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真空管道磁浮列车救援动力学仿真分析

真空科学与技术学报 2013年第11期33卷 1100-1104页

作者：陈绪勇赵立峰马家庆刘元森赵勇西南交通大学超导与新能源研究开发中心超导与磁悬浮技术教育部重点实验室成都610031 北京新立机械有限责任公司北京100039

未来真空管道磁浮列车设计速度将在100-300 m/s,对于如此高速运行的列车系统,其救援方案必须完善,否则将会留下安全隐患造成重大的人员伤亡和严重的经济损失。而在诸救援中列车制动失效和管道失压将是未来真空磁浮列车安全运行首要研究... 详细信息

未来真空管道磁浮列车设计速度将在100-300 m/s,对于如此高速运行的列车系统,其救援方案必须完善,否则将会留下安全隐患造成重大的人员伤亡和严重的经济损失。而在诸救援中列车制动失效和管道失压将是未来真空磁浮列车安全运行首要研究的因素。本文以牛顿第二定律为依据,通过对分析模型得到的基本关系方程的推导、求解,从而推导出列车在拦阻索减速制动过程中,其拦阻位移、拦阻力和列车初速度三者之间的基本关系式,同时也推导出管道失压过程中,列车安全运行所需相邻闸门之间距离、管道阻塞比和真空度三者之间的关系式.在MATLAB环境下对以上关系式进行仿真分析,我们得到制动失效时拦阻力、列车初速度和拦阻位移三者之间的优化值;同时也得到管道失压时相邻真空闸门之间距离、管道真空度和管道阻塞比三者之间的优化值。以上仿真优化值将为真空管道列车系统设计提供理论依据。

关键词：真空管道运输磁浮列车拦阻力真空管道闸门

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舰载飞机着舰动态性能仿真研究

舰载飞机着舰动态性能仿真研究

作者：于浩南京航空航天大学

学位级别：硕士

舰载飞机作为现代海军的重要装备之一,工作环境特殊,各种工况非常复杂,尤其是着舰动力学问题,与陆基飞机差别最大。在着舰的过程中,飞机不仅要承受拦阻索拉力施加的载荷,而且由于航母的运动,起落架也需要承受额外的载荷。如何分析计算... 详细信息

舰载飞机作为现代海军的重要装备之一,工作环境特殊,各种工况非常复杂,尤其是着舰动力学问题,与陆基飞机差别最大。在着舰的过程中,飞机不仅要承受拦阻索拉力施加的载荷,而且由于航母的运动,起落架也需要承受额外的载荷。如何分析计算着舰过程中拦阻索拉力以及起落架载荷,并据此确定着舰拦阻方案,一直是舰载飞机设计和使用中的重要课题。国内外对于舰载飞机拦阻索拉力以及起落架载荷的计算多采用建立简化数学模型,求解微分方程的方法来解决。本文首先对舰载飞机的着舰过程进行合理简化,通过建立起落架落震试验的数学模型,确定落震时缓冲系统各分力的计算方法。然后,对拦阻机进行简化并建立描述拦阻机的数学模型,改进了初步确定拦阻力范围的方法,给出确定拦阻力的动力学方程。近些年来,随着多体系统动力学以及数字化虚拟样机技术的发展,为舰载飞机着舰动力学问题提供了新的更加简便也更加符合工程实际的方法。本文以多体动力学软件ADAMS为平台,建立舰载飞机以及简化的拦阻机、拦阻索的虚拟样机装配模型,进行舰载飞机着舰的虚拟实验,分析了航母运动对起落架载荷的影响和不同飞机着舰速度、着舰重量对拦阻索拉力的影响。舰载飞机着舰要求精度高,着舰速度大,本文通过建立微分方程以及数字化虚拟样机仿真的方法对问题进行较系统的探讨。研究结果表明航母的运动对起落架载荷有着显著的影响;相对于着舰重量而言,拦阻索拉力对飞机着舰速度的变化更为敏感。

关键词：舰载飞机起落架拦阻力航母运动

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飞机拦阻系统控制仿真分析

飞机拦阻系统控制仿真分析

作者：杜天容东北大学

学位级别：硕士

飞机拦阻系统是一种机场重要的常务保障设施，它用来对正常降落和因意外原因冲出跑道的飞机实施安全拦阻，以保障人机安全。目前国内的飞机拦阻系统是一种纯机液系统，系统中的关键部件——控制节流口大小的凸轮型面设计的好坏直接关系... 详细信息

