舰载飞机弹射滑跑起飞特性计算
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说不完的话题弹射与滑跃起飞的深度再探讨从技术分类的角度看,航母舰载机的起飞方式是一种边缘学科.边缘学科最大的特点是把两种或更多种不同的成熟技术结合在一起形成实用技术,中国虽然没有航母及舰载机的使用经验,但通过几十年来军内外专家的全心关注,人们已经对航母及舰载机起飞方式比较熟悉了,对许多关心国防建设的读者来说,只要是对航空技术和舰船方面有一定的了解,边缘学科的这种特点就导致他们能对舰载机的起飞方式作出比较专业的分析和评价,专家更不例外。
从近年来发表在军事刊物上关于舰载机起飞的文章及网上帖子可以看出.关于舰载机弹射起飞和滑跃起飞优缺点的分析已经到了面面俱到的程度,但也正是由于边缘学科的这种特点,在弹射起飞与滑跃起飞谁优谁劣的争论上“仁者见仁,智者见智”情况也就显得特别的突出。
就目前情况来看,认为弹射起飞好的观点已经占了上风,但支持滑跃起飞的观点仍然有挖掘不尽的“活力”,往往会使支持弹射的一方产生“底气”不足的感觉。
在航母发展的初期,弹射器研制者和海军中一些有远见的军人在向美国海军推荐航母弹射器时曾列出弹射起飞有如下好处·使小型航母能起飞重型飞机、可提高航母飞行甲板的载机数量、可简化飞行作业程序、可以节省燃油增加飞机的航程、能使飞机在横甲板风和零风速时顺利起飞、为设计高性能飞机创造了条件。
本文就从这几点出发,再结合这几年关于两种起飞方式的评论对这个话题进行一番总结讨论,以期使朋友们对这两种起飞方式的优劣长短能有个全面和整体的认识。
起飞方式在舰载机具体设计上的影响在探索滑跃起飞的初级阶段,出现的最大误区就是认为滑跃起飞舰载机结构可以避开弹射起飞的结构加强,重量相对轻,一些西方国家的媒体就曾把这一点当成是滑跃起飞优越性的最大筹码,这并不完全是西方国家的误导,美国波音公司在确定F一32的布局时也曾犯过类似的错误,公司中的专家轻易就得出了短距(滑跃)起飞/垂直降落方案将会在控制飞机尺寸及重量上有优势的结论!以至于他们在设计之初曾打算把F-32设计成三军通用的垂直起降型。
舰载机新型起飞方式作者:海强来源:《航空世界》2016年第04期一年多前,曾有专家设想中国未来航母有可能采用弹射和滑跃两种起飞方式之外的第3种方式——滑弹结合,并说这是中国创新。
其实,这种起飞方式早已有之,谈不上是创新。
因此笔者在几个网站上发了一个名为“滑跃弹射是创新?第4种起飞方式才是最佳方式!”的贴子,点击率还不错,只是当时并未写出第4种起飞方式具体为何。
该方式是在弹射与滑跃结合方式的基础上改进的一种起飞方式,个人认为某种程度上可算是创新,具有相当强实用性,也有相似的技术案例来支持。
到目前为止,舰载机从航母上的起飞方式有两种,一种是弹射起飞,一种是滑跃起飞,两种方式各有优势及缺点。
有人提出喷气助推或火箭助推,其实这应该是属于弹射起飞一类,还有人说垂直起降也是一种起飞方式。
实际上,判断起飞方式的标准应该与航母有关,而垂直起飞基本上与航母无关,不能算作是舰载机的起飞方式。
因此,严格地说到目前为止只有两种起飞方式。
那么,还有没有其他的起飞方式?弹射起飞和滑跃起飞各有优缺点,因此早就有人设想将两者结合取长补短,形成滑跃+弹射的起飞方式。
