学习笔记——舰载机进舰着舰过程仿真建模_王延刚
舰载飞机的阻拦着舰动力学建模
收稿日期 : 2017 – 08 – 21 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (61179051) 作者简介 : 陈裕芹 (1981 – ) ，男，硕士，讲师，主要从事飞机维修工程与工程力学研究。
第 39 卷
陈裕芹 : 等：舰载飞机的阻拦着舰动力学建模
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差，存在各种大气紊流，不利于舰载飞机的安全着舰。 本文主要针对舰载飞机着舰过程的减速装置 — 阻 拦索，建立阻拦索的运动学模型和受力模型，并进行 了阻拦过程的受力仿真。
第 39 卷 第 10A 期 2017 年 10 月
舰 船 科 学 技 术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol. 39, No. 10A Oct. , 2017
舰载飞机的阻拦着舰动力学建模
陈裕芹，程秀全，戴沅均
(广州民航职业技术学院 飞机维修工程学院，广东 广州 510470)
摘 要 : 舰载飞机在海上军事体系中占有至关重要的地位，随着我国大型航空母舰的自行研发成功，舰载飞
机的弹射起飞和阻拦着舰等技术的研究也进一步展开。与地面起飞和降落不同，舰载飞机受到复杂的海上气候环境 的影响，同时，航空母舰始终处于运动中，给舰载飞机的起飞和着舰提高了难度。舰载飞机在进行着舰时会产生很 大的冲击载荷，为了保证飞机在最短滑行距离内安全着陆，航空母舰配备了阻拦挂索等装置。本研究针对某一型号 的舰载飞机，利用仿真软件 Matlab-Simulink 和数值模拟方法，对该型号飞机的阻拦着舰过程进行了力学模型和运动 学模型的建立，并在此基础上完成了阻拦着舰系统的力学仿真。
CHEN Yu-qin, CHENG Xiu-quan, DAI Yuan-jun (Department of Aircraft Maintenance Engineering, Guangzhou Civil Aviation College, Guangzhou 510470, China) Abstract: The aircraft occupies an important position in the maritime military system, with large aircraft carrier in China to develop successful research aircraft catapult and stop landing technology but also for further. Unlike ground takeoff and landing, carrier borne aircraft are affected by complex marine climate environment. At the same time, aircraft carriers are always in motion, which makes it difficult for carrier aircraft to take off and ship. Carrier borne aircraft will produce great impact loads when they are carrying out ships. In order to ensure the safe landing of aircraft in the shortest distance, the aircraft carrier is equipped with devices such as blocking and hanging cables. This study aimed at a certain type of aircraft, using the simulation method and numerical simulation software Matlab-Simulink, on the plane stop landing process has been set up mechanics model and kinematics model, and on this basis to complete the mechanical simulation block landing system. Key words: carrier aircraft；landing ship；dynamic modeling；simulation
舰载机自动着舰模糊控制系统设计
舰载机自动着舰模糊控制系统设计
张智;李佳桐;邹盛涛;邱兵
【期刊名称】《计算机仿真》
【年(卷),期】2015(32)9
【摘要】对于舰载机全自动进场着舰优化过程,由于在舰载机线性小扰动模型整定的控制系统中,参数不能随飞行状态的改变而调整,系统鲁棒性不强.为解决上述问题,针对自动驾驶仪和自动油门两个环节设计了模糊控制器,构成自动着舰模糊控制系统.模糊控制器的输入是下沉率,迎角、法向过载反馈信号,而其结构参数可根据所设计的模糊规则集实时调整.对设计的模糊控制系统进行仿真后发现,与传统H-dot指令模式的自动着舰控制系统相比,模糊控制系统能明显地改善系统超调,并且对舰尾气流扰动有良好的抑制作用.