飞机拦阻系统是一种机场重要的常务保障设施，它用来对正常降落和因意外原因冲出跑道的飞机实施安全拦阻，以保障人机安全。目前国内的飞机拦阻系统是一种纯机液系统，系统中的关键部件——控制节流口大小的凸轮型面设计的好坏直接关系到整个拦阻系统能否达到工作要求。通过改变凸轮的起始工作角度来适应不同型号飞机的拦停要求，使得不同型号飞机的拦停效果差异较大，精度不高;凸轮型面受损或者起始工作角调整得不够精确，都能极大影响拦停效果。一旦凸轮型面确定，其拦停飞机的型号、拦停距离以及飞机着陆时的初速度等条件均被固定，若出现需要拦停新型号飞机或其他条件发生变化，则需要更换凸轮，使得系统的通用性较差，不符合现代工业节能高效的要求。在技术飞速发展，普遍采用计算机的现代，就需要改进该系统使其成为一个自动控制系统。本文首先对飞机拦阻系统的应用、发展及国内外的研究现状进行了阐述，提出了本课题的研究背景。指出了原来拦阻器系统液压机构部分的不足，对液压系统进行改造设计。根据设计要求，系统的输出压力应随着飞机拦停期间位移的变化而变化，故将由凸轮机构调节的节流阀部分更换为电液比例阀，由于被控刹车压力与输入电信号成正比，因此可以在被拦飞机运行到一定位移的地方时，适时地调节比例阀的输入电信号以改变系统的输出压力，对飞机实施拦阻，从而满足拦停设计的要求。其次对整个拦阻系统进行了完整的运动学、动力学分析，详细分析并建立起了拦阻器的综合数学模型，在此基础上设计了一种飞机拦阻的电液比例控制系统，采用非线性系统反馈线性化的方法来补偿拦阻系统非线性动力学部分，利用得到的线性系统设计了一种基于极点配置的PD反馈控制器使系统稳定。为此利用SIMULINK模块建立仿真模型对所设计的控制器进行仿真验证，结果表明通过适当调整PD控制器的参数，能够使线性化后的非线性系统达到设计要求的性能指标，并具有较强的鲁棒性。本文还采用能量分析法对多指标限定下的飞机拦阻力规律进行了设计计算，利用指数函数处处连续可导的特点，提出一种基于指数函数的光滑的拦阻力设计方法，通过与恒定拦阻力和分段拦阻力设计方法的比较，说明了利用指数函数的拦阻力设计方法得到的拦阻飞机运行的参考轨迹使系统的拦阻性能大幅度提高。

关键词：飞机拦阻拦阻力带拉力刹车压力飞机过载电液比例控制能量法状态反馈线性化仿真

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飞机着陆拦阻装置设计与分析

飞机着陆拦阻装置设计与分析

作者：童美祥南京航空航天大学

学位级别：硕士

飞机着陆拦阻装置是机场重要的常务保障设施之一,用来对正常着陆和因意外原因冲出跑道的飞机实施拦阻,以保障人机安全。目前,国外飞机拦阻装置发展很快,相应这方面的研究也比较成熟,但是可以查询到的资料却很少;国内新型拦阻装置正在研... 详细信息

飞机着陆拦阻装置是机场重要的常务保障设施之一,用来对正常着陆和因意外原因冲出跑道的飞机实施拦阻,以保障人机安全。目前,国外飞机拦阻装置发展很快,相应这方面的研究也比较成熟,但是可以查询到的资料却很少;国内新型拦阻装置正在研制当中,相应这方面的研究还处在起步阶段。本文首先概括总结了飞机拦阻钩的设计要求,提出了拦阻索的设计变量以及拦阻索在设计中需要考虑的一些因素。建立了飞机拦阻钩在光滑道面上以及不规则道面上的弹跳运动方程,分析了拦阻钩的弹跳特性以及运动特性。其次对拦阻钩直接拦套拦阻索和间接拦套拦阻索两种运动过程中拦阻钩的运动作了分析和阐述。建立了拦阻钩直接拦套拦阻索运动方程,在此基础上作了一些简化假设,进一步推导出拦阻钩直接拦套拦阻索近似运动方程,并通过一个计算实例,验证了该近似运动方程的正确性和有效性。考虑拦阻钩间接拦套拦阻索的情况,建立了拦阻钩间接拦套拦阻索运动方程并进行了运动分析。最后分析了多指标限定下飞机拦阻力变化规律的设计方法,提出了一种基于能量分析法确定拦阻力变化规律的设计思路。采用固定拦停距离设计,通过预设拦阻力变化规律,运用能量分析法确定了满足拦阻指标要求的较优拦阻力变化规律。