这种“混合起飞”方式也得到部分军事专家的认可,并被认为是解决舰载机起飞面临的弹射器沉重、滑跃起飞重量受限问题的最好解决办法。
不过,将两种起飞方式结合在一起也会产生新的问题,例如,弹射器使用费用高的情况仍然存在,运行费用并不因为弹射功率的降低就能避免,这在讲究全寿命周期费用的今天是一个不得不考虑的大问题。
笔者在这里提出了一种新的舰载机起飞方式,名为“滑跑弹跳起飞”。
顾名思义,就是舰载机先滑跑,然后借助可弹起的跳板向上弹跳起飞离舰。
与现有的单纯滑跃起飞相比,舰载机可以从弹跳板的腾空升起中获得更多额外的动能,具有了目前人们所设想的滑弹结合起飞方式的优势,同时又能避开弹射器的结构沉重及增加维护的缺点,因此是取代滑弹结合起飞方式的最好选择。
一台C-12-1蒸汽弹射器的安装重量就达到520吨,即便是滑跃结合弹射,弹射器的重量预计将超过350吨。
航母运动对舰载飞机弹射起飞特性影响研究姚海林;赵一飞;张宏【摘要】舰载飞机的弹射起飞安全受运动影响显著,本文针对舰载飞机的弹射起飞过程,进行了六自由度的仿真建模,通过弹射起飞仿真计算,分析了航母纵摇、垂荡运动对其弹射起飞特性的影响.结果表明由于舰首距离航母纵摇中心距离较大,航母纵摇运动相位变化对舰载飞机的弹射起飞影响较大,而选择在舰首抬升阶段离舰,有利于起飞安全.【期刊名称】《系统仿真技术》【年(卷),期】2015(011)003【总页数】5页(P250-254)【关键词】航母运动;六自由度;建模与仿真;弹射起飞【作者】姚海林;赵一飞;张宏【作者单位】中航工业一飞院,西安710089;中航工业一飞院,西安710089;中航工业一飞院,西安710089【正文语种】中文【中图分类】TP391舰载飞机以在海上运动的航空母舰为活动基地,保证其在航空母舰甲板上顺利、安全地起飞是设计和使用首要考虑的关键问题,但由于海浪作用产生的航母运动对飞机的弹射起飞特性影响很大,甚至影响到起飞安全,因此舰载飞机需要有比陆基飞机更好的起飞性能。
为了确保舰载飞机能在有限的航母空间、复杂环境情况下安全起飞,需要研究航母运动对舰载飞机起飞特性的影响。
航母航行时具有纵摇、横摇、首摇、纵荡、横荡和垂荡六个运动自由度。
在通常的航速和遭遇频率下,首摇、纵荡和横荡运动对飞机弹射起飞特性的影响较小,因此需要着重考虑纵摇(俯仰运动)、垂荡(升沉运动)两种运动对飞机弹射起飞安全的影响。
针对航空母舰的海上运动状态模拟,有两种方法较为常用:一是基于实际航母运动数据统计,利用平稳随机过程理论建立的频率谱函数模型,但得出的频谱函数不是解析形式,使用不便;二是将航母运动看作谐波叠加,并航母六自由度运动分解为各个单自由度运动的线性组合,研究航母运动的振幅、频率和离舰时刻相位角等参数变化对弹射滑跑起飞的影响。
航母运动谐波模型的方程可以描述为[1]:Yi=Aisin(ωit+φi)式中,振幅Ai和频率ωi为各自由度对应的均方值,相位角φi可任意选取。
舰载蒸汽弹射内弹道设计计算舰载蒸汽弹射内弹道设计计算舰载蒸汽弹射是现代航母起飞的最常用方式之一,它通过利用高压蒸汽推动喷气式飞机飞出航母甲板,具有快速高效和适应各种飞机的特点。
内弹道设计计算是舰载蒸汽弹射系统设计的重要部分,通过准确计算飞机的起飞质量、速度和加速度等参数,以及考虑飞行姿态和气动特性,从而确保安全、稳定和高效的起飞过程。
一、舰载蒸汽弹射系统工作原理舰载蒸汽弹射系统是由蒸汽动力机组、蒸汽管路、弹射准备、准备、发射准备控制系统等组成的。
