浅论弹射舰载机起降关键技术仿真

论文导读：
摘要：航空母舰/舰载机体系是现代航母编队作战体系的核心组成部分，作为舰载机的海上活动平台，航空母舰必须具备让舰载机起飞与降落能力，由此必须对舰载机在航空母舰上起飞与降落的关键技术进行探讨。舰载机起降关键技术主要包括：滑跃起飞技术、弹射起飞技术、进舰引导技术、LSO技术、进场动力补偿技术从及着舰阻拦技术等。本课题针对其中的弹射起飞技术、进场动力补偿技术从及着舰阻拦技术进行仿真分析与探讨，主要包含从下部分内容：1.简介了着舰甲板几何尺寸特征、海洋环境的特征与海浪模型，然后给出了工程作用下的甲板运动数学模型。针对着舰安全有重大影响的舰尾气流场，选择了具有工程实际作用的美军标MIL-HDBK-1797中的模型作为探讨对象，对其进行了深入的分析与探讨，使用空间功率谱和时间功率谱的转换办法，给出了自由大气紊流分量的滤波器形式，对舰尾流随机分量传递函数中含有时变参数的特征，提出了将其转化为状态空间的实现办法，解决了传递函数参数的时变不足。最后建立了舰尾气流场的仿真模型，并对仿真结果进行了深入的分析。2.对舰载机弹射起飞模式的6个历程：弹射杆预张紧历程、弹射杆加载历程、弹射滑跑历程、前轮和主轮自由滑跑历程、主轮自由滑跑历程从及离舰起飞历程分别进行了分析，建立了一种基于前起落架载荷突卸的弹射起飞的动力学模型。讨论了在甲板弹射阶段的前起落架主要承力构件载荷振荡状况，并分析了其动力学特性，探讨了弹射载荷突卸后前起落架突伸特性对弹射起飞性能的影响。讨论了舰载机离舰后起飞规律，分析了影响弹射起飞性能的因素。探讨了舰艏气流场对弹射起飞的影响。最后讨论了剩余甲板长度的取值范围不足，并提出了一种剩余甲板长度的设计办法。3.从舰载机自动着舰体系为例，首先分析了无动力补偿时，舰载机的航迹角无法对姿态角进行有效跟踪的理由。接着分析了舰载机自动着舰的纵向运动状态的特征，并建立其数学模型。由于滑模变结构制约对外部干扰和未建模动态具有很强的鲁棒性,本节采取滑模变结构制约办法设计进场动力补偿体系。为了消除使用离散指数趋近律办法设计制约体系的状态在原点附近的抖振现象，给出了一种改善的离散指数趋近律办法，并对该趋近律的到达性及趋近历程进行了深入的分析。然后利用该改善的趋近律，对进场动力补偿体系进行了设计。最后建立起舰载机纵向自动着舰体系的仿真模型，并将航母舰尾气流场模型加入到自动着舰体系综合仿真模型中，通过仿真分析了进场动力补偿体系的性能。4.从国外现役航母上一种正在利用的液压缓冲式阻拦装置——Mark7Mod3型阻拦机为探讨对象，对其组成及工作原理进行了深入的探讨，并重点探讨其核心部分——定长冲跑制约阀的工作原理，根据Mark7Mod1型阻拦机的制约凸轮型线等比例扩展设计了Mark7Mod3型阻拦机制约凸轮的型线，分析了质量选择器的意义，建立了舰载机阻拦历程的动力学模型。进行了不同质量、不同着舰初速度的舰载机阻拦仿真实验，并对仿真结果进行分析。根据舰载机阻拦仿真结果，讨论了舰载机阻拦历程的特征及约束条件，最后给出了一种阻拦装置主液压缸压强曲线的设计办法。关键词：舰载机论文舰尾气流场论文弹射起飞论文剩余甲板长度论文进场动力补偿论文阻拦论文
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Abstract7-12
第1章 绪论12-28

1.1 课题探讨的目的和作用12-14

1.2 国内外进展历史及近况分析14-23

1.2.1 弹射起飞技术进展过程14-16

1.2.2 进舰引导技术进展过程16-20

1.2.3 着舰阻拦技术进展过程20-23

1.3 弹射起飞、进舰引导和着舰阻拦的工作原理23-26

1.3.1 弹射器的组成及工作原理23-24

1.3.2 进场动力补偿体系的组成及工作原理24-25

1.3.3 液压缓冲式阻拦装置的组成及工作原理25-26

1.4 本课题的主要探讨内容26-28

第2章 舰载机起降环境数学建模及仿真探讨28-48

2.1 概述28

2.2 在 Matlab 中模拟平稳随机历程28-32

2.1 平稳随机历程的几个定义28-29

2.2 Matlab 中模拟平稳随机历程29-30

2.2.3 T论文导读：-121结论121-123参考文献123-133攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果133-134致谢134上一页12
aylor 冻结场假设30-31