关键词：拦阻装置拦阻钩拦阻索弹跳拦套拦阻力

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真空管道磁悬浮列车空气动力学问题仿真分析

真空管道磁悬浮列车空气动力学问题仿真分析

作者：陈绪勇西南交通大学

学位级别：硕士

能源的短缺和人们对于出行和物流配送时间要求逐步提高,航运、铁路、水运和公路运输终会遇到自己的发展瓶颈,而真空管道磁悬浮列车具有的诸多优势使其备受关注。目前国内外对于真空管道的研究工作比较少,由于未来真空管道磁悬浮列车速... 详细信息

能源的短缺和人们对于出行和物流配送时间要求逐步提高,航运、铁路、水运和公路运输终会遇到自己的发展瓶颈,而真空管道磁悬浮列车具有的诸多优势使其备受关注。目前国内外对于真空管道的研究工作比较少,由于未来真空管道磁悬浮列车速度设计在600～1000km/h,对于高速行驶在管道中的列车,虽然没有机械摩擦力,而管道没有抽成真空那么空气阻力也是不可忽略的因素;同时对于高速行驶的列车其救援也必须引起我们的关注。所以本文主要探讨不同头车、尾车的流线型设计,不同真空度和不同阻塞比对磁浮列车空气阻力的影响规律;同时对磁悬浮列车制动失效时提出一种救援方案。本文第一章主要介绍了论文的研究内容和可行性,通过介绍真空管道的研究背景阐述了所研究课题的意义,最后列举了国内外三种真空管道系统。第二章通过对运行过程中列车流场的描述,简要的介绍了列车空气动力学问题的研究方法和本文所用仿真软件以及计算流体动力学三大理论。第三章基于粘性流体的N-S方程和标准k-ε双方程湍流模型,运用ANSYS/FLOTRAN软件对不同真空度,不同阻塞比、不同头车和尾车的真空管道磁浮列车所受空气阻力进行数值仿真。第四章对西南交通大学超导与新能源研究开发中心超导与磁悬浮技术教育部重点实验室真空管道磁悬浮测试平台上得到的不同真空度和不同阻塞比情况下磁悬浮列车与其气动阻力关系的实验数据曲线和推导关系式的曲线进行比较分析。第五章借助于现今舰载飞机的拦阻着舰技术并以牛顿第二定律为依据,通过对分析模型得到的基本关系方程的推导、求解,从而推导出列车在拦阻索减速制动过程中,其拦阻位移、拦阻力和列车初速度三者之间的基本关系式。最终文章得到了对于将来真空管道磁悬浮列车安全和经济运行参数的相对优化值,这些将为未来真空管道磁悬浮列车建设提供一定的参考和指导意义。

关键词：真空管道运输磁悬浮列车阻塞比拦阻力拦阻位移

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舰载飞机着舰拦阻系统动力学特性研究

舰载飞机着舰拦阻系统动力学特性研究

作者：田欣南京航空航天大学

学位级别：硕士

舰载飞机的起降过程蕴含着十分复杂的动力学问题,降落航母甲板主要由拦阻装置完成。拦阻装置是航母上重要的配备设置,对于舰载飞机的安全着舰具有关键性作用。国外研究学者对拦阻动力学及拦阻装置的研究已经相对成熟,也进行了大量的拦... 详细信息

