摘要：海上作业直升机快速回收系统集辅助着舰、快速安全系留、牵引、放飞等功能于一体，是目前国内外最先进的直升机舰面辅助系统，对于提升直升机的生命力和出动回收效率意义重大。海上作业直升机降落到舰船甲板上时，快速回收系统需要对直升机进行快速捕获系留，以确保降落过程中的直升机安全。从理论计算和基于Adams的动力学仿真两方面对海上作业直升机在舰面的系留安全性进行了分析，并在仿真中提出了一种基于活塞套筒模型和用户子程序的直升机机轮减震器建模方法。理论计算表明，当直升机前轮胎与甲板之间摩擦因数大于0.136 3时，直升机不会发生失稳打转；仿真结果表明，六级海况条件下，快速回收系统可以通过快速系留装置对直升机进行持续安全系留，直升机机身轴线摆动角度不超过±3°,上述理论和仿真计算为高海况条件下的直升机系留安全性提供了有力支撑。
关键词：直升机,系留,安全性,理论计算,Adams仿真
0引言
在当前复杂的国际形势下，推动海洋强国建设是实现中华民族伟大复兴的必经之路，而海洋装备的研发则是海洋强国建设的重要一环[1-3]。在海洋装备的研发中，船舶是其中的重要组成部分，而随着空天一体、海天一体战略思想的出现，舰载直升机和船舶的有效协同配合，是提升海军作战能力的关键，海上作业直升机的作用日益凸显[4-5]。
海上作业直升机在作业时，主要涉及放飞和回收两个过程。放飞即直升机从舰上机库出库，然后从甲板升空，外出执行反潜、侦察、救援等作战任务的过程，回收则是直升机执行完任务返回舰面，再由其他设施辅助回到机库内进行维护和贮存的过程[6]。针对海上作业直升机的放飞回收作业研发的海上作业直升机快速回收系统，实现了直升机的高效回收作业，主要分为辅助着舰、快速系留和牵引进入机库等3个过程[7]。系留过程中，快速回收系统内的子设备快速系留装置通过固定直升机机腹底部的一个探杆，实现对直升机在甲板上的系留，本文主要对该系留过程的安全性进行理论分析和仿真研究。对于直升机的系留，国内外进行了广泛研究。中国直升机设计研究所的张燕辉等[8]将直升机系留系统简化为一个杆件系统，系统主要由直升机机体、系留锁具、直升机起落架等简化成的杆件构成，基于变分原理进行了系留锁具拉力的计算。邢龙涛等[9]采用伽辽金法研究了无人机系留系统的运动情况，并考虑了随机风载荷的影响，得到了不同位置和数量的系缆的法向位移情况。上海飞机设计研究院的顾伟彬等[10]采用有限元方法，建立了大型固定翼民用飞机的系留载荷计算模型，并详细介绍了计算过程，分析了风载、飞机质量、系留锁具刚度等因素对系留载荷的影响。徐春雨等[11]建立了飞机系留系统的非线性静力学模型，通过仿真软件MSC.Nas⁃tran分析了在强风条件下系留锁具承受的张力以及系留座所承受的载荷，尤其考虑了飞机起落架中缓冲支柱空气弹簧力的影响。中航工业直升机设计研究所的郑亚雄[12]针对直升机系留系统，从虚功原理出发，推导出了机体刚体位移的方程组，并采用基于Newton-Raphson的数值计算方法对方程组进行了求解，系留锁具和系留座的承受载荷计算结果满足工程应用的需求。
但是，上述研究都是针对直升机机身多点系留的情况，而目前尚未见到类似快速回收系统通过机身探杆对直升机单点系留问题的相关研究，且在高海况条件下对系统系留安全性进行试验验证存在实施困难的问题。
为了分析高海况条件下直升机的系留安全性，本文首先基于理论力学对系留过程建立了力学模型并进行了计算，然后搭建了基于Adams的动力学模型进行了仿真，从理论计算和仿真两个角度对直升机系留安全性进行了研究。
1快速回收系统及系留力学模型
图1所示的直升机快速回收系统主要包括液压动力装置（虚线框内上部为驱动绞车、下部为钢丝绳张紧装置）、快速系留装置、直升机探杆、摄像机、激光目标源，以及轨道、控制设备等。其中，快速系留装置由钢丝绳牵引只能沿轨道移动[7]。当直升机在快速回收系统辅助着舰功能指引下降落到甲板后，液压动力装置驱动绞车旋转，通过钢丝绳牵引快速系留装置沿轨道撞向直升机探杆并压紧探杆后，快速系留装置上的机械爪组件沿垂直轨道方向移动捕获直升机探杆，实现对直升机在甲板上的系留，待下一步作业指令，快速回收系统对直升机进行放飞或者将直升机牵引进机库进行保养或者贮存[13-14]。
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/81933.html
