考虑舰面纵摇的舰载机弹射起飞动力学分析

王志伟　陈建平　虞伟建

摘要：针对舰面纵摇运动对舰载机弹射起飞过程影响较大的问题，根据舰面纵摇特性建立舰载机弹射起飞动力学模型；分析计算不同纵摇初始相位角对舰载机弹射起飞性能的影响.研究结果表明，舰面纵摇改变舰载机离舰时的速度、下沉量和攻角等.为保证飞行安全，需要确定安全弹射起飞的纵摇初始相位角的范围.

关键词：舰载机； 弹射起飞； 纵摇； 相位角； 下沉量； 攻角

中图分类号： V271.492；U674.771

文献标志码：B

0 引 言

舰载机弹射起飞指通过弹射器的牵引力，使舰载机加速滑跑，在较短时间内达到较大的离舰速度，从而在长度有限的航空母舰甲板上离舰起飞.舰载机弹射起飞过程是典型、复杂的多体系统动力学问题，需要考虑舰面摇荡对弹射起飞的影响.舰面摇荡分为舰面垂荡、舰面纵摇和舰面横摇等，其中舰面纵摇指舰面绕质心做纵向摇摆.舰面纵摇对舰载机弹射起飞影响最大，当舰面纵摇超过某个限度时舰载机下沉量过大，会危及飞行安全.舰面纵摇限制舰载机的正常起飞，因此受到国内外学者的广泛关注.

目前，国内对舰载机弹射起飞的研究主要集中在动力学建模[1-2]、前起落架突伸[3-4]和升降舵预置问题[5]等方面，对舰面纵摇弹射起飞问题的研究尚处于理论分析阶段.贾忠湖等[6]通过对舰面摇荡的初步描述，着重分析舰面纵摇对舰载机弹射起飞的影响；王大海等[7]探讨舰面纵摇、舰面横摇和舰面沉浮运动对舰载机起飞特性的影响；郭元江等[8]通过构建甲板运动模型、甲板风模型和地面效应模型等，建立舰载机弹射起飞模型.国外在该方面的研究

较早，但由于保密需要，公开资料很少.MASLOV等[9]研究甲板风对舰载机起降的影响；DEVESON[10]分析舰载机起飞的安全标准.上述研究未考虑不同初始相位角对舰载机起飞动力学性能的影响.

本文应用多体系统动力学理论，建立考虑舰面纵摇的舰载机弹射起飞多体系统动力学模型，推导系统的动力学微分方程，探讨舰面纵摇初始相位角对舰载机起飞性能的影响，为舰载机的设计和弹射起飞提供参考.

1 舰面纵摇动力学模型

1.1 舰面纵摇的数学模型

舰载机在航空母舰上弹射起飞容易受到舰面摇荡的影响，其运动过程极其复杂，不能简单地用理论分析方法解决.航空母舰在海面上航行时会产生6个自由度的运动，其中以舰面垂荡、舰面纵摇和舰面横摇的影响较为显著，尤其是舰面纵摇.

摘要：针对舰面纵摇运动对舰载机弹射起飞过程影响较大的问题，根据舰面纵摇特性建立舰载机弹射起飞动力学模型；分析计算不同纵摇初始相位角对舰载机弹射起飞性能的影响.研究结果表明，舰面纵摇改变舰载机离舰时的速度、下沉量和攻角等.为保证飞行安全，需要确定安全弹射起飞的纵摇初始相位角的范围.

关键词：舰载机； 弹射起飞； 纵摇； 相位角； 下沉量； 攻角

中图分类号： V271.492；U674.771

文献标志码：B

0 引 言

舰载机弹射起飞指通过弹射器的牵引力，使舰载机加速滑跑，在较短时间内达到较大的离舰速度，从而在长度有限的航空母舰甲板上离舰起飞.舰载机弹射起飞过程是典型、复杂的多体系统动力学问题，需要考虑舰面摇荡对弹射起飞的影响.舰面摇荡分为舰面垂荡、舰面纵摇和舰面横摇等，其中舰面纵摇指舰面绕质心做纵向摇摆.舰面纵摇对舰载机弹射起飞影响最大，当舰面纵摇超过某个限度时舰载机下沉量过大，会危及飞行安全.舰面纵摇限制舰载机的正常起飞，因此受到国内外学者的广泛关注.

