弹射救生数值仿真及不利姿态下救生性能分析

 国内弹射座椅救生性能预测分析主要依赖地面弹射试验。由于国内相关试验设备的缺乏,不利姿态下弹射座椅的救生性能很难通过试验获得,因此国内不利姿态下弹射座椅救生性能的分析研究比较薄弱。采用数值仿真的方法对弹射座椅的救生性能进行预测和分析,针对弹射座椅弹射过程的4个阶段分别建立了数学模型,其中自由飞阶段采用四元数法代替欧拉速率方程,以解决传统的六自由度方程出现的奇异性问题。采用四阶龙格-库塔法对数学模型进行求解,计算结果与地面弹射试验结果吻合较好。在此基础上,对某新型弹射座椅的弹射姿态轨迹进行计算,分析研究了弹射座椅在不利姿态下的救生性能,得到不利姿态下弹射座椅救生性能不佳的主要原因是座椅高速稳定性差以及飞机向下的牵连速度和飞机滚转角的影响,并根据分析结果提出了改善弹射座椅不利姿态下救生性能的基本方法。     

两级弹射筒与三级弹射筒座椅性能的对比分析

弹射筒作为火箭弹射座椅的一级动力,其作用是为人-椅系统弹射出舱提供一定初速。原三级弹射取消一段中筒后变为两级弹射筒,其弹射行程变短、出舱初速降低、出舱时间缩短,这些对座椅的弹射出舱性能以及弹射性能产生一定影响。本文对三级弹射筒和两级弹射筒从出舱受载、出舱姿态、总压信号采集、救生性能等方面特点进行了对比分析。通过试验数据和仿真结果的综合分析,认为采用两级弹射筒,座椅在出舱受载、出舱姿态等方面较三级弹射筒座椅得到了一定改善。     

风对弹射座椅救生性能的影响

 针对某型弹射座椅建立了考虑风速的弹射过程动力学模型。选取不同风速风向和不同弹射速度作为计算状态,对弹射救生过程进行数值仿真,根据仿真结果分析风对弹射座椅救生性能的影响。通过在低速和中速两个弹射速度下,前向风、侧向风和大气垂直运动对弹射座椅救生性能影响的分析可知:较大的逆风不但会降低伞衣充满的轨迹高度,而且会产生人伞系统的振荡和摇摆,对安全救生存在一定的影响;大气的垂直运动对弹射救生系统的救生性能影响最大,它直接影响到救生系统的纵向运动轨迹。研究结果表明:前向风、侧向风和大气垂直运动均会对弹射座椅的救生性能产生不利影响,在真实的弹射过程中必须考虑风速对弹射救生性能的影响。     

预测弹射座椅成功穿盖的方法

应急救生时成功地廓清弹射通道非常重要。它是导致成功弹射和回收乘员的第一步。现有三种方法廓清弹射通道,即弹盖、破盖和穿盖。其中以对穿盖过程了解得最少。而穿盖却在提高救生性能和降低飞机复杂性方面最起作用。很多装备有弹射座椅的美国海军的飞机,不是以穿盖弹射作为基本救生模式,就是作为以弹盖或破盖为救生基本模式的备份装备。穿盖方式的研制通常是采用“试行错误”试验的结果,进行这种试验须试验不同的椅装穿盖器和不同的椅—盖行程,直到得到可接受的结果为止。显然这样的试验既费钱又费时。穿盖问题之所以复杂是由于其涉及的因素较多,诸如穿盖器的材料、形状、安装位置;舱盖几何形状、材料、厚度;舱盖温度以及座椅速度都必须考虑。现行海军救生系统试验计划(海军航空兵通用弹射座椅NACES的换代)非常重视开发能较好地预测优化弹射座椅穿盖能力的方法,通过努力,确定了预测不同弹射座椅成功穿盖能力的试验工具和方法。     

战斗机飞行姿态对最低安全救生高度影响的仿真研究

战斗机飞行员在飞机出现危险情况时采用火箭弹射座椅作为救生装备的主要形式,在低空不利姿态下弹射时,往往需要一定的最低安全高度来保证弹射救生的成功率,在座椅性能确定的情况下,最低安全救生高度取决于弹射时飞机的飞行姿态。为此,根据火箭弹射座椅的工作原理,针对弹射过程的不同阶段,建立相应的数学模型,用仿真计算的手段来研究不同飞行姿态对最低安全救生高度的影响,以期为飞行员如何选择正确的弹射时机提供一定的理论支撑。     

