舰载飞机着舰动态性能仿真研究

论文摘要

舰载飞机作为现代海军的重要装备之一,工作环境特殊,各种工况非常复杂,尤其是着舰动力学问题,与陆基飞机差别最大。在着舰的过程中,飞机不仅要承受拦阻索拉力施加的载荷,而且由于航母的运动,起落架也需要承受额外的载荷。如何分析计算着舰过程中拦阻索拉力以及起落架载荷,并据此确定着舰拦阻方案,一直是舰载飞机设计和使用中的重要课题。国内外对于舰载飞机拦阻索拉力以及起落架载荷的计算多采用建立简化数学模型,求解微分方程的方法来解决。本文首先对舰载飞机的着舰过程进行合理简化,通过建立起落架落震试验的数学模型,确定落震时缓冲系统各分力的计算方法。然后,对拦阻机进行简化并建立描述拦阻机的数学模型,改进了初步确定拦阻力范围的方法,给出确定拦阻力的动力学方程。近些年来,随着多体系统动力学以及数字化虚拟样机技术的发展,为舰载飞机着舰动力学问题提供了新的更加简便也更加符合工程实际的方法。本文以多体动力学软件ADAMS为平台,建立舰载飞机以及简化的拦阻机、拦阻索的虚拟样机装配模型,进行舰载飞机着舰的虚拟实验,分析了航母运动对起落架载荷的影响和不同飞机着舰速度、着舰重量对拦阻索拉力的影响。舰载飞机着舰要求精度高,着舰速度大,本文通过建立微分方程以及数字化虚拟样机仿真的方法对问题进行较系统的探讨。研究结果表明航母的运动对起落架载荷有着显著的影响;相对于着舰重量而言,拦阻索拉力对飞机着舰速度的变化更为敏感。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.2 研究方法
• 1.3 研究目的及内容
• 第二章 舰载飞机拦阻着舰的一般性研究
• 2.1 舰载机着舰过程研究
• 2.1.1 舰载飞机着舰程序
• 2.1.2 舰载飞机着舰简要过程
• 2.2 拦阻系统研究
• 2.2.1 拦阻系统工作原理研究
• 2.2.2 拦阻系统各分系统研究
• 2.3 拦阻系统回收飞机时的动力学特性
• 2.3.1 初始冲击――横向应力波的形成
• 2.3.2 横向应力波的传播
• 2.3.3 第二冲击（斜向的）——冲击的产生及相应的应力波传播
• 2.3.4 绳索松弛问题
• 第三章 起落架缓冲系统动力学分析
• 3.1 起落架缓冲与滑跑运动方程
• 3.1.1 力学模型的选取
• 3.1.2 模型的基本假设
• 3.1.3 系统运动微分方程
• 3.2 缓冲系统各分力的计算方程
• a'>3.2.1 空气弹簧力F_a
• h'>3.2.2 油液阻尼力F_h
• t'>3.2.3 缓冲器结构限制力F_t
• 第四章 拦阻力的确定及其理论分析
• 4.1 拦阻力约束条件及范围的初步确定
• 4.1.1 问题基本假设和数学描述
• 4.1.2 拦阻索最大许用拉力对拦阻力的限制
• 4.1.3 飞机最大过载对拦阻力的限制
• 4.1.4 拦阻力范围的初步确定
• 4.2 拦阻力的确定
• 4.2.1 问题的基本假设及分析方法
• 4.2.2 拦阻力的确定
• 第五章 舰载飞机拦阻着舰虚拟样机的建立与分析
• 5.1 引言
• 5.2 舰载飞机拦阻着舰模型的建立
• 5.2.1 飞机及起落架模型的导入和修改
• 5.2.2 甲板模型的建立
• 5.2.3 拦阻系统的建立
• 5.3 模型约束的添加以及驱动和载荷的建立
• 5.3.1 拦阻索运动副的添加
• 5.3.2 拦阻索与甲板滑轮接触力的建立
• 5.3.3 甲板驱动的建立
• 5.4 全机模型的装配及参数设置
• 第六章 全机着舰拦阻动态仿真及结果对比分析
• 6.1 动力学仿真分析
• 6.1.1 航母运动对飞机起落架载荷的影响
• 6.1.2 飞机质量、着舰速度对拦阻索拉力载荷的影响
• 6.2 仿真结果对比分析
• 6.2.1 航母运动对飞机起落架载荷影响结果分析
• 6.2.2 飞机质量、着舰速度对拦阻索拉力载荷影响结果分析
• 第七章 总结
• 7.1 本文主要内容以及工作重点
• 7.2 进一步研究的方向
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间的研究成果
• 附录1 建立拦阻索离散刚体的命令语言
• 附录2 建立拦阻索约束的命令语言
• 附录3 建立拦阻索与甲板接触力的命令语言