艦載機(jī)攔阻裝置剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)建模及動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、飛機(jī)攔阻系統(tǒng)是航空母艦上重要的輔助設(shè)備之一,是確保飛機(jī)安全著艦的關(guān)鍵設(shè)備。飛機(jī)在航空母艦上降落時(shí),從飛機(jī)尾鉤掛索到完全停止在甲板上僅需要3-4秒,攔阻系統(tǒng)在極短暫的時(shí)間內(nèi)將飛機(jī)巨大的動(dòng)能完全吸收并轉(zhuǎn)化成熱能釋放掉。因此,攔阻系統(tǒng)的工作狀態(tài)將直接影響到飛機(jī)著艦時(shí)的攔停距離、過載和攔阻索承受的攔阻力等與攔阻效果相關(guān)的性能指標(biāo)。
　　目前,國外對攔阻系統(tǒng)的研究主要采用理論分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比的方法,已形成相對成熟的研究體系,但可供查詢的資

2、料極少;國內(nèi)對攔阻系統(tǒng)的研究,已進(jìn)入工程應(yīng)用階段,但由于目前該系統(tǒng)投入使用的時(shí)間較短,而攔阻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和工作過程的特殊性,實(shí)體機(jī)的數(shù)據(jù)采樣過程較為困難,這就需要在研究其工作特性之前掌握其基本性能。目前對飛機(jī)攔阻系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的研究一般采用理論分析的方法,沒有考慮鋼索(包括攔阻索和傳動(dòng)索)的彈性性能、攔阻索與攔阻機(jī)構(gòu)的耦合作用對攔阻系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響,從而導(dǎo)致攔阻系統(tǒng)的許多重要特性無法得到較準(zhǔn)確的定量分析,以致其動(dòng)態(tài)特性與實(shí)際存在較大

3、差距。多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)為解決這種多維、時(shí)變、高度非線性的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)問題提供了一種有效的理論分析方法,因此,開展對飛機(jī)攔阻剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究具有十分重要的理論意義和實(shí)際工程價(jià)值。
　　論文對剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論進(jìn)行了論述,提出用多柔體動(dòng)力學(xué)方法建立飛機(jī)攔阻系統(tǒng)的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型的思路?？紤]到飛機(jī)掛索時(shí)飛機(jī)尾鉤對攔阻索的沖擊作用以及鋼索的振動(dòng)對攔阻過程的影響,通過一種離散的梁單元建立具有彈性的鋼索模型,在模型中不考慮梁單元的

4、彎曲和扭轉(zhuǎn)特性,僅考慮梁單元的拉伸性能;攔阻系統(tǒng)通過纏繞在各支撐和導(dǎo)向滑輪上的鋼索傳遞飛機(jī)動(dòng)能,模型中利用罰函數(shù)法解決鋼索與滑輪體之間以及動(dòng)滑輪組中滾柱與內(nèi)/外滾道之間的接觸/碰撞問題。
　　以美國海軍正在使用的MK7-3型攔阻系統(tǒng)為例,通過有限元軟件ANSYS/DYNA建立其的三維有限元實(shí)體模型,根據(jù)飛機(jī)對中掛索仿真試驗(yàn),將相關(guān)參數(shù)的仿真數(shù)據(jù)與MIL-STD-2066試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比,驗(yàn)證模型的正確性?；诜抡嬖囼?yàn)數(shù)據(jù),對模型的動(dòng)態(tài)

5、特性進(jìn)行分析,研究攔阻過程中飛機(jī)的攔停距離、過載、攔阻索拉力等相關(guān)參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系;將波動(dòng)傳載理論與仿真試驗(yàn)相結(jié)合,分析飛機(jī)尾鉤掛索后應(yīng)力波在攔阻索中的傳播過程,以及應(yīng)力波在甲板滑輪處的反射與傳播。研究鋼索的沖擊作用對攔阻力的影響,以及在動(dòng)滑輪組運(yùn)動(dòng)過程中,鋼索松弛現(xiàn)象對攔阻系統(tǒng)工作狀態(tài)的影響。
　　在飛機(jī)著艦攔阻過程中,由于飛機(jī)型號(hào)不同,飛機(jī)質(zhì)量和著艦速度差異很大,為了確保飛機(jī)安全著艦,需要調(diào)整攔阻裝置的攔阻能力,以適應(yīng)不同著

6、艦狀態(tài)的飛機(jī)。文中詳細(xì)分析了MK7-3型攔阻裝置中定長沖跑系統(tǒng)的工作原理,從理論上推導(dǎo)了錐閥節(jié)流面積和凸輪型線聯(lián)合控制方法,并分析了對于同種著艦狀態(tài)下的飛機(jī),調(diào)節(jié)重量選擇器的值,定長沖跑系統(tǒng)對攔阻系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響;同時(shí)分析了甲板滑輪緩沖系統(tǒng)和尾端緩沖系統(tǒng)對攔阻系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。
　　飛機(jī)對中攔阻是一種理想的攔阻情況,在實(shí)際的攔阻著艦過程中,飛機(jī)或多或少存在偏心偏航情況。本文基于攔阻系統(tǒng)的有限元模型,研究了飛機(jī)偏心偏航這類不對稱