留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

暖机对舰载机滑跃起飞安全影响分析

钱仁军 李本威 徐彦军 董庆 张赟

钱仁军, 李本威, 徐彦军, 等 . 暖机对舰载机滑跃起飞安全影响分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(12): 2293-2301. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0597
引用本文: 钱仁军, 李本威, 徐彦军, 等 . 暖机对舰载机滑跃起飞安全影响分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(12): 2293-2301. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0597
QIAN Renjun, LI Benwei, XU Yanjun, et al. Effect of heating of turbine on the safety of carrier-based aircraft ski jump takeoff[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(12): 2293-2301. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0597(in Chinese)
Citation: QIAN Renjun, LI Benwei, XU Yanjun, et al. Effect of heating of turbine on the safety of carrier-based aircraft ski jump takeoff[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(12): 2293-2301. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0597(in Chinese)

暖机对舰载机滑跃起飞安全影响分析

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0597
基金项目: 

国家自然科学基金 51505492

泰山学者建设工程 

详细信息
    作者简介:

    钱仁军  男, 博士研究生。主要研究方向:航空发动机状态监控与健康评估技术

    李本威  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:航空宇航推进理论与工程

    徐彦军  男, 博士, 教授。主要研究方向:飞行器动力学与控制

    通讯作者:

    李本威, E-mail: LBW103@sina.com

  • 中图分类号: V275+.2

Effect of heating of turbine on the safety of carrier-based aircraft ski jump takeoff

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51505492

Taishan Scholars Project 

More Information
  • 摘要:

    针对发动机不暖机会产生推力损失,进而影响舰载机滑跃起飞安全的问题,分析了暖机与不暖机两种情况下舰载机起飞极限重量的差异。建立舰载机滑跃起飞动力学模型,根据滑跃起飞安全准则,利用飞行轨迹最小爬升率不小于零判定起飞极限重量,并在不同甲板风和大气温度下比较两种跑道暖机与不暖机起飞极限重量。结果表明:暖机对105 m短跑道滑跃起飞极限重量影响更大;随着甲板风的增大,舰载机暖机与不暖机滑跃起飞极限重量相对偏差逐渐减小,其中105 m跑道对应最大偏差和最小偏差分别为2.70%和2.44%,195 m跑道对应最大偏差和最小偏差分别为2.64%和2.40%;随着大气温度升高,舰载机暖机与不暖机滑跃起飞极限重量相对偏差变化趋势先增大后变缓,其中105 m跑道对应最大偏差和最小偏差分别为2.79%和2.56%,195 m跑道对应最大偏差和最小偏差分别为2.69%和2.46%。

     

  • 图 1  飞机滑跃起飞不同阶段示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of different stages of aircraft ski jump takeoff

    图 2  暖机与不暖机两种情况下不同起飞重量飞机起飞轨迹

    Figure 2.  Takeoff track of aircraft with different takeoff weight under heating and unheated conditions

    图 3  不同起飞重量飞行轨迹和离舰后爬升率

    Figure 3.  Flight path and climb rate of aircraft with different takeoff weight

    图 4  甲板风效应示意图

    Figure 4.  Schematic diagram of deck wind effect

    图 5  两种跑道暖机与不暖机起飞极限重量随甲板风变化

    Figure 5.  Variation of takeoff limit weight with deck wind under heating and unheated conditions on two runways

    图 6  两种跑道暖机与不暖机起飞极限重量相对偏差随甲板风变化

    Figure 6.  Variation of takeoff limit weight relative deviation with deck wind under heating and unheated conditions on two runways

    图 7  两种跑道暖机与不暖机起飞极限重量随大气温度的变化

    Figure 7.  Variation of takeoff limit weight with air temperature under heating and unheated conditions on two runways

    图 8  两种跑道暖机与不暖机起飞极限重量相对偏差随大气温度变化

    Figure 8.  Variation of takeoff limit weight relative deviation with air temperature under heating and unheated conditions on two runways

    表  1  105 m跑道不同甲板风下暖机与不暖机对应起飞极限重量

    Table  1.   Takeoff limit weight with different deck wind under heating and unheated conditions on 105 m runway

    甲板风/(m·s-1) 暖机后起飞极限重量/kg 不暖机起飞极限重量/kg 相对偏差/%
    0 24 070 23 420 2.70
    3 25 150 24 480 2.66
    6 26 260 25 580 2.59
    9 27 420 26 720 2.55
    12 28 620 27 910 2.48
    15 29 880 29 150 2.44
    下载: 导出CSV

    表  2  195 m跑道不同甲板风下暖机与不暖机对应起飞极限重量

    Table  2.   Takeoff limit weight with different deck wind under heating and unheated conditions on 195 m runway

