一种飞机着船冲击下沉率最大值计算方法

摘要

本申请属于飞机设计领域，特别涉及一种飞机着船冲击下沉率最大值计算方法，并建立多个飞机着船过程中的随机事件模型；通过飞机着船的仿真模型进行模拟飞机着船的运动过程的模拟实验，并通过随机事件模型对所述模拟实验添加随机参数；获取飞机着船瞬间时刻飞机相对于船的瞬时速度作为下沉率；将多个所述下沉率进行正态分布拟合，得到下沉率平均值Vm及均方差б，取Vm+3б对应的下沉率作为最大下沉率，申请仿真结果包含了机船大系统闭环时延、相对导航定位精度、甲板运动预测算法精度、机载传感器精度等多个因素的影响，仿真的结果和结论更准确。

说明书

技术领域

本申请属于飞机设计领域，特别涉及一种飞机着船冲击下沉率最大值计算方法。

背景技术

由于飞机的使用环境要求在风浪中纵、横向运动着的船只上完成起飞和着船，因此，着船过程威胁着飞机的安全。为了使飞机能在船只上安全起降以及在船上的操作、存放,不得不将飞机设计得比陆基飞机重。其中,增重主要是由起落装置及其机体结构产生的。船载型与陆基型飞机起落装置质量差别很大,主要是由于飞机的着船冲击下沉率差别大引起的,而最大下沉率又是影响起落架的主要参数。所以在设计飞机时,最大下沉率是必须研究清楚的，下沉率为飞机着船瞬间时刻飞机相对于船的瞬时速度。

影响飞机的着船下沉率的因素很多，飞机的着船速度、甲板风速、飞机的着船下滑角度、末端的气流扰动、飞机触船时的姿态、船只的沉浮运动、海况条件等等，飞机在不同条件下着船下沉率存在很大差别，存在随机性，而作为起落架装置的设计条件，飞机最大下沉率的确定应能使飞机在各种复杂条件下均能实现安全着船，不应出现因起落架结构强度不够导致起落架受损，飞机发生故障导致船面危险的情况。

由于国内并没有最大下沉率指标，对于不确定的情况，又会存在着船起落架损坏的风险，这是不能接受的，所以通过经验公式确定最大下沉率一般会留有足够的余量。采用较大的下沉率指标作为条件去设计起落架及相关结构，这就造成了起落架及机体结构强度的过设计，代价就是飞机起落架及相关结构重量更重，这会导致飞机只能加更少的燃油及武器载荷，对于飞机尤其是船载飞机而言，损失是巨大的。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种飞机着船冲击下沉率最大值计算方法，包括：

建立飞机着船的仿真模型，并建立多个飞机着船过程中的随机事件模型；

通过飞机着船的仿真模型进行模拟飞机着船的运动过程的模拟实验，并通过随机事件模型对所述模拟实验添加随机参数；

获取飞机着船瞬间时刻飞机相对于船的瞬时速度作为下沉率；

将多个所述下沉率通过最小二乘法进行正态分布拟合，得到下沉率平均值Vm及均方差б，取Vm+3б对应的下沉率作为最大下沉率。

优选的是，飞机着船的仿真模型包括：用于模拟飞机的飞机模型、用于模拟大气气流对飞机以及船只气流扰动的大气扰动模型，用于模拟在水中航行以及用于飞机着船的船只运动模型，用于计算预设船只甲板运动的甲板运动预测模型；用于测量飞机相对船只速度的传感器模型，用于引导飞机模型降落在船只运动模型甲板上的着船引导控制算法模型。

优选的是，模拟实验时，船只运动模型的运动参数在船只运动数据库中随机截取。

优选的是，随机事件模型包括，用于随机生成风扰动中紊流的随机参数变量的模型，用于随机生成风扰动中船只尾流随机分量的随机参数变量的模型；用于生成满足误差概率分布的甲板运动预测误差值的模型，用于生成满足误差概率分布的定位测量误差值的模型，用于生成满足误差概率分布的船只惯导测量误差的模型。

优选的是，获取飞机着船瞬间时刻飞机相对于船的瞬时速度的方法为：

获取飞机相对于船的位置坐标以及飞机相对于船的速度；

建立飞机相对于船的位置坐标对应的飞机相对于船的速度之间的关系曲线；

获取飞机与船接触时飞机相对于船的位置坐标，通过飞机与船接触时飞机相对于船的位置坐标在所述关系曲线上找出飞机着船瞬间时刻飞机相对于船的瞬时速度。

优选的是，获取飞机着船瞬间时刻飞机相对于船的瞬时速度的方法为：

获取飞机相对于船的位置坐标；

通过飞机相对于船的位置坐标计算飞机与船的相对距离；

建立飞机与船的相对距离与时间的关系曲线；

计算飞机与船的相对距离为0时所述关系曲线的导数值，将所述导数值作为飞机着船瞬间时刻飞机相对于船的瞬时速度。

优选的是，所述模拟实验的实验次数至少1000次。

本申请的优点包括：本申请仿真结果包含了机船大系统闭环时延、相对导航定位精度、甲板运动预测算法精度、机载传感器精度等多个因素的影响，仿真的结果和结论更准确，有可信度更高，根据本方法确定的指标可以进一步减轻着船风险；

