航空母舰空气尾流的实验研究

航空母舰的空气尾流对舰载机的起飞、着舰有较大的影响,认清航母尾流对舰载机的干扰原因有助于提高舰载机起降的安全性.实验以"辽宁舰"航母的缩比模型为研究对象,在多功能循环水槽中研究其尾流结构.利用染色液流动显示技术和粒子成像测速技术显示和测量航母的尾流结构随航向角、流速和关键位置的变化.基于模型迎流宽度定义的雷诺数范围为2×10~4~4×10~4.研究表明,舰首滑跃甲板存在上洗气流且两侧产生流向涡,该涡结构对舰载机滑跃起飞时的升力产生影响;舰岛和舰尾后方存在着大量脱落涡,会对舰载机着舰时的气动力产生扰动,增加着舰操纵难度.     

基于动态递归神经网络的自动着舰系统设计

为解决舰载机在终端进场过程中受航母运动和舰尾流扰流等不确定性因素影响,很难实现对航迹的精确控制,容易导致舰载机复飞和着舰事故这一问题,基于动态递归神经网络设计了自适应滑模控制器,并将其应用于舰载机纵向自动着舰系统.首先该控制方法采用动态递归神经网络实现未知非线性函数的逼近,可以及时有效地处理终端进场过程中由不确定环境因素引起的偏差扰动,保证舰载机沿理想下滑道安全进场;然后通过滑模面和自适应律的设计保证了控制器的稳定性和鲁棒性.通过仿真结果证明了该设计可以实现对理想下滑道的快速精确跟踪,减小了舰载机着舰偏差,提高了控制精度,最终实现了舰载机安全进场着舰.     

舰载机拦阻系统纠偏能力的仿真研究

舰载机着舰过程中,拦阻系统的纠偏能力关系到舰载机的飞行安全。为了研究液压式拦阻系统纠偏能力的产生机理、以及在偏心或偏航着舰过程中影响舰载机动力学特性的主要因素,本文在多体动力学框架下,建立了包含滑轮缓冲装置和钢索末端缓冲装置的拦阻系统动力学模型。仿真结果表明：舰载机在偏心偏航拦停过程中,拦阻系统具有自主纠偏能力,并且纠偏能力的动力学特性与航母甲板的材料属性、拦阻索的应力波动相关;缓冲装置能有效地降低拦阻索的应力峰值、减弱拦阻索的振动。本文所建立的拦阻系统多体动力学模型为其结构设计和参数优化提供了有效的计算方法,并可为评估拦阻系统的纠偏能力提供理论支撑。     

舰船空气尾流场特性及其控制技术研究综述

舰船空气尾流场是影响舰载机安全起降的重要因素之一;其相关研究在舰载机作战、舰船操纵、海上航空气象保障等领域具有重要意义。总结了无耦合条件下、舰船/舰载机耦合条件下的舰船空气尾流场特性相关研究成果,分析了当前舰船空气尾流场的控制技术研究现状;并提出基于射流技术的新型舰船空气尾流场控制技术;可为舰船空气尾流场特性和控制技术研究提供有益的参考。     

舰载机弹射起飞六自由度静平衡分析

静平衡状态是弹射起飞动力学分析的初始条件,也是进行弹射起飞动力学建模的基础。将舰船、飞机、起落架等视作具有独立质量的多运动实体,并分析描述它们之间的运动耦合关系,建立了舰载机静平衡状态下的六自由度数学模型,考虑了航母运动和甲板风以及海面气流扰动对飞机的影响。利用这一模型仿真计算了在不同情况下舰载机的静平衡状态,并分析了不同情况下舰载机的运动规律。计算结果与实际情况吻合,为舰载机弹射起飞六自由度动力学分析奠定了基础。     

舰尾流场扰动影响分析及抑制技术研究

为了解决舰尾流场对舰载机着舰的干扰问题,首先,建立了舰尾流场模型,并利用综合仿真平台分析了各个尾流分量对全自动着舰的影响;其次,分析了稳态尾流情况下引入高度变化率的补偿对着舰精度的影响;最后,提出了一种基于遗传算法的全自动着舰尾流影响抑制技术.仿真实验表明:优化前的纵向全自动着舰系统高度偏差在-2.3～1.9 m范围内波动,优化后的系统将高度偏差限制在-0.8～0.6 m范围内,提高了流场中舰载机航迹保持能力,增强了系统的鲁棒性.     

