舰载飞机弹射起飞过程中的几个问题

本文着重研究舰载飞机在甲板起飞时采用一种弹射起飞所出现的一些问题:(1)地效对舰载飞机起飞时下沉量的影响;(2)起飞姿态和起落架突伸问题;(3)前起落架载荷与起飞特性的关系。     

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—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。     

舰载机斜板滑跃起飞情况地面载荷

设置舰艏斜板以减少舰载机起飞滑跑距离、降低甲板风要求，从而实现无弹射系统情况下的短距起飞作业，这已在一些“蓝水”海军强国的航空母舰上得到了多年应用。给定航母起飞甲板长度和斜板曲线构型，飞机能否成功滑跃起飞取决于它的气动特性、最大起飞质量、发动机推力、出口速度和起落架强度。 本文提出了一种舰载机斜板滑跃起飞情况地面载荷的计算方法，也建立了完整的斜板曲线方程（曲线已经过飞机适配性优化）。文中还应用本方法计算了某双座多用途舰载教练机的滑跃起飞地面载荷。     

地效对飞机气动特性的影响研究

当飞机起飞或着陆时由于近地会产生地面效应。地效使得飞机的气动特性发生较大变化,如升力增大、阻力减小及静安定度的提高等。通过试验数据分析了地效状态下纵、横航向气动特性及舵效的变化,并对其内在影响机理进行了初步分析。结果显示,地效使得着陆构型失速提前约2°、纵向静安定度增加约0.15bA、横向安定性增加约10%~20%、平尾效率减小可达10%、方向舵效率变化较小但副翼效率减小可达10%。由此使得飞机的失速特性、横航向稳定性及操纵性变差。     

地面对飞机干扰影响的数值计算方法

1.引言 飞机的起飞和着陆是一个重要的飞行阶段,其间飞机离地面很近,会受到地面的气动干扰影响,称之为“地面效应”。一般说来,它使飞机的升力增加。通常起飞着陆攻角α=8°～12°,国外有的高达20°左右,襟翼偏角δ=25°～45°,地面效应严重,甚至产     

鸭式布局飞机矢量喷流对地面效应影响的风洞试验

针对单发鸭式布局飞机，通过低速风洞试验，研究了矢量喷流对飞机地面效应的影响特性。研究结果表明：发动机喷流使得飞机的地面效应增强，升力系数增加，降低飞机起飞/降落时的飞行速度，缩短起降距离，从而改善飞机起降性能。发动机喷管上/下偏转时，矢量喷流对飞机上下表面气流诱导不对称，均使地面效应阻力系数增量减小。在此基础上，基于数值模拟结果对喷流与地面效应的相互作用机理进行了分析。     

地效翼地面粘性效应风洞试验研究

为深入研究地面效应机理及地效翼空气动力特性,在同济大学上海地面交通工具风洞中心的空气动力-气动声学风洞内对地效翼模型进行了风洞试验。首先,根据地效翼空气动力特性及风洞试验能力,对风洞试验进行了设计;其次,在风洞试验中利用移动路面模拟系统和六分力天平测量系统,研究了地面粘性效应对地效翼空气动力的影响和地效翼空气动力特性。研究结果表明:固定地面附近边界层流动不仅与地效翼的高度有关,还与迎角有关;与移动地面相比,固定地面下测得的升力和阻力偏低,且由于固定地面边界层受气垫效应影响,失速延后。通过地效翼风洞试验研究揭示了移动路面模拟的重要性,并深入分析了地效翼空气动力特性,为地效飞行器空气动力设计和研究提供了参考。     

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。     

螺旋桨飞机近地飞行时的纵向稳定性

根据某型飞机气动试验数据,分析了地面效应和螺旋桨滑流增量对飞机静稳定性的影响;根据小扰动线性化方程,计算了不同飞行条件下的飞机模态特性,分析了地面效应和螺旋桨滑流对飞机动稳定性的影响。结果表明：地面效应将使飞机纵向运动频率增加,而阻尼比降低;地效区内滑流增量使短周期震荡频率和阻尼比均增加,也使长周期阻尼比增加,而对长周期模态频率的影响不大;无地效时,滑流将使长短周期两种模态的频率均降低,而阻尼比增加。     

舰载飞机弹射起飞性能和影响因素分析

本文通过舰载飞机弹射起飞动力学的研究,并根据弹射起飞的过程和要求,提出了确定弹射起飞参数(弹射力、发动机推力和平尾偏角)的计算方法。文中对舰载机的弹射起飞进行了仿真计算。最后讨论了飞机的起飞质量,发动机推力、起飞迎角、襟翼偏角和甲板风航迹等对弹射起飞性能的影响.     

