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。     

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。     

舰载机弹射起飞六自由度动力学建模与仿真

根据舰载机弹射起飞的特点,考虑了舰船、舰载机及起落架之间的相互作用和甲板运动、海面大气扰流以及舰艏气流扰动对舰载机的影响;基于多体动力学理论,描述了舰船-飞机-起落架多体系统的耦联关系,建立了舰载机弹射起飞六自由度动力学模型。利用此模型,仿真了舰载机的弹射起飞过程。仿真结果表明,此模型能较完整地反映航母、舰载机和起落架之间的相互耦联关系,正确地描述了舰载机弹射起飞的动力学过程。     

舰船运动对某无人机发射安全的影响研究

探讨了舰面运动(舰面纵摇、横摇和垂荡运动)对舰载无人机火箭助推发射安全的影响。数值分析表明,舰面纵摇可能导致飞机起飞后撞上甲板,是舰面运动中最危险的因素。舰面横摇对飞机离舰后最大下沉量的影响相比纵摇为小,若无人机在甲板上布置的位置适当,则可以实现安全发射。     

舰载飞机逃逸复飞动力学特性研究

采用相关作用力方法，建立了考虑起落架变形运动影响下飞机在运动斜甲板上的着舰滑跑运动方程，综合研究了海浪，风，地效，航母摇荡运动和起落架伸缩运动等因素对飞机着舰脱挂后逃逸复飞特性的影响，为舰载飞机逃逸飞行特性提供了计算方法。     

航母纵摇对舰载机弹射起飞的限制研究

舰载机在航空母舰上弹射起飞时易受舰面摇荡的影响，当航母在海浪作用下摇荡到一定程度时，就限制了舰载机的正常起飞，从海浪特性出发，通过对舰面摇荡运动的初步描述，探讨了舰面摇荡对舰载机起飞的限制范围，着重分析了舰面纵摇对舰载机弹射起飞的影响，确定了保护安全起飞的纵摇范围，从中得出一些有益的启示。     

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。     

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。     

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。     

舰载机弹射起飞及拦阻着舰动力学问题

 弹射起飞和拦阻着舰是舰载机的特殊动力学问题,弹射起飞过程中的起飞离舰姿态、安全离舰速度及离舰上升航迹;着舰过程中的下滑航迹标定及保持、啮合速度及拦阻滑跑;逃逸复飞能力等是舰载机起落性能的主要评定指标。这些指标与航空母舰的大气扰动、航空母舰的纵倾、横摇和升沉运动的影响密切有关。本文在探讨舰载机起落性能研究方法的基础上,进行了示例仿真研究,其计算结果与能取得的示例飞机的某些结果是一致的。     

舰尾流对舰载机复飞边界影响分析

通过研究舰载机在进场着舰阶段的复飞边界条件及安全影响因素,考虑引入初步的航母舰尾流场对复飞轨迹的影响,基于六自由度运动方程建立了舰载机在舰尾流环境下的复飞仿真模型。以某型飞机为例,进行了有无紊流扰动下的舰载机复飞仿真计算,并分析了舰尾流对复飞边界的影响。分析结果可为舰载机复飞边界的确定提供参考。     

基于机体－拦阻器建模的舰载机着舰拦阻仿真分析

本文主要是在机体-拦阻器基础上建立舰载机着舰拦阻的数学模型,利用MATLAB/Simulink进行仿真程序的编写,综合考虑了起落架系统、航母运动、甲板风、着舰姿态、拦阻过程等问题,形成了一个完整的舰载机着舰拦阻计算机仿真系统,并选取了其中的一种典型着舰情况进行了仿真计算.     

舰载飞机纵向逃逸性能仿真研究

建立了舰载飞机的逃逸动力学分析模型，对飞机在不同着舰条件下的逃逸性能和起落架载荷进行了数值仿真。结果表明，着舰速度越大、发动机推力加速性越好，对飞机的逃逸越有利；舰艇运动会使飞机着舰点偏离理想着舰点并增大起落架载荷；舰尾流对逃逸性能的影响不大，但会使飞机着舰点偏离理想着舰点，不利于飞机的着舰安全。     

舰尾流影响下的舰载机着舰控制与仿真研究

舰载机着舰时处于“低速大迎角下滑”的飞行状态,飞机的操纵性下降,加上舰尾雄鸡尾流的干扰,如果不能很好地控制很可能造成着舰失败。搭建考虑高度影响的舰载机着舰动力学模型,从“力与运动的动态关系”和“能量转换”两个角度进行舰载机着舰过程物理机理的研究,并利用模糊PID控制器的快速收敛能力对比分析迎角、速度和高度三个反馈量,升降舵和油门杆两个控制量,共六个控制通道的控制机理和内在关系,得出它们的优劣势和适用情况。进行有风扰动下的控制仿真及分析,筛选出油门杆高度反馈PID控制器作为舰尾流扰动下的控制系统,仿真结果验证了该控制器的有效性。     

