舰载机拦阻着舰动力学分析及仿真

发布时间：2017-04-21 12:08

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【摘要】：CTOL舰载机最显著的特点是弹射起飞和拦阻着舰，这也是其出事率高的原因。CTOL舰载机拦阻着舰时对舰载机产生很大的冲击载荷，影响飞行员和舰载机的安全。舰载机着舰挂索后的受力状态是飞机最复杂的受力状态，此时的数学模型是飞机最复杂的数学模型。准确而完整的数学建模是进行舰载机拦阻动力学分析的基础。在已知起落架参数的前提下，准确求解能减少为获得起落架载荷及能量吸收能力所需的地面测试，而且，能外推测试困难或飞行试验才能得到的设计条件。通过仿真计算，达到优化设计和缩短试验时间的目的。 为了探讨CTOL舰载机拦阻着舰过程动力学分析这一具有实用意义的问题，本文建立了舰载机拦阻着舰数学模型。在整个着舰过程中分了两个阶段：①舰载机与拦阻索啮合后没触舰飞行阶段；②触舰后的滑跑过程。该模型分为舰载机数学模型和甲板拦阻系统数学模型两个相互独立的部分，二者通过舰载机上安装的拦阻钩与跑道拦阻索的啮合点的运动联系起来。本文考虑了飞机拦阻着舰非对称飞行时飞机的动态响应，建立了六自由度运动方程。建立了比较完整的舰载机拦阻着舰数学模型，对舰载机及甲板拦阻系统数学模型较为详细。采用SIMULINK作为仿真工具，可以摆脱复杂的程序设计工作，使人们集中了更多的精力放在数学模型的建立及优化上。 本文以MK7-3拦阻系统为例，以MIL—STD—2066的试验曲线为基础，由文献中提供的经验公式及数据与图表，对原来空缺的飞机啮合时的情况做了计算，给出了载荷—行程曲线。并通过仿真计算与MIL—STD—2066中曲线及数据对比，对模型进行了仿真校验。根据对比，本文的数值仿真情况接近于MK7-3的实测情况。通过本文的仿真计算，得出决定拦阻机拦阻钩载荷的是飞机重量、啮合速度及拦阻系统本身的能量的吸收能力。在拦阻机确定时，飞机重量与啮合速度较小时，会出现前峰值；当重量与啮合速度较大时出现后峰值情况。飞行甲板宽度的增加会使拦阻钩载荷峰值发生时间延后。偏心时拦阻钩载荷峰值稍微降低，但是变化不大。飞机所偏方向的拦阻带最大拉力比对中的拦阻带拉力大，而飞机所背离方向的拦阻带最大拉力比对中时的拦阻带拉力小。
【关键词】：拦阻着舰 舰载机 甲板拦阻系统 数学模型 SIMULINK
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：E926.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 工程背景和研究目的9-14
• 1.1.1 目前拥有航母的国家10-11
• 1.1.2 舰载机着舰的过程11-14
• 1.2 国内对舰载飞机拦阻着舰的研究进展14-16
• 1.3 主要研究内容16-19
• 第二章 计算机仿真基础知识19-27
• 2.1 概述19-21
• 2.2 建模与系统仿真的一般步骤21-23
• 2.3 连续系统的数字仿真23-25
• 2.4 仿真工具SIMULINK25-27
• 第三章 舰载机数学模型27-49
• 3.1 坐标系及转换27-29
• 3.1.1 参考系及坐标系的选取27-28
• 3.1.2 各坐标系之间的关系及变换矩阵28-29
• 3.2 舰载机运动方程29-32
• 3.2.1 飞机刚体动力学方程30-32
• 3.2.2 飞机运动学方程32
• 3.3 舰载机载荷32-45
• 3.3.1 发动机推力和飞机重力与力矩32-33
• 3.3.2 作用在飞机上的空气动力33-35
• 3.3.3 作用在起落架上的力35-44
• 3.3.4 拦阻钩载荷44-45
• 3.4 程序的编制45-49
• 3.4.1 程序的流程图45-46
• 3.4.2 仿真程序框图的建立46-49
• 第四章 甲板拦阻系统的数学模型49-61
• 4.1 拦阻装置的研究历史及组成49-52
• 4.2 拦阻过程52-53
• 4.3 液压拦阻器原理53-54
• 4.4 拦阻索张力F_1、F_254-58
• 4.5 钩索相对滑动58-61
• 第五章 拦阻着舰的计算机仿真61-75
• 5.1 仿真程序的设计61-62
• 5.2 仿真模型校验62-69
• 5.3 参数分析69-71
• 5.4 舰载机飞行模拟的其它问题71-75
• 第六章 结论与展望75-77
• 6.1 总结75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-80
• 攻读硕士学位期间论文发表情况80-81
• 致谢81-82

【引证文献】

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本文编号：320303