【总页数】5页(P75-79)
【作者】张智;李佳桐;邹盛涛;邱兵
【作者单位】哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】TP273;V212
【相关文献】
1.舰载机纵向自动着舰控制系统设计 [J], 陈华坤;章卫国;王新民
2.舰载机自动着舰控制系统设计与仿真 [J], 高丽;吴文海;梅丹;曲志刚
3.舰载机全自动着舰纵向控制系统设计 [J], 朱齐丹;邱兵;林圣琳;张智
4.舰载机自动着舰纵向控制系统设计 [J], 黄得刚;章卫国;邵山;王志刚;张秀林
5.舰载机自动着舰模糊控制系统的设计 [J], 章卫国;薛璞;杨向忠;肖顺达
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一种舰载直升机着舰模型的建立与分析
一种舰载直升机着舰模型的建立与分析舰载直升机着舰模型是指为了研究舰载机在海上着陆时出现的各种情况而建立的测试模型。
这种模型对于直升机着舰的稳定性和安全性提高具有非常重要的意义。
在本文中，我们将讨论如何建立一种基本的舰载直升机着舰模型并分析其性能。
首先，对于舰载直升机着舰模型的建立，需要确定几个重要的条件。
首先是直升机的重量、大小和质心位置，这些因素可以通过实际测量来获取。
第二是船舶的运动条件，包括船头的起伏和横向的偏移等，这些条件需要模拟出来。
最后，需要确保模型的比例缩放和运动惯量与实际情况相符合。
然后，进行舰载直升机着舰模型的分析。
通过建立数学模型，可以计算出感兴趣的性能指标，如沿着船体方向的距离和速度、直升机和船之间的接触力以及直升机的滞空时间等。
这些指标在评估着陆过程中的稳定性和安全性方面非常重要。
接下来，可以对着陆过程进行仿真，以验证舰载直升机着舰模型的准确性和实用性。
可以使用各种仿真软件，比如Matlab等进行仿真，来评估不同着陆条件下的性能表现以及各种参数的敏感性。
最后，可以使用这个模型为舰载直升机的设计和着陆过程提供有效的参考。
诸如轮胎、着陆齿和其他着陆设备的设计，可以根据模型中的数据进行调整和改进。
同样，这个模型可以用于评估不同风速和浪高下的着陆条件对直升机的影响。
总之，舰载直升机着舰模型是一种非常重要的测试手段，对于直升机着陆的稳定性和安全性提高都有着重大的帮助。
我们可以通过建立这样一个模型、分析其性能表现以及进行实际的仿真，来为舰载直升机的设计和操作提供有效的参考。
为了更好地理解舰载直升机着舰模型，我们需要对相关数据进行分析。
首先，我们需要了解直升机的重量、大小和质心位置。
直升机的重量通常在10吨至15吨之间，大小在20米至30米之间。
质心位置通常位于飞机前部，但也可能在中部或后部。
其次，船舶的运动条件是非常重要的。
在海上，船舶的运动是受到风浪的影响的。
通过对海况的实时监测，可以获得船舶的运动情况。
舰载机着舰过程仿真及下落点分析
舰载机着舰过程仿真及下落点分析杨柳;徐东昊【摘要】舰载机着舰是飞机整个飞行过程中的关键环节,受到舰船的运动和海上的大气紊流扰动,是事故多发环节.本文对舰载飞机的着舰环境建立了数学模型,提出了一种基于推力补偿系统与自动驾驶仪系统交联的控制方法,通过仿真比较角稳定和点稳定2种光波束引导着舰方案,得出着舰终端误差.研究成果对于舰载机的着舰引导具有参考价值.%Carrier aircraft landing is the key in the whole flight progress, which is the link in accidents due to the war-ship motion and marine atmospheric turbulence disturbance. The mathematical model of landing environment is established in this paper and a control method based on the cross linking between thrust compensation system and automatic flight con-trol system is proposed. Two different light beam guidance landing strategies of angle stability and point stability are com-pared through simulation, which results in landing end point errors obtained. The simulation results demonstrate that it is of great reference value in carrier aircraft landing.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2018(040)005【总页数】4页(P144-147)【关键词】飞机着舰;着舰环境;推力补偿;自动驾驶仪;舰载机【作者】杨柳;徐东昊【作者单位】哈尔滨理工大学自动化学院,黑龙江哈尔滨 150080;哈尔滨理工大学自动化学院,黑龙江哈尔滨 150080;哈尔滨工程大学青岛船舶科技有限公司,山东青岛 266400【正文语种】中文【中图分类】TP3910 引言舰载飞机与陆基飞机的着陆相比，在飞行甲板上着舰更为困难[1–2]。
舰载飞机拦阻网着舰冲击特性仿真研究