带稳定板装置弹射座椅偏航稳定性能研究

针对国内弹射救生领域现状,设计了一种适合于国内某型座椅的弹射救生系统稳定板。运用计算流体力学(CFD)数值计算方法,对改装稳定板前后的人椅系统进行了高速流场下的静态和动态特性分析,并与风洞试验结果进行对比,两者吻合较好。改装稳定板前后的数值计算对比表明:在不对俯仰和滚转性能产生不利影响的情况下,稳定板的改装对人椅系统的偏航性能有比较明显的改善。六自由度动态计算比较真实地模拟了弹射出舱的过程,也进一步验证了稳定板对改善偏航稳定性能所起到的作用。数值计算完全可以应用于弹射座椅的气动研究,同时稳定板的设计对工程上的应用具有一定的参考价值。     

某型火箭弹射救生系统空弹性能分析

某型火箭弹射座椅是为某型飞机专门设计的一种新型救生系统，该火箭弹射座椅采用了多项新技术，通过空中弹射试验，验证该救生系统在实际飞行条件下的救生性能。经过6次平飞和机动状态弹射试验，结果表明．该火箭弹射座椅救生性能满足设计指标要求。     

救生伞技术的发展

救生伞是弹射座椅的重要配套设备。在飞机失事时,救生伞是在弹射座椅弹射以后拯救飞行员的必备工具。救生伞装在弹射座椅上,在应急弹射和人椅分离以后,飞行员乘张满的救生伞安全下降到地面。     

弹射座椅救生性能研究

针对座椅在铅垂面内弹射的简化模型,建立了系统的非线性运动方程,然后用推进阵面法建立了人－椅系统平面的非结构网络,并用Ｅｕｌｅｒ方程作为主控方程对某型座椅的气动阻 力系数,升力系数和气动力矩系数进行了验证性计算,最后对非线性运动方程在时域内进行积分,得到人－椅系统运动轨迹,运动速度和旋转角速度等性能参数,并与座椅弹射测试结果进行了比较分析,结果表明,用非结构网络计算的座椅气动特性与座椅吹风数据吻合,计算了弹射救生性能曲线与试验数据的趋势基本一致。     

穿盖弹射分析与虚拟仿真平台研究

建立了战斗机穿盖弹射救生动力学分析模型,并对穿盖碰撞过程涉及的理论问题进行了描述。通过瞬态动力学工具MSC Dytran仿真得到了人椅系统在穿盖过程中的动态响应以及座舱盖的破坏情况,并与试验进行了对比。在此基础上,以VC/MFC(Microsoft Foundation Class)为工具,借助OpenCASCADE虚拟成形技术,开发了飞机座椅弹射过程的仿真分析平台,具有一定工程使用价值。     

某型弹射座椅鉴定试飞技术

某型弹射座椅是为某些飞机设计的新型救生系统，通过空中鉴定弹射试验，验证该座椅在实际条件下的工作能力和救生性能，6次空弹试验，先进行了平飞中速弹射试验，然后进行俯冲、横滚、下沉，倒飞和平飞大速度机动状态下的弹射试验，机动状态下的弹射试验在我国是首次进行，具有一定的风险性，课题组认真分析技术难点，使问题逐一解决，最终使鉴定弹射试验安全优势完成，试验证明，该座椅在机动状态下的弹射，工作程序正常，救生性能符合设计要求。     

乘员救生推进系统的试验设备

乘员救生推进系统是弹射座椅的关键部件,在很大程度上决定了弹射座椅的升级模式。例如,第一代弹道式弹射座椅以弹道式弹射筒为主要特征;第二代火箭弹射座椅以助推火箭为主要特征。目前世界各国军用飞机普遍采用的第三代弹射座椅的推力系统有三种型式:一种是弹射筒和火箭包(椅盆下面)的组合动力;一种是弹射筒和椅背火箭的组合动力;第三种是火箭弹射器,它把弹射筒和助推火箭组合成一个整体,如ACES弹射座椅。位于美国马里兰州的美国海军陆战中心印第安分部(IHD/NSWC)负责美国三军乘员救生推进系统和推进作动装置的试验和验收。该分部装备有基斯特勒(Kistler)推力测量试验台、奥蒙德(Ormond)多分量推力试验台、高速电子记忆成像系统等先进试验设备。     

美国ACESⅡ弹射座椅稳定系统的发展

<正>与战斗机一样,弹射座椅也经历了更新换代的发展。最具代表性的是美国配装F-22等飞机的ACESII弹射座椅,其稳定性经历了一系列的技术改进。增强弹射座椅的稳定性是提高救生性能的基本要素之一。这主要是因为人/椅系统是一个不规则运动体,如果没有专门的稳定措施,很容易在弹射中产生剧烈旋转。过大的旋转会影     

