吴娟[1]2003年在《飞机拦阻系统分析与控制研究》文中指出飞机拦阻系统是机场重要常务保障设施，用来对正常降落和因意外原因冲出跑道的飞机实施安全阻拦，以保障人机安全。拦阻系统设计的优劣会直接影响到飞机承受的过载、安全拦停距离及带拉力、刹车压力的变化状况，最终影响拦阻效果，因此在研制系统过程中，要对系统进行分析研究，以确定最佳的结构参数和更有效的控制方法。目前，国外拦阻设备发展很快，相应这方面的研究也较为成熟，但可查寻的资料非常少；国内新型拦阻设备正在研制当中，这方面的研究还在起步阶段。论文从拦阻力设计、系统特性分析、控制策略研究以及纠偏分析等方面进行了论述。研究成果已应用于我国新型飞机拦阻系统的研制中，因此论文有重要的实际应用价值。 对飞机拦阻系统的应用、发展及研究现状进行了综述，明确了论文的研究意义及背景。针对非线性控制系统的相关理论进行了阐述，设计了一类多变量仿射非线性参数不确定系统的鲁棒输出跟踪控制器。 针对拦阻系统拦阻过程中飞机过载、带拉力、拦停距离、刹车压力不能超过指标要求这一多指标限定问题，论文给予了详细分析。提出了能量分析法，解决了各种撞网状况下拦阻力及带拉力规律的确定方法。根据这一确定方法，可对指标的实现能力进行分析，并在指标可实现的情况下，确定出与撞网状况相适应的较为理想的拦阻力规律。 详细建立了新型飞机拦阻系统的数学模型，并对微分方程解的唯一性、系统的稳定性及运动特性、控制特性进行了证明、分析。研究了机械控制机构的控制策略：从理论上推导出了针阀节流面积、凸轮控制阀节流面积及联合控制的当量节流面积叁者之间的关系表达式；分析了针阀与凸轮阀联合控制的控制原理和方法；给出了同拦停距离同撞网速度不同重量飞机撞网状况、同拦停距离相同重量不同撞网速度飞机撞网状况以及同重量飞机同撞网速度不同拦停距离撞网状况的拦阻控制策略。给出了多指标限定下凸轮型面规律的设计方法、设计模型，并作了实例设计；通过建立系统仿真模型对设计结果作了仿真验证，证明各项性能均满足指标要求，并仿真分析了系统参数变化对拦阻效果的影响。 对飞机拦阻系统的电液比例控制及非线性控制方法进行了理论研究。给出了电液比例控制规律；利用状态反馈线性化及二次型性能指标线性最优控制方法分别设计了系统跟踪控制飞机位移与速度以及跟踪控制带轮转角与角速度的非线性控制规律；对所设计的拦阻系统进行了鲁棒性分析及拦阻过程仿真，仿真结果表明，通过选取适当比例系数或控制权系数，两种控制系统的控制效果及鲁棒特性均优于新型飞机拦阻系统。 当飞机撞网点偏离跑道中心时，飞机拦阻系统应对被拦阻飞机有一定的纠偏能力。论文建立了飞机撞偏拦阻系统综合数学模型及从撞网点开始飞机沿跑道直行的两侧拦阻系统的运动微分方程，并建立了撞偏仿真模型。对各种拦阻系统进行了撞偏分析及拦阻仿真，仿真结果表明，不同的拦阻系统对撞偏飞机有不同程度的纠偏作用。
程涛[2]2011年在《舰载机阻拦索磁流变阻尼器力学建模研究》文中提出为使高速飞行的舰载机能在有限长度的飞行甲板上顺利着舰,舰载机在助降系统的引导下着舰后,需要通过航母上的拦阻系统强制其减速止动。良好的着舰拦阻装置是对航母、舰载机以及人员安全的重要保证。因此,对舰载机拦阻着舰动力学及拦阻装置的研究具有重要的意义。本文首先分析了舰载机的着舰过程以及其着舰时的动力学问题,同时在拦停距离、航向过载、阻拦索拉力等最大指标值对拦阻力约束的基础上,对着舰时的拦阻力变化规律进行了分析。以美国MK7-3型液压缓冲式拦阻装置为例,对舰载机拦阻装置的组成部分及工作原理进行了介绍。分析了拦阻装置中滑轮缓冲系统的作用,同时建立了舰载机拦阻系统的动力学模型。