第38卷第5期计算机仿真2021年5月文章编号：1006 - 9348(2021)05 -0027 -05舰载飞机拦阻网着舰冲击特性仿真研究金鑫，刘宇，刘成玉，张建刚(中国航空工业集团公司第一飞机设计研究院，陕西西安710089)摘要:针对舰载飞机拦阻网制动情况下,飞机结构损伤及拦阻网系统性能评估问题，采用基于碰撞损伤的非线性动力学有限元方法建立了包含舰载飞机弹性模型、柔性拦阻网带系统动力学模型和MK7 -3阻尼器设备的一套完整的舰载飞机拦阻网着舰动力学模型。
模拟了舰载飞机在特殊情况下，凭借拦阻网进行应急制动的动态工作过程，获得了舰载拦阻网设备在工作过程的拦阻力变化规律，完成了舰载拦阻网设备拦停性能验证以及舰载飞机机体结构破损安全性评估。
通过数据对比分析表明，论文中仿真方法可有效用于评估舰载飞机拦阻网系统性能指标及预测飞机机体强度裕度。
关键词：舰载飞机;拦阻网；动力学;结构强度;仿真中图分类号：V271.4文献标识码：BSimulation of Study of Impact Characteristic for the Carrier - BasedAircraft Landing with the Arresting NetJIN Xin，LIU Yu，LIU Chen -y u，ZHANG Jian - gang(First Aircraft Institute, A V I C,X f a n S h a n x i 710089,C h i n a)A B S T R A C T：A i m i n g at the p r o b l e m of evaluating the d a m a g e of the aircraft structure a n d the p e r f o r m a n c e of the arresting net s y s t e m,with the nonlinear F E M analysis m e t h o d b a s e d o n collision d a m a g e,a set of d y n a m i c s m o d e l of the carrier aircraft lan d i n g with the arresting net w a s e s tablished,w h i c h c o n t a i n e d a flexible m o d e l of the carrier -b a s e d aircraft, a flexible m o d e l of the arresting net a n d the M K7 -3arresting system. T h i s article s i m u l a t e d the d yn a m i c w o r k i n g process of the carrier - b a s e d aircraft la n d i n g with the arresting net in a n e m e r g e n c y.M e a n w h i l e,ith a s o b t ained the c h a n g e rule of the arresting net s y s t e m w h e n w o r k i n g,validated the p e r f o r m a n c e of the arresting nets y s t e m,a n d evaluated the security of the aircraft structure d a m a g e with the contact collision. T h e data c o m p a r i s o n s h o w s that the m e t h o d is effective in evaluating the p e r f o r m a n c e of the arresting net s y s t e m a n d predicting the strength m a r g i n of the aircraft structure.K E Y W O R D S：Carrier - b a s e d aircraft；Arresting n e t；D y n a m i c s；Structure strength；Simulationi引言飞机拦阻网是设置于飞机跑道保险道内，用以对冲出预 定起降地段的飞机进行应急拦阻的网型安全设备。
舰载飞机拦阻着舰建模与仿真研究
舰 载 飞机 拦 阻着 舰 建 模 与仿 真 研 究
姚 海 林 ，耿 建 中 ，赵 一 飞
（ 中航工业一飞院 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ８ ９ ）
摘
要： 建 立 了 舰 载 飞 机 拦 阻 着 舰 的动 力 学 模 型 ， 分析了飞机不 同触舰方 式起落架动力学 模型 的变化 ， 以 及 拦 阻 系
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
综 合 形 成 仿 真 软 件 分 析 进 场 着 舰 的安 全 问题 。
引 口
２ 舰 载 机 着 舰 动 力 学模 型
舰 载 飞 机 以 在 海 上 运 动 的 航 空 母 舰 为 活 动
基地 ， 由 于 受 航 空 母 舰 甲 板 长 度 的 限 制 及 环 境
２ ． １ 飞机 质 心 动 力学 方 程
