[發明專利]一種艦載機攔阻著艦過程的剛柔耦合動力學建模仿真方法

有效

• 申請號: 202110702788.0
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113536624B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 李道春;邵浩原;姚卓爾;闞梓
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F30/15;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京天匯航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11987
• 代理人: 黃川;史繼穎

本發明公開了一種艦載機攔阻著艦過程的剛柔耦合動力學建模仿真方法，通過對艦載機、前起落架、主起落架、攔阻鉤、甲板、攔阻裝置的建模進行分析，基于剛柔耦合動力學理論，構建完整攔阻著艦過程有限元模型，然后對有限元模型進行校驗與修正，完成飛機攔阻著陸動力學仿真的構建過程。該模型的計算仿真過程更接近真實著艦狀態，可以保證艦載機著艦過程起落架、攔阻鉤索等關鍵部件結構動響應計算的準確性，同時具備一定的高效性，該模型可為甲板運動、艦尾流、鉤索動態嚙合、起落架緩沖特性、攔阻裝置性能和飛行控制要素的計算提供接口，為解決起落架/攔阻鉤等關鍵機構總體布局、參數定義、鉤索動態參數匹配及確定理想著艦點等難題提供解決方案。

技術領域

本發明涉及航空工程技術領域，尤其涉及一種艦載機攔阻著艦過程的剛柔耦合動力學建模仿真方法。

背景技術

艦載機是以航母甲板作為起降平臺的一類飛機，是航母戰斗編隊實戰中強有力的作戰力量。飛機著陸攔阻過程載荷大、時間短，受航母運動、氣流擾動等因素影響，存在復雜的動力學耦合問題。攔阻著艦過程是飛機回收安全的關鍵技術之一，為保障艦載機的著艦安全，需要建立準確可靠的攔阻過程分析模型。

目前，在建立艦載機攔阻著艦過程有限元模型時，往往對建模對象采用剛體假設，同時對于如起落架、攔阻鉤這類關鍵部件的仿真模擬精度也不夠理想。因此采用更為準確的建模仿真方法可以實現更接近真實著艦狀態的過程仿真，將對艦載機著陸動響應的深入研究、解決起落架/攔阻鉤等關鍵機構總體布局、結構與材料使用及鉤索動態參數匹配等方面具有重要的意義。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種艦載機攔阻著艦過程的剛柔耦合動力學建模仿真方法，用以使仿真過程更接近真實著艦過程，保證艦載機著艦過程起落架、攔阻鉤索等關鍵部件結構動響應計算的準確性，進行艦載機不同著陸姿態的攔阻著艦仿真分析，為解決起落架/攔阻鉤等關鍵機構總體布局、結構與材料使用、鉤索動態參數匹配和確定理想著艦點等問題提供依據。

本發明提供的一種艦載機攔阻著艦過程的剛柔耦合動力學建模仿真方法，包括如下步驟：

S1：基于輪胎的胎面、胎側、補強簾布層、胎體簾布層、輪輞、鋼絲圈和氣囊的材料屬性，以及仿真得到的輪胎壓縮量-垂向載荷的無量綱化曲線與實際輪胎落震試驗得到的輪胎壓縮量-垂向載荷曲線，對輪胎的剛度進行標定；對前起落架進行建模與仿真落震試驗，將前起落架的仿真落震試驗與實際前起落架落震試驗進行對比，校核兩個試驗的前起落架緩沖支柱位移行程曲線和兩個試驗的下沉距離-載荷曲線，確定前起落架的緩沖特性參數，得到前起落架的有限元模型；

S2：利用步驟S1的方法對主起落架進行建模與校核，得到主起落架的有限元模型；

S3：根據攔阻鉤的結構，建立攔阻鉤的體單元模型，根據攔阻鉤緩沖裝置的參數，定義攔阻鉤緩沖裝置的阻尼特性，得到攔阻鉤的有限元模型；

S4：建立艦載機的有限元模型，包括機翼模型和機身模型，將節點氣動載荷加載至機翼模型的相應節點上，實現升力仿真；

S5：建立甲板上攔阻索、甲板下攔阻索、滑輪、滑輪緩沖裝置、主吸能裝置、尾端緩沖裝置、動-定滑輪組以及甲板上攔阻索與甲板下攔阻索的接觸類型、滑輪與甲板下攔阻索的接觸類型、滑輪與滑輪緩沖裝置的接觸類型、動-定滑輪組與主吸能裝置的接觸類型、尾端緩沖裝置與甲板下攔阻索的接觸類型，得到攔阻裝置的有限元模型；通過離散的梁單元建立具有彈性的鋼索模型，在所述鋼索模型中不考慮梁單元的扭轉特性；通過包圍梁單元的殼單元模擬鋼索外形，用于攔阻鉤掛索判定；通過殼單元模擬所述滑輪緩沖裝置、所述主吸能裝置和所述尾端緩沖裝置的外形，通過對bar單元設置彈性力、阻尼力、彈性力系數和阻尼力系數來模擬所述滑輪緩沖裝置、所述主吸能裝置和所述尾端緩沖裝置的力學性能；將攔阻裝置實測的滑輪轉速與上述有限元模型仿真得到的滑輪轉速對比，將攔阻試驗得到的攔阻力-時間曲線與上述有限元模型仿真得到的攔阻力-時間曲線對比，驗證攔阻裝置的有限元模型的正確性；