艦載機攔阻裝置剛柔耦合系統(tǒng)建模及動態(tài)特性研究.pdf

1、飛機攔阻系統(tǒng)是航空母艦上重要的輔助設備之一,是確保飛機安全著艦的關鍵設備。飛機在航空母艦上降落時,從飛機尾鉤掛索到完全停止在甲板上僅需要3-4秒,攔阻系統(tǒng)在極短暫的時間內(nèi)將飛機巨大的動能完全吸收并轉化成熱能釋放掉。因此,攔阻系統(tǒng)的工作狀態(tài)將直接影響到飛機著艦時的攔停距離、過載和攔阻索承受的攔阻力等與攔阻效果相關的性能指標。
　　目前,國外對攔阻系統(tǒng)的研究主要采用理論分析和實驗數(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,已進入工程應用階段,但由于目前該系統(tǒng)投入使用的時間較短,而攔阻系統(tǒng)結構的復雜性和工作過程的特殊性,實體機的數(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。目前對飛機攔阻系統(tǒng)動態(tài)特性的研究一般采用理論分析的方法,沒有考慮鋼索(包括攔阻索和傳動索)的彈性性能、攔阻索與攔阻機構的耦合作用對攔阻系統(tǒng)動態(tài)特性的影響,從而導致攔阻系統(tǒng)的許多重要特性無法得到較準確的定量分析,以致其動態(tài)特性與實際存在較大

3、差距。多體系統(tǒng)動力學為解決這種多維、時變、高度非線性的復雜動力學問題提供了一種有效的理論分析方法,因此,開展對飛機攔阻剛柔耦合系統(tǒng)動力學研究具有十分重要的理論意義和實際工程價值。
　　論文對剛柔耦合系統(tǒng)動力學相關理論進行了論述,提出用多柔體動力學方法建立飛機攔阻系統(tǒng)的剛柔耦合動力學模型的思路?？紤]到飛機掛索時飛機尾鉤對攔阻索的沖擊作用以及鋼索的振動對攔阻過程的影響,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向滑輪上的鋼索傳遞飛機動能,模型中利用罰函數(shù)法解決鋼索與滑輪體之間以及動滑輪組中滾柱與內(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體模型,根據(jù)飛機對中掛索仿真試驗,將相關參數(shù)的仿真數(shù)據(jù)與MIL-STD-2066試驗數(shù)據(jù)對比,驗證模型的正確性?；诜抡嬖囼灁?shù)據(jù),對模型的動態(tài)

5、特性進行分析,研究攔阻過程中飛機的攔停距離、過載、攔阻索拉力等相關參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系;將波動傳載理論與仿真試驗相結合,分析飛機尾鉤掛索后應力波在攔阻索中的傳播過程,以及應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,以及在動滑輪組運動過程中,鋼索松弛現(xiàn)象對攔阻系統(tǒng)工作狀態(tài)的影響。
　　在飛機著艦攔阻過程中,由于飛機型號不同,飛機質量和著艦速度差異很大,為了確保飛機安全著艦,需要調(diào)整攔阻裝置的攔阻能力,以適應不同著

6、艦狀態(tài)的飛機。文中詳細分析了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,調(diào)節(jié)重量選擇器的值,定長沖跑系統(tǒng)對攔阻系統(tǒng)動態(tài)特性的影響;同時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)動態(tài)特性的影響。
　　飛機對中攔阻是一種理想的攔阻情況,在實際的攔阻著艦過程中,飛機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,研究了飛機偏心偏航這類不對稱