MK7-3阻拦装置拦阻特点分析

拦阻装置是辅助固定翼舰载机着舰的重要装备,其功能是使不同着舰重量的舰载机在相同的距离内停止在飞行甲板上。通过分析美国现役航母上MK7—3型液压缓冲式拦阻装置的工作原理,研究了拦阻参数调整、钢索振颤的消除以及如何减小钢索拉力峰值等阻拦特点。     

舰载机弹射起飞过程弹射杆受力与安全性分析

针对舰载机的实际弹射作业情况,建立了蒸汽弹射器数学模型、牵引释放装置数学模型及分阶段的舰载机弹射起飞数学模型.在此基础上分析了航母航速、发动机推力、弹射能量、升降舵预置偏角和舰载机质量等不同参数对考虑弹射杆的舰载机弹射起飞安全性的影响.仿真结果表明:增加航母航速、减小弹射能量、下偏升降舵预置偏角和减小舰载机质量都可以降低弹射杆与航母甲板发生碰撞的风险;在发动机推力为200 kN工况下,增加或减小发动机推力都会增加弹射杆撞击甲板的风险;当弹射能量较低时,弹射杆末端距离甲板的高度会出现震荡现象.     

舰船运动及变形对飞机着舰冲击载荷的影响

把着舰飞机和舰体甲板作为一耦合系统，研究了舰体运动和变形对飞机起落架冲击载荷的影响．在分析中计及甲板在冲击载荷作用下的响应及舰体在波浪中运动对冲击载荷的影响．通过对某型号飞机及舰船计算表明，舰体运动和变形对飞机着舰冲击载荷影响很明显，起落架载荷系数超出陆基飞机的规范要求，陆基飞机不能用作舰载机直接在舰上着落．     

舰载机出动回收网络鲁棒性分析

为研究航母舰载机出动回收网络的鲁棒性,建立了舰载机出动回收网络模型.在分析随机故障和敌方攻击2种破坏形式下网络鲁棒性的基础上,针对航母实际特点,提出甲板板块理论,并对航母飞行甲板的功能和效率鲁棒性进行了综合研究.分析了舰岛和升降机数量对舰载机出动回收网络鲁棒性的影响.结果表明：舰载机出动回收网络对随机故障具有较好的鲁棒性,对敌方攻击的鲁棒性较差;舰岛对出动回收网络的功能鲁棒性作用很大,升降机和斜角甲板前段对效率鲁棒性有重要作用;双舰岛对功能鲁棒性改善明显,升降机数量超过3台对效率鲁棒性的改善有限.     

风向对航母舰载机复飞路径上风湍流的影响*

采用低速气流运动控制方程组和湍流大涡模拟方法,研究了风速大小不变、不同风向对航母舰载机复飞路径上风脉动的影响,得到了航母复飞跑道较低高度处压强和速度脉动随风向的变化关系。结果表明,风向对复飞跑道上空压强有着较大的影响,存在风向角较正向来风相比,压强时均值有所降低,但脉动幅度有所增加,相同风向角时,左舷来风较右舷压强时均值略低,脉动幅度却稍高。压强脉动幅度越高,则大尺度脉动的周期越小。风向对复飞跑道上空气流速度的影响主要是航向速度和横向速度时均值,对垂向速度的时均值影响不大;对速度脉动的影响趋势是一致的,侧向风时的速度脉动均比正向风时大;相同风向角时,左舷风时比右舷风时大。无论风向如何,复飞起点附近均出现了长时间的下洗速度;风向角越大,下洗速度越大;相同风向角下,左舷风时下洗速度较右舷风时大。     

舰载飞机自动着舰仿真系统建模

舰载飞机自动着舰系统建模是现代航空母舰舰载飞机系统的关键技术之一,是构建舰载飞机着舰仿真系统的核心内容.围绕舰载飞机自动着舰引导和控制结构,分别建立了海浪和航母甲板运动、舰尾流、甲板运动补偿模型和舰载飞机引导控制等关键数学模型;最后采用模块化设计思想,按照舰载飞机着舰仿真系统各部分功能划分了软件模块,定义了各模块输入、输出关系;构建了仿真程序流程,完成了舰载飞机自动着舰仿真系统设计.     

