艦載機攔阻著艦過程為艦載機減速沿著預(yù)定的軌道著艦,攔阻鉤與攔阻索嚙合后,通過攔阻索強制制動使飛機減速,最后艦載機被攔停在甲板上。艦載飛機攔阻著艦過程中,載荷大、加速度大、距離短、時間短,且受航母運動、氣流擾動等條件影響,存在復(fù)雜的強非線性多學(xué)科動力學(xué)耦合問題。攔阻過程中存在一系列安全性問題,如:非對稱攔阻著艦飛機沖出甲板、攔阻鉤與艦面的碰撞、結(jié)構(gòu)或載荷問題導(dǎo)致攔阻鉤或索的損壞、沖擊載荷過大導(dǎo)致起落架損壞、機身過載或應(yīng)力過大導(dǎo)致局部破壞等問題。因此,攔阻著艦過程通常被認(rèn)為是艦載飛機事故率最高的階段。本文根據(jù)柔性多體系動力學(xué)理論,利用ADAMS聯(lián)合PATRAN、NASTRAN和HYPER-MESH等軟件,基于某型號艦載無人機,將飛機作為柔性體,起落架和攔阻鉤為剛體,建立艦載機-攔阻鉤剛?cè)狁詈隙囿w動力學(xué)模型,根據(jù)全機地面共振實驗得到飛機不同振型下的頻率與結(jié)構(gòu)阻尼參數(shù),給飛機柔性體添加結(jié)構(gòu)阻尼,考慮起落架緩沖器的緩沖作用、攔阻鉤縱向作動器的緩沖作用,根據(jù)某型號艦載無人機等質(zhì)量小車攔阻實驗數(shù)據(jù)提出一種在沒有攔阻裝置的條件下等效施加攔阻載荷的方法以及考慮攔阻過程中氣動載荷對飛機的作用等建立復(fù)雜-強非線性飛機力學(xué)模型,對某型號艦載無人機對中攔阻著艦以及非對稱攔阻著艦進行剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)仿真計算。計算得到對中攔阻和非對稱攔阻過程中飛機的姿態(tài)變化規(guī)律以及飛機縱向過載的傳遞路徑以及應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律,為艦載飛機攔阻著艦提供一種安全可靠的評估方法,同時,也為飛機起落架和機身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供一定的參考。研究攔阻過程中有無氣動載荷對艦載機著艦的影響,分析得到攔阻過程中考慮氣動載荷的作用時,飛機著艦后姿態(tài)會更加平穩(wěn),機翼翼尖的z位移上下振動的幅度會更小,起落架油液阻尼力和空氣彈簧力的瞬態(tài)峰值較小,機翼上的垂向過載也較小。攔阻過程中有無氣動載荷作用對機身縱向過載以及應(yīng)力應(yīng)變的大小和分布規(guī)律無明顯影響。研究對中攔阻著艦和非對稱攔阻著艦下飛機的姿態(tài)變化規(guī)律和飛機的動態(tài)響應(yīng),可以分析得到:非對稱攔阻著艦對飛機的縱向位移有影響,同時也存在側(cè)向位移;此外,飛機左右主起落架的緩沖力變化趨勢不一致,不對稱;飛機機翼翼尖的z向位移變化趨勢也不一致;飛機機身左右兩側(cè)靠近攔阻鉤附近位置的縱向過載不一樣。非對稱攔阻對飛機機身的應(yīng)力以及機翼應(yīng)變的大小和分布規(guī)律無明顯影響。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V271.492;O313.7
【部分圖文】：

多體系統(tǒng)動力學(xué)淵源源于 Newton-Euler，Lagrange 等人的經(jīng)典力學(xué)[1]，其發(fā)展已有二百多年的歷史。多體系動力學(xué)是一門交叉性學(xué)科，它是由剛體動力學(xué)、經(jīng)典力學(xué)、彈性力學(xué)、矩陣?yán)碚�、圖論、計算數(shù)學(xué)等多學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物，是目前的研究熱點和難點，具有重要的工程應(yīng)用背景，也是應(yīng)用力學(xué)最活躍的領(lǐng)域之一[2]。多體系統(tǒng)的中“系統(tǒng)”是指由一組元素，通過某種連接方式，組成一個具有某種功能的有機整體。多體系統(tǒng)具有一定的特點，其都由以下 4 類元素的組合而成：（1）體：系統(tǒng)中的各個構(gòu)件；（2）鉸：各構(gòu)件之間無質(zhì)量的運動約束；（3）力：系統(tǒng)內(nèi)體間的，以及系統(tǒng)外物體所施加的力矢或力矩；（4）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：體與體的連接結(jié)構(gòu)。工程機械、飛機、航天器、機器人等是最為常見的多體系統(tǒng)，如圖 1.2-1、圖 1.2-2、圖 1.2-3、圖 1.2-4 所示。

