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。     

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。     

舰载机拦阻着舰载荷谱编制技术

舰载机舰面载荷谱是航母服役环境下飞机结构长寿命和耐久性设计的关键。依据舰载机在拦阻着舰过程中的舰面载荷特点，论述了现有编制方法的局限性，结合多体动力学仿真模型探讨了载荷谱编制的方案和流程，建立了拦阻着舰多体动力学运动方程和仿真模型，并进行了仿真计算。通过对舰载机飞行剖面以及拦阻着舰任务剖面特点分析，确定了飞机拦阻着舰任务段载荷谱的主要工况以及比例关系，编制出飞机拦阻着舰过程的重心谱，绘制出载荷谱超越曲线，为舰载机的设计载荷谱编制提供依据，具有较高的工程应用价值。     

某型飞机着舰拦阻动力学仿真与分析

构建了航空母舰甲板、拦阻系统和舰载机全机动力学分析模型。采用冲击碰撞分析软件Pam—Crash和ADAMS对舰栽机着舰拦阻整个过程进行动力学仿真。对比分析了两种仿真计算方法的主要参数结果,并对不同着舰姿态角下舰载机起落架轴向过载结果进行了详细的分析,从强度设计角度考虑,得到了具有重要参考价值的结论。分析认为,4°姿态角为起落架受载最小工况,姿态角大于8°将会对前起落架产生破坏性载荷。     

飞机拦阻过程的非线性最优控制

在假设拦阻力完全由阻拦索提供的前提下,建立了包含阻拦索线弹性变形的飞机拦阻过程非线性动力学模型。为使原二阶微分方程系统易于控制,使用了高一阶的模型。基于高斯伪谱方法（GPM）对飞机和阻拦索接触后的降速曲线进行了优化,并应用反馈线性化闭环跟踪优化之后的降速曲线。结果表明,阻拦索的弹性对阻拦效果有很大影响,并且反馈线性化可弥补非线性最优化在实际应用中的缺陷。     

飞机拦阻钩系统动力学分析与仿真

针对飞机拦阻钩系统,研究了飞机着陆过程所受的力和力矩,分析拦阻力产生机理和作用方式,建立了对中拦阻动力学模型,应用Matlab软件对拦阻着陆过程进行全机动力学仿真技术研究,通过对飞机在着陆过程中的姿态参数与拦阻力进行分析,对不同着陆方案进行优化设计。研究结果表明,拦阻钩啮合速度越小,导致主轮接地时间与距离越长,主轮先接地余量越大,安全性越好;啮合时刻越晚,导致缓冲作动器影响越大,主轮先接地安全余量越小,安全性越差。     

飞机拦阻系统拦阻性能仿真研究

针对设计的飞机拦阻系统 ,在对其液压系统及拦阻期间运动学、静力学、动力学分析的基础上 ,建立起飞机拦阻系统的数学模型 ,并以MATLAB为仿真软件 ,用仿真方法对拦阻期间的受控参数如飞机过载、拦阻钢缆的拉力、拦停距离等的变化规律进行了分析研究 ,确切模拟了飞机拦阻系统的工作过程 ,对飞机拦阻系统的拦阻性能作了全面的定量分析 ,对改进和改善我国大多数机场的应急着陆设施有着重要意义。     

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...     

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。     

飞机拦阻系统电液比例控制研究

在分析某纯机液飞机拦阻系统不足的基础上,设计了一种新型电液比例控制的飞机拦阻系统,提高了飞机拦阻系统对不同机型、拦停距离及撞网状况的适应能力。推导出系统的输出压力-飞机拦停位移曲线,在此基础上设计了极点配置自校正PID控制器。仿真研究表明,该飞机拦阻系统过渡时间仅为0.05s,响应速度较快,取得了满意的控制效果。     

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。     

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。     

飞机蜂窝道面拦阻系统的动力学模型与数值模拟研究

针对传统泡沫混凝土材料在大型飞机道面拦阻中存在的吸能效率、耐久性以及环保等问题,基于金属蜂窝材料提出了一种新型飞机道面拦阻系统.首先,建立了机轮-蜂窝材料耦合作用阻力模型和全机拦阻动力学模型,得到了蜂窝材料在拦阻过程中的能量耗散分布解析表达式.其次,通过LS-DYNA有限元软件进行了蜂窝材料道面拦阻系统的数值研究,验证...     

发动机推力及拦阻力对起落架载荷的影响分析

以某型舰载飞机为研究对象,建立舰载机拦阻着舰动力学模型,考虑了拦截索拉力、气动力和发动机推力.对模型进行数值求解,分析在拦阻过程中发动机推力及拦阻力对起落架缓冲器轴力的影响.结果表明:在舰载机着舰前0.3s内,发动机推力和拦阻力对起落架缓冲器轴力影响很小;0.3 s后发动机推力会同时增大起落架缓冲器轴力峰值;拦阻力会增大前起落架缓冲器轴力峰值,减小主起落架缓冲器轴力峰值.     

飞机道面拦阻系统建模分析

通过对飞机道面拦阻系统进行静力学、动力学分析，建立了拦阻系统的力学分析模型。通过该模型，结合实际应用中机轮所受的水平阻力应符合起落架的设计范围，得出了飞机进入拦阻面的速度、拦阻材料的压碎强度、起落架所受的最大水平拖力、轮胎最大压力以及拦停距离等变量之间的关系，从而为进一步研究道面拦阻材料的力学特性以及今后进行拦阻材料的自主开发提供了理论依据。     

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。     

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。     

面向弹射/拦阻过程的机载系统抗冲击试验方法

相对于陆基飞机,舰载机苛刻的使用环境对起落架、拦阻钩等系统及其机载设备的强度设计提出了更为苛刻的要求.需要有更完善的试验验证手段,对机载系统在弹射、着舰与拦阻冲击载荷作用下的动强度设计进行评估,对系统的可靠性进行考核.依据现有规范和实测数据,从舰载机弹射/拦阻冲击环境和试验系统构建入手,研究了试验条件由来、试验方案实施...     

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。