机械科普
【学士论文】舰载飞机模型研究-3建模
时间: 2018-12-06 21:39 浏览次数:
舰载飞机模型研究及其着舰环境仿真。该文章为哈工大学士学位论文,在此感谢YCY同学,祝YCY将来工作能一帆风顺,成为机械业内知名设计师焊接自动化设备多少钱?

建模



焊接自动化设备多少钱?


1.1 舰载飞机运动模型

2.1.1 舰载机的纵向动力学分析
为了便于计算所建立的模型并更好地模拟实际情况,对模型做出以下假设:
(1)忽略舰载机机体的灵活性,机体被视为一个刚性系统。弹性支撑物质的运动是六自由度的刚体运动,其质量集中在物体的质心中,非弹性支撑物质的运动是三自由度的平移其质量集中在机轮中心;单自由度的旋转轴的旋转集中在机轮的中心。
(2)载机分为弹性撑持质量、非弹性撑持质量和转动质量。弹性撑持质量是缓冲器撑持的上部质量,包括机身、机翼、减震筒以及顶杆等部件。非弹性撑持质量是指空气弹簧下部质量,包括阻尼器活塞杆、刹车装置和机器质量的车轮;转动质量是非弹性撑持质量的一部分,包括轮子、制动器等的可转动部分。
(3)起落架采用支撑式,考虑了浮柱的侧向变形和侧向变形,忽略了缓冲结构的其他变形,考虑了轮胎的方向滑移和侧向滑移,忽略了非弹性气动载荷。空气动力学变化反映在身体的刚体运动中,被认为是集中力。
(4)舰面对机体,机体的力量对机体的作用力和轮胎力被转移到车轴中心的附加力。
(5)由于飞机的质量远远高于飞机的质量,假设航空母舰中心和中心位于航母的质心,由于轮胎的性能和阻挡阻力造成的飞机飞机运动中断可以忽略不计[2][13]

舰载飞机

焊接自动化设备多少钱?

 
   据美国海军统计,以往舰载飞机着陆事故大多发生在舰载飞机纵向航道控制不佳的情况下。所以研究舰载机的纵向飞行和控制特性是至关重要的,如图2-1所示为舰载飞机纵向受力分析[14]
图2-1中虚线为水平线,m为飞机质量;X为飞机受到的空气阻力;Y为飞机所受的升力;Z为飞机的速度;F为发动机产生的推力,所指方向为飞机纵轴;飞机纵轴在纵向平面内的角速度称为飞机的俯仰角速度ωz;飞机速度与飞机纵轴之间的角度称为飞机迎角α;飞机纵轴与水平线之间的角度称为飞机的俯仰角。飞机速度和水平线角度称为飞机的航迹角θ;

通过受力分析,我们可以建立一般飞机的纵向动力学方程组[15],如式(2-1)所示:

 
式(2-1)中,IZ为飞机纵向转动惯量,MZ为飞机受到的俯仰力矩,H为飞机的高度。
飞机在一定高度时飞机的自然动力特性,在飞行器和着陆状态下飞行时不受任何飞行控制系统的影响。在船舶着舰和降落时,我们可以认为它是一个恒定的速度,恒定的滑动角度等等,而舰载着陆的一般马赫数低于0.2,处于低速。可以不虑飞机本身的动力学特性,因此,舰载飞机本身的动态特性可以用线性小扰动状态方程来表示,以便于研究其飞行和稳定特性。当飞机不受压缩效应操纵时,飞机的空气动力学特性为通常认为是线性的。因此,在这种状态下,飞机的纵向和横向动态特性可以分开。


焊接自动化设备多少钱?