基于LADRC的舰载V/STOL飞机短距起飞性能优化

针对垂直/短距起降（V/STOL）飞机在有限的甲板上实施滑跑起飞以及离舰后快速、稳定爬升的实际需要，对其整个过程进行操控优化以提升短距起飞性能。建立了反映多推力矢量操纵特性的非线性动力学模型，其中包含了地面效应模型和V/STOL飞机特有的喷气诱导效应模型。分别以舰面滑跑距离最短和离舰后增速时间最短为优化指标，给出了舰面滑跑和离舰初期的预置多推力偏转方案。在此基础上，提出了一种线性自抗扰反演（LADRC-Backstepping）控制方法，以实现对爬升角不确定非仿射系统的有效控制，其中设计了一种辅助补偿系统来拟制控制量的饱和，同时保证了爬升角跟踪误差的有界性；直接利用一种高阶LADRC方法设计了俯仰角控制器，确保了V/STOL飞机最终以稳定的姿态爬升。仿真结果表明，所提出的"二次预置多推力偏转角+爬升角控制+俯仰角控制"的分段优化操控策略，能够较好地提升V/STOL飞机的短距起飞性能，对内部不确定性和外界干扰具有较强的鲁棒性，可满足实际飞行任务的需要。     

某型战机滑跃起飞性能初步分析

根据飞行动力学理论,建立了舰载机滑跃起飞数学模型。以某型战机为例进行了数值仿真,定量分析了起飞质量、起飞迎角、甲板风、滑跑距离等因素对滑跃起飞性能的影响。结果表明:应优选起飞迎角;不同起飞质量情况下,应选择合适的滑跑距离(起飞点),并保证适当的甲板风;起落架强度应加强。     

直接升力控制对飞机着舰稳定性的改善

本文讨论了舰载飞机以最小需用推力对应速度(V_(?))的左侧速度进场的航迹稳定性问题。并对直接升力控制对着舰稳定性的改善进行了初步探讨.结果表明,采用直接升力控制来保证飞机着舰稳定性是可行的.     

基于响应面法的短距/垂直起降飞机近地面升力损失

建立了短距/垂直起降(S/VTOL)飞机近地面升力损失的流场计算模型.通过数值模拟得出特定升力布局的飞机近地面状态各工况的升力损失.采用响应面法获得了飞机升力损失关于喷管落压比（NPR）、来流速度及飞机高度的2阶响应曲面函数及显著影响飞机升力损失的关键因素.并分析了喷管落压比、来流速度及飞机高度对飞机升力损失的交互影响作用，优化得出给定工况范围内升力损失最小的工作点.研究表明:仅考虑单因素影响时，升力损失随高度、落压比的增大而减小，随来流速度的增大而增大；考虑两因素交互作用时，高度与落压比及来流速度与落压比对升力损失存在交互影响，而高度与来流速度对升力损失无交互影响；优化获得的升力损失最小的工作点是飞机距地面高度为9D（D为喷管直径）、喷飞机高度为3、来流速度为0m/s，此时的升力损失为1.3%.      

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.     

大型飞机增升装置气动机构一体化设计软件及其应用

为满足现代大型飞机先进增升装置多目标综合最优的设计目标,本文结合气动、机构并行设计思想,基于VB、Qt和Catia二次开发环境搭建了增升装置气动、机构综合设计软件。其中包括翼身组合体、巡航构型、起降构型和机构设计四个设计模块,用户可从不同翼身截面数据点,通过拉伸组合成用户所设计的干净构型;利用NURBS曲线使干净构型快速切割出带增升装置的曲面外形;根据缝道参数经验值和机构约束将所切增升装置偏转并设计出合适的起飞、着陆卡位模型,并配以对应卡位设计机构。本文通过对多架、多类别大型客机进行设计并按照预期设计完成切割,完成不同固定翼机型以及翼身组合体机型的切割。经过大量的设计实例验证,软件具有广泛的通用性,能够实现对任意飞机的增升装置进行快速设计。