安全带对航空座椅及乘员冲击响应的影响

以典型三联旅客座椅为研究对象，建立了经试验验证的航空座椅有限元模型，研究了安全带固定点位置、安全带刚度和安全带形式等参数的变化对座椅系统动态响应的影响。在水平冲击下，安全带固定点位置对乘员运动轨迹和椅腿受载的影响显著，后左椅腿和前左椅腿Z向受载均随着安全带角度的增加而减小。安全带固定点位置对安全带载荷的影响较小。安全带刚度对乘员运动轨迹、安全带载荷和椅腿载荷的影响均显著。随安全带刚度增大，其自身承受的载荷增加，乘员前移距离和椅腿受载均减小；此外，与两点式安全带相比，Y型安全带对乘员的约束效果更好，可减小头部X向峰值位移63 mm,头排座椅中可以考虑安装Y型安全带以减少座椅与隔板的安装距离。     

CREST任务范围要求的研究(MARS)

二十年来,大多数飞行员救生系统是根据1971年的美军标MIL-S-9479B研制的,称之为第三代弹射座椅。乘员救生技术(CREST)发展计划集中于研究2000年以后的飞机(诸如多功能战斗机)救生系统的要求,即第四代弹射座椅的要求。而CREST的MARS计划则是研究这个任务的范围和要求,其主要内容是对下一代弹射座椅的操作环境和所要求的性能提出看法,即根据将来飞机的需要进行分析,以确定是肯定还是修改第四代弹射座椅的要求。为了与将来的DoD飞机(2000年以后的飞机)预期的性能相比较,在研究中要收集第三代弹射座椅系统的性能资料和改进计     

过载与弹射速度关系研究及神经网络实现

 弹射速度是弹射座椅双态程序控制的主要输入参数之一,其和弹射高度一同决定了救生伞的开伞时间。试验发现,在某些特定的条件下,弹射速度的测量会出现较大误差从而严重影响弹射救生系统的救生性能。提出一种根据弹射座椅出舱瞬间人椅系统体轴 x 方向过载( n_x )值判断弹射速度的方法。建立了人椅系统出舱阶段的数学模型,在MSC.EASY5基础平台上开发了模块化的仿真模型,并基于批处理原理进行了求解器设计。通过数值仿真,建立了平飞状态不同弹射高度及弹射离机质量下体轴 x 方向过载值与弹射速度之间的关系曲线。利用基于误差反向传播算法的人工神经网络,即BP神经网络实现了输入向量（弹射高度及体轴 x 方向过载）到输出值（弹射速度）之间的连续非线性映射。分析了不利姿态参数对关系曲线的影响,在满足工程要求的情况下,可以忽略其影响。用本文方法判断得到的弹射速度与地面弹射试验数据进行了比较,结果表明误差满足工程要求,可以作为弹射速度测量的一种余度设计。     

弹射座椅的发展趋势

本文回顾了弹射座椅的发展历程。重点讨论了改善弹射座椅低空救生和大速度救生的方案,指出了今后将采用的新技术,包括微处理机、各种传感器和可调节的动力装置,以满足座椅自适应控制的要求。最后分析了提到议事日程上的高过载座舱的三种拟议方案。     

双座弹射救生系统轨迹发散特性分析

为了研究双座弹射救生系统的轨迹发散特性,以MSC.EASY 5为基础平台进行了求解器设计,并以此为基础对轨迹发散特性进行了仿真计算分析,包括轨迹发散性能评估、轨迹发散对弹射轨迹高度及座椅稳定性的影响.分析结果表明,轨迹发散技术能够有效避免低速弹射时双座间的轨迹干涉,虽然在一定程度上降低了弹射轨迹高度并对座椅稳定性有略微...     

特技类飞机弹射座椅适航审定要求

介绍了美国联邦航空局和中国民航局关于特技类飞机安装弹射座椅的适航技术要求。分析了飞机应急情况救生技术的现状及其发展趋势,以及安装弹射座椅的飞机现有的适航技术要求及规定,同时对弹射座椅应用的影响因素进行了分析,并对安装弹射座椅的特技类飞机适航审定提出了一种思路和建议。     

弹射座椅中的稳定技术

叙述了弹射座椅稳定性在弹射救生中的重要性及其设计难点;提出了解决弹射座椅稳定性的几种途径;介绍了国内外弹射座椅稳定性技术的特点与发展。