【摘 要】
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目前飞机主流的起降方式为陆地机场起降,受到机场选址的极大影响。地球表面水的覆盖率远大于陆地,实现飞机在水面起降将使得飞机摆脱陆地起降的束缚,一直以来被人们所关注。飞机在水面起飞和降落的主要方式有建设水上机场、加装固定浮筒、航空母舰等,但都有较大局限性。本文提出一种辅助飞机水面起降的摆渡飞船方案,方案中的摆渡飞船具有成本低,隐蔽性好和机动性强的特点,同时能最大程度地保留飞机续航能力和机动性。本文深入
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目前飞机主流的起降方式为陆地机场起降,受到机场选址的极大影响。地球表面水的覆盖率远大于陆地,实现飞机在水面起降将使得飞机摆脱陆地起降的束缚,一直以来被人们所关注。飞机在水面起飞和降落的主要方式有建设水上机场、加装固定浮筒、航空母舰等,但都有较大局限性。本文提出一种辅助飞机水面起降的摆渡飞船方案,方案中的摆渡飞船具有成本低,隐蔽性好和机动性强的特点,同时能最大程度地保留飞机续航能力和机动性。本文深入研究了飞机在空中与摆渡飞船结合的具体过程。为探究两机空中结合过程中的运动规律,提出飞行器的水中模拟实验方法,代替飞行器的空中实验。通过仿真模拟,证明在飞行器运行轨迹预测方面,与空中实验具有相似性。使用CFD计算软件,计算飞机与摆渡飞船在水中不同迎角和舵角下的无量纲动力学系数;采用Simulink中的多体动力学模块库Simscape Multibody建立两机水中对接过程的仿真模型,将水动系数应用到仿真模型的水动力与力矩计算,实现双机交会对接前后飞行轨迹的计算与视觉呈现。拓展研究了飞机与摆渡飞船在空中对接的过程,提出一种基于撑杆、阻拦绳与真空气缸的阻拦缓冲对接方案,完成了两机在空中结合的仿真模型。通过对比仿真,验证了真空气缸的缓冲以及牵引作用;得到在本文案例中飞机与摆渡飞船的安全对接速度差与相对高度。研究结果的主要内容如下:双机交会对接之后,所组成的复合体相对飞机初始状态有一个俯仰角下偏,运动轨迹下沉的趋势;在摆渡飞船头部布置前置翼,可以使得俯仰角下偏、轨迹下沉的趋势变小,且存在一个最佳的前置翼偏角,可以使前置翼的纠偏效果达到最佳值。通过模型仿真验证,本文提出的阻拦缓冲装置方案可以起到辅助飞机与摆渡飞船结合的作用。在本研究的边界条件下,得出安全速度差为10 m/s,交会对接极限相对高度与速度差有关,当速度差小于8 m/s时,稳定在8 m。
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