当基准状态为定直飞行时,飞机的纵向小扰动方程可表示为下式(2-2)所示[16]
                                     X=Ax+Bu    (2-2)
式(2-2)中
斯瑞达智能
其中,α为扰动迎角,rad;β为扰动俯仰角,rad;ωz为扰动俯仰角速度,rad/s;h为扰动高度变化量,m;δz为升降舵偏转角,rad;δF为油门杆偏转角,rad:β0为基准俯仰角,radz为舰载机飞行速度扰动量,m/s;Z0为基准航迹速度,m/s。
矩阵A、B中的飞行状态参数和各气动导数表达式为:
斯瑞达
其中,ba为舰载飞机着舰时的平均气动弦长,α0为基准迎角F0为发动机基准状态下的推力,ZL为发动机偏距,q为动压。只要舰载飞机着舰基准状态下的气动导数和各个相关数据给定,就可以通过计算出舰载飞机的纵向小扰动方程[17][18]
2.1.2 舰载机的模态响应
到目前为止,在实际操作中能够真正实现全自动进舰着舰的主要还是美国的F-18舰载飞机,F-18三视图如图2-2所示:
斯瑞达智能
图2-2 F-18 舰载飞机三视图
以美国海军F-18舰载飞机为例给出其进舰着舰下的小扰动状态方程。根据F-18舰载飞机的相关资料[19]
发动机偏距ZF=0.00157m
发动机推力对油门杆偏角导数=229255.84(N/rad)
舰载飞机F-18着舰的各气动导数和基准的状态相关参数具体数值见表2-1和表2-2。
表2-1 F-18舰载飞机着舰的气动导数

黄尚智能
 
通过将上述数据加到线性化的小扰动方程中,可以得到F- 18舰载飞机在舰船着陆状态下的状态空间方程,如公式2-3:
黄尚

黄尚智能

 
经计算,我们可以得到状态方程系统矩阵的5个特征值,分别如下:
λ12=-0.3065±1.063li,λ34=-0.0264±0.2063i,λ5=-0.0020
这些特征值表示了F-18的固有特性,因为各特征值都有负实部,所以F-18舰载飞机是稳定的。
2.2 舰载机动态响应
2.2.1 升降舵传递函数
在上一节中已建立建立舰载飞机纵向小扰动方程,在Matlab环境下,分别输入上一节中状态空间方程中的A、B、C、D四个矩阵,接着输入下列命令:
tf(ss(A,B,C,D))
我们就可以直接得到舰载飞机的各个输出分别对应的油门杆δf和升降舵δl输入的传递函数,如下所示.
在上一节中已建立建立舰载飞机纵向小扰动方程,在Matlab环境下,分别输入上一节中状态空间方程中的A、B、C、D四个矩阵,接着输入下列命令:
tf(ss(A,B,C,D))
我们就可以直接得到舰载飞机的各个输出分别对应的油门杆δf和升降舵δl输入的传递函数,如下所示:
斯瑞达智能
2.2.2 升降舵阶跃输入的系统响应
  当其他操纵面保持不动,即δF=0,升降舵δz在t=5s时引入10(0.0175rad)的阶跃输入时,根据以上传递函数可得到舰载机的动态响应,如图2-3~2-9所示[20]
斯瑞达智能
斯瑞达智能自动化
斯瑞达自动化
斯瑞达智能设备
       图2-9扰动高度响应
 
图2.9显示了舰载飞机处于所谓的“空速不稳定”状态,即速度“反控制区”。当舰载机的速度低于最小拖航速度时,对飞机控制的影响将与通常预期的相反,当电梯指令输入为正时,升降机将偏离,这相当于给舰载机下潜指示。舰载飞机的高度将首先下降,这与正常的操纵习惯一致,但是飞机的高度会上升而不是下降。这与向舰载机提供俯冲指令的正常处理习惯相反,但飞机最终会爬升。这种现象是由飞机的升力和阻力特性和力的平衡引起的。主要原因是当载机的迎角增加时,其超过了最大升阻比所对应的攻角。飞机在反区飞行是非常困难的,特别是当飞机要迅速响应舰船点的变化时。为了保证速度的稳定性,在飞机倾斜时应控制发动机推力。如果节流阀不动,推力不能得到补偿,如果阻力增大,则推力将大于阻力。最后,必须通过减小航迹角来维持飞机轴承力的平衡。事实上,这种现象与舰载机的不稳定性无关,因为F-18飞机系统矩阵A的五个特征根都有负实部,所以如果飞机的输入是脉冲指令,在一定范围内,航母可以稳定飞行。根据参考状态。然而,在这一系列的飞行中,不可能仅通过举升舵来维持基准轨道。图2.3示出当飞行器在低速范围内飞行时,仅通过偏转升降舵不可能保持其基准航迹角的。

焊接自动化设备多少钱?


