偏航状态下拦阻钩挂索动力学分析

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun252015Vol36No．61876．1884ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu，ca偏航状态下拦阻钩挂索动力学分析彭一明，聂宏*，张明，魏小辉南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，南京210016摘要：为了使舰载机能安全顺利地在舰上回收，分析了飞机着舰拦阻时，拦阻钩撞击甲板悬索后钩组件上转的动力学成因。在考虑弯折波的基础上，分析了飞机在偏

2、航着舰时拦阻钩发生横向摆动的成因，建立了偏航着舰时拦阻钩上转和横摆动力学模型。研究了偏航角和钩索之间的摩擦系数对拦阻钩横向摆动的影响，并考虑了轮胎压索以及钩臂与铰接点轨迹之间的初始夹角对拦阻钩上转性能的影响。结果表明：因偏航着舰，挂索后拦阻钩上转过程中出现了横向运动；横向运动的最大摆角随偏航角和摩擦系数的增大而增大；轮胎压索导致悬索弹起，拦阻钩到达时，悬索的高度对拦阻钩上转运动没有明显的影响，但是悬索过高会使拦阻钩有弹跳脱钩的危险。关键词：拦阻钩；悬索；弯折波；偏航；动力学中图分类号：V226文献标识码：A文章编号：10

3、00—6893(2015)06—1876～09拦阻钩钩住甲板悬索之后，使得悬索发生较大的应变动载，此时，拦阻钩必将绕机身铰接点快速地上转[1]。拦阻钩上转的高度应限制在一定范围内，不能太高而撞到机身。舰载机在偏航着舰时，拦阻钩不仅会发生上转运动，还会绕机身铰接点发生横向摆动，摆动的角度也要限制在一定范围内。国外对拦阻钩动力学研究已获得很大成功。由于保密的原因，能查到的相关文献极其有限，这些有限的文献也只有一些理想状况下的理论结果。例如，Thomlinson[21对飞机对称面内拦阻钩撞击甲板或悬索后的运动情况作过详细研究，

4、假设舰载机无偏航对中拦阻，通过拦阻钩的几何运动关系建立运动微分方程。全美工程公司公布的一份报告[31对拦阻钩碰撞悬索支撑物的情况进行了分析。近年来，中国学者对飞机拦阻钩进行了大量研究，研究内容包含拦阻钩碰撞甲板[4。73或悬索口]。在这些研究中，均是对称面内的动力学研究，无法反映飞机非对称着舰时拦阻钩的运动状况，这与实际情况不符[8]。为了更加接近实际情况，张鑫等[91研究了飞机在偏心拦阻时钩索的动力学响应；张澍森[1o]研究了悬索的弹性变形对拦阻过程的影响；文献[11—133中考虑了弯折波对拦阻过程的影响，但是无论是拦

5、阻钩还是悬索模型，都是以对称拦阻为基础的。弯折波可导致悬索发生弯折，进而影响悬索拉力，尤其在非对称拦阻时，弯折波对拦阻力的影响更加复杂，建立钩索的动力学响应模型具有很大的难度。因此，本文将弯折波模型用于拦阻钩挂索后的上转过程，建立了偏航着舰的情况下拦阻钩上转和横摆运动模型，分析了偏航角和摩擦力对整个运动过程的影响，并考虑了拦阻钩撞索位置的影响。收稿日期：2014—06—12；退修日期：2014—08—01；录用日期：2014—08-25：网络出版时问：2014．09—1216：31网络出版地址：WWWcnkinet／kc

6、ms／doi／107527／$1000—6893．2014．0199．html基金项目：国家自然科学基金(11372129，51105197)；江苏高校优势学科建设工程资助项目*通讯作者．Tel：025—84892411E-mail：hnie@nuaa．edu．cni

7、甩格武

8、PengYM·NieH，ZhangM．eta1．Dynamicsanalysisofarrestinghookfollowingengagementofanarrestingcable{nyawcondi-tionEJ]．ActaAeronauti

9、caetAstronauticaSinica，2015．36(6)：1876-1884。彭一磅．聂宏．张晚．等．偏航状态下拦咀钩挂索动力学分析￡如。航空学报，2015，36(6)：1876-1884．彭一明等：偏航状态下拦阻钩挂索动力学分析1飞机对称面内拦阻钩挂索上转模型1．1上转动力学分析舰载机着舰拦阻时，拦阻钩冲击甲板悬索，拦阻钩将绕机身铰接点快速地上转。图1为拦阻钩冲击甲板悬索后的运动及受力分析示意图。图1拦阻钩冲击甲板悬索后的上转示意图Fig．1Sketchmapofupswingofarrestinghooka

10、fterimpactingdeckcable图1中：C点为拦阻钩的质心位置；B点为拦阻钩组件在机身上的安装点，其到质心的距离为l；A点为钩索啮合点，A点到B点的距离为L；"／7。为飞机初始拦阻速度；'Us为拦阻钩冲击甲板悬索的速度；口为飞机下滑轨迹角；0为拦阻钩与拦阻速度的夹角；自为拦阻钩上转角速度，且顺时针为正；m