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著艦控制系統(tǒng)性能評估指標(biāo)體系分析

2016-12-14 08:49尹海韜李艷
科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2016年20期
關(guān)鍵詞:控制系統(tǒng)指標(biāo)體系評估

尹海韜+李艷

摘要:著艦控制系統(tǒng)性能評估體系的建立是艦載機著艦控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的一個重要部分,如何客觀、全面地評估著艦控制系統(tǒng)性能,是系統(tǒng)研制和使用均關(guān)注的問題。文章結(jié)合著艦過程的各個階段構(gòu)建著艦控制系統(tǒng)的多層次評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu),建立不同階段的評估模型,并對關(guān)鍵指標(biāo)進行簡要分析。

關(guān)鍵詞:著艦;控制系統(tǒng);評估;指標(biāo)體系

中圖分類號: TN95文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2016)07(b)-0000-00

引言

近年來艦載機自動著艦系統(tǒng)得到廣泛研究,出現(xiàn)了許多方法。相應(yīng)地,對著艦控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的評估也得到充分發(fā)展。如何對艦載機自動著艦系統(tǒng)建立科學(xué)合理的評估體系,成為了迫切需要解決的問題。

國外對艦載機自動著艦系統(tǒng)的評估的研究較少,相關(guān)文獻僅局限于對作戰(zhàn)飛機的性能評估[1~4],或者對民航著陸階段進行評估分析[5]。本文從艦載機著艦過程出發(fā),結(jié)合著艦過程對各個階段的關(guān)鍵因素分析,并建立相互獨立的子評估體系,最后根據(jù)子體系給出多層次評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)。

1 指標(biāo)體系建立原則

艦載機著艦控制系統(tǒng)是具有機動性的復(fù)雜系統(tǒng),并且著艦過程受風(fēng)干擾、甲板運動等影響。要對其建立合理的評估體系,應(yīng)從以下兩方面考慮:

1.評估系統(tǒng)模塊化處理 由于著艦控制系統(tǒng)本身是個復(fù)雜的大系統(tǒng),要對其做出合理準(zhǔn)確的綜合評估,首先應(yīng)該對各分系統(tǒng)給出合理評估。所以應(yīng)將總系統(tǒng)根據(jù)其不同的性能要求劃分成若干模塊分別進行評估;

2.各模塊下評估指標(biāo)的選擇 評估指標(biāo)的選擇是評估中最為重要的一個環(huán)節(jié),選擇合適的評估指標(biāo),不但可以對系統(tǒng)做出合理有效的評估,也給系統(tǒng)的進一步優(yōu)化提供指標(biāo)參考。

在評估系統(tǒng)中,根據(jù)指標(biāo)本身功能要求,每一個指標(biāo)的建立都需要一定的計算方法。另外,根據(jù)每個指標(biāo)在評估系統(tǒng)中的地位以及所起的作用,對整體性能的評估給出合理的評估方法。

2 著艦控制系統(tǒng)指標(biāo)的分析

根據(jù)上述原則,以著艦過程不同階段的性能為參考標(biāo)準(zhǔn)劃分評估系統(tǒng)的模塊。主要針對進場著艦性能、機艦耦合作用、邊界保護性能、著艦點誤差以及著艦成功率五個方面建立各自的評估指標(biāo)體系。根據(jù)著艦不同階段對控制系統(tǒng)的具體要求,結(jié)合指標(biāo)在控制系統(tǒng)中所起的作用及其權(quán)重的大小,建立上述五個指標(biāo)體系為基礎(chǔ)的著艦控制系統(tǒng)多層次評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu),并對其關(guān)鍵指標(biāo)進行定量分析。

2.1 進場著艦性能

進場著艦性能[6]指標(biāo)體系包括美國海軍聯(lián)適用規(guī)范指南中已有和現(xiàn)有的進場著艦相關(guān)指標(biāo)。主要包括下滑躍升機動、最小視場角度、失速速度邊界、飛控極限速度、大油門響應(yīng)、著艦下滑角等6個指標(biāo),指標(biāo)具體說明如下:

a.下滑躍升機動:在機動開始的5s內(nèi),能夠從初始航跡修正到50ft(15m)高的新航跡的最低速度。

b.最小視場角度:在相對于航母吃水線上方600ft(183m)高度與下滑航跡相交處,從飛行員設(shè)計眼位看到艦艉吃水線時的最小視場角度。

c.失速速度邊界:失速邊界的功率標(biāo)準(zhǔn)是:在使著艦構(gòu)型產(chǎn)生1.15倍無動力失速速度的推力作用下,平飛時可獲得1.1倍有動力失速速度。

d.飛控極限速度:對于艦載機進場著艦階段而言,飛控極限速度是指基于邊界范圍內(nèi)飛行控制的最小速度。

e.大油門響應(yīng):在推油門和減速板收回后縱向加速度能在2.5s內(nèi)達到5ft/s2(1.74m/s2)的最低加速度。

f.著艦下滑角:在光學(xué)助降系統(tǒng)下,艦載機著艦的下滑軌跡與海平面的夾角。艦載噴氣式飛機一般均以3.5°~4°的固定下滑角進場著艦,最大下滑角受垂直下沉率強加于飛機結(jié)構(gòu)上的載荷所約束,過大的下滑角將使飛機起落架及機體的縱向結(jié)構(gòu)強度難以承受,甚至造成著艦時起落架折斷。而最小下滑角是受精確操縱及艦尾擾流所約束,可歸納為以下幾方面因素的限制[6,7]:

