舰载机蒸汽弹射动力学仿真分析

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1、第42卷第6期2012年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．6NOV．2012舰载机蒸汽弹射动力学仿真分析张雷，冯蕴雯，薛小锋，冯元生(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：阐明了蒸汽弹射装置应用的必要性。在综合考虑热力学模型、牵引释放装置数学模型、舰载机动力学模型以及起落架突伸等因素的基础上，提出了舰栽机蒸汽弹射动力学仿真分析模型。以c—13型弹射器和某型飞机为例进行了仿真分析，并与相关实验数据进行对比分析，其分析结果可为舰栽

2、机蒸汽弹射系统设计以及试验验证提供有益参考。关键词：起落架突伸；蒸汽弹射；舰载机；牵引；释放中图分类号：V226文献标识码：A文章编号：1671．654X(2012)06．0029．05DynamicsSimulationofCarrier·basedAircraftSteamCatapultZHANGLei，FENGYun-wen，XUEXiao—feng，FENGYuan—sheng(SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，

3、Xi7伽，710072，China)Abstract：Thisarticleillustratestheneedforasteamcatapultdeviceapplications．Proposedthedynamicssimulationmodelofcarrier-basedaircraftsteamcatapultonthebasisofcomprehensiveconsiderationofthethermodynamicmodel，thetractionreleasedevicemath

4、ematicalmodel，aircraftkineticsmodelandlandinggearjumpandotherfactors．BasedonC一13catapultandacertaintypeofaircraft，asimulationanalysisispresented．Theresults，whicharecomparedwithtestdata，provideausefulreferenceforthede-signofcarrier—basedaircraftsteamcat

5、apultsystemandexperimentalverification．Keywords：landinggearjump；steamcatapult；carrier·basedaircraft；traction；release引言舰载机在航母甲板上需借助助力起飞装置短距起飞，而蒸汽弹射装置是目前广泛应用的起飞助力装置，弹射起飞过程同时也是舰载机飞行过程的重要阶段¨。3J。蒸汽弹射起飞过程分为弹射起飞准备阶段、弹射起飞阶段和自由滑跑阶段H。J。蒸汽弹射的作用原理就是通过弹射器提供的弹射力使舰载机

6、在短时间内达到最小离舰速度，从而在有限的航母甲板上起飞，它具有工作效率高，滑跑距离短等优点，因此已成为目前采用最广泛采用的一种舰载机起飞方式。目前国内对舰载机蒸汽弹射起飞动力学方面的研究较少，且近期的研究成果较少，现有的研究成果主要集中在力学建模⋯、前起落架突伸问题【9。叫、航母运动影响问题n¨以及起飞特性分析等问题心。3J，热力学方面的研究很少，并且现有的研究只是把整个复杂的热力学过程看成只有一个绝热的等熵过程¨引，对于水蒸汽与外界进行热传递而损失的能量部分并未考虑；鉴于技术保护等因素，国外针对舰

7、载机蒸汽弹射起飞动力学方面的研究鲜有文献报道，目前可供参考的只是一些年代较久的试验结果H’61以及蒸汽弹射动力学方面的刚度计算标准旧J。鉴于蒸汽弹射器在目前并且在以后的相当长一段时间都会是航母弹射器的主力【131，有必要对舰载机蒸汽弹射动力学进行细致的仿真研究。本文所提出的舰载机蒸汽弹射动力学仿真研究是针对蒸汽弹射器展开热力学建模，综合考虑热力学过程中实际涉及到的等熵阶段以及传热阶段，把热力学过程等效为等熵阶段与等体积传热阶段的综合，以此求出弹射器所提供的弹射力，然后对舰载机机体进行运动学建模，从而

8、仿真出舰载机蒸汽弹射的过程，再与国外试验结果对比分析。1蒸汽弹射装置热力学模型本文把蒸汽弹射装置的热力学过程等效为等熵阶段与等体积传热阶段的综合，并结合水和水蒸汽性质收稿日期：2012—09—02基金项目：航空科学基金项目资助(2008ZA53006；2006ZD53050)作者简介：张雷(1988一)，男，安徽宿州人，硕士研究生，主要研究方向飞机结构设计与分析。·30·航空计算技术第42卷第6期国际联合会提出的IAPWS—IF97公式把热力学过程进行模型化，即先进行