考慮艦面縱搖的艦載機彈射起飛動力學(xué)分析

王志偉　陳建平　虞偉建

摘要：針對艦面縱搖運動對艦載機彈射起飛過程影響較大的問題，根據(jù)艦面縱搖特性建立艦載機彈射起飛動力學(xué)模型；分析計算不同縱搖初始相位角對艦載機彈射起飛性能的影響.研究結(jié)果表明，艦面縱搖改變艦載機離艦時的速度、下沉量和攻角等.為保證飛行安全，需要確定安全彈射起飛的縱搖初始相位角的范圍.

關(guān)鍵詞：艦載機； 彈射起飛； 縱搖； 相位角； 下沉量； 攻角

中圖分類號： V271.492；U674.771

文獻標志碼：B

0 引 言

艦載機彈射起飛指通過彈射器的牽引力，使艦載機加速滑跑，在較短時間內(nèi)達到較大的離艦速度，從而在長度有限的航空母艦甲板上離艦起飛.艦載機彈射起飛過程是典型、復(fù)雜的多體系統(tǒng)動力學(xué)問題，需要考慮艦面搖蕩對彈射起飛的影響.艦面搖蕩分為艦面垂蕩、艦面縱搖和艦面橫搖等，其中艦面縱搖指艦面繞質(zhì)心做縱向搖擺.艦面縱搖對艦載機彈射起飛影響最大，當(dāng)艦面縱搖超過某個限度時艦載機下沉量過大，會危及飛行安全.艦面縱搖限制艦載機的正常起飛，因此受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注.

目前，國內(nèi)對艦載機彈射起飛的研究主要集中在動力學(xué)建模[1-2]、前起落架突伸[3-4]和升降舵預(yù)置問題[5]等方面，對艦面縱搖彈射起飛問題的研究尚處于理論分析階段.賈忠湖等[6]通過對艦面搖蕩的初步描述，著重分析艦面縱搖對艦載機彈射起飛的影響；王大海等[7]探討艦面縱搖、艦面橫搖和艦面沉浮運動對艦載機起飛特性的影響；郭元江等[8]通過構(gòu)建甲板運動模型、甲板風(fēng)模型和地面效應(yīng)模型等，建立艦載機彈射起飛模型.國外在該方面的研究

較早，但由于保密需要，公開資料很少.MASLOV等[9]研究甲板風(fēng)對艦載機起降的影響；DEVESON[10]分析艦載機起飛的安全標準.上述研究未考慮不同初始相位角對艦載機起飛動力學(xué)性能的影響.

本文應(yīng)用多體系統(tǒng)動力學(xué)理論，建立考慮艦面縱搖的艦載機彈射起飛多體系統(tǒng)動力學(xué)模型，推導(dǎo)系統(tǒng)的動力學(xué)微分方程，探討艦面縱搖初始相位角對艦載機起飛性能的影響，為艦載機的設(shè)計和彈射起飛提供參考.

1 艦面縱搖動力學(xué)模型

1.1 艦面縱搖的數(shù)學(xué)模型

艦載機在航空母艦上彈射起飛容易受到艦面搖蕩的影響，其運動過程極其復(fù)雜，不能簡單地用理論分析方法解決.航空母艦在海面上航行時會產(chǎn)生6個自由度的運動，其中以艦面垂蕩、艦面縱搖和艦面橫搖的影響較為顯著，尤其是艦面縱搖.

摘要：針對艦面縱搖運動對艦載機彈射起飛過程影響較大的問題，根據(jù)艦面縱搖特性建立艦載機彈射起飛動力學(xué)模型；分析計算不同縱搖初始相位角對艦載機彈射起飛性能的影響.研究結(jié)果表明，艦面縱搖改變艦載機離艦時的速度、下沉量和攻角等.為保證飛行安全，需要確定安全彈射起飛的縱搖初始相位角的范圍.

關(guān)鍵詞：艦載機； 彈射起飛； 縱搖； 相位角； 下沉量； 攻角

中圖分類號： V271.492；U674.771

文獻標志碼：B

0 引 言

艦載機彈射起飛指通過彈射器的牽引力，使艦載機加速滑跑，在較短時間內(nèi)達到較大的離艦速度，從而在長度有限的航空母艦甲板上離艦起飛.艦載機彈射起飛過程是典型、復(fù)雜的多體系統(tǒng)動力學(xué)問題，需要考慮艦面搖蕩對彈射起飛的影響.艦面搖蕩分為艦面垂蕩、艦面縱搖和艦面橫搖等，其中艦面縱搖指艦面繞質(zhì)心做縱向搖擺.艦面縱搖對艦載機彈射起飛影響最大，當(dāng)艦面縱搖超過某個限度時艦載機下沉量過大，會危及飛行安全.艦面縱搖限制艦載機的正常起飛，因此受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注.