2.4 空间功率谱转换成时间功率谱的办法31-32

2.3 航母甲板几何结构及运动模型32-36

2.3.1 航母着舰甲板几何结构32-33

2.3.2 海况极为影响33-34

2.3.3 航母甲板运动的数学模型34-36

2.4 舰尾气流场的成因及特征36-39

2.4.1 舰尾气流场参数含义36

2.4.2 几个常用坐标系的定义36-37

2.4.3 航母舰尾流的成因及特征37-38

2.4.4 建立舰尾流模型的办法38-39

2.5 舰尾气流场数学模型及仿真39-47

2.5.1 自由大气紊流分量模型及仿真39-42

2.5.2 舰尾流稳态分量模型及仿真42-43

2.5.3 舰船尾流周期分量模型及仿真43-44

2.5.4 舰尾流随机分量模型及仿真44-46

2.5.5 舰尾气流场模型综合仿真结果46-47

2.6 本章小结47-48

第3章 舰载机弹射起飞动力学建模及仿真探讨48-75

3.1 概述48-49

3.2 舰载机弹射起飞的动力学模型49-58

3.

2.1 舰载机弹射历程受力分析49

3.

2.2 建模假设49-50

3.

2.3 舰载机弹射起飞历程的划分50-51

3.

2.4 舰载机弹射起飞历程动力学建模51-58

3.3 舰载机弹射起飞仿真模型58-60

3.4 舰载机甲板弹射阶段仿真结果60-67

3.4.1 各质量单元的动力学历程60-64

3.4.2 各种参数对弹射起飞历程的影响64-67

3.4.3 甲板弹射阶段小结67

3.5 舰载机离舰飞行阶段仿真67-73

3.5.1 各种参数对起飞性能的影响67-72

3.5.2 舰艏气流场对弹射起飞的影响72-73

3.5.3 离舰起飞阶段小结73

3.6 一种剩余甲板长度设计办法73-74

3.7 本章小结74-75

第4章 舰载机进场状态动力学建模及动力补偿技术探讨75-96

4.1 概述75-76

4.2 无动力补偿时航迹倾角对姿态角的跟踪特性76-79

4.

2.1 航迹倾角对姿态角的传递函数76-77

4.

2.2 无动力补偿时轨迹角不可控的理由77-79

4.3 舰载机着舰状态下纵向通道的数学模型79-81

4.4 基于趋近律的变结构制约办法81-87

4.1 原趋近律的变结构制约办法81-82

4.2 基于改善趋近律的变结构制约82-84

4.3 一个二阶离散体系的变结构制约器的例子84-87

4.5 保持迎角恒定的进场动力补偿体系设计87-89

4.5.1 舰载机纵向运动方程的离散化87-88

4.5.2 基于改善趋近律的变结构制约器的设计88-89

4.6 舰载机进场动力补偿仿真分析89-95

4.6.1 综合仿真模型的建立89-90

4.6.2 仿真结果及分析90-95

4.7 本章小结95-96

第5章 舰载机着舰阻拦动力学建模及仿真探讨96-121

5.1 概述96

5.2 阻拦装置的组成及工作原理96-97

5.3 舰载机阻拦历程的动力学模型97-103

5.

3.1 建模假设97-98

5.

3.2 舰载机动力学方程98-99

5.

3.3 阻拦力及拦阻索拉力联系方程99

5.

3.4 定长冲跑制约阀装置模型99-102

5.

3.5 液压阻拦机模型102-103

5.4 舰载机阻拦历程的仿真103-114
5.

4.1 仿真模型的建立103-104

5.

4.2 不同着舰初速度的舰载机的阻拦仿真104-109

5.

4.3 不同质量的舰载机降落的阻拦仿真109-113

5.

4.4 不同制约凸轮型线制约效果的比较113-114

5.5 阻拦装置设计要求的分析114-120

5.1 飞机阻拦初步设计原则114

5.2 飞机阻拦设计不足描述114-115

5.3 飞机阻拦力的约束115-116

5.4 一个阻拦装置设计的例子116-118

5.5 基于能量法分析阻拦装置的设计118-120

5.6 本章小结120-121

结论121-123
参考文献123-133
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果133-134
致谢134