航母纵摇对舰载机弹射起飞下沉量的影响因素分析

为了研究舰载机弹射起飞过程中航母纵摇对下沉量的影响,提高弹射起飞的安全性,建立了考虑前起落架的舰载机弹射起飞动力学模型,分析计算了不同纵摇初相位下的离舰下沉量,并论述了其运动学成因。研究结果表明:在0°～90°的初相位下,离舰下沉量大于3 m,超过安全边界,其他初相位下均符合安全性边界条件;离舰航迹角的方向和大小决定了下沉速度和下沉量的大小;当离舰航迹角在0°附近时,离舰迎角的大小直接决定了舰载机下沉量的大小;离舰后失去地效,影响舰载机的升力系数,以致对下沉量的加速度变化有重要影响。     

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。     

舰载机弹射起飞建模与控制

舰载机弹射起飞过程由舰面滑跑和离舰上升两个阶段组成,各阶段舰载机的受力与约束不同。根据两阶段舰载机的气动特性和运动特性,建立了一种通用的舰载机纵向动力学模型确定其离舰速度、离舰迎角和预置舵偏角,从而选择合适的控制策略完成弹射起飞上升阶段的自动控制飞行。以某型机为例,建立了全量非线性模型,并在此基础上设计了离舰上升阶段的控制方案。仿真结果表明,该模型与控制方案具有较好的控制效果。     

应用电磁弹射器的舰载机起飞性能分析

针对应用电磁弹射器的舰载机弹射起飞过程,综合考虑了电磁弹射器的推力、舰载机前起落架突伸力和载舰的运动,建立了舰载机弹射起飞的数学模型,并据此,分析了上述各种因素对舰载机弹射起飞安全性的影响,计算得到在满足舰载机弹射起飞安全准则的条件下,各种起飞因素应该满足的适应范围。研究分析表明：在风浪较大的恶劣天气条件下,通过适当地增加电磁弹射器的电磁推力和前起落架的突伸力,可以有效抑制舰载机的航迹下沉现象,确保舰载机的安全起飞过程。     

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。     

舰载机总体设计主要关键技术概述

概述了舰载机(固定翼舰载飞机)总体设计中与航母(航空母舰)适配的起飞、着舰等的关键技术问题。文中还统计分析了国外现有舰载机单、双发动机布局的情况,以供舰载机设计中考虑起落安全性的参考。     

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。     

舰载机拦阻着舰动力学研究

舰载机拦阻着舰是舰载机有别于陆基飞机的主要特点,也是造成舰载机高事故率的主要原因。文章通过对舰载机着舰过程的分析建立了较完整的舰载机拦阻着舰动力学方程,并通过对拦阻力所在的拦阻平面研究,依据拦阻钩与拦阻索相对滑动所经历的时间进一步计算出舰载机撞索的安全范围。     

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。     

前起落架突伸对舰载机起飞特性的影响

研究了前起落架突伸的实现模式和突伸对舰载机起飞特性的影响，分别对四种突伸模式及突伸机构设计参数的作用进行了比较分析，结果表明，前起落架突伸对于减少舰载机离舰后的下沉和缩短飞机起飞滑跑距离有明显的作用。     

舰载飞机弹射滑跑起飞特性计算

给出舰载飞机从航空母舰上弹射滑跑起飞的动力学模型，基本解算方法和示例计算结果。考虑了起落架油液减震装置的柔性对起飞滑跑特性的影响，列出了起落架受力的数学模型和飞机纵向动力学方程，根据编制的计算机源程序，以典型的Ａ－６舰载机为算例，给出在整个弹射滑跑起飞过程中的ａ，ｘ，ｘ，ｙ和ｙ等弹射运动参数的动态反应特性。     

舰载机着舰侧向轨迹增量控制

针对舰载机着舰侧向控制难度较大的问题,借鉴美国海军的“魔毯”(MAGIC CARPET)着舰的先进理念,提出了 1种新的着舰控制方法,即侧向轨迹增量控制。首先,分别从理论上分析了侧向常规控制、侧向轨迹增量控制的控制结构和着舰性能;然后,对 HUD显示符号进行改进;最后,通过实时仿真,比较了这 2种方法的着舰控制效果。结果显示,着舰侧向轨迹增量控制具有 3个优点:1)简易,降低了飞行员的操纵频次和负担;2)直观,着舰侧向操纵更直观,侧向杆量与飞机侧偏修正速率成正比例,而且当横杆回中时飞机能自动跟踪跑道中心线的横向漂移;3)鲁棒,显著提高了对侧风和舰尾流的抑制能力,即使在飞行员不操纵的情况下,飞机也能迅速反应和抑制风干扰。因此,建议在着舰工程中采用侧向轨迹增量控制。     

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     

舰载机弹射起飞前起落架牵制载荷突卸动力学分析

舰载机弹射起飞过程中,由于牵制载荷突卸而产生的前起落架沿航向的快速振动会给机体结构和设备都带来严重的疲劳问题,为研究该振动现象并提出解决方案,建立了舰载机弹射起飞动力学模型,分析计算了前起落架的受载情况,并详细论述其动力学成因,推导了消除前起落架振动现象的充分必要条件.研究结果表明:牵制载荷沿下扭力臂轴向的载荷分量所造...     

An optimization model of parameter matching for aircraft catapult launch

To efficiently and fully utilize aircraft carrier resources, an optimization model is presented to deal with parameter matching between aircraft and carrier in the process of aircraft catapult launch. Based on carrier aircraft longitudinal dynamic equations and theorem of kinetic energy in catapult launch course, the work characteristics of different forces are learned and a theory model of parameter matching is deduced. In view of the uncertainty of the model parameters of the theory model and the low matching accuracy of the approximate model, an optimization model of parameter matching is introduced in line with the structure of theory model and the approximate model and is generated by the proposed immune genetic algorithm. Compared with the original genetic algorithm and immune algorithm, the proposed algorithm has better calculation accuracy and convergence. The calculation results show that the optimization model occupies certain application value of engineering estimation from the comparison with the relevant literature data and has higher precision than the approximate models. The validity of the proposed approach is verified with numerical case study on a carrier based aircraft.     

舰载飞机斜板滑跳起飞动力学问题初步研究

本文根据动力学原理,建立了适于任意斜板形状的滑跳动力学模型,提出了一种起落架载荷的计算方法,进行了斜板滑跳的起飞包线的仿真和分析研究,为进一步研究斜板起飞技术的增益潜力提供了较严格的动力学基础。     

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。     

舰面纵摇对弹射起飞性能的影响

研究甲板纵向摇动对舰载飞机弹射起飞性能的影响。利用国外某型舰载飞机的数据,对弹射起飞的几个重要参数进行了分析。结果表明:甲板纵摇对飞机离舰后的最大下沉量、迎角等参数影响较大,在舰载飞机设计和使用条件方面必须考虑甲板纵摇的影响。