舰载飞机的起降过程蕴含着十分复杂的动力学问题,降落航母甲板主要由拦阻装置完成。拦阻装置是航母上重要的配备设置,对于舰载飞机的安全着舰具有关键性作用。国外研究学者对拦阻动力学及拦阻装置的研究已经相对成熟,也进行了大量的拦阻着舰试验,获得了大量的试验数据。近年来国内对舰载飞机的研制不断深入,目前已经取得大量成果,但对于考虑舰载飞机-拦阻装置耦合动力学行为的研究相对单薄。本文针对Mark7Mod3型液压缓冲式拦阻装置,详细分析了拦阻索动力学特性及拦阻装置的液压系统动力学特性,并运用联合仿真技术完成舰载飞机与拦阻装置的联合仿真,以便为舰载飞机动载荷分析和拦阻装置研制提供技术支持。本文基于离散化思想,采用柔性连接——线性轴套力,利用Macro在机械动力学仿真软件ADAMS中建立了柔性拦阻索模型,对拦阻索动态特性及拦阻索张力变化等问题进行了仿真分析,研究了偏心及偏航挂索等工况下的对拦阻索动力学特性影响。对于拦阻装置,分析了舰面下液压系统的运动学与动力学原理,并建立了相应的数学模型。利用AMESim软件建立了完整的液压系统模型,考虑了滑轮缓冲系统、绳索末端缓冲系统及动/定滑轮绳索传动系统及其相互联系。利用ADAMS软件与AMESim软件之间的联合接口,实现了柔性拦阻索-液压系统的联合仿真,研究了舰载机重量、着舰速度及有/无绳索末端缓冲系统对拦阻装置阻拦性能的影响。

关键词：舰载飞机拦阻装置拦阻力拦阻动力学联合仿真

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舰载机拦阻系统的有限元建模及仿真分析

舰载机拦阻系统的有限元建模及仿真分析

作者：杨国奇哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

航空母舰是一个国家综合实力的体现，它的出现大大提高了各国海军的综合作战能力。舰载战斗机是航空母舰主要的武器装备，它也使航母编队的军事作战能力覆盖到全球。为了使舰载飞机在有限长度的甲板上安全着舰，必须通过航母上的拦阻系... 详细信息

航空母舰是一个国家综合实力的体现，它的出现大大提高了各国海军的综合作战能力。舰载战斗机是航空母舰主要的武器装备，它也使航母编队的军事作战能力覆盖到全球。为了使舰载飞机在有限长度的甲板上安全着舰，必须通过航母上的拦阻系统进行减速制动。性能良好的拦阻系统，是舰载机飞行员和甲板工作人员安全的重要保障。在拦阻系统的作用下，可以实现不同速度和质量的舰载机等距离拦停，从而大大提高了航母的综合作战能力。目前对于拦阻系统的研究，一般都把重点放在液压系统的性能分析和建模上，而对于拦阻系统进行动力学响应分析的还不是很多。论文以美国***3型拦阻系统为参考基础，首先探讨了舰载机的着舰程序，介绍了拦阻系统的工作原理和基本结构，研究了舰载机着舰时初次冲击下横向应力波的形成、第二次冲击下斜向应力波的传播以及拦阻索的松弛问题。然后探讨了拦阻力的变化规律，在拦阻索最大许用拉力和舰载机最大过载的同时限制下，确定了拦阻力的取值范围，并通过对拦阻索和主液压缸的受力分析，得到了拦阻力与舰载机位移的微分方程组。为了得到完整的舰载机拦阻系统数学模型，在适当选取了参考系和坐标系的基础上，建立了舰载机的刚体动力学方程和刚体运动学方程，并且给出了作用在舰载机上的几种主要载荷（空气动力、舰载机的重力、舰载机自身推力以及拦阻索的拦阻力）的求解方法。然后，在对拦阻索上任意一点运动分析的基础上，建立了绳索动力学模型，对于几个主要液压子系统（拦阻索系统、定长冲跑系统、钢索末端缓冲系统、滑轮缓冲系统）分别进行了数学建模。拦阻系统是一个刚-柔混合的多体动力学系统，为了更好地模拟绳索柔性体使仿真结果更接近真实系统，论文利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对拦阻系统进行了仿真分析。首先介绍了有限元建模的算法基础，然后根据拦阻系统的模型参数创建了系统的几何实体模型，采用自由网格划分方式对实体模型进行网格划分后就得到了有限元模型并且输出了含有模型信息的关键字文件。在后处理软件中为模型施加了主要载荷曲线，设置了舰载机的初始速度，最后利用重启动的方法进行了系统仿真研究。仿真结果表明在特定参数下，系统能够满足拦阻指标的要求，验证了仿真模型的准确性。在不同的舰载机初始参数下进行了仿真，研究了参数对系统性能的影响，此外还仿真研究了甲板滑轮缓冲装置在拦阻系统中的作用。最后，选取拦阻索和传动索之间的连接头为研究对象，分析了拦阻索的运动状态。