目前，國內(nèi)對艦載機彈射起飛的研究主要集中在動力學(xué)建模[1-2]、前起落架突伸[3-4]和升降舵預(yù)置問題[5]等方面，對艦面縱搖彈射起飛問題的研究尚處于理論分析階段.賈忠湖等[6]通過對艦面搖蕩的初步描述，著重分析艦面縱搖對艦載機彈射起飛的影響；王大海等[7]探討艦面縱搖、艦面橫搖和艦面沉浮運動對艦載機起飛特性的影響；郭元江等[8]通過構(gòu)建甲板運動模型、甲板風(fēng)模型和地面效應(yīng)模型等，建立艦載機彈射起飛模型.國外在該方面的研究

較早，但由于保密需要，公開資料很少.MASLOV等[9]研究甲板風(fēng)對艦載機起降的影響；DEVESON[10]分析艦載機起飛的安全標準.上述研究未考慮不同初始相位角對艦載機起飛動力學(xué)性能的影響.

本文應(yīng)用多體系統(tǒng)動力學(xué)理論，建立考慮艦面縱搖的艦載機彈射起飛多體系統(tǒng)動力學(xué)模型，推導(dǎo)系統(tǒng)的動力學(xué)微分方程，探討艦面縱搖初始相位角對艦載機起飛性能的影響，為艦載機的設(shè)計和彈射起飛提供參考.

1 艦面縱搖動力學(xué)模型

1.1 艦面縱搖的數(shù)學(xué)模型

艦載機在航空母艦上彈射起飛容易受到艦面搖蕩的影響，其運動過程極其復(fù)雜，不能簡單地用理論分析方法解決.航空母艦在海面上航行時會產(chǎn)生6個自由度的運動，其中以艦面垂蕩、艦面縱搖和艦面橫搖的影響較為顯著，尤其是艦面縱搖.

摘要：針對艦面縱搖運動對艦載機彈射起飛過程影響較大的問題，根據(jù)艦面縱搖特性建立艦載機彈射起飛動力學(xué)模型；分析計算不同縱搖初始相位角對艦載機彈射起飛性能的影響.研究結(jié)果表明，艦面縱搖改變艦載機離艦時的速度、下沉量和攻角等.為保證飛行安全，需要確定安全彈射起飛的縱搖初始相位角的范圍.

關(guān)鍵詞：艦載機； 彈射起飛； 縱搖； 相位角； 下沉量； 攻角

中圖分類號： V271.492；U674.771

文獻標志碼：B

0 引 言

艦載機彈射起飛指通過彈射器的牽引力，使艦載機加速滑跑，在較短時間內(nèi)達到較大的離艦速度，從而在長度有限的航空母艦甲板上離艦起飛.艦載機彈射起飛過程是典型、復(fù)雜的多體系統(tǒng)動力學(xué)問題，需要考慮艦面搖蕩對彈射起飛的影響.艦面搖蕩分為艦面垂蕩、艦面縱搖和艦面橫搖等，其中艦面縱搖指艦面繞質(zhì)心做縱向搖擺.艦面縱搖對艦載機彈射起飛影響最大，當(dāng)艦面縱搖超過某個限度時艦載機下沉量過大，會危及飛行安全.艦面縱搖限制艦載機的正常起飛，因此受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注.

目前，國內(nèi)對艦載機彈射起飛的研究主要集中在動力學(xué)建模[1-2]、前起落架突伸[3-4]和升降舵預(yù)置問題[5]等方面，對艦面縱搖彈射起飛問題的研究尚處于理論分析階段.賈忠湖等[6]通過對艦面搖蕩的初步描述，著重分析艦面縱搖對艦載機彈射起飛的影響；王大海等[7]探討艦面縱搖、艦面橫搖和艦面沉浮運動對艦載機起飛特性的影響；郭元江等[8]通過構(gòu)建甲板運動模型、甲板風(fēng)模型和地面效應(yīng)模型等，建立艦載機彈射起飛模型.國外在該方面的研究

較早，但由于保密需要，公開資料很少.MASLOV等[9]研究甲板風(fēng)對艦載機起降的影響；DEVESON[10]分析艦載機起飛的安全標準.上述研究未考慮不同初始相位角對艦載機起飛動力學(xué)性能的影響.

本文應(yīng)用多體系統(tǒng)動力學(xué)理論，建立考慮艦面縱搖的艦載機彈射起飛多體系統(tǒng)動力學(xué)模型，推導(dǎo)系統(tǒng)的動力學(xué)微分方程，探討艦面縱搖初始相位角對艦載機起飛性能的影響，為艦載機的設(shè)計和彈射起飛提供參考.

1 艦面縱搖動力學(xué)模型

1.1 艦面縱搖的數(shù)學(xué)模型

艦載機在航空母艦上彈射起飛容易受到艦面搖蕩的影響，其運動過程極其復(fù)雜，不能簡單地用理論分析方法解決.航空母艦在海面上航行時會產(chǎn)生6個自由度的運動，其中以艦面垂蕩、艦面縱搖和艦面橫搖的影響較為顯著，尤其是艦面縱搖.