1.航母靜止的情況下,飛機著艦時應(yīng)有3.05m(10ft)的通過尾舷高度, 由于理想著艦點與尾舷之間的水平距離有限,飛機的下滑角不應(yīng)過小。

2.下滑角越小,對于垂直方向相同的高度偏差的觸艦點,引起的水平距離偏差就越大。另外,受地效作用的影響,在小下滑角時,觸艦點距離偏差也會相應(yīng)增大。如果低于所需要的下滑角,飛機可能被下洗尾流打入艦尾有墜毀的危險。

3.下滑角偏小時,駕駛員對下滑面的控制較難。進場的最后10s內(nèi),駕駛員通常采用的控制方法是操縱升降舵和發(fā)動機推力。對于噴氣式飛機,建議甲板風(fēng)為25kn時用3.5°下滑,甲板風(fēng)大于30kn用4°下滑[8,9]。

進場著艦性能指標(biāo)如圖1所示:

2.2 機艦耦合作用

機艦耦合作用[10]性能指標(biāo)包括:最大縱搖角、最大橫搖角、最大下沉高度、甲板中線夾角等4個指標(biāo)。

通常航母是以30海里/小時的速度行駛,加之海況所造成的艦體橫搖、縱搖和升沉等,從而使飛機的預(yù)期著艦點實際上是三維空間的活動點。美國海軍規(guī)定,艦載機著艦時,航母縱搖不得超過2°,橫搖不得超過7°,艦艉下沉不得超過1.5m,否則著艦上鉤將非常困難。同樣,在艦載機起飛離艦時艦艏不得下沉,經(jīng)計算每下沉1°,艦載機離艦速度必須提高20kn(37km/h),方能保證安全離艦。

機艦耦合作用指標(biāo)如圖2所示:

2.3 邊界保護性能

在著艦階段艦載機許多參數(shù)的邊界限制中[11],過載及迎角限制最為重要。最大過載和臨界迎角一般與人體的忍耐極限和飛機的結(jié)構(gòu)載荷有關(guān)。

根據(jù)設(shè)計,臨界迎角可以從16°到20°變化。通過增大進場著艦迎角,可以有效提高升力系數(shù),提高著艦性能。但限于雞頭前部視場、飛行品質(zhì),保證尾部攻擊能力等其他限制條件,實際迎角一般不會達到迎角邊界。F/A-18A的安全著艦迎角約為8°。

過載限制的范圍應(yīng)根據(jù)飛機用途確定,各國規(guī)范都是根據(jù)本國實際情況對飛機進行分類,并規(guī)定其過載的大小,如表1所示:

2.4 著艦點誤差

ACLS的主要功能是對著艦下滑航跡進行精確控制。衡量艦載機著艦精度的指標(biāo)是著艦偏差的大小。著艦偏差是指艦載機的實際著艦點與理想著艦點之間的位置關(guān)系,包括縱向偏差、橫向偏差以及軌跡跟蹤精度。其中,縱向偏差又包括水平位置偏差和垂直高度偏差,軌跡跟蹤精度是在三維空間上跟蹤軌跡與理想軌跡的偏差,其表達式為:

(1)

航母甲板上一般布置有4根攔阻索,第1根位于距船尾50m左右處,其余3根按照艦尾至艦首方向每隔約12m設(shè)1根。理想著艦點位于第2根和第3根攔阻索的中心位置。水平位置偏差指實際著艦點與理想著艦點之間的水平距離;垂直高度偏差指在理想著艦點處艦載機的實際下滑軌跡與理想下滑軌跡之間的垂直距離;橫向偏差是指艦載機在進艦過程末端到達理想著艦點處時,機身中軸線偏離攔阻區(qū)的甲板跑道中心線的橫向距離。偏差等級分類標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

2.5 著艦成功率

著艦成功率是飛機沒有發(fā)生事故且未發(fā)生復(fù)飛和逃逸的概率。據(jù)國外艦載機飛行訓(xùn)練的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,在安全著艦、復(fù)飛、逃逸、撞艦(撞擊母艦艦尾)這幾種現(xiàn)象中,復(fù)飛概率最大,為40%~50%[12]。著艦成功率=1-著艦事故率-著艦逃逸率-著艦復(fù)飛率。

2.6 著艦控制系統(tǒng)性能指標(biāo)體系

根據(jù)以上對各個指標(biāo)的分析,對著艦控制系統(tǒng)建立評估體系,主要包括進場著艦性能、機艦耦合作用、邊界保護性能、著艦誤差指標(biāo)和著艦成功率五個方面。具體的評估體系見圖5所示。

結(jié)論

本文簡要分析了著艦過程的關(guān)鍵指標(biāo),建立了以著艦過程各階段為基礎(chǔ)的進場著艦性能、機艦耦合作用、邊界保護性能、著艦誤差指標(biāo)以及著艦成功率各模塊的評估指標(biāo)模型,并構(gòu)建了著艦控制系統(tǒng)的多層次評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)。對研究艦載機著艦控制系統(tǒng)性能評估提供了可靠的理論依據(jù)。

參 考 文 獻

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