并对有无滑轮缓冲系统的拦阻系统进行了仿真,通过仿真结果对比验证了滑轮缓冲系统能够削弱阻拦索受到强冲击带来的拉力峰值问题。在此基础上分析了被动控制的局限性,由此提出了用半主动控制阻尼器件磁流变阻尼器来代替滑轮缓冲系统的研究方法。其次对磁流变阻尼器的工作原理及工作模式进行了介绍,并分析了基于Bingham本构特性下的磁流变液阻尼力计算模型,将其应用到舰载机拦阻系统中,建立该拦阻系统的动力学模型,采用模糊控制策略来控制调节磁流变阻尼器的阻尼力,从而使得该缓冲系统更加适用于不同型号舰载机的着舰情况。对该拦阻系统进行仿真,验证了该磁流变阻尼器缓冲系统的智能性、可行性以及适用性。
聂宏, 彭一明, 魏小辉, 张明[3]2014年在《舰载飞机着舰拦阻动力学研究综述》文中研究指明拦阻着舰过程通常被认为是舰载飞机事故率最高的阶段,因此,自从有了航空母舰和舰载飞机,拦阻着舰动力学就一直是国内外相关研究人员的研究热点。本文从拦阻钩、拦阻装置和起落架3个关键部件着手,比较详细地论述了舰载飞机着舰拦阻涉及到的关键动力学问题及其研究现状,重点对拦阻钩弹跳动力学及其载荷分析、拦阻索动力学及其载荷分析、下沉速度、非对称拦阻对起落架载荷的影响、拦阻系统动力学等方面进行了综述。最后,对着舰拦阻动力学研究的发展趋势进行了展望。
张道磊[4]2009年在《拦阻系统的仿真研究》文中研究说明飞机在自动着陆系统的引导下着陆时,在较为苛刻的条件下要求飞机减速制动并且安全着陆就需要有飞机拦阻器的辅助。并且希望着陆时的速度要快,时间要短。陆地飞机拦阻器就是一个能量转化器,将飞机着陆时所具有的庞大动能转化为其他能量形式。论文中讨论的陆地飞机拦阻器以美国BAK-12型飞机拦阻器为参考基础,飞机拦阻器的主要部件为对称布置在飞行跑道两侧的两个结构完全相同的能量转化器,其机械结构由几个较大的功能模块组成:拦阻索盘机构、传动机构、凸轮机构,还包括一些辅助机构和装置。本文在相关资料的基础上,在ADAMS软件中建立起了绳索模型,在AMESIM软件中建立了除拦阻索以外的系统拦阻模型,并通过AMESIM与ADAMS的联结接口进行了协同仿真,分析了拦阻索的张力波动对飞机的拦阻影响,并且能够分析飞机偏心拦阻情况。通过分析BAK-12型飞机拦阻器原理,再以原始设计参数为基础,在AMESIM软件中建立起了更为符合实际的拦阻仿真模型,分析了飞机在不同的质量、速度情况下,拦停过程中系统输出压力与飞机拦停时间关系。对个别飞机拦阻时,系统压力超过额定压力的情况采用模糊控制进行了修正,使其拦阻达到拦停要求。
马善智[5]2011年在《舰载机偏心拦阻过程动力学分析与仿真》文中研究表明舰载机拦阻着舰滑跑过程的受力状况非常复杂，不仅受到空气动力，摩擦力及发动机推力作用，还受到拦阻装置提供的拦阻力作用。舰载机能否满足纵向过载，拦停距离等限定指标要求并安全着舰主要取决于拦阻装置输出载荷的设计。因此，拦阻力的分析设计是舰载机拦阻着舰滑跑过程动力学分析的关键。本文综合考虑空气动力，摩擦力和发动机推力作用，按照由简入深的原则，从直线运动假设到平面运动假设，再到空间运动假设，逐步建立以拦阻索线弹性变化范围内的张力为拦阻力的舰载机偏心拦阻滑跑过程的单自由度、两自由度和四自由度非线性动力学数学模型。从最优控制理论出发，将舰载机偏心拦阻系统动态微分方程转换成以飞机拦阻滑跑过程尽可能保持恒加速运动为主要性能指标的多目标最优控制问题。以拦阻索释放速度为控制输入，采用高斯伪谱法寻求不同工况下系统的最优轨迹，分析研究系统参数变化对系统动响应的影响、系统纠偏性能以及大下沉速度下系统的动响应特性，为舰载机拦阻着舰动力学分析，拦阻装置的设计，起落架缓冲性能的改进设计和全自动着舰控制系统设计提供有益的参考。仿真结果表明：与能量分析法相比，本文采用的基于数学模型的最优控制方法获得的拦阻力设计及轨迹优化结果更有利于保障人机安全并提高飞机机体结构和拦阻装置使用寿命。