飞机进入弹射器后,与弹射器碰触的瞬间,弹射器向后推出一进气孔以外的压缩空气,压缩空气进入涡轮机发生回转作用。
二、内弹道设计计算1. 起飞重量计算起飞重量是指飞机在起飞时的总重量,包括机身、燃料、弹药、载荷和人员等。
起飞重量的计算是内弹道设计计算的重要基础。
其计算公式如下:起飞重量 = 机身重量 + 最大燃油重量 + 载荷 + 弹药 + 人员2. 加速度计算加速度是弹射过程中比较关键的参数,其大小直接决定飞机的起飞速度和高度。
其计算公式如下:加速度 = 2 * 起飞总推力 / 起飞重量起飞总推力包括飞机引擎产生的推力和蒸汽弹射系统提供的推力。
一般情况下,弹射器的起飞总推力要达到飞机重量的1.2倍以上,以确保飞机在起飞过程中有足够的加速度。
3. 起飞速度计算起飞速度是指飞机在弹射器上达到准备起飞状态所需的速度,取决于加速度、飞机重量和气动特性等因素。
根据实际情况,起飞速度一般在200至250节之间。
其计算公式如下:起飞速度= √(2 * 起飞重量 * 加速度 / 飞机空气阻力系数 * 高度密度)飞机空气阻力系数和高度密度是通过实验和理论计算得出的参数。
4. 起飞高度计算起飞高度是指飞机在离开航母甲板时的高度,并直接关系到飞机在起飞过程中的安全和稳定。
其计算公式如下:起飞高度 = 起飞速度 * 弹射器长度弹射器长度是通过实际测量得出的参数,通常在80至100米之间。
第二章匀变速直线运动的研究匀变速直线运动位移与时间的关系情境导入舰载机在航空母舰的甲板上起飞是,在弹射系统的作用下获得一定的速度,然后在甲板上继续加速一段距离便可达到起飞的速度。
知识点一:匀速直线运动的位移1.做匀速直线运动的物体在时间t内的位移:x=vt 。
2.做匀速直线运动的物体,其v-t图象是一条平行于时间轴的直线,其位移在数值上等于v-t图线与对应的时间轴所包围的矩形的面积,如图所示:(1)当“面积”在t轴上方时,位移取正值,这表示物体的位移与规定的正方向相同;(2)当“面积”在t轴下方时,位移取负值,这表示物体的位移与规定的正方向相反。
知识点二:匀变速直线运动的位移1.微元法与极限思想的应用在匀变速直线运动中,由加速度的定义易得速度的变化量Δv=a·Δt,只要时间足够短,速度的变化量就非常小,在非常短的时间内,我们就可以用熟悉的匀速直线运动的位移公式近似计算匀变速直线运动的位移。
如图所示,甲图中与Δt对应的每个小矩形的面积就可以看做Δt时间内的位移。
如果把每一小段Δt内的运动看做匀速直线运动,则各小矩形面积之和等于各段Δt时间内做匀速直线运动的位移之和。
时间Δt越短,速度变化量Δv 就越小,我们这样计算的误差也就越小。
当Δt →0时,各矩形面积之和趋近于v -t 图象与时间轴所围成的面积。
由梯形面积公式得x =(v 0+v )·t2在任何运动中都有x =·t因此=v 0+v 2(适用匀变速直线运动)把v =v 0+at 代入x =(v 0+v )·t2得x =v 0t +12at 22.x =v 0t +12at 2的理解公式的意义 反应了位移随时间的变化规律,不是路程随时间的变化规律 适用条件 仅适用于匀变速直线运动矢量性公式中x 、v 0、a 都是矢量,应用时必须选取统一的正方向,一般选v 0方向为正方向 特殊形式(1)当a =0时,x =v 0t (匀速直线运动)。