斜风来流下纵摇运动对机-舰耦合流场的影响

机-舰耦合流场是一个复杂紊乱的非定常流场，舰船的六自由度摇摆运动会进一步恶化飞行甲板上方的流场环境。为了探究舰船的摇摆运动对飞行甲板上方机-舰耦合流场的影响，基于简化护卫舰SFS2和旋翼的耦合模型，对两种斜风状态下、纵摇运动中的机-舰耦合流场进行了数值模拟，分析了纵摇运动对机-舰耦合流场结构和旋翼拉力的影响，对比了两种斜风状态下的流场差异。研究结果表明：随着舰船的纵摇运动，机库后方形成的不稳定混合涡结构和垂向气流会对旋翼气动力造成明显的影响，旋翼拉力出现了近似周期性的变化，与纵摇运动的周期一致，但各观测点处的速度分量均未出现周期性的变化；旋翼拉力在甲板上浮至水平位置附近时最大，在甲板下沉至水平位置附近时最小，对于左舷和右舷来流，拉力分别降低了约13%和6%，因此飞行员要认识到纵摇运动带来的拉力损失，确保直升机具有足够的操纵量，以便能及时调整总距来保证直升机在该状况下的起降安全性。     

阻拦索断裂对螺旋桨舰载机着舰安全影响数值分析

喷气动力舰载机着舰拦阻滑跑，如阻拦索断裂，其逃逸复飞的概率极小。螺旋桨动力舰载机零升阻力大，推重比小，其安全复飞的能力值得研究。本文基于建立的螺旋桨舰载机逃逸复飞仿真模型（含阻拦索工作模型、发动机动力响应模型、升降舵操纵模型与气动力的动力影响修正模型），数值模拟了E-2C舰载预警机着舰阻拦索断裂情况下，其逃逸复飞的过程。仿真计算显示对象飞机在不同气动力、离舰速度与舵面操纵逻辑状态下，其纵向动力学方程中敏感参数与航迹下沉量的动态变化，结合视频数据分析其复飞成功的原因。研究表明：动力对螺旋桨舰载机俯仰力矩与升力特性的影响是其逃逸复飞成功的关键。动力影响使对象飞机的俯仰力矩曲线上移0.15，8°迎角下纵向静稳定性减小85%，升力线斜率增大29.7%、最大升力系数增大39%。这显著改善了螺旋桨飞机逃逸复飞状态下俯仰操纵的敏捷性，升降舵操纵效率与失速特性。动力影响使螺旋桨舰载机可在较小的加速度、离舰速度与有限的留空时间情况下，迅速改变其航迹角，减小航迹下沉量，保证逃逸复飞安全。     

低空复杂气象环境下舰载机着舰多重安全边界

从气象环境、海况、航母运动、舰尾流等方面对舰载机着舰安全的影响出发,分析了低空复杂气象环境下舰载机着舰致灾物理链路的影响因素和规律,提出了多重安全边界的概念。结合相应的物理机理,按照飞机性能恶化的影响程度、飞行操纵的影响程度对安全边界进行了多属性划分,进一步梳理了多重安全边界研究需解决的主要关键问题,提出了未来的研究方向,为飞行操纵、控制方法设计、分级优化保护、安全性设计提供了重要的理论参考依据。     

舰面运动对弹射起飞特性的影响

探讨舰面运动（舰面纵摇、横摇和沉浮运动）对舰载飞机弹射起飞特性的影响，数值分析表明，舰面纵摇可使飞机离舰后最大下沉量增大较多，是舰面运动中最危险的因素，通过适当选择顶置升降舵偏角、增大油门、增大航空母舰前进速度、减轻起飞质量和限制起飞时舰面最大纵摇角等方法可较大地抑制飞机下沉、舰面沉浮和横摇对飞机离舰后最大下沉量影响比纵摇为小。但横摇使飞机离舰前滑跑困难，离舰后产生横侧振荡，飞机出现较大的航向偏角     

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。     

试论舰载机着舰仿真

针对舰载机着舰的特点,从数学仿真模型和视景系统仿真方面简要介绍舰载机着舰仿真,综合归纳了舰载机仿真的特点。与陆基飞机相比,舰载机着舰仿真需要增加航母相关运动模型、逻辑和三维可视化模型,并且在视景显示方面也有更高的要求。进行舰载机着舰仿真研究,建设舰载机地面试验环境,开展地面飞行模拟试验,对工程研究和飞行员训练具有重要的意义。