万晨[6]2013年在《舰载机拦阻装置刚柔耦合系统建模及动态特性研究》文中研究说明飞机拦阻系统是航空母舰上重要的辅助设备之一，是确保飞机安全着舰的关键设备。飞机在航空母舰上降落时，从飞机尾钩挂索到完全停止在甲板上仅需要3-4秒，拦阻系统在极短暂的时间内将飞机巨大的动能完全吸收并转化成热能释放掉。因此，拦阻系统的工作状态将直接影响到飞机着舰时的拦停距离、过载和拦阻索承受的拦阻力等与拦阻效果相关的性能指标。目前，国外对拦阻系统的研究主要采用理论分析和实验数据对比的方法，已形成相对成熟的研究体系，但可供查询的资料极少；国内对拦阻系统的研究，已进入工程应用阶段，但由于目前该系统投入使用的时间较短，而拦阻系统结构的复杂性和工作过程的特殊性，实体机的数据采样过程较为困难，这就需要在研究其工作特性之前掌握其基本性能。目前对飞机拦阻系统动态特性的研究一般采用理论分析的方法，没有考虑钢索（包括拦阻索和传动索）的弹性性能、拦阻索与拦阻机构的耦合作用对拦阻系统动态特性的影响，从而导致拦阻系统的许多重要特性无法得到较准确的定量分析，以致其动态特性与实际存在较大差距。多体系统动力学为解决这种多维、时变、高度非线性的复杂动力学问题提供了一种有效的理论分析方法，因此，开展对飞机拦阻刚柔耦合系统动力学研究具有十分重要的理论意义和实际工程价值。论文对刚柔耦合系统动力学相关理论进行了论述，提出用多柔体动力学方法建立飞机拦阻系统的刚柔耦合动力学模型的思路。考虑到飞机挂索时飞机尾钩对拦阻索的冲击作用以及钢索的振动对拦阻过程的影响，通过一种离散的梁单元建立具有弹性的钢索模型，在模型中不考虑梁单元的弯曲和扭转特性，仅考虑梁单元的拉伸性能；拦阻系统通过缠绕在各支撑和导向滑轮上的钢索传递飞机动能，模型中利用罚函数法解决钢索与滑轮体之间以及动滑轮组中滚柱与内/外滚道之间的接触/碰撞问题。以美国海军正在使用的MK7-3型拦阻系统为例，通过有限元软件ANSYS/DYNA建立其的叁维有限元实体模型，根据飞机对中挂索仿真试验，将相关参数的仿真数据与MIL-STD-2066试验数据对比，验证模型的正确性。基于仿真试验数据，对模型的动态特性进行分析，研究拦阻过程中飞机的拦停距离、过载、拦阻索拉力等相关参数之间的内在联系；将波动传载理论与仿真试验相结合，分析飞机尾钩挂索后应力波在拦阻索中的传播过程，以及应力波在甲板滑轮处的反射与传播。研究钢索的冲击作用对拦阻力的影响，以及在动滑轮组运动过程中，钢索松弛现象对拦阻系统工作状态的影响。在飞机着舰拦阻过程中，由于飞机型号不同，飞机质量和着舰速度差异很大，为了确保飞机安全着舰，需要调整拦阻装置的拦阻能力，以适应不同着舰状态的飞机。文中详细分析了MK7-3型拦阻装置中定长冲跑系统的工作原理，从理论上推导了锥阀节流面积和凸轮型线联合控制方法，并分析了对于同种着舰状态下的飞机，调节重量选择器的值，定长冲跑系统对拦阻系统动态特性的影响；同时分析了甲板滑轮缓冲系统和尾端缓冲系统对拦阻系统动态特性的影响。飞机对中拦阻是一种理想的拦阻情况，在实际的拦阻着舰过程中，飞机或多或少存在偏心偏航情况。本文基于拦阻系统的有限元模型，研究了飞机偏心偏航这类不对称着舰情况下拦阻系统主要机构的动态特性，包括飞机纵向和横向的动态特性，甲板滑轮缓冲系统的动态特性。