不同的飞机在不同的海上平台、不同的海况下对应的最大下沉率都是不一样的，本方法可以严格的按照需求，将对应的条件作为仿真的条件，得到满足需求但又不会过设计的计算结果，有利于飞机起落架和机体结构的减重，能够带来战效方面的巨大收益。。

附图说明

图1是本申请一优选实施方式飞机着船冲击下沉率最大值计算方法流程图。

具体实施方式

为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。

此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。

本申请方法的原理如下：考虑大气扰动、海况、船只运动、甲板运动预测误差、传感器误差特性、数据链时延、飞机控制策略、飞机气动数据误差等与着船相关的因素，对着船过程中的随机事件建立概率模型，采用蒙特卡洛仿真方法对着船过程进行大批量仿真(重复闭环仿真1000次以上)，将触船瞬间飞机相对甲板的下沉速度进行记录，对下沉率仿真数据进行分析整理，通过最小二乘法进行正态分布拟合，得到下沉率平均值Vm及均方差б，将Vm+3б对应的下沉率作为最大下沉率。

本申请提供了一种飞机着船冲击下沉率最大值计算方法，包括：

步骤1：建立飞机着船的仿真模型，并建立多个飞机着船过程中的随机事件模型；飞机着船的仿真模型包括：用于模拟飞机的飞机模型、用于模拟大气气流对飞机以及船只气流扰动的大气扰动模型，用于模拟在水中航行以及用于飞机着船的船只运动模型，用于计算预设船只甲板运动的甲板运动预测模型；用于测量飞机相对船只速度的传感器模型，用于引导飞机模型降落在船只运动模型甲板上的着船引导控制算法模型。

步骤2：通过飞机着船的仿真模型进行模拟飞机着船的运动过程的模拟实验，并通过随机事件模型对所述模拟实验添加随机参数；其中，模拟实验时，船只运动模型的运动参数在船只运动数据库中随机截取。

随机事件模型包括，用于随机生成风扰动中紊流的随机参数变量的模型，用于随机生成风扰动中船只尾流随机分量的随机参数变量的模型；用于生成满足误差概率分布的甲板运动预测误差值的模型，用于生成满足误差概率分布的定位测量误差值的模型，用于生成满足误差概率分布的船只惯导测量误差的模型

步骤3：获取飞机着船瞬间时刻飞机相对于船的瞬时速度作为下沉率；

步骤4：将多个所述下沉率进行正态分布拟合，通过最小二乘法进行正态分布拟合，得到下沉率平均值Vm及均方差б，将Vm+3б对应的下沉率作为最大下沉率。

随机事件建模原理如下，如下：

a)仿真环境中船只运动参数在船只运动数据库中随机截取；

b)风扰动中紊流的随机参数变量由随机数生成；

c)风扰动中船尾流随机分量的随机参数变量由随机数生成；

d)甲板运动预测误差由满足误差概率分布的随机数生成，各变量独立；

e)定位测量误差由满足误差概率分布的随机数生成，各变量独立；

f)船只惯导测量误差由满足误差概率分布的随机数生成，各变量独立；。

优选的是，获取飞机着船瞬间时刻飞机相对于船的瞬时速度的方法为：

获取飞机相对于船的位置坐标以及飞机相对于船的速度；

建立飞机相对于船的位置坐标对应的飞机相对于船的速度之间的关系曲线；

获取飞机与船接触时飞机相对于船的位置坐标，通过飞机与船接触时飞机相对于船的位置坐标在所述关系曲线上找出飞机着船瞬间时刻飞机相对于船的瞬时速度。

优选的是，获取飞机着船瞬间时刻飞机相对于船的瞬时速度的方法为：

获取飞机相对于船的位置坐标；

通过飞机相对于船的位置坐标计算飞机与船的相对距离；

建立飞机与船的相对距离与时间的关系曲线；

计算飞机与船的相对距离为0时所述关系曲线的导数值，将所述导数值作为飞机着船瞬间时刻飞机相对于船的瞬时速度。

优选的是，所述模拟实验的实验次数至少1000次

本申请仿真结果包含了机船大系统闭环时延、相对导航定位精度、甲板运动预测算法精度、机载传感器精度等多个因素的影响，仿真的结果和结论更准确，有可信度更高，根据本方法确定的指标可以进一步减轻着船风险；

不同的飞机在不同的海上平台、不同的海况下对应的最大下沉率都是不一样的，本方法可以严格的按照需求，将对应的条件作为仿真的条件，得到满足需求但又不会过设计的计算结果，有利于飞机起落架和机体结构的减重，能够带来战效方面的巨大收益。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。