[科普中国]-着舰飞行试验

简介

进行舰载飞机在舰上起飞、着舰的地面飞行模拟试验,无论是对舰载飞机的工程设计或是对飞行员的训练都具有非常重要的意义。

在现有飞行模拟器的基础上,为了进行舰载飞机在航空母舰上的起飞、着舰地面飞行模拟试验,需要进行的硬件设备改造工作量并不太大,主要的改造工作量是数学模型和实时模拟软件以及建立数据库的工作量。

环境条件陆基飞机是在固定的陆上机场起飞和降落,而舰载飞机是在航空母舰上起降,它的起降环境条件的限制要比陆上机场严得多,影响因素也复杂得多。

首先,舰载飞机允许起飞、着舰使用的跑道长度非常短。目前世界上大型航空母舰甲板的总长度也就三百多米,而能够供起飞和着舰使用的只有100m左右1。

此外,航空母舰在海上是一个六自由度的运动平台。它不仅在海平面上作平面运动,而且在海浪的作用下还会产生纵向和横向的摇动以及升沉运动,这些运动对舰载飞机的起飞和着舰都会有很大的影响。例如,航空母舰的纵向摇动会影响飞机离舰后的轨迹角和飞行姿态。这一方面来自航空母舰甲板相对于水平线的俯仰角变化,另一方面来自航空母舰俯仰运动角加速度对飞机的叠加影响。航空母舰的横向摇摆不仅会造成舰载飞机起飞时的升力损失和附加的横向运动,也会在飞机着舰时增加单轮着舰的可能性。

航空母舰上的大气紊流情况也比陆地机场复杂。它除了通常存在的大气紊流外,由于航空母舰的运动还会在舰首产生上洗气流,在舰尾处形成强大的公鸡尾状的尾流。又由于现代的航空母舰通常都用斜角甲板作为飞机的着舰区,在斜角甲板区会产生侧洗流。这些都会对舰载飞机的起飞和着舰特性产生影响。

舰载飞机在航空母舰上起飞、着舰和复飞过程中,地面效应的突然变化也是需要考虑的因素。

特殊要求由于舰载飞机的起飞、着舰与常规飞机的起飞、着陆相比,有许多不同的特点,为了实现舰载飞机的地面飞行模拟试验,对飞行模拟器的各系统必然有一些特殊的要求。

a.运动系统。对舰载飞机的地面飞行模拟试验来说,运动系统的重要性要比常规陆基飞机的飞行模拟试验大。舰载飞机在弹射起飞和拦阻着舰过程中由于滑跑距离短,加、减速时间短,因而轴向过载要比陆基飞机大得多,往往不是一个数量级,也就是说要大到10倍以上。

舰载飞机在着舰时由于采用无平飘方式着舰,下沉速度要比常规陆基飞机着陆时的下沉速度大得多,飞机接地瞬间所产生的冲击过载也要大得多。舰载飞机在滑跃起飞时由于曲线上翘甲板产生的强迫约束,使得飞机的上升速率和垂向加速度也比陆基飞机起飞时大。

对以上这些因素的模拟,运动系统具有非常重要的意义。

b.座舱。舰载飞机由于起飞和着舰的特殊要求,在座舱布置,主要是操纵系统和显示系统方面有它的特殊性。舰载飞机在起飞弹射过程中驾驶员不介入操纵,为了防止飞机运动产生的过载导致操纵系统产生不希望的操纵面偏转,飞机的操纵系统应有特殊的锁定装置。

c.视景。视景系统的真实性在地面飞行模拟试验中有着决定性的影响。要想真实地模拟舰载飞机在航空母舰上的起飞、着舰过程,飞行模拟器的视景系统必须能真实的模拟相应的视景环境,包括航空母舰、海洋在不同海浪下的视景,航空母舰上的菲涅尔镜光学导引系统等。

d.软件。除了常规陆基飞机进行模拟试验所必需的软件外,为了实现舰载飞机起飞和着舰的地面飞行模拟试验还必须根据舰载飞机起飞、着舰的特点编制相应的软件,如模拟航空母舰在海浪中运动的软件,模拟航空母舰上弹射器特性的软件及拦阻系统特性的软件等。

试验设备的改造a.视景系统。常规陆基飞机飞行模拟器的视景系统在起飞、着陆阶段是按特定的固定机场视景建立的。如要进行舰载飞机的地面飞行模拟试验,就必须建立舰载飞机在运动的航空母舰上起飞、着舰的视景环境,这包括不同海浪情况下海洋视景,航空母舰及舰上设备的视景。

b.座舱和驱动系统及音响系统。应该按照舰载飞机座舱的一些特殊要求进行必要的改造,包括操纵系统、仪表和显示系统的改造。应改造音响系统使其能模拟舰载飞机在航空母舰上起飞、降落的音响环境,如模拟在弹射起飞过程中弹射器进行弹射时的音响。驱动系统则要能模拟舰载飞机在起飞、着舰过程中的特殊的运动感觉,如在弹射起飞和拦阻着舰时所产生的较大的轴向过载;着舰时由于较大的下沉速率所产生的较大的冲击载荷。

c.控制系统和接口。由于舰载飞机的特殊起飞、着舰方式,必然要求对飞行模拟器的控制系统作相应的改造,以协调各方面的改变。由于飞行模拟器的视景、座舱及显示系统、音响系统和驱动系统等都要进行改造,它们彼此间的接口关系当然也要进行相应的改造。

d.系统综合与调试。经过改造的各系统必须经过大量的综合与调试工作,以保证整个飞行模拟系统的协调运转。例如,舰载飞机在起飞和着舰时飞机的运动、航空母舰的运动、海浪的运动、飞行模拟器的运动、座舱仪表的显示、音响的模拟以及视景的显示等都应经过充分的调整与综合试验,以保证一定的协调性和同步性的要求。

意义舰载飞机的起飞、着舰技术与陆基飞机相比有很大的不同。对陆基飞机来说,因为在起飞、着陆状态,飞机的环境条件和飞行员要考虑的因素比飞机在空中飞行时复杂,实现起飞和着陆状态的模拟也比实现空中飞行模拟要复杂和困难得多。

对于舰载飞机,起飞和着舰过程比陆基飞机更加复杂,场地和环境条件的限制更加严格,要保证飞机安全起飞和着舰的任务更加艰巨,对飞机设计和飞行员训练的要求也更高。因此,进行舰载飞机在舰上起飞、着舰的地面飞行模拟试验,无论是对舰载飞机的工程设计或是对飞行员的训练都具有非常重要的意义。

舰载机着舰被认为是最具挑战的飞行任务之一。着舰进近过程中，飞行员通常要在舰尾流和大气紊流等未知扰动下采用反操纵方式，将飞机降落在只有网球场大小且不断运动的拦阻区域内。此外，为减小着舰拦阻冲击，舰载机着舰进近时大多处于低动压状态，这就对飞机的气动设计、人机系统特性提出了较高要求2。