阻拦索的动力学特性分析及仿真研究

论文摘要

舰载机阻拦装置是航空母舰上的重要辅助设备,实现了舰载机在有限长度的航母甲板上的安全着舰。阻拦索是阻拦装置中的重要组成部分,把飞机着陆时的巨大动能传递给甲板下面的阻拦机。阻拦索的工作条件最恶劣、动态过程最复杂,其动力学特性直接影响着阻拦系统的工作性能。目前对阻拦装置的理论研究还处于初级阶段,在进行系统分析和仿真时,通常着重于液压系统的性能分析和建模,但是对阻拦索动力学特性的理论研究和仿真分析还很少。阻拦索受到舰载机尾钩的横向冲击后,会形成应力波。论文分析了阻拦索应力波的形成过程和传播规律。首先通过理论分析得到了阻拦索应力波的基本方程。在应力波方程的基础上,研究了阻拦索应力波的重要特征参数（纵波波速、横波波速、弯折波波速和弯折角）。论文利用显式动力学仿真软件LS-DYNA分析了阻拦索应力波的传播过程,模拟了阻拦索在受到瞬间冲击后的动态效果,并且应力波特征参数的仿真结果接近于理论分析的计算结果。在阻拦系统运行的过程中,阻拦索的运动情况非常复杂,并在多个自由度上都产生了一定的弹性形变。论文应用多体动力学理论和绳索动力学分析理论,基于刚体离散化的思想,在机械动力学分析软件ADAMS中建立了阻拦索的动力学仿真模型。阻拦索模型采用线性轴套的连接方式模拟了拉伸、弯曲、扭转等多自由度的弹性形变,利用CMD语言实现了参数化建模。根据弹性力学的基本理论,对阻拦索的各自由度的弹性系数进行了理论分析。阻拦索动力学特性的仿真研究需要与阻拦装置的液压系统相结合。论文通过对阻拦装置液压系统工作原理的分析,建立其数学模型。在数学模型的基础上,通过多学科复杂系统仿真软件AMESim进一步建立了阻拦装置液压系统的仿真模型。应用当前流行的联合仿真技术,实现了阻拦索的ADAMS模型和液压系统的AMESim模型的联合仿真,分析了不同阻拦情况下的仿真曲线,研究了影响阻拦索拉力和其他性能指标的重要参数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 阻拦索及相关装置发展概述
• 1.3 相关研究内容的发展状况
• 1.3.1 阻拦索动力学特性的研究进展
• 1.3.2 虚拟样机技术的发展
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第2章 阻拦索应力波的特性研究
• 2.1 阻拦索应力波的形成
• 2.1.1 初次冲击下应力波的形成
• 2.1.2 再次冲击下应力波的传播
• 2.2 阻拦索应力波的理论分析
• 2.2.1 阻拦索的波动方程
• 2.2.2 应力波的特征参数分析
• 2.3 阻拦索波动性的仿真分析
• 2.3.1 计算弹性动力学的基本方程
• 2.3.2 阻拦索的有限元模型
• 2.3.3 阻拦索的波动性分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于ADAMS的阻拦索动力学分析与建模
• 3.1 计算多体动力学的理论基础
• 3.2 绳索动力学仿真模型的建立
• 3.2.1 绳索的动力学建模理论
• 3.2.2 绳索模型
• 3.2.3 绳索单元的连接方式
• 3.2.4 绳索的参数化建模
• 3.3 绳索弹性系数的理论分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 阻拦索的联合仿真研究
• 4.1 阻拦装置的工作原理
• 4.2 阻拦装置液压系统的建模
• 4.2.1 液压系统的数学模型
• 4.2.2 液压系统AMESim模型的建立
• 4.3 阻拦索与液压系统的联合仿真实现
• 4.3.1 联合仿真技术及仿真环境设置
• 4.3.2 联合仿真接口的建立
• 4.3.3 联合仿真模型的建立
• 4.4 阻拦索的联合仿真分析
• 4.4.1 不同啮合速度的仿真结果分析
• 4.4.2 等动能不同质量飞机的仿真结果分析
• 4.4.3 滑轮缓冲装置对阻拦过程影响的仿真分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