舰载机起降段设计使用载荷谱编制及载荷谱加重研究

发布时间：2020-07-03 18:42

【摘要】：舰载机作为航空母舰战斗群“以空天制海”的重要手段,是现代海军不可或缺的力量。由于受到甲板几何、航母运动、气流扰动等因素的影响,舰载机通常需要采用弹射起飞和拦阻着舰的方式完成起降,其机体承受的载荷远大于普通陆基飞机,载荷形式也不尽相同。舰载机设计使用载荷谱是舰载机设计过程中进行结构强度、损伤容限和耐久性分析与试验的基础,由于舰载机载荷与普通陆基飞机存在差异,载荷谱编制方法也有所区别。因此,本文对舰载机弹射起飞和拦阻着舰虚拟样机及设计使用载荷谱编制进行研究,主要包括弹射起飞和拦阻着舰虚拟样机的建立和分析、舰载机设计使用载荷谱编制方法研究、损伤容限加重谱研究。具体研究内容如下:1、根据规范谱分析法、类比分析法、飞行模拟法等常用的设计使用载荷谱方法,结合载荷谱编制方法中最基本的任务分析法,首次提出了基于虚拟样机的舰载机设计使用载荷谱编制方法,探讨了使用舰载机虚拟样机数据代替实测数据作为编谱数据来源的可行性。最后给出了应用该方法的具体流程和详细步骤。2、通过分析舰载机在起降过程中子系统各部件的载荷、约束情况,分别建立了包含完整过程的舰载机弹射起飞虚拟样机和拦阻着舰虚拟样机,并给出了弹射力、拦阻力、气动力等不同载荷的确定方法。针对需要处理大量工况的问题,首次研究了基于Automation技术的多工况自动化仿真方法,实现了虚拟样机的批量建立、分析、计算和数据处理功能,并完成了相应的软件编写工作。3、基于建立的弹射起飞和拦阻着舰虚拟样机,详细研究了基于完整偏心弹射过程的动力学问题和舰载机着舰参数对起落架载荷影响程度这两个重要的问题。定性给出了弹射起飞时偏心距对起落架各向载荷的影响情况和拦阻着舰时着舰参数对各载荷的影响情况。4、提出了确定典型着舰情况的LHS-WF(拉丁超立方-权重)方法,据此给出了舰载机着舰设计使用载荷谱的编制方法。定量研究了着舰变量对着舰载荷的全局敏感性分析方法,给出了着舰变量区间划分的依据和划分的结果。同时对编制过程中的下沉速度简化、着舰情况判定、抽样范围修正等问题进行研究,结合多工况自动化仿真技术,完成了某型舰载机着舰段设计使用载荷谱的编制。5、研究了损伤容限载荷谱加重方法,通过编制的损伤容限载荷谱,对26件试验件进行载荷谱加重研究,给出了裂纹萌生时间和扩展时间随加重系数变化的曲线。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V271.492
【图文】：

航母,辽宁,舰载机

积相当于陆地的 1/3。丰富的海洋资源和辽阔的海洋空间是我国经济和社会可持续发展的保障，是影响国家战略安全的重要因素。从十八大开始，我国明确提出应“提高海洋资源能力，发展海洋经济，保护生态环境，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国”，十九大进提出“加快建设海洋强国”，说明建设海洋强国、维护海洋利益是国家 21 世纪的战略目标。为适应新的形势，中国海军的战略要求由“近海防御”开始逐步转变为“近海防御与远海”相结合，而完善舰载机体系、提升航母战斗能力是实现这一要求的重要手段和必经之路[1918 年，第一艘航母由巡洋舰成功改装，经过百年的发展，航母已成为海洋战争的核传统海战由平面打击升级为立体作战后，海战指导思想逐渐转变为“以空天制海”的方式航母主要作战能力自然也从传统的舰炮转变为其搭载的舰载机。舰载机主要分为战斗机、机、侦察机、空中加油机、电子对抗机等，不同类型的舰载机协同合作，形成了强大的综战能力。目前世界上在役航母共有 23 艘，不同种类的舰载机共有 900 多架，其中美国拥有 11 艘，舰载机 600 多架，是航母和舰载机数量最多，技术最先进的国家[4]。我国航母和舰发展迅速，近年来辽宁舰编队不断在西太平洋、南海、东海等海域开展了实战化训练，已了一定的作战能力[5]，但与美国相比，舰载机数量较少，型号种类单一，性能差距明显，亟高我国舰载机的设计、研发能力。如图 1. 1 为训练中的辽宁号航母及歼 15 舰载战斗机。

航母,斜板,甲板,主要特征

机受航母甲板长度和起降效率的限制，对起飞滑跑距离有严格的要求。航母起飞长度通常为 100m 左右，即使经专门设计用于重型舰载机或超载起飞的也不超过 200m。为了缩短起飞滑跑距离，经过长期的研究、试验和使用，现用斜板滑跃起飞[46]或者弹射器弹射起飞两种方式。滑跃起飞技术是由英国海军军官道格拉斯·泰勒于 1973 年首先提出的。斜板对而言技术简单、耗费很低但效率较高的起飞方式。它是指舰载机利用发动上加速滑跑，然后在航母舰艏经一段斜面甲板（斜面一般与水平面呈 6°至 2舰载机在规定起飞点就位后，使用刹车或者起飞挡轮将舰载机固定在起飞点后松开刹车或者放下起飞轮挡，舰载机在发动机推力作用下沿着甲板加速滑为平直滑跑段。经过航母舰艏时，舰载机在斜板的作用下有一定的航迹倾斜度分量，且俯仰角达到最大值，这一段过程称为斜板滑跑段。舰载机离开舰机推力的垂直分量不足以克服重力，垂直速度分量的逐渐减小，直至轨迹出但由于发动机推力大于阻力，舰载机在垂直速度分量减少这一过程及时建立水平速度，使升力和推力分量逐渐克服重力，轨迹达到最大下沉量，这一段行。此后舰载机进入正常飞行阶段，按预定的轨迹安全起飞。

【参考文献】