舰载机斜板滑跃起飞情况地面载荷

2
起飞甲板平直段的曲率半径可视为无穷大 。 对于 112 中航母斜板中心线 (复构造曲线 ) , 经计 算发现 , 在 №2 曲线末端点即当 x = 30 m 时 , 曲 率半径出现最小值
( x ) ] 3 [ 1 + 011256 ] 3 [1+ f ′ r = =115m m in = r x = 30 = ( | f ″x ) | | 0100875 |
27
2 滑跃起飞情况地面载荷计算方法
211 滑跃起飞情况的飞机重心处垂向过载的计算
m; L ramp 为航母起飞滑跑斜板段长度 , m。 212 主 、前起落架滑跑过载及地面载荷的计算
飞机处于三点姿态 , 将起落架支柱缓冲器和 机轮轮胎视为二自由度 、有阻尼的振动系统 , 支 柱缓冲器则可简化为空气弹簧 、油液阻尼器的组 合 。起落架过载具有振荡性质 , 这是由起落架自 身弹性及地面冲击激励所决定的 , 其滑跃起飞受 [2] 力计算模型如图 2 所示 。 起落架滑跑过载与其距飞机重心的水平距离 有关 。但计算前起落架地面载荷时 , 除了考虑由 重心处牵连计算而来的单纯轨迹运动过载以外 , 还应计入俯仰力矩 (由于飞机驶入滑跃甲板曲线 段后严禁中止起飞刹车 ,因此不计入主机轮刹车情 况造成的低头力矩 ) 。
31869 1E - 04 11355 7E - 03 11483 4E - 03
91020 1E - 03 - 41637 6E - 02 - 11758 1E - 02
01000 0E + 00 41815 7E - 01 - 11768 0E - 02
第 2 期 姚念奎 等 : 舰载机斜板滑跃起飞情况地面载荷
图 1 航母滑跃起飞斜板中心线构型
112 复构造曲线
复构造曲线一般由 3 个一元三次多项式函数 表征 , 航母滑跃起飞斜板中心线由此分段函数拼 接生成 , 函数的坐标原点位于斜板起始点 , 通式 为 3 2 A1 x +B 1 x +C1 x +D 1 x∈[ 0, L 1 ]
y = f ( x ) = A2 x3 +B 2 x2 +C2 x +D 2 x∈ ( L1 , L2 ] A3 x +B 3 x +C3 x +D 3 x∈ ( L1 , L ramp. max ] ( 4)
-5 -3 入式 ( 3 )求得 A = 11607 × 10 , B = 11097 × 10 。
( 7)
表 1 生成函数待定系数
曲线段
x /m A
区间
一元三次曲线 y = f ( x) 待定系数
B C D
№1 №2 №3
[ 0, 15 ] ( 15, 30 ] ( 30, 5315 ]
- 81117 6E - 06 31355 0E - 05 11556 6E - 05
第 28 卷 第 2 期 飞 机 设 计 2008 年 4 月 A IRCRA FT D ES IGN
V o l128 N o12 A p r 2008
文章编号 :
1673- 4599 ( 2008) 02- 0025- 04
rx = 5315 ( x) ] 3 [1 + f ′ [ 1 + 01274 8 ] 3 = = = 130 m ( x) | | f ″ | 01007 96 |
2 2
2 2
例如 , 当已知 θ ex = 1413 °= 0125 rad, L ramp. m ax = 5315 m , H ramp. max = 516 m (如图 1 所示 ) , 可以代
当代航空母舰搭载常规固定翼舰载机的起飞 方式有两种类型 , 即有蒸汽弹射器起飞和舰艏斜 板滑跃起飞 。无论哪一种起飞方式 , 舰上起飞滑
收稿日期 : 2007- 11- 30; 修订日期 : 2008- 03- 30
跑情况的起落架地面载荷都较常规陆基起飞滑跑 情况严重的多 。 在陆基 (岸基 )机场起飞滑跑的飞机的起飞迎
Ground L oads of Carr ier - ba sed A ircraft on Sk i- jum p Ram p Prof ile Take - off
YAO N ian- kui, WANG Cheng- bo ( Shenyang A ircraft Design and Research Institute, Shenyang 110035, China ) Abstract: Ramp s have been used for many years aboard the carrier of some blue water naval powers to reduce take- off run distance and w ind over deck (WOD ) requirements, and to allow naval com bat air2 craft executing operations from carrier not equipped w ith catapults . Given particular ship deck length and ramp geometry, a given aircraft, which m ight or m ight not be able to successfully take off, w ill be depended on its aerodynam ic characteristics maxim um take- off weight (M TOW ) , engine ′ s p ropul2 sion, exit velocity of aircraft and landing gear strength. The paper p resents a general computing methodology of ground loads of carrier- based aircraft ski - jump take- off from carrier ramp , and establishes comp leted m athematical equations of ramp p rofile curve. craft . The trajectory op tim ization of p rofile curve had been determ ined to be compatible w ith the air2 The p roposed m ethod is app lied for analyzing the landing gear ground loads of a two- seat m ulti
