舰载飞机着舰拦阻动力学研究综述

拦阻着舰过程通常被认为是舰载飞机事故率最高的阶段,因此,自从有了航空母舰和舰载飞机,拦阻着舰动力学就一直是国内外相关研究人员的研究热点。本文从拦阻钩、拦阻装置和起落架3个关键部件着手,比较详细地论述了舰载飞机着舰拦阻涉及到的关键动力学问题及其研究现状,重点对拦阻钩弹跳动力学及其载荷分析、拦阻索动力学及其载荷分析、下沉速度、非对称拦阻对起落架载荷的影响、拦阻系统动力学等方面进行了综述。最后,对着舰拦阻动力学研究的发展趋势进行了展望。     

舰载飞机着舰拦阻动力学研究综述简

 拦阻着舰过程通常被认为是舰载飞机事故率最高的阶段,因此,自从有了航空母舰和舰载飞机,拦阻着舰动力学就一直是国内外相关研究人员的研究热点。本文从拦阻钩、拦阻装置和起落架3个关键部件着手,比较详细地论述了舰载飞机着舰拦阻涉及到的关键动力学问题及其研究现状,重点对拦阻钩弹跳动力学及其载荷分析、拦阻索动力学及其载荷分析、下沉速度、非对称拦阻对起落架载荷的影响、拦阻系统动力学等方面进行了综述。最后,对着舰拦阻动力学研究的发展趋势进行了展望。     

基于飞行参数的舰载机拦阻力统计建模与预计

拦阻钩是舰载飞机最重要的特征部件之一，对其受载进行测量、统计建模与预计具有重要的工程意义。在飞机拦阻动力学分析基础上确定了飞行数据统计建模所需的关键参数，结合某型机载荷试飞、机舰适配性试验，实测研究了飞机拦阻实际受载特点，采用线性或非线性方法统计建立了最大拦阻力与常规飞行参数之间的拟合函数关系，并得到了最大拦阻力的预计模型。建模、验模与预计结果表明，所选关键参数合理，能够充分反映拦阻钩的受载及其主要影响因素，采用纵向过载、啮合速度和发动机高压转速等参数建立的拦阻载荷统计模型可用于拦阻着陆或着舰试验时最大拦阻力的有效预测。     

舰载飞机拦阻钩载荷实测方法研究

为完成某舰载飞机飞行试验任务,采用应变法实测了其拦阻着舰时的拦阻钩载荷。在分析着舰拦阻过程中拦阻钩受载状态的基础上,建立了拦阻钩纵向、侧向和垂向这3个方向上的载荷模型;对拦阻钩钩臂进行内力分析,设计了载荷测量应变电桥,并进行了载荷校准,建立了载荷方程。给出并详细分析了典型拦阻过程中的拦阻钩载荷,计算了拦阻功量及拦阻系统的效率。最后,通过与常规单向载荷模型的对比,探讨了采用三向载荷模型的意义。分析表明,建立的模型和采用的方法正确,结果合理可信,可供相关工程参考。     

舰载飞机着舰时拦阻钩碰撞反弹动力学分析

为了解舰载飞机着舰时拦阻钩碰撞甲板后被反弹的动力学性能,以某舰载飞机为研究对象,建立了全机着舰动力学模型和拦阻钩碰撞甲板的碰撞模型,进行了全机着舰动力学仿真,通过拦阻钩碰撞反弹试验对碰撞模型进行修正,得到了更加准确的碰撞模型。将仿真结果与试验结果进行对比,验证了模型的准确性。研究了甲板涂层、俯仰角、航向速度、下沉速度和拦阻钩阻尼器参数对拦阻钩反弹动力学性能的影响。结果表明:航向速度对反弹高度和碰撞力几乎没有影响;随着下沉速度和俯仰角的增加,反弹高度和碰撞力也增加;拦阻钩阻尼器参数的变化不会影响碰撞力,但是对反弹动力学性能会产生明显的影响。     

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...     

飞机拦阻钩碰撞动力学和拦阻钩纵向阻尼器性能

 在考虑舰载机降落平台纵摇和横摇的基础上,建立了飞机拦阻钩六自由度碰撞反弹模型,得到了拦阻钩接触道面后反弹的动力学性能。分析了航母纵摇和横摇下拦阻钩碰撞反弹成因,并分别考虑了纵摇角和横摇角对拦阻钩反弹角速度及机身与道面给予拦阻钩碰撞冲量的影响;研究了拦阻钩碰撞后的反弹位移,在考虑拦阻索能顺利上钩的前提下,分析了拦阻钩纵向阻尼器的缓冲阻尼特性。结果表明：因航母横摇,碰撞后拦阻钩出现了左右的反转角速度及碰撞冲量;拦阻钩反弹后在自身重力作用下不能使拦阻索顺利上钩,在加入纵向阻尼器情况下,拦阻钩第1次反弹高度及回落时间均满足拦阻索上钩的条件。     

飞机拦阻索动态特性研究

 为了分析飞机拦阻索在拦阻过程中复杂的动态特性,将拦阻索视为空间柔性钢索,液压吸能系统和缓冲系统经过线性拟合,作为传动索的约束条件,通过具有弹性和阻尼特性的梁单元加载在拦阻系统模型中,同时考虑了柔性钢索与刚性支撑体之间的接触碰撞作用,在有限元分析软件LS_DYNA中建立了拦阻系统的碰撞动力学模型,并进行了仿真研究。研究结果表明,飞机尾钩挂索后,在拦阻索与甲板滑轮之间存在连续震荡衰减的应力波,当来自于甲板滑轮的初次反射波到达钩索啮合点时,拦阻力达到极值。     