    甲板风/(m·s-1) 暖机后起飞极限重量/kg 不暖机起飞极限重量/kg 相对偏差/%
    0 29 950 29 160 2.64
    3 31 130 30 330 2.57
    6 32 330 31 510 2.54
    9 33 490 32 660 2.48
    12 34 660 33 810 2.45
    15 35 800 34 940 2.40
    下载: 导出CSV

    表  3  大气温度对空气密度的影响

    Table  3.   Influence of air temperature on air density

    大气温度/℃ 空气密度/(kg·m-3)
    0 1.293
    5 1.270
    10 1.248
    15 1.226
    20 1.205
    25 1.185
    30 1.165
    下载: 导出CSV

    表  4  大气温度对发动机推力的影响

    Table  4.   Influence of air temperature on engine thrust

    大气温度/℃ 暖机后推力相对值 不暖机推力相对值
    0 1.079 4 1.040 5
    5 1.052 6 1.013 1
    10 1.029 3 0.989 6
    15 1.000 0.961 7
    20 0.964 1 0.926 5
    25 0.926 7 0.890 8
    30 0.890 9 0.856 3
    下载: 导出CSV

    表  5  105 m跑道不同大气温度暖机与不暖机对应起飞极限重量

    Table  5.   Takeoff limit weight with different air temperature under heating and unheated conditions on 105 m runway

    大气温度/℃ 暖机后起飞极限重量/kg 不暖机起飞极限重量/kg 相对偏差/%
    0 25 830 25 170 2.56
    5 25 230 24 560 2.66
    10 24 700 24 030 2.71
    15 24 070 23 420 2.70
    20 23 330 22 680 2.79
    25 22 570 21 950 2.75
    30 21 830 21 230 2.75
    下载: 导出CSV

    表  6  195 m跑道不同大气温度暖机与不暖机对应起飞极限重量

    Table  6.   Takeoff limit weight with different air temperature under heating and unheated conditions on 195 m runway

    大气温度/℃ 暖机后起飞极限重量/kg 不暖机起飞极限重量/kg 相对偏差/%
    0 32 120 31 330 2.46
    5 31 380 30 580 2.55
    10 30 730 29 920 2.64
    15 29 950 29 160 2.64
    20 29 040 28 260 2.69
    25 28 110 27 360 2.67
    30 27 210 26 480 2.68
    下载: 导出CSV
  • [1] 王豪.国外舰载机滑跃起飞关键技术分析[J].教练机, 2018(3):27-30.

    WANG H.Analysis on the key technique of ski-jump take off of oversea carrier-based aircraft[J].Trainer, 2018(3):27-30(in Chinese).
    [2] 王延刚, 屈香菊.舰载机起飞时机辅助决策系统建模[J].航空学报, 2009, 30(11):2066-2071.

    WANG Y G, QU X J.Modeling decision-making aiding system for carrier launching at proper times[J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2009, 30(11):2066-2071(in Chinese).
    [3] CLARK J W, WALTERS M M.CTOL ski jump:Analysis, simulation, and flight test[J].Journal of Aircraft, 1986, 23(5):382-389.
    [4] LIU W W, QU X J.Modeling of carrier-based aircraft ski jump take-off based on tensor[J].Chinese Journal of Aeronautics, 2005, 18(4):326-335.
    [5] WANG Y G, WANG W J, QU X J.Multi-body dynamic system simulation of carrier-based aircraft ski-jump takeoff[J].Chinese Journal of Aeronautics, 2013, 26(1):104-111.
    [6] 李康伟.舰载机滑跃起飞控制与视景仿真研究[D].南京: 南京航空航天大学, 2016: 13-17.

    LI K W.Research on flight control and visual simulation for ski-Jump take-off of carrier-based aircraft[D].Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2016: 13-17(in Chinese).
    [7] 朱熠.舰载机起飞控制与仿真技术研究[D].南京: 南京航空航天大学, 2012: 14-19.

    ZHU Y.Research on control and simulation of launch technology for carrier-based aircraft[D].Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2012: 14-19(in Chinese).
    [8] 王维军, 郭林亮, 屈香菊.滑橇甲板助飞的力学机理分析[J].北京航空航天大学学报, 2008, 34(8):887-890.

    WANG W J, GUO L L, QU X J.Analysis of the mechanics for ski-jump takeoff[J].Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2008, 34(8):887-890(in Chinese).
    [9] 张文龙, 李本威, 韦翔, 等.某型无人机滑跃起飞性能分析[J].海军航空工程学院学报, 2016, 31(5):554-560.

