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。     

拦阻钩初次碰撞道面反弹动力学

分析了飞机着舰拦阻时,拦阻钩初次接触道面碰撞后被反弹的动力学成因,建立了飞机拦阻钩碰撞道面的弹跳模型。研究了下滑轨迹角和甲板角对拦阻钩碰撞反弹角速度和拦阻钩所受冲量的影响,并分别考虑了航母俯仰运动和甲板凸起物对拦阻钩碰撞反弹性能的影响。结果表明：轨迹角约4°时,拦阻钩反弹角速度和其所受冲量随下滑轨迹角呈线性变化;反弹角速度与甲板角的余弦成反比,道面冲量与甲板角余弦的平方成反比;航母向上的俯仰运动和甲板凸起物增大了拦阻钩反弹角速度,凸起物达到一定角度时,机身推拦阻钩的冲量变为拉拦阻钩的冲量。该模型的结果为机身和拦阻钩装置的设计提供了重要依据。     

基于 CFD技术的滑跃甲板对起飞区流场影响的数值模拟

滑跃起飞是舰载机在航母上常见的 1种起飞方式,是舰载机战斗力生成的关键技术之一。概念设计带滑跃甲板的航母 3D模型,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)技术,对航母空气流场进行数值模拟,得出航母滑跃甲板流场纵向气流流线、法洗区速度分布情况、切洗区速度分布情况、航母流场纵向速度分布情况等,分析滑跃甲板对起飞区流场的影响。数值模拟得出以下结论:舰艏滑跃甲板的两侧脱体涡对 1、2和 3号起飞位的舰载机发动机进气量有影响。     

非对称地面效应对无尾飞机稳定性的影响

针对非对称地面效应,重点研究了非对称地面效应对飞机横向和航向气动特性的影响.采用计算流体力学(CFD)方法研究了机翼弦平面距甲板高度、雷诺数和甲板风速的影响,并通过与以往文献中的试验数据对比,验证了CFD方法的准确性.机翼弦平面高度是升力、滚转力矩和偏航力矩最主要的影响因素,降低机翼弦平面高度会减弱横向和航向稳定性.机翼弦平面高度从1.5m降低到1.2m和1.0m时,横向稳定性分别降低了2.8%和5.6%.增加雷诺数能够显著提高升力,但对偏航力矩影响不大.增加甲板风速度能提高升力和滚转力矩的绝对值.甲板风速从0m/s增加到15m/s,升力和滚转力矩仅变化1.1%和3.4%,因此甲板风速的作用是次要的.      

某型无人机滑跃起飞性能分析

针对舰载无人机滑跃起飞性能参数的选择问题,文章采用 Matlab/Simulink建立了滑跃起飞模型,分析了不同推重比、停机角、甲板风速、纬度和环境温度时无人机滑跃起飞性能的变化情况。计算结果表明:停机角和甲板风速对起飞性能影响大,应着重关注；低纬度地区比中纬度地区需要更大的推力保证起飞安全。文章结论对后续 无人机的滑跃起飞试验有借鉴意义。     

航母甲板运动对舰载机着舰影响仿真分析

分析了航母运动的主要模式;建立了甲板运动相关模型;分别仿真了在不同海况条件下,航母横摇、纵摇、垂荡运动对舰载机着舰的主要影响;基于仿真结果,分析了影响舰载机着舰安全的主要因素,为改进进舰和着舰操纵方法和引导技术提供参考。     

基于CVG的滑跃甲板尾流抑制

滑跃甲板对于提高舰载机起飞性能有重要意义，但是滑跃甲板会加剧舰尾流的湍流度，造成甲板上方和下滑线附近气流高度不稳定，影响舰载机起降安全。本文采用RANS/LES混合的DES方法，对平直甲板和滑跃甲板尾流进行数值模拟。结果表明，滑跃甲板后方存在巨大的分离区，对甲板上表面和着舰下滑线附近气流产生很大的影响，导致甲板附近x方向风速度降低，提高了对舰载机起飞和降落速度的要求。同时，速度波动幅值增大，对舰载机精准航迹控制有不利影响。为有效抑制滑跃甲板造成的舰尾流影响，提出了一种基于柱状涡流发生器（cylindrical vortex generators,CVG）的滑跃甲板尾流抑制方法，可有效降低滑跃甲板产生的影响。柱状涡流发生器可以有效减弱滑跃甲板导致的前甲板分离区，使得甲板流场更加稳定。相比无CVG时，有CVG时甲板x方向风速更高，风速波动功率谱密度（PSD）降低20～40 dB，恢复到与平直甲板相当的程度，可有效提高舰载机的起降安全性。     

舰载机着舰甲板运动误差及其补偿仿真研究

论述了舰载机着舰过程中的甲板运动扰动,分析了其对飞机着舰的影响,据此对舰载机着舰引导系统进行甲板运动补偿网络设计,并进行仿真,仿真结果表明,补偿网络明显的减小了飞机着舰的纵向误差,通过随即给的航母甲板运动初始相位进行仿真,说明补偿网络具有良好的适应性。     

CFD在舰船甲板流场计算与特性研究中的应用

本文通过运用CFD技术数值模拟舰船的运动,来求解各种舰桥风速和风向下的甲板流场。建立了某型舰船的物理模型和外流场网格,给出了甲板流场的结果矢量图,并与试验结果进行对比分析,得出流场规律,为直升机在甲板上的安全起降提供技术支持。     