--焊接自动化设备价格不确定,一般要看焊接何种产品,产品大小,材质,焊缝尺寸以及焊点要求都会对焊接自动化设备的价格起较大的作用。自动焊接设备的价格普遍从2万/台到20万/台,如果不是非常高精度的产品,此处推荐四轴焊接机械手,价格3-4万元

2.2.3 对单位油门杆阶跃输入的响应
当保持升降舵位置不动时,即δl=0时,油门δF在t=5s时引入10(0.0175rad)的阶跃输入时,此时可得到舰载飞机的另一组动态响应曲线,如图2.10~图2.16。
斯瑞达智能
斯瑞达智能
斯瑞达智能
斯瑞达智能
       
当有一个油门输入时,即当发动机推力改变时,图2-12中的速度响应表明,当舰载飞机的推力增加时,舰载飞机的飞行速度不增加,换言之,飞机的动能。不会增加。图2-16显示了高度响应的变化表明,推力的增加的力量转化为载机的潜在能量。虽然这与海上作业船和陆地车辆的经验有很大的不同,但在舰载飞机的稳定飞行中却是一个普遍现象。这主要是因为在舰载飞机在固定方向飞行的情况下,当发动机被推动且力阶增加时,运载飞机的攻角不会立即改变,飞机的气动状态将保持不变。为了保持载机平面上的力平衡,航母的航迹角会增大,这会导致航母爬升。通过对两组阶跃输入响应的比较,可以看出推力变化引起的俯仰响应、航迹角响应和高度响应较大,纵向速度、过载和迎角变化较小。与图2-3~2-9中单位升降机阶跃输入的响应相比,由推力变化引起的路径角响应、俯仰角和高度响应的幅度有很大不同,纵向过载、迎角和速度变化是彼此接近,幅度相近,非常小。与单位升降机阶跃输入的响应相比,由单位节流偏转引起的飞行器飞行状态参数的振荡频率低,这表明固有的载机响应发动机推力变化的特性是一个缓慢的过程。因此,推力的增加将导致轨道角的增加,如果给发动机安装推力角度或推力偏心且不等于零,则航空母舰的扭矩平衡会随着推力的变化而变化,情况会有所不同。
与单体升降舵阶跃输入响应相比,由单体节流杆引起的飞行状态参数的振荡频率较低,说明飞机对发动机推力变化的响应是一个缓慢变化的过程。

焊接自动化设备多少钱?

2.2.4 舰载飞机发动机响应特性
如果在飞机着陆时没有抓住拦阻钩,发动机必须立即达到最大油门,以确保产生足够的推力,以便飞机可以再次拉起。为了提高舰载机在着陆过程中发动机的响应速度,发动机必须处于85%的军事额定功率。飞行员根据经验调整发动机的推力。一旦有必要飞越,油门杆立即被推到最大功率位置来拉飞机。飞机需要提前6秒推进油门杆,当它在船的后端飞行时。否则,当拦阻钩为空时,飞机将无法获得所需推力。因此,舰载机所所使用的发动机要求飞机在低速时具有良好的快速响应和移动性,大多数喷气式发动机反应迟钝。飞机必须提前增加油门以满足所需的推力,但往往很难把握时机。在白天环境温度为32.2°C时,飞机从正常进气加速到最大推力,并且纵向加速度为82.5m/s2的发动机的具体加速时间2.5s。
F-18舰载飞机的发动机由通用电气公司提供F404-GE.400涡扇发动机,发动机的基本数据如下:直径0.88m,长度4.03m,起飞推力47KN,后推力71.1KN,推力比8,总压比25,空气流量63.5 kg/s,旁路比率0.34,涡轮前端温度131600。F404-GE-400发动机有更好的节流响应。在前一节中,在节气门单元的步进输入模拟中,航母是忽略节气门的发动机,杆的响应特性假设发动机在节流杆偏转时能够立即响应。事实上,发动机本身的特性决定了发动机推力对节气门输入的响应,发动机输入节流杆的第四阶动态关系模型如式(2-4)

黄尚

2.3 本章主要研究内容

本章主要建立了舰载飞机运动模型,给出了舰载飞机的纵向动力学方程,对为保证进场着舰安全要求飞机必须具有的机动能力进行了推到,讨论了舰载机进场着舰过程中飞行力学所要解决的主要问题,列出了飞机的运动参数之间的几何关系方程,并对舰载机着舰的运动方程进行了讨论。提出了进行舰载飞机进场着舰仿真分析时需要建立的有关数学模型,针对舰载机着舰过程在飞行动力学方面进行了仿真。

连载更新中。。。


Copyright © 深圳市斯瑞达智能设备有限公司 版权所有 冀ICP备18030948
全国服务电话:188-2656-2616   传真:0755-29496868
公司地址:深圳市宝安区西乡