杜天容[7]2006年在《飞机拦阻系统控制仿真分析》文中进行了进一步梳理飞机拦阻系统是一种机场重要的常务保障设施，它用来对正常降落和因意外原因冲出跑道的飞机实施安全拦阻，以保障人机安全。目前国内的飞机拦阻系统是一种纯机液系统，系统中的关键部件——控制节流口大小的凸轮型面设计的好坏直接关系到整个拦阻系统能否达到工作要求。通过改变凸轮的起始工作角度来适应不同型号飞机的拦停要求，使得不同型号飞机的拦停效果差异较大，精度不高；凸轮型面受损或者起始工作角调整得不够精确，都能极大影响拦停效果。一旦凸轮型面确定，其拦停飞机的型号、拦停距离以及飞机着陆时的初速度等条件均被固定，若出现需要拦停新型号飞机或其他条件发生变化，则需要更换凸轮，使得系统的通用性较差，不符合现代工业节能高效的要求。在技术飞速发展，普遍采用计算机的现代，就需要改进该系统使其成为一个自动控制系统。 本文首先对飞机拦阻系统的应用、发展及国内外的研究现状进行了阐述，提出了本课题的研究背景。指出了原来拦阻器系统液压机构部分的不足，对液压系统进行改造设计。根据设计要求，系统的输出压力应随着飞机拦停期间位移的变化而变化，故将由凸轮机构调节的节流阀部分更换为电液比例阀，由于被控刹车压力与输入电信号成正比，因此可以在被拦飞机运行到一定位移的地方时，适时地调节比例阀的输入电信号以改变系统的输出压力，对飞机实施拦阻，从而满足拦停设计的要求。 其次对整个拦阻系统进行了完整的运动学、动力学分析，详细分析并建立起了拦阻器的综合数学模型，在此基础上设计了一种飞机拦阻的电液比例控制系统，采用非线性系统反馈线性化的方法来补偿拦阻系统非线性动力学部分，利用得到的线性系统设计了一种基于极点配置的PD反馈控制器使系统稳定。为此利用SIMULINK模块建立仿真模型对所设计的控制器进行仿真验证，结果表明通过适当调整PD控制器的参数，能够使线性化后的非线性系统达到设计要求的性能指标，并具有较强的鲁棒性。 本文还采用能量分析法对多指标限定下的飞机拦阻力规律进行了设计计算，利用指数函数处处连续可导的特点，提出一种基于指数函数的光滑的拦阻力设计方法，通过与恒定拦阻力和分段拦阻力设计方法的比较，说明了利用指数函数的拦阻力设计方法得到的拦阻飞机运行的参考轨迹使系统的拦阻性能大幅度提高。
喻敏敏[8]2010年在《舰载机阻拦系统分析及仿真研究》文中认为与陆基飞机着陆相比而言,舰载机着舰的难度、复杂性和危险性要大得多。为使高速飞行的舰载机能在跑道长度有限的舰船飞行甲板上顺利着舰,各国海军均采用了舰载机着舰阻拦装置。美国海军的MK7型阻拦系统已经有了很多年的使用经验,理论以及工程应用都很成熟,且能查阅到一些相关的资料。在国内,虽然在舰载机着舰、阻拦系统相关问题方面已有一些论文发表,但对舰载机着舰阻拦全过程进行总体数学建模及仿真的还不是很多。本文以美国MK7 Mod3型阻拦系统为研究对象,首先结合系统原理图对阻拦系统的工作原理进行了阐述,然后对阻拦系统的各主要组成结构(阻拦机系统、钢索系统、滑轮缓冲系统、钢索末端缓冲系统、定长冲跑控制系统、复位系统、油液冷却系统)进行了较详细的描述,列举出了阻拦系统主要的设计参数,在此基础上详细分析并建立了阻拦系统各结构的数学模型以及系统的总模型,得出系统的状态方程,并根据状态方程对系统的特性进行了一定的分析。本文利用机械液压专业仿真软件AMESim对阻拦系统进行仿真,建立了阻拦系统总体仿真模型,得出系统的主要性能曲线,分析了阻拦过程中整套系统的工作状态。