舰船甲板气流场对人员作业安全性影响分析

舰船海上航行时，甲板上的直升机旋翼尾流和舰面流场相互掺混形成了复杂的流场，这不仅会影响直升机的安全起降，同时也会对甲板作业人员的安全性造成影响。本文首先开展了流场中的人体模型数值模拟，分析了不同风速下的人体受力情况，提出了影响人员作业安全的风速范围。之后开展了西北风级、戴高乐号、伊丽莎白女王号及美国号四艘舰船的气流场仿真，依据风速范围对各舰船甲板人员安全性进行了分析，总结出作业危险区域及形成原因。在此基础上，开展了直升机进舰耦合流场计算、直升机舰面降落耦合流场计算以及舰面多机降落耦合流场计算，并对直升机进舰降落过程中甲板高速气流场以及多机降落过程中的高速气流场进行了分析，总结了甲板面人员作业危险区域。     

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。     

航母编队防空作战预警纵深对警戒直升机前出距离的约束分析

航母编队在防空时,通常利用舰载警戒直升机机载警戒雷达探测距离远的优势实施对空预警,以提高编队防空作战能力。通过分析航母编队在舰载战斗机甲板待战情况下的防空作战过程,建立了警戒直升机前出距离的数学模型,仿真分析了模型中有关参数对警戒直升机前出距离的影响,为确定警戒直升机在航母编队防空作战中的前出距离提供了参考依据。     

舰载机暖机对舰岛影响的CFD数值模拟

为了对机舰适配性提供技术支持,文章研究了舰载机暖机对航母舰岛的热作用影响。首先,采用CATIA软件,建立航母与舰载机的3D数字样机;其次,采用Fluent软件,基于标准k-ε方程的湍流模型和三维N-S方程的控制理论,对航母与舰载机系统的数字样机进行CFD数值模拟,数值模拟了甲板风和燃气流相互作用和热交换作用下对舰岛的影响,并得出航母流场流线图、速度云图、动压云图和温度云图。数值模拟结果表明:暖机时,舰载机发动机的燃气流对舰岛及周边设备影响很大;最后,提出参考建议:舰岛及附近设备应进行抗热性能改进以满足暖机要求,人员禁止进入燃气流影响到的高温区域。     

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。     

X-47B无人机

美国海军和诺斯罗普·格鲁门公司于2012年11月27日至12月17日在杜鲁门号航母上完成了X-47B无人作战空中系统验证机(UCAS-D)的一系列甲板试验。测试内容包括X-47B在飞行甲板上滑行,用手持控制显示单元(CDU)操纵无人机移动到航母弹射器;操纵X-47B滑行至拦阻索;试验无人机的加油作业能力,以及操纵该机进出航母飞行甲板和机库之间的升降梯。2013年,X-47B还将在帕特森特河进行X-47B的岸基拦阻着陆和航母测     

舰载机着舰纵向甲板运动补偿系统设计

为减小着舰误差,提高安全性,通过纵向自动着舰系统频域响应特性分析,确定出不满足自动着舰要求的参数项目,有针对性地进行纵向补偿设计,给出纵向补偿系统详细的参数设计方法。设计中考虑了航母俯仰运动对理想着舰点垂直位移影响。通过算例验证了纵向甲板运动补偿系统设计的有效性。该纵向甲板运动补偿系统设计方法可应用于舰载飞机设计。     

傍山地区的强风场特性实测研究

介绍了某傍山地区的强风现场测量研究。采用较高频响的风速风向计与实时数据检测处理系统测得了该地区的风特性，并对一次冬季强风记录进行了分析研究，给出了反映强风脉动特性的两个重要参数-湍流度和阵风系数的关系，指出脉动风速的概率分布直接影响了二者比值大小。此外，通过实测结果与邻近气象站的同期记录比较，发现二者的相关性很差，在整个强风过程中，该地区的最大瞬时风速和平均风速都远远高于气象站的记录，表明傍山地区局部风场有很大的特殊性。     

飞机客舱烟气扩散数值仿真

通过建立五排客舱的几何模型及客舱烟气流动的数值仿真模型,采用RNG k-ε湍流模型对客舱内的湍流流动进行描述。基于Fluent对火灾阴燃阶段客舱内烟气浓度场和温度场进行三维数值模拟分析,预测了烟气浓度随时间变化规律。结合适航规章分析烟气中CO、CO2浓度对客舱空气品质及乘客健康安全的影响,给出火灾紧急措施建议,同时也为大型运输类飞机烟雾的适航审定符合性验证方法的研究提供基础。     

舰载飞机起降动力学研究

由于舰载飞机的起飞和降落是在海上运动的航母甲板上进行的,这使得舰载机具有一些与一般陆基飞机不同的特殊设计要求,尤其在起降动力学方面有许多特殊问题。本文结合“八五”预研以及同国外的技术交流工作,对舰载飞机起降过程中的飞行动力学问题进行了论述和分析,为今后进一步开展舰载机起降动力学研究和舰载机方案的总体设计提供参考。     

舰载机起飞技术研究

分析了固定翼舰载机的主要起飞技术,包括局部/全通式甲板自主式滑跑起飞、弹射外力助飞起飞、滑跃起飞等技术,主要研究了弹射起飞和滑跃起飞技术的发展及特点,探讨了对航母舰载机起飞技术的未来方向及新的起飞技术。