冲击阻拦耗能装置性能研究

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航母因具备强大的远洋海空作战能力,成为保卫国家领土主权、维护国家海洋权益、防止国家海洋资源遭受非法侵占等的重要装备。我国具有漫长的海岸线和广大的海洋领土,同时,作为全球主要经贸大国,我国在全球海洋安全方面的权益在日益增加。因此,拥有高航行性能和高作战能力的航母对于捍卫我国海洋主权和资源具有重要意义。航母作为移动的空军基地,可以为舰载机提供安全稳定的海上平台。随着性能的不断发展,舰载机的飞行速度大幅提升,一般着舰速度可以达到200-300千米/小时,如果不设置阻拦装置,舰载机由着舰到停止至少需要滑行几千米,而实际航母的飞行甲板只有大约200-300米。阻拦装置是控制舰载机着陆滑行距离、保证其安全着陆的必要装置,其性能将直接影响到舰载机的着陆安全。因此,对航母舰载机阻拦装置的研究对保证舰载机着陆安全以及相应工作人员的人身安全具有重要意义。  首先,对常见耗能减速装置的分类进行简要介绍,进而对速度相关型耗能器和滞变型耗能器的耗能原理进行了研究。分别对粘弹性阻尼器、粘滞性阻尼器和摩擦阻尼器的结构特点和力学特性进行了深入研究,并对各种阻尼器的力学性能进行参数影响分析。对比三种耗能减速装置的力学特性差异,结合不同耗能减速装置的耗能机理和力学特性,选择适用于航母阻拦系统的耗能减速设备。  然后,对具有阻拦索、滑轮组和耗能减速装置的舰载机阻拦系统进行阻拦过程的数值分析。首先根据阻拦系统力学特性,建立阻拦系统力学分析模型;进而,根据设计要求,确定滑轮组和耗能减速装置的具体参数,进行阻拦系统的初步分析;在初步分析的基础上,改进系统设置方案,提高系统运动稳定性,对改进后的阻拦系统进行二次分析,确定阻拦系统各部分的力学性能。通过数值分析可以发现在前段阻尼系数较小时,随着阻尼系数的增大拦截距离变化明显,而在后段阻尼系数较大时阻尼效果大大降低,因此选择一个合适的阻尼系数对拦截距离的控制至关重要。同时考虑跨距对阻拦最大拉力的影响,可以认为1m-2.5m的跨距更为合适,因为在这一区间随着跨距的增大阻拦索最大拉力值降低的更快。通过数值分析发现在阻拦索与物块撞击过程中,在接触的极短时间内存在一个应力峰值,然后在2s内迅速衰减。这说明阻拦系统在初始极短时间内受到一个极大的冲击力,这对于系统的稳定性是不利的。这就需要有相应的“削峰”设备,在现代舰载机阻拦系统的设计中,这是非常重要的一环。  最后为了满足试验要求,需要采用能够调节阻尼系数的可调式粘滞阻尼器装置。根据试验要求,加工制作了可调式粘滞阻尼器装置模型。通过改变阀门角度,在45°、90°、180°、225°、270°、315°、360°、405°、450°不同角度下,并在0.11HZ、0.25HZ、0.5HZ、0.8HZ不同频率下,测试得出阻尼器模型端部速度和阻尼器模型端部力。通过线性拟合的方式得到不同阀门开启角度下阻尼器的阻尼系数。最终计算得出阻尼器模型的行程范围为±15mm,耗能范围从28.26J到390J。结合前面数值分析得知,阻拦试验阻尼器需要的行程范围±260mm,耗能范围为30J到1600J。通过对比分析得出,可调式粘滞阻尼装置模型的端部行程和耗能能力都还没有到达阻拦试验要求。可调式粘滞阻尼器装置需要从结构上进行进一步改进来满足阻拦试验的装置要求。
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