    ZHANG W L, LI B W, WEI X, et al.Research on the ski-jump taking off performance for a UAV[J].Journal of Naval Aeronautical and Astronautical University, 2016, 31(5):554-560(in Chinese).
    [10] 刘湘一, 刘书岩, 王允良.舰-机适配条件对舰载机滑跃起飞性能的影响[J].海军航空工程学院学报, 2014, 29(1):57-61.

    LIU X Y, LIU S Y, WANG Y L.Influence of carrier-aircraft adaptation condition on performance of carrier-based aircraft ski-jump takeoff[J].Journal of Naval Aeronautical and Astronautical University, 2014, 29(1):57-61(in Chinese).
    [11] 庞亚华.舰载机滑跃起飞模型及其视景的实现[D].西安: 西北工业大学, 2007: 1-3.

    PANG Y H.The model of ski jump take-off of carrier-based aircraft and its visual realization[D].Xi'an: Northwestern Polytechnical University, 2007: 1-3(in Chinese).
    [12] 徐燕.舰载飞机滑跃起飞动力学研究[D].南京: 南京航空航天大学, 2008: 1-4.

    XU Y.Dynamic study of ski-jump takeoff of carrier-based aircraft[D].Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2008: 1-4(in Chinese).
    [13] 肖华, 杨生民, 余俊雅.某型飞机滑跃起飞性能仿真分析[J].飞行力学, 2009, 27(4):78-80.

    XIAO H, YANG S M, YU J Y.Performance simulation analysis of aircraft's ski-jump takeoff[J].Flight Dynamics, 2009, 27(4):78-80(in Chinese).
    [14] FRY A, COOK R, REVILL N.CVF ski-jump ramp profile optimization for F-35B[J].The Aeronautic Journal, 2009, 113(1140):79-85.
    [15] 冯宇鹏, 陈斌, 张斌, 等.航母纵摇对舰载机弹射起飞下沉量的影响因素分析[J].飞行力学, 2019, 37(1):22-27.

    FENG Y P, CHEN B, ZHANG B, et al.Influence factor analysis on the catapult launch of the carrier-based aircraft by the aircraft carrier's vertical toss[J].Flight Dynamics, 2019, 37(1):22-27(in Chinese).
    [16] SHINAR J, EHRENTAL D, REUVENI R.Optimization of ski-jump performance: AIAA-1985-45946[R].Reston: AIAA, 1985.
    [17] 王永庆, 罗云宝, 王奇涛, 等.面向机舰适配的舰载飞机起降特性分析[J].航空学报, 2016, 37(1):269-277.

    WANG Y Q, LUO Y B, WANG Q T, et al.Carrier suitability-oriented launch and recovery characteristics of piloted carrier-based aircraft[J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2016, 37(1):269-277(in Chinese).
    [18] DOUGHERTY B L, ROLSTON D R.Simulator evaluation of F/A-18 ski jump: AIAA-1985-40553[R].Reston: AIAA, 1985.
    [19] OLSEN J J.Optimization performance parameters for ski-jump operations of USAF fighter aircraft: ADA148532[R].Virjinia: DTIC, 1984.
    [20] 周文峰, 金长江.舰载飞机斜板滑跳起飞动力学问题初步研究[J].飞行力学, 1992, 10(2):23-30.

    ZHOU W F, JIN C J.The initial research of carrier-aircraft taking-off dynamic problems[J].Flight Dynamics, 1992, 10(2):23-30(in Chinese).
    [21] 方振平, 成万春, 张曙光.航空飞行器飞行动力学[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2017:23-26.

    FANG Z P, CHENG W C, ZHANG S G.Flight dynamics of aircraft[M].Beijing:Beihang University Press, 2017:23-26(in Chinese).
    [22] 毕玉泉, 孙文胜.某型战机滑跃起飞性能初步分析[J].飞行力学, 2006, 24(4):18-21.

    BI Y Q, SUN W S.Analysis on ski jump take-off performance for a fighter[J].Flight Dynamics, 2006, 24(4):18-21(in Chinese).
    [23] 金银军, 王立新.舰载飞机的滑跳起飞过程及其数学描述[J].飞行力学, 1994, 12(3):45-52.

    JIN Y J, WANG L X.The process and mathematic description of ski-jump takeoff of shipboard aircraft[J].Flight Dynamics, 1994, 12(3):45-52(in Chinese).
  • 加载中
图(8) / 表(6)
计量
  • 文章访问数:  394
  • HTML全文浏览量:  39
  • PDF下载量:  224
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-11-25
  • 录用日期:  2020-03-23
  • 网络出版日期:  2020-12-20

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答