲试验开展了反复屈曲下的疲劳特性研究。通过疲劳试验测得的临界屈曲载荷与按工程张力场理论得到的临界屈曲载荷对比，吻合较好。根据3级不同载荷水平下的疲劳试验结果，给出了张力场梁屈曲疲劳试件的无量纲载荷比-寿命曲线及载荷比-张力场系数曲线。根据张力场系数与载荷关系、载荷寿命曲线及飞机寿命指标可控制张力场的严酷程度来开展机身壁板轻量化设计。本项工作为舰载机机身壁板在弹射起飞和拦阻着舰过程中的反复屈曲疲劳问题评定积累了数据。     

航空材料的冲击疲劳问题研究进展与展望

材料的冲击疲劳问题在航空工程中大量存在,舰载机的弹射起飞、拦阻着舰都是典型的冲击疲劳问 题。本文梳理了冲击疲劳概念的早期发展历程,综述了自2000年以来冲击疲劳领域的主要研究进展,包括材 料冲击疲劳性能的主要影响因素、材料冲击疲劳试验方法、冲击疲劳的损伤表征和寿命预计以及冲击疲劳问题 的数值计算方法等,指出材料的微观结构、边界条件、使用环境、冲击载荷类型等对冲击疲劳性能有显著影响。 总结了航空工程中冲击疲劳问题面临的主要挑战,并结合未来工程结构设计的需求,展望了航空领域冲击疲劳 技术的未来发展方向。     

飞机典型结构冲击试验件设计方法

以弹射方式起飞的舰载机在弹射过程中,存在长冲程、量值很大的冲击弹射载荷,此时在飞机结构的薄弱部位,会产生很大的冲击应力响应。为了验证飞机实际结构对弹射载荷的承载能力,需要开展飞机结构典型部位的冲击试验。此种冲击试验需要在水平冲击试验台上进行,但是实际弹射载荷超过了水平冲击试验台的试验能力,只有通过对试验件和载荷同时进行缩比,适应水平冲击试验台的试验能力,才能保证试验的顺利进行。文中的冲击试验件,通过采用文中的方法进行缩比,满足了试验要求。通过测试试验件上的冲击响应,可以通过比例换算得到真实飞机结构上的响应。     

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。     

基于机体－拦阻器建模的舰载机着舰拦阻仿真分析

本文主要是在机体-拦阻器基础上建立舰载机着舰拦阻的数学模型,利用MATLAB/Simulink进行仿真程序的编写,综合考虑了起落架系统、航母运动、甲板风、着舰姿态、拦阻过程等问题,形成了一个完整的舰载机着舰拦阻计算机仿真系统,并选取了其中的一种典型着舰情况进行了仿真计算.     

拦阻着舰过程中的飞机起落架动力学分析

对舰载机拦阻着舰过程中起落架减震支柱进行受力分析,并运用拉格朗日方程针对减震支柱冲程和起落架弹性两个自由度建立舰载机起落架拦阻着舰动力学模型,通过仿真计算,得到了飞机对称对中着舰拦阻、偏心距3 m对称着舰拦阻和滚转角2°非对称对中着舰拦阻的起落架减震支柱载荷变化情况。结果表明:在拦阻着舰过程中舰载机起落架受到的冲击载荷在经过短暂时间震荡以后会趋于稳定;相比偏心对称着舰,滚转非对称对中着舰对减震支柱的影响更大些,在震荡的量上将更加剧烈。     

飞机着舰偏心偏航拦阻动力学分析

以某型航母液压拦阻系统为基础,阐述舰载机着舰拦阻过程。通过在拦阻索平面内对拦阻索受力状况的分析,得出舰载机着舰拦阻位移与拦阻索伸长量之间的关系,进而分别得到左右拦阻索的拉力,推导出偏心偏航拦阻力模型。根据得到的拦阻力,建立舰载机偏心偏航着舰拦阻动力学模型,并进行算例分析。研究结果表明:与对中拦阻相比,偏心偏航拦阻增大了舰载机拦阻距离和拦停时间,减小了拦阻力的峰值,同时由于航母甲板宽度的限制,偏航应尤为注意。     