目前，国内对舰载机弹射起飞的研究主要集中在动力学建模[1-2]、前起落架突伸[3-4]和升降舵预置问题[5]等方面，对舰面纵摇弹射起飞问题的研究尚处于理论分析阶段.贾忠湖等[6]通过对舰面摇荡的初步描述，着重分析舰面纵摇对舰载机弹射起飞的影响；王大海等[7]探讨舰面纵摇、舰面横摇和舰面沉浮运动对舰载机起飞特性的影响；郭元江等[8]通过构建甲板运动模型、甲板风模型和地面效应模型等，建立舰载机弹射起飞模型.国外在该方面的研究

较早，但由于保密需要，公开资料很少.MASLOV等[9]研究甲板风对舰载机起降的影响；DEVESON[10]分析舰载机起飞的安全标准.上述研究未考虑不同初始相位角对舰载机起飞动力学性能的影响.

本文应用多体系统动力学理论，建立考虑舰面纵摇的舰载机弹射起飞多体系统动力学模型，推导系统的动力学微分方程，探讨舰面纵摇初始相位角对舰载机起飞性能的影响，为舰载机的设计和弹射起飞提供参考.

1 舰面纵摇动力学模型

1.1 舰面纵摇的数学模型

舰载机在航空母舰上弹射起飞容易受到舰面摇荡的影响，其运动过程极其复杂，不能简单地用理论分析方法解决.航空母舰在海面上航行时会产生6个自由度的运动，其中以舰面垂荡、舰面纵摇和舰面横摇的影响较为显著，尤其是舰面纵摇.

摘要：针对舰面纵摇运动对舰载机弹射起飞过程影响较大的问题，根据舰面纵摇特性建立舰载机弹射起飞动力学模型；分析计算不同纵摇初始相位角对舰载机弹射起飞性能的影响.研究结果表明，舰面纵摇改变舰载机离舰时的速度、下沉量和攻角等.为保证飞行安全，需要确定安全弹射起飞的纵摇初始相位角的范围.

关键词：舰载机； 弹射起飞； 纵摇； 相位角； 下沉量； 攻角

中图分类号： V271.492；U674.771

文献标志码：B

0 引 言

舰载机弹射起飞指通过弹射器的牵引力，使舰载机加速滑跑，在较短时间内达到较大的离舰速度，从而在长度有限的航空母舰甲板上离舰起飞.舰载机弹射起飞过程是典型、复杂的多体系统动力学问题，需要考虑舰面摇荡对弹射起飞的影响.舰面摇荡分为舰面垂荡、舰面纵摇和舰面横摇等，其中舰面纵摇指舰面绕质心做纵向摇摆.舰面纵摇对舰载机弹射起飞影响最大，当舰面纵摇超过某个限度时舰载机下沉量过大，会危及飞行安全.舰面纵摇限制舰载机的正常起飞，因此受到国内外学者的广泛关注.

目前，国内对舰载机弹射起飞的研究主要集中在动力学建模[1-2]、前起落架突伸[3-4]和升降舵预置问题[5]等方面，对舰面纵摇弹射起飞问题的研究尚处于理论分析阶段.贾忠湖等[6]通过对舰面摇荡的初步描述，着重分析舰面纵摇对舰载机弹射起飞的影响；王大海等[7]探讨舰面纵摇、舰面横摇和舰面沉浮运动对舰载机起飞特性的影响；郭元江等[8]通过构建甲板运动模型、甲板风模型和地面效应模型等，建立舰载机弹射起飞模型.国外在该方面的研究

较早，但由于保密需要，公开资料很少.MASLOV等[9]研究甲板风对舰载机起降的影响；DEVESON[10]分析舰载机起飞的安全标准.上述研究未考虑不同初始相位角对舰载机起飞动力学性能的影响.

本文应用多体系统动力学理论，建立考虑舰面纵摇的舰载机弹射起飞多体系统动力学模型，推导系统的动力学微分方程，探讨舰面纵摇初始相位角对舰载机起飞性能的影响，为舰载机的设计和弹射起飞提供参考.

1 舰面纵摇动力学模型

1.1 舰面纵摇的数学模型

舰载机在航空母舰上弹射起飞容易受到舰面摇荡的影响，其运动过程极其复杂，不能简单地用理论分析方法解决.航空母舰在海面上航行时会产生6个自由度的运动，其中以舰面垂荡、舰面纵摇和舰面横摇的影响较为显著，尤其是舰面纵摇.