（ 大气环境 ， 航空 母 舰运 动等 ） 的影 响显 著 ， 舰 载
飞 机需 要 有 比 陆 基 飞 机 更 好 的 飞 行 特 性 。 为 研 究舰载飞机的进场着 舰安全 问题 ， 建 立 了舰 载 飞 机飞行动力学模 型 ， 飞 机 相 对 甲 板 运 动 学 模 型 以
关键 词 ：舰 载 飞 机 ； 航母运动 ； 拦 阻 着 舰 ；建 模 与 仿 真
Ｃａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ — — ｂ ａ ｓ ｅ ｄ Ａｉ ｒ ｐ ｌ ａ ｎ ｅ Ｌ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
Ｙ Ａ Ｏ Ｈ ａ ｉ ｌ ｉ ｎ ，Ｇ Ｅ Ｎ Ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ， Ｚ Ｈ Ａ Ｏ Ｙ ｆ ｉ ｅ ｉ
（ Ａ Ｖ Ｉ Ｃ Ｔ ｈ ｅ Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ Ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ Ｉ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｘ ｉ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ８ ９， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
基于极短期运动预报的舰载机着舰过程仿真分析
基于极短期运动预报的舰载机着舰过程仿真分析杨柳;徐东昊【摘要】[目的]舰载机着舰过程是其整个飞行过程中的一个关键环节,由于受到舰船运动的影响,技术难度较大.[方法]基于舰船极短期运动预报,开展舰载机着舰过程的仿真研究.首先,基于传统的舰船极短期运动预报方法,采用波形匹配和仿射变换,提出一种最优预报算法的确定方法;然后,建立基于光波束导引的舰载机着舰导引系统模型,并提出3个衡量着舰导引系统性能的终端误差指标;最后,开展舰载机着舰过程的仿真研究,分析舰载机对光波束运动轨迹的跟踪偏差及落点分布,得到着舰终端误差.[结果]由仿真结果可知,舰载机的着舰点相对集中,大多位于理想着舰点范围内,着舰终端误差满足着舰引导系统规范的要求.[结论]研究成果对于舰载机的着舰引导具有参考价值.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2018(013)004【总页数】5页(P99-103)【关键词】舰载机;着舰导引;极短期运动预报;落点分布;终端误差【作者】杨柳;徐东昊【作者单位】哈尔滨理工大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨工程大学青岛船舶科技有限公司,山东青岛266400【正文语种】中文【中图分类】U666.10 引言舰载机着舰技术是航母战斗群战斗力的一个重要保障，也是飞行力学与控制的一个研究热点［1-2］。
目前，掌握该技术核心的有美、英、法、俄等少数拥有航母的国家。
与陆基着陆相比，舰载机着舰由于受舰体运动和飞行甲板周围特殊气流场的干扰，技术难度非常大［3-5］，飞行员必须精确控制航迹，保持舰载机以合适的速度、姿态和相对位置，在预定的着舰点啮合才能安全实施阻拦着舰［6-7］。
目前，应用最广泛的着舰技术是等角下滑技术，即舰载机在着舰的最后阶段，截获合适的下滑道后，保持相同的下滑航迹角、俯仰角、速度和下沉率，直至与飞行甲板啮合，实现撞击式着舰［8-9］。
该技术的优点在于，在着舰啮合前最关键的20 s内，飞行员只需保持现有的飞行状态不变，同时修正由舰船运动和气流场等扰动造成的误差即可，避免了复杂操作可能带来的误差和危险［10-11］。
舰载飞机着舰动态性能仿真研究
VI
南京航空航天大学硕士学位论文
注释表
Aa Ab Ac Cd
活塞杆的外截面积 低压腔空气截面积 高压腔空气截面积 油液缩流系数 甲板滑轮间距 弹性模量 缓冲支柱上总的轴向力 空气弹簧力 油液阻尼力 缓冲器结构限制力
V
舰载飞机着舰动态性能仿真研究
图 6.6 航母横摇示意图 ...........................................39 图 6.7 工况 1 左、右主起载荷随时间变化关系 .......................40 图 6.8 工况 2 左、右主起载荷随时间变化关系 .......................41 图 6.9 工况 3 左、右主起载荷随时间变化关系 .......................41 图 6.10 工况 4 左、右主起载荷随时间变化关系 ......................42 图 6.11 工况 1 拦阻索拉力随滑跑距离关系 ..........................43 图 6.12 工况 2 拦阻索拉力随滑跑距离关系 ..........................44 图 6.13 工况 3 拦阻索拉力随滑跑距离关系 ..........................44 图 6.14 工况 4 拦阻索拉力随滑跑距离关系 ..........................45 图 6.15 工况 5 拦阻索拉力随滑跑距离关系 ..........................45 图 6.16 工况 6 拦阻索拉力随滑跑距离关系 ..........................46 图 6.17 着舰质量、着舰速度、拦阻索拉力关系图 ....................48 表 6.1 航母纵摇工况列表 .........................................36 表 6.2 航母纵摇对起落架载荷影响(下沉速度一定时) .................39 表 6.3 航母横摇工况列表 .........................................40 表 6.4 航母横摇对左、右主起落架载荷影响 .........................42 表 6.5 不同重量和着舰速度工况列表（下沉速度为 7m/s 时） ..........43 表 6.6 各工况下拦阻索拉力最大值列表(下沉速度一定) ...............46
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舰载机进舰着舰过程仿真建模_王延刚
收稿日期：2007-07-17 修回日期：2008-11-24
第20 卷第24 期系统仿真学报
摘要：航母—舰载机—起落架，多体动力学系统，进舰着舰系统仿真模型，驾驶员和LSO 的行为特征，考虑风场扰动，海浪等因素。
该模型不仅适于航母-舰载机适配性问题，还可研究进舰着舰任务中LSO 对驾驶员行为的影响。
通过仿真示例验证该模型的合理性和可行性。
引言：首先介绍舰载机进舰着舰的基本过程，并从飞行动力学的角度出发，阐述涉及的相关问题，然后对仿真系统各模块进行分析，并提出相应建模方法，最后给出数字仿真结果，以验证其合理性。
1、舰载机进舰着舰过程描述
✈菲涅尔透镜光学助降系统（Fresnel Lens Optical Landing System, FLOLS）；
✈舰载机沿下滑道保持大约-3.5°的航迹角下滑；
✈平行于下滑道的5层光束，最中间为橙色，为理想航迹；
✈LSO综合甲板运动、飞机特性、驾驶员技术要求调整飞行状态或者复飞。
✈常规飞机着陆：拉平；舰载机：助降系统引导，撞击式着舰，通过拦阻系统强制飞机在50——70m内减速止动，有时LSO警告驾驶员做逃逸机动。
2、建模方法
2.1航母运动建模
✈海上运动包括前向行驶运动和海浪造成的扰动运动，工程实践中，前者按定常直线运动处理，而后者采用平稳随机过程理论描述。
✈文献[10]提供一种拟合窄带平稳随机过程频谱的实用有效的工程方法——成形滤波器法，以白噪声输入一个拟合的航母运动近似传递函数，得到航母扰动运动，再叠加航母行驶运动最终得到用于仿真的舰船运动。
图1舰载机着舰示意图
2.2航母扰流建模
✈航空母舰扰流的模拟方式有频域法、数据库法和工程化方法三种，仿真模拟较为普遍采用的是第三种方法。
✈该方法主要是根据航母扰流的物理特性和成因建立模型，以美军标1797A推荐的模型较为完善，给出的航母舰尾流（包括稳态分量、自由紊流分量、周期性分量以及随机分量）扰动速度的空间分布，能满足工程需要。
✈航母舰尾流（包括稳态分量、自由紊流分量、周期性分量以及随机分量），同舰尾流对舰载机着舰轨迹和动态响应的影响研究_胡国才中舰尾流模型一致。
2.3柔性多体系统建模
✈起落架接触航母甲板之后，舰载机进舰着舰动力学系统可视为航母、舰载机、起落架组成的柔性多体系统。
2.3.1起落架系统
✈起落架系统的运动模型方面的研究已经比较成熟；[13-15]
✈该系统主要由缓冲器和轮胎组成，缓冲器部分可视为一个非线性弹簧和一个非线性阻尼器的组合体，而轮胎则视为非线性弹簧与滑移铰的组合，并认为起落架质量集中在缓冲器和轮胎的结合处。
据此建立起落架-轮胎仿真模型，缓冲器和轮胎产生的力仅是各自压缩量的函数，而滑移铰所受摩擦力也可转化为轮胎压缩量的函数。
图2起落架—轮胎系统模型示意图
2.3.2多体动力学系统
✈运动航母的舰体坐标系和舰载机的航迹坐标系
✈考虑起落架-轮胎系统的动态特性时，由于舰载机与起落架，起落架与甲板之间存在严重耦合关系；利用张量理论，可以将矢量和矢量矩的表示整齐划一，张量运算又附带参考坐标系的转换，使模型形式上得到简化，物理概念更加直观。
2.4着舰信号官LSO模型
✈模糊理论
✈对甲板运动和飞行轨迹的预测
✈人工神经网络技术
图3着舰信号官的行为模型
2.5驾驶员模型
✈驾驶员在下滑道入口遭遇较小扰动偏差，其操作是连续跟踪行为；遭遇较大初始偏差，驾驶员需要进行大调整甚至复飞；
✈在进舰着舰整个过程中，驾驶员根据飞行偏差的大小采取不同的操作方式，符合人的变策略控制行为特征，因此，适于采用滑动模态变结构控制技术，构建驾驶员变策略控制模型。
驾驶员变策略控制模型具体可分为连续跟踪驾驶员模型，搜索捕获驾驶员模型，复飞驾驶员模型和逃逸驾驶员模型。
图4变策略驾驶员模型
3、模型结构框图
图5舰载机进舰着舰系统仿真结构模型
4、仿真实例
5、结论
✈本文以航母—舰载机—起落架组成的柔性多体系统为动力学核心，构建了完整的舰载机进舰着舰系统仿真模型。
✈模型完整性不仅体现在对舰载机进舰着舰任务实现上，而且综合了能够反映驾驶员和LSO的行为特征的操作指令模型，并且考虑舰载机特殊的扰动风场和海浪运动等外部环境。
✈因此，该仿真模型不仅能够研究舰载机着舰飞行动力学问题，而且对研究航母—舰载机的适配性、航母—舰载机—起落架相互耦合等多学科交叉问题都有着重要的理论和实际意义，为探索LSO 对驾驶员行为的影响特性、研究二者协作机理提供便利的仿真工具。
参考文献
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