舰载机着舰拦阻建模仿真研究

仿真计算分析了舰载机拦阻着舰性能.为进行计算机仿真,首先建立了舰载机拦阻的数学模型,考虑飞机的横向运动,建立了飞机六自由度动力学方程.其中,拦阻系统以美国先进液压拦阻系统为原型,根据液压传动理论建立其数学模型;起落架动态数学模型考虑了起落架轮胎和缓冲器的可压缩性.本文通过MATLAB/Simulink来搭建仿真模块,结构清晰明了,并选取了一种着舰情况进行了仿真计算分析.     

舰载机拦阻着舰纵向载荷的简化算法

对于舰载机拦阻着舰纵向载荷问题,提出了一种简便的计算方法.应用这种方法对拦阻装置阻尼参数进行确定,对拦阻载荷与飞机着舰速度、航母速度、飞机质量的关系等进行了计算分析.计算方法简单实用,对于不同条件下舰载机拦阻着舰的纵向载荷分析具有参考价值.     

舰载飞机起降装置动力学试验研究进展

舰载飞机起降阶段通常被认为是事故率最高的阶段,其特殊的起降环境导致舰载机起飞和拦阻着舰的过程相较于陆基飞机更加复杂,所涉及的动力学问题一直是国内外相关研究人员的研究热点.从舰载机起落架和拦阻钩等起降装置着手,重点对舰载机起落架动力学试验、拦阻钩动力学试验以及全机落震试验进行了综述,详细地论述了舰载飞机起降过程涉及到的关...     

运输机货物拦阻网冲击仿真研究

应用动力学方法对货物拦阻网冲击响应进行了研究。在深入分析拦阻网多种非线性特性的基础上,推导货物拦阻网的冲击动力学方程,通过PAM-CRASH软件对货物拦阻过程进行有限元仿真。动态模拟了货物对拦阻网的冲击过程,给出了货物的动能变化曲线和拦阻网的动载荷曲线,为拦阻网强度设计提供参考。     

舰载飞机弹射起飞安全评价准则研究

舰载机安全地从航母上起飞是舰载机设计和使用的关键指标之一,通过对国外舰载机弹射起飞规范、资料的研究,结合陆基飞机起飞规范的要求,分析了舰载机弹射安全起飞需要满足的各项指标要求,从飞行性能、飞行品质角度提出了舰载机弹射起飞安全评价准则。该准则可为舰载机设计和使用提供参考。     

舰载机弹射起飞动力学仿真与安全边界评估

为了研究影响舰载机弹射起飞安全性的因素,在舰载机弹射起飞动力学模型的基础上,设计了标准起飞航迹并进行了数值仿真。分别对航母、飞机、环境等参数对安全起飞的影响规律进行了仿真研究,然后对多种参数的组合影响进行了仿真分析,最终获得了安全起飞的边界参数。     

基于Virtools的舰载机着舰拦阻仿真研究

针对舰载机拦阻着舰问题,建立了舰载机着舰拦阻的动力学模型,综合考虑航母运动、甲板风、着舰姿态等问题,然后利用建模软件CATIA及视景驱动软件Virtools建立虚拟的海洋环境和舰船载机的几何模型,并实现了对舰载机和舰船的6自由度运动的实时控制。仿真结果说明该仿真系统较好地模拟了舰载机着舰拦阻的真实情况。     

舰载机弹射起飞六自由度动力学建模与仿真

根据舰载机弹射起飞的特点,考虑了舰船、舰载机及起落架之间的相互作用和甲板运动、海面大气扰流以及舰艏气流扰动对舰载机的影响;基于多体动力学理论,描述了舰船-飞机-起落架多体系统的耦联关系,建立了舰载机弹射起飞六自由度动力学模型。利用此模型,仿真了舰载机的弹射起飞过程。仿真结果表明,此模型能较完整地反映航母、舰载机和起落架之间的相互耦联关系,正确地描述了舰载机弹射起飞的动力学过程。