关键词：拦阻系统弯折波拦阻力有限元

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舰载机拦阻系统的动力学仿真分析

舰载机拦阻系统的动力学仿真分析

作者：佀军胜哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

舰载机拦阻设备是航空母舰上重要的常务保障装备,此设备的作用是将具有一定能量的舰载机在较短的距离内拦停。因此拦阻设备的优劣将直接影响舰载机拦阻着舰时所承受的过载、飞机的拦停距离、拦阻索的拉力的变化,最终影响舰载机拦阻着舰... 详细信息

舰载机拦阻设备是航空母舰上重要的常务保障装备,此设备的作用是将具有一定能量的舰载机在较短的距离内拦停。因此拦阻设备的优劣将直接影响舰载机拦阻着舰时所承受的过载、飞机的拦停距离、拦阻索的拉力的变化,最终影响舰载机拦阻着舰效果,所以要对飞机拦阻着舰过程进行动力学仿真分析,以确定最佳的拦阻力变化规律以及拦阻设备的结构参数和输出相应拦阻力的控制方法,本文从拦阻力的设计、拦阻设备工作原理以及控制方法等方面进行研究论述。首先,对舰载机拦阻设备的应用、发展及研究现状进行综述,明确论文的研究背景及意义,针对舰载机拦阻着舰过程中过载程度,拦阻索拉力大小以及飞机拦停距离等均不能超过限定指标要求的特性,对拦阻力的变化规律进行设计,并对所设计的拦阻力进行仿真分析,以确定其是否能达到舰载机拦阻着舰的各项指标要求。其次,介绍了当前航母上普遍使用的***3型液压吸能拦阻设备的构成及其工作原理,详细阐述了拦阻设备吸能装置的机械结构以及输出按一定规律变化的拦阻力的控制方法;建立了舰载机拦阻着舰的数学模型,明晰了拦阻设备的控制特性及工作原理。再次,设计了不同参数的舰载机在拦阻着舰过程中理想拦阻力的输出方法,从理论上推导出吸能器流量控制阀节流口面积的变化规律;应用MATLAB软件中的Simulink仿真组件建立了舰载机拦阻着舰过程的动力学仿真模型,并对仿真结果进行了验证校核和仔细分析;由于拦阻设备吸能装置采用机械控制方式,在本质上存有不足之处,为提高飞机拦阻安全性能和拦阻设备的工作效率,对吸能控制部件进行了改进探析。

关键词：舰载机拦阻设备拦阻力仿真流量控制阀

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飞机着舰偏心偏航拦阻动力学分析

航空工程进展 2010年第4期1卷 327-332页

作者：张卓坤聂宏于浩万峻麟南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016

以某型航母液压拦阻系统为基础,阐述舰载机着舰拦阻过程。通过在拦阻索平面内对拦阻索受力状况的分析,得出舰载机着舰拦阻位移与拦阻索伸长量之间的关系,进而分别得到左右拦阻索的拉力,推导出偏心偏航拦阻力模型。根据得到的拦阻力,建... 详细信息

以某型航母液压拦阻系统为基础,阐述舰载机着舰拦阻过程。通过在拦阻索平面内对拦阻索受力状况的分析,得出舰载机着舰拦阻位移与拦阻索伸长量之间的关系,进而分别得到左右拦阻索的拉力,推导出偏心偏航拦阻力模型。根据得到的拦阻力,建立舰载机偏心偏航着舰拦阻动力学模型,并进行算例分析。研究结果表明:与对中拦阻相比,偏心偏航拦阻增大了舰载机拦阻距离和拦停时间,减小了拦阻力的峰值,同时由于航母甲板宽度的限制,偏航应尤为注意。

关键词：舰载飞机拦阻索偏心偏航液压系统拦阻力