[发明专利]一种舰载机着舰过程拦阻钩弹跳与钩索啮合分析方法

说明书

本发明公开了一种舰载机着舰过程拦阻钩弹跳与钩索啮合分析方法，通过建立包括甲板、起落架、拦阻钩、传力机身和拦阻索的拦阻动力学模型，并进行轮胎刚度校核和起落架落震校核，建立舰载机着舰有限元模型。本发明提出的有限元建模方法相比现有的计算分析方法考虑了更多影响因素，结果更准确；同时实现了拦阻钩撞击甲板的模拟仿真，解决了飞机着舰过程中拦阻钩撞击甲板瞬态响应难以获取的问题，可以节省成本，提高设计效率。

技术领域

本发明属于舰载飞机拦阻钩撞击甲板的动态响应载荷仿真技术领域，尤其涉及一种舰载机着舰过程拦阻钩弹跳与钩索啮合分析方法。

背景技术

拦阻钩是舰载飞机与陆基飞机的一个显著区别，其主要作用是在飞机顺利进场后钩住航母拦阻索，产生拦阻力，使高速运动的飞机实现短距制动。舰载机在拦阻钩挂索之前，拦阻钩最先与甲板进行碰撞，并在纵向拦阻器的作用下发生有限高度的弹跳。由于舰载机下沉速度较大，这就会导致拦阻钩在与甲板碰撞以后，即便是在纵向阻尼器作用下依然发生较大回弹，若不加以控制，拦阻钩上弹甚至会超过拦阻索，造成舰载机挂索失败，因此在研究舰载机着舰过程中考虑拦阻钩弹跳过程十分重要。

目前研究这一过程的方法分为理论分析与有限元建模分析，理论分析主要是通过构建反弹动力学模型来计算求解钩索反弹高度，这种方法优点在于计算速度快，可得到解析解，缺点是模型过于理想化，往往与实际情况有较大误差，无法满足钩索啮合判定的需求；有限元建模分析方法则是通过建立舰载机的有限元分析模型进行数值计算求解，这种方法可以将多种因素考虑进模型中，结果也与真实情况较为接近，但目前的有限元建模方法大多对于拦阻钩的考虑不够充分，建模过程中对于拦阻钩也通常视为一个整体进行建模，导致拦阻钩模型结构动响应结果不够准确，拦阻钩在着舰时的弹跳响应不够准确，无法进行可靠的钩索啮合判断。

发明内容

本发明针对目前研究舰载机着舰过程拦阻钩弹跳理论分析与实际情况误差较大，有限元建模不够准确的现状，提出一种舰载机着舰过程拦阻钩弹跳与钩索啮合分析方法，为飞机拦阻钩、拦阻索动态性能设计和着陆安全评估提供依据。本发明的具体技术方案如下：

一种舰载机着舰过程拦阻钩弹跳与钩索啮合分析方法，包括以下步骤：

S1：建立拦阻钩模型；

S2：建立传力机身模型，采用壳单元建模，定义为刚体；

S3：建立甲板模型，拦阻钩与甲板接触区域采用体网格建模，其余甲板部分采用壳单元建模，材料定义为钢；

S4：建立拦阻索模型，通过离散的弹簧梁单元建立具有弹性钢索模型，通过包围梁单元的壳单元，模拟钢索外形，进行拦阻钩挂索接触判定；

S5：建立前起落架有限元模型，分为轮胎、扭力臂、支柱、支撑杆四个部分，扭力臂、支柱、支撑杆均采用壳单元建模，材料定义为钢；轮胎胎体采用体网格建模，材料定义为奥格登橡胶，胎体内部定义封闭气室，并进行轮胎气压的刚度标定，即根据轮胎压缩量和轮胎支持力之间的关系，校核轮胎气压；用同样建模方法对主起落架建模；

S6：起落架落震校核，校核过程是对构建的起落架有限元模型给定初始的下落速度，仿真模拟得到缓冲支柱的位移曲线，轮胎的垂直受力情况以及轮胎的压缩量变化情况，再将得到的仿真曲线与实际落震试验过程中得到的曲线对比，校核仿真得到结果满足误差精度要求，则确定起落架缓冲特性参数；

S7：定义拦阻钩以及拦阻钩与机身、机身与起落架之间的接触关系；

S8：对得到的舰载机着舰有限元模型进行有限元计算求解，提取计算结果中的钩索啮合判定情况、拦阻钩弹跳跨度、弹跳高度，结合计算工况进行结果处理分析。

进一步地，所述步骤S1的具体方法为：