舰载无人机拦阻着舰中机身冲击响应分析

针对某舰载无人机拦阻着舰过程中的机体强度问题，以其中机身结构为主要研究对象，首次设计了包括中机身结构与前后机身、机翼假件以及拦阻钩等构件的地面拦阻模拟试验方案，并搭建了相应装置，采用地面试验和刚柔耦合仿真模拟2种方法，对拦阻着舰过程中拦阻力冲击下中机身结构的动态响应特性进行了全面分析。试验与仿真结果表明：中机身最大航向过载沿两条主传力路径自后机身到前机身方向衰减，下传递路径点的过载峰值明显大于上传递路径点的峰值；发现最大过载点位于拦阻接头处，应变危险点位于机腹梁前段处；中机身结构上各测点的试验和仿真过载误差均在5%以内，应变误差均在8%以内，验证了试验结果的有效性和刚柔耦合数值仿真方法的可行性。地面拦阻试验及数值仿真的联合分析可为舰载无人机机身结构强度设计提供重要参考，并为后续舰载无人机的拦阻着舰分析以及机身结构响应预测提供依据。     

计及弯折波的舰载机拦阻过程控制

为验证拦阻索中应力的传播对拦阻过程的影响,研究了计及弯折波的舰载机拦阻过程的比例-积分-微分(PID)控制问题.先以液压阻尼力作为拦阻过程的控制输入建立了无弯折波的理想拦阻过程动力学模型,再依据拦阻过程中需要保持拦阻钩载为常值的要求,借助最优控制方法获得了一组理想轨迹.然后详细分析了拦阻索中弯折波在甲板滑轮与钩-索啮合...     

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。     

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。     

基于实测值的舰载机着舰下沉速度影响性分析

舰载机的着舰下沉速度是起落架设计的重要输入,对起落架和机体的结构重量有很大影响。为了探索舰载机使用环境下各相关参数对下沉速度的影响,基于E-2C的实测着舰数据,将多元统计学的相关分析方法应用到舰载机着舰参数影响性分析,分析了17个着舰参数与着舰下沉速度的相关性。结果表明飞机下滑角、甲板俯仰角与下沉速度呈高度相关,舰上接合速度与下沉速度呈中度相关,这三者对下沉速度有很大影响;并进一步对这4个着舰参数进行非线性回归分析,拟合了E-2C着舰下沉速度的计算式,所得回归模型决定系数为0.991,平均绝对误差为1.66%,拟合效果很好。     

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。     

飞机拦阻系统的现状及其发展

飞机拦阻系统是机场重要常务保障设施,用来对正常降落和因意外原因冲出跑道的飞机实施安全阻拦,以保障人机安全。本文对飞机拦阻系统的应用发展及研究现状进行了综述。     

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。     

结构参数对拦阻钩碰撞反弹动力学影响分析

针对新型舰载机拦阻钩设计初期技术人员关心的拦阻钩结构参数的选型问题,以某拦阻钩为研究对象,基于刚体碰撞理论建立了拦阻钩碰撞反弹动力学模型,研究了拦阻钩碰撞反弹的动力学特性。通过拦阻钩碰撞反弹试验对碰撞模型进行了参数修正,分析和对比了不同缓冲器安装形式下拦阻钩碰撞反弹特性,论述了重心位置、缓冲器油孔半径和初始压强对拦阻钩反弹动力学性能的影响,最后提出了一种拦阻钩缓冲器结构参数优化设计方法并进行了参数优化。结果表明：Ⅱ型缓冲器安装形式更优;随着拦阻钩重心位置距上铰接点长度增大,弹跳高度增大,缓冲器作用力减小;随着缓冲器油孔半径增大,弹跳高度增大,缓冲器作用力减小;初始压强增大,弹跳高度减小,缓冲器作用力增大。     

飞机拦阻钩振动运动学和拦索动力学研究

 本文对拦阻着陆中出现的拦阻钩振动和拦阻动载两大重要问题作了阐明和分析。重点研究和推演了飞机地面滑行中拦阻钩的二类振动运动学及其微分方程特性;钩的阻尼振动轨迹特性;阻尼器参数选择。 在拦索应变动载的研究中阐明了飞机对中拦阻、偏心拦阻、使用不同拦索材料的应变动载特性,并进行了实例计算分析,证实了飞机拦阻的拦索应变动载大小与地面拦阻装置的配置、拦索材料、飞机着陆的偏心程度等有密切关系。     

舰载机全机落震试验方法

舰载机全机落震试验是在实验室环境下测试舰载机着舰时结构动态载荷、动态响应以及机载设备冲击环境下功能可靠性的重要试验手段。本文提出了舰载机全机落震试验的试验方法,并对试验过程中机翼升力模拟、试验件下沉速度控制、试验件航向速度模拟及机体动态载荷测试等试验过程中的关键技术问题提出了解决方案,并通过试验对技术方案进行了验证。最后通过全机落震试验系统验证了试验方法的可行性及有效性,为舰载机着舰动态载荷及响应的测试提供了可行的试验方法,并为舰载机研制提供可靠的试验数据。     

关于舰载机着舰下沉速度的初步研究

舰载机着舰下沉速度VV一般要比陆基型飞机的着陆下沉速度大一倍以上,这就要使飞机的起落装置和机体结构加强,从而导致飞机结构增重。本文对国外舰载机着舰下沉速度VV的早期计算和近期发展情况进行了初步分析研究,提出了对舰载机着舰下沉速度VV进行修正的讨论。