113 斜板中心线的曲率半径
曲率半径按下式求得
r = ( x) ] 3 [1 + f ′ ( x) | | f ″
2
2
]
AL ramp. max + BL ramp. max =H ramp. m ax
3
2
( 5)
θ 3AL ramp. m ax +2BL ramp. max = tan ex
( 2)
( 1) ( 0 ) = 0 , 可知 C = D = 0 。式 由 f ( 0 ) = f′ ( 1 )中的待定系数 A, B 用下式求得 f( L ramp. m ax ) =H ramp. m ax ( θ f ′ L ramp. m ax ) = tan ex
需要指出的是 , 这个分段函数的一阶导数应 该是连续 (或近似连续 )的 。 例如 , 由 3 次 B 样条型值点反算求出的某航 母斜板中心线的生成函数待定系数 , 如表 1 所示 。
作曲线运动的飞机重心处的向心加速度为
ay = Mv r
[1] 2
( 8)
根据飞机动力学平衡公式 1 2 θ + Cy sin θ) + T co s (θ +σe ) M ax = ρ v S ( Cx co s 2 ( 9) 1 2 θ - Cx sin θ ) M ay = N + ρ v S ( Cy co s 2 θ ( 10 ) T co s (θ +σe ) - M g co s ( ) ( ) 由式 9 、式 10 , 可得飞机重心处法向过载为 θ- Cx sin θ ) - T co s (θ+ σe ) N+ ρ v S ( Cy co s
舰载机斜板滑跃起飞情况地面载荷
姚念奎 , 王成波
(沈阳飞机设计研究所 , 辽宁 沈阳 110035)
摘 要 : 设置舰艏斜板以减少舰载机起飞滑跑距离 、降低甲板风要求 , 从而实现无弹射系统情况下的短距起 飞作业 , 这已在一些 “ 蓝水 ”海军强国的航空母舰上得到了多年应用 。给定航母起飞甲板长度和斜板曲线构 型 , 飞机能否成功滑跃起飞取决于它的气动特性 、最大起飞质量 、发动机推力 、出口速度和起落架强度 。 本文提出了一种舰载机斜板滑跃起飞情况地面载荷的计算方法 , 也建立了完整的斜板曲线方程 (曲线已经 过飞机适配性优化 ) 。文中还应用本方法计算了某双座多用途舰载教练机的滑跃起飞地面载荷 。 关键词 : 地面载荷 ; 舰载机 ; 斜板滑跃起飞 ; 起落架 ; 曲线优化 中图分类号 : V212111 文献标识码 : A
26 飞 机 设 计
第 28 卷
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
角获得是依靠飞机达到一定滑跑速度后 , 由气动 控制舵面偏转的抬头力矩形成的 。采用斜板滑跃 起飞的舰载机的起飞迎角获得手段则与上述方式 不同 , 当飞机离开斜板后的速度并没有完全达到 飞机的正常起飞速度 , 需要通过曲面斜板提供飞 机一个初始迎角 , 即依靠斜板强制施加飞机抬头 力矩 。因此 , 起落架的受载模式与陆基飞机迥然 不同 。在飞机机轮离开甲板前 , 起落架要承受曲 面甲板对机轮施加的法向载荷和切向载荷 , 并随 着飞机滑跑速度的提高而增加 。 因此 , 需要探求建立一套不同于陆基飞机的 起飞滑跑地面载荷计算方法 。本文即有针对性地 研究采用斜板滑跃起飞方式的舰载机起落架的起 飞滑跑情况地面载荷计算方法 。
2 2
2 2
根据方程组 ( 2 )可解出 θ tan ex A =
2
2H ramp. max
L ramp. max ( 3)
L ramp. max
3H ramp. m ax
B = L ramp. m ax
( 6)
θ - tan ex
L ramp. m ax
在 №3 曲线末端点即斜板出口 x = 5315m 时 , 曲率半径为
- role shipborne fighter & trainer vis- à - vis its suitability for ski- jump take- off . Key words: ground loads; carried- based aircraft; ramp ski- jump take- off; landing gear; trajecto 2 ry op tim ization
3 2
1 计算用斜板数学模型
111 单构造曲线
单构造曲线由一个一元三次多项式函数表征 , 航母滑跃起飞斜板中心线由此函数生成 , 函数的 坐标原点位于斜板起始点 , 通式为 3 2 y = f ( x) = A x + B x +C x + D ( 0 ≤ x ≤ L ramp. max )
ny.
cg
=
1 2
2
Mg Mv θ +M g co s 2 r v θ = + co s Mg gr
2
=
( 11 )
式中 : M 为飞机质量 , kg; N 为甲板给予飞机的支 2 持力 , N; ax , ay 为飞机起飞加速度 , m / s ; g 为重 力加速度 , m / s; v 为飞机飞行速度 , m / s; Cx , Cy 为飞机气动阻力系数 、升力系数 , 无量纲 ; ρ为大 3 气密度 , kg /m ; θ 为飞机运动轨迹角 , rad; T为 σ 发动机推力 , N; e 为发动机推力线与机体坐标系