舰载战斗机/无人机编队飞行控制研究现状与展望

在未来的海上攻防作战中,舰载战斗机和舰载固定翼无人机将成为航母编队的重要组成部分,舰载战斗机/无人机编队将是未来海洋战争的重要作战形式。首先总结了近年来国内外有人/无人机编队作战相关项目,然后描述舰载机/无人机编队任务流程,总结了舰载机/无人机编队飞行控制方法,其中包括了编队集结控制、队形变换控制、队形保持控制和编队重构控制四个方面。最后对舰载机/无人机编队飞行控制技术未来发展方向进行了展望。     

基于时空特征融合的飞机尾涡识别

为了实现动态尾流缩减技术，减少进近阶段前机尾流对后机飞行安全的影响。依据相干激光雷达（coherent Light Lidar，简称CDL）扫描风场循环周期性特点，提出一种基于时空特征融合的飞机尾涡识别模型。首先，CDL扫描生成的径向速度风场转换成序列输入和块输入。然后，双向长短时记忆（bidirectional long short-term memory, 简称Bi-LSTM）网络用于提取序列输入的时间特征，卷积神经网络（convolutional neural network, 简称CNN）网络用于提取径向速度风场块输入的空间特征。最后，将融合的时域和空域特征输入全连接层分类器，得到最终分类识别结果。实验团队在深圳宝安机场附近采集风场，并构建尾流数据集来验证所提得融合模型，结果表明：基于CNN和Bi-LSTM时空特征混合模型具有较好的分类性能，在尾涡识别上的准确率、召回率、F1分数分别达到97.13%、97.50%、97.03%，且相比单一模型是一种更有效的识别方式，能够获得实时高效尾流预警。     

非涡核区域尾涡遭遇快速建模方法

基于Hallock-Burnham尾流速度模型,建立了尾涡流场、滚转力矩及最大坡度计算模型。通过对非涡核区域尾涡遭遇的仿真,计算尾涡流场中不同位置的飞机最大坡度,按坡度大小进行尾涡流场区域危险等级划分,确定流场中不同危险等级的分布范围;研究分析了飞机飞行高度、重量、马赫数以及前后机间隔等因素的变化对飞机尾涡遭遇的具体影响。通过案例分析计算,验证了模型的快速性,可用于尾涡流场非涡核区域危险性分析。     

有浪条件下舰载机弹射起飞建模研究

有浪条件下,航空母舰的摇摆会影响舰载机的安全起飞.对有浪条件下舰载机弹射起飞过程受力、运动情况进行了分析.采用柔性起落架来实现航空母舰与舰载机之间的干涉,建立了模块化的仿真系统并研究了中等海况下航空母舰的摇摆对舰载机弹射起飞的影响.仿真结果表明,中等海况下纵摇是导致下沉的主要因素,最大下沉量可达15 m;横摇导致最大下沉约0.2m;垂荡导致最大下沉约1m;横摇会导致明显的横侧向运动;纵摇、横摇、垂荡均会导致起落架最大载荷显著增大.     

飞机尾流探测技术研究进展及应用前景

 飞机尾流是空气动力飞行器飞行时产生的特有流体力学特征,具有强烈、稳定、持续时间长、空间尺度大等特点,因此可被雷达、激光雷达、声纳等传感器有效探测。飞机尾流的湍流特性使其具有独特的电磁散射特性,尾流的雷达探测技术具有重要的军用和民用价值。本文从尾流的电磁计算与模拟、尾流的测量实验、尾流探测的理论体系3个方面,梳理了尾流探测技术的国内外研究现状,指出该项技术在民航飞行、反隐身探测、雷达抗干扰、航母起降、目标跟踪5个方面具有的应用潜力。尾流探测雷达的研制和原理性验证试验的开展,可进一步推动中国在机场航空、雷达反隐身等领域的发展。     

滑跃式甲板气流场数值模拟

利用FLUENT软件对舰船进行数值模拟,与已有风洞实验数据对比分析,验证数值模拟的准确性．针对滑跃式舰船甲板,讨论不同网格形式对计算结果的影响,发现棱柱层网格可以改善计算过程的收敛特性,提高收敛速度,沿甲板边界的网格细化是采集船首和边界涡产生的关键．通过对全尺寸的滑跃式甲板舰船船型的计算,得到船首分离涡和岛型建筑后面复杂的涡旋结构．结果表明：岛型建筑分离涡计算的准确度直接影响了岛型建筑下游流场的整体特征;船体尺寸和岛形建筑的形状和位置会严重影响船后涡旋的强度和位置．