然后对影响系统的几个重要因素(飞机重量、飞机速度、重量选择器、滑轮缓冲)进行了仿真研究,得出了体现系统性能的主要曲线,并将曲线进行对比分析,以此验证该因素对系统的影响。舰载机着舰阻拦过程或多或少存在偏心偏航的情况,这就要求阻拦系统要有纠偏能力,否则将可能造成不可估量的后果。本文对偏心偏航状态下的舰载机以及阻拦系统进行了数学建模,并利用AMESim与Simulink的联合仿真技术对偏心偏航阻拦的情况进行了仿真分析,仿真曲线表明该阻拦系统具备一定的纠偏能力。MK7 Mod3型阻拦系统采用的是纯机械反馈结构来实现舰载机的定长冲跑要求,本文对此提出该进,采用电液比例阀作为控制元件,利用非线性系统的反馈线性化设计,实现系统的控制策略的改进。
张鑫[9]2007年在《舰载机拦阻着舰动力学分析及仿真》文中研究说明CTOL舰载机最显着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。
张卓坤[10]2010年在《舰载飞机着舰偏心偏航拦阻动力学仿真分析》文中提出舰载飞机作为航空母舰的重要组成部分,需要在多种工况下安全着舰。由于航母甲板长度有限,各国均采用了拦阻装置来强制飞机停机。所以,舰载飞机在着舰过程中,除了受到气动载荷、重力、轮胎载荷及发动力推力外,还受到拦阻装置对飞机的拦阻力。由于着舰条件十分复杂,舰载飞机着舰时一般带有偏心偏航。如何确定偏心偏航拦阻力,就成了飞机拦阻过程研究的关键。本文基于此进行了相关研究,并对飞机进行动力学分析,研究了偏心偏航对拦阻性能以及起落架性能影响,具有重要的研究意义和较大的工程应用价值。主要工作如下:研究了舰载飞机着舰过程所受的力和力矩。根据对拦阻装置的研究,分析了拦阻力产生机理和作用方式,建立了偏心偏航拦阻力数学模型。合理的简化着舰模型,推导出舰载飞机着舰拦阻动力学方程,进而在MATLAB中进行了舰载飞机偏心偏航着舰拦阻仿真分析。研究表明:飞机着舰偏心偏航拦阻过程,相比对中拦阻,拦阻力峰值会减小,拦阻距离和拦停时间会增长,最大航向加速度会减小。在动力学软件ADAMS/Aircraft模块中建立舰载飞机全机着舰拦阻模型,进行偏心偏航着舰拦阻仿真分析,研究了偏心偏航着舰拦阻对舰载飞机拦阻性能以及起落架性能的影响。研究表明:拦阻力的峰值、拦阻距离、拦停时间以及最大航向加速度的变化规律与前面进行的研究具有较好的吻合性;同时偏心偏航还会导致起落架载荷增大,在起落架结构设计时要尤为注意。
参考文献：
[1]. 飞机拦阻系统分析与控制研究[D]. 吴娟. 西北工业大学. 2003
[2]. 舰载机阻拦索磁流变阻尼器力学建模研究[D]. 程涛. 沈阳航空航天大学. 2011
[3]. 舰载飞机着舰拦阻动力学研究综述[J]. 聂宏, 彭一明, 魏小辉, 张明. 航空学报. 2014
[4]. 拦阻系统的仿真研究[D]. 张道磊. 哈尔滨工程大学. 2009
[5]. 舰载机偏心拦阻过程动力学分析与仿真[D]. 马善智. 南京航空航天大学. 2011
[6]. 舰载机拦阻装置刚柔耦合系统建模及动态特性研究[D]. 万晨. 哈尔滨工程大学. 2013
[7]. 飞机拦阻系统控制仿真分析[D]. 杜天容. 东北大学. 2006
[8]. 舰载机阻拦系统分析及仿真研究[D]. 喻敏敏. 哈尔滨工程大学. 2010
[9]. 舰载机拦阻着舰动力学分析及仿真[D]. 张鑫. 西北工业大学. 2007
[10]. 舰载飞机着舰偏心偏航拦阻动力学仿真分析[D]. 张卓坤. 南京航空航天大学. 2010