多體系統(tǒng)動力學(xué)淵源源于 Newton-Euler，Lagrange 等人的經(jīng)典力學(xué)[1]，其發(fā)展已有二百多年的歷史。多體系動力學(xué)是一門交叉性學(xué)科，它是由剛體動力學(xué)、經(jīng)典力學(xué)、彈性力學(xué)、矩陣?yán)碚摗D論、計算數(shù)學(xué)等多學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物，是目前的研究熱點和難點，具有重要的工程應(yīng)用背景，也是應(yīng)用力學(xué)最活躍的領(lǐng)域之一[2]。多體系統(tǒng)的中“系統(tǒng)”是指由一組元素，通過某種連接方式，組成一個具有某種功能的有機整體。多體系統(tǒng)具有一定的特點，其都由以下 4 類元素的組合而成：（1）體：系統(tǒng)中的各個構(gòu)件；（2）鉸：各構(gòu)件之間無質(zhì)量的運動約束；（3）力：系統(tǒng)內(nèi)體間的，以及系統(tǒng)外物體所施加的力矢或力矩；（4）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：體與體的連接結(jié)構(gòu)。工程機械、飛機、航天器、機器人等是最為常見的多體系統(tǒng)，如圖 1.2-1、圖 1.2-2、圖 1.2-3、圖 1.2-4 所示。

圖 1.2-3 多體系統(tǒng)：通訊衛(wèi)星 圖 1.2-4 多體系統(tǒng)：機器人多體系動力學(xué)研究可以追溯到 20 世紀(jì) 60 年代， Witterenburg 和 Roberson[3]將圖論法引入多體系動力學(xué)研究，奠定了多剛體系統(tǒng)動力學(xué) Lagrange 方法的基礎(chǔ)。Witterenburg在 1977 年出版的“多剛體系統(tǒng)動力學(xué)”[4](Dynamics of System of Rigid Bodies)，以及由國際理論與應(yīng)用力學(xué)會（IUTAM）主持的第一次國際性多體系統(tǒng)動力學(xué)討論會的召開，標(biāo)志著多剛體系統(tǒng)動力學(xué)的理論體系的形成。到目前為止，剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)動力學(xué)的發(fā)展可以劃分為四個階段。（1）運動-彈性動力學(xué)建模方法，即 KED 法[5]。該方法不考慮構(gòu)件的彈性變形對其大范圍運動的影響，只是通過剛體系統(tǒng)動力學(xué)分析得到構(gòu)件的運動狀態(tài)，結(jié)合構(gòu)件的慣量（慣性力）和外力對構(gòu)件進行彈性變形和強度分析。（2）混合坐標(biāo)建模方法。該方法提出了用大范圍浮動系的剛體坐標(biāo)與柔性體的節(jié)點坐標(biāo)（或模態(tài)坐標(biāo)）建立動力學(xué)模型[6]，將構(gòu)件的浮動坐標(biāo)固化，彈性變形按理想邊
【參考文獻】

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2 楊全偉;;艦載飛機攔阻鉤載荷實測方法研究[J];航空學(xué)報;2015年04期

3 邱東海;賈宏光;馬伍元;高九州;周凌;;搖臂式起落架緩沖機構(gòu)動態(tài)分析與優(yōu)化設(shè)計[J];振動與沖擊;2014年20期

4 劉成龍;魏小輝;賁亮亮;彭一明;尹喬之;;發(fā)動機推力及攔阻力對起落架載荷的影響分析[J];航空計算技術(shù);2013年04期

5 金鳴;徐勝;;基于Virtools的艦載機著艦攔阻仿真研究[J];飛機設(shè)計;2012年06期

6 賈忠湖;鄭小洪;;攔阻著艦過程中的飛機起落架動力學(xué)分析[J];海軍航空工程學(xué)院學(xué)報;2012年01期

7 史紅偉;徐元銘;劉博;;基于能量法的艦載機攔阻著艦動力學(xué)分析及建模仿真[J];飛機設(shè)計;2011年06期

8 姚念奎;隋福成;王成波;;艦載機的自由飛行鉤住情況[J];飛機設(shè)計;2011年06期

9 劉瑜;童明波;;某型飛機著艦攔阻動力學(xué)仿真與分析[J];航空計算技術(shù);2011年04期

10 許東松;劉星宇;王立新;;變化風(fēng)場對艦載飛機著艦安全性影響[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2010年01期

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2 曠剛;飛機適墜性與滑跑響應(yīng)研究[D];華南理工大學(xué);2014年

3 段萍萍;艦載飛機著艦過程動力學(xué)性能分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

4 朱琳;艦載飛機攔阻著艦過程起落架載荷研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

5 楊凱;艦載機著艦過程的動力學(xué)仿真研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

本文編號：2883331