徐安金 高一星 王国镔

摘要：舰载飞机在触舰过程中无法避航空母舰舰艉流的影响，舰艉流是舰载飞机触舰点误差的主要来源之一，而其舰艉流稳态分量（雄鸡尾流）是舰艉流的主要组成部分。本文建立舰艉流各个分量的数学模型，并着重研究了雄鸡尾流，建立航空母舰CFD模型利用流场来对其准确仿真。同时，通过建立某飞机基于体体轴系方程的运动模型，研究舰艉流对某飞机进场触舰精度的影响量。研究结果对提高飞行员信心，顺利完成某飞机触舰具有重要的意义。

关键词：舰艉流;舰载飞机;理想着舰点;雄鸡尾流;触舰精度

1 引言

随着我国海军力量日益壮大，航空母舰数量逐渐增加，舰载机部队规模增大，舰载飞机和飞行员队伍逐渐发展壮大。而国内现役舰载飞机较少，飞机训练强度较大，因而对飞行员尽快适应海上复杂恶劣的着舰环境不利。因此，部队希望有更多飞机能承担舰载飞行员的海上训练任务，使飞行员能更快熟悉舰艉流等复杂着舰环境，迅速成长为合格的舰载飞行员。因而，对某飞机进行触舰相关舰艉流影响研究，使该机成为舰载飞行员培养体系的重要一环，对我国舰载机部队发展具有重要的意义。

舰载机的着舰环境非常恶劣，舰艉流对飞机下滑轨迹影响非常剧烈，使飞机可能偏离理想着舰点，因而对飞机触舰精度的影响较大。若飞行员在尾流下洗气流区操作不当，未及时跟踪肉球并采取修正操作，可能带来撞舰或坠海的风险。舰艉流可分为4个分量[1]：自由大气紊流分量、尾流稳态分量（雄鸡尾流）、尾流的周期性分量和尾流的随机分量。舰艉流各个影响分量中，又以尾流稳态分量对飞机触舰精度的影响最大。

本文建立舰艉流各个分量的数学模型，并着重研究了舰艉流稳态分量，即雄鸡尾流，建立航空母舰CFD模型来对其准确仿真，分析航空母舰前行引起的流场变化来准确描述雄鸡尾流。同时，通过建立某飞机基于体体轴系方程的模型，综合分析舰艉流对某飞机进场触舰精度的影响量，为某飞机顺利完成触舰提供有力的技术支持。

2舰艉流数学模型

2.1自由大气紊流分量

自由大气紊流分量与飞机相对位置无关，采用参考资料[1]中规定的大气扰动模型自由大气紊流分量。

2.2尾流稳态分量

尾流的稳态分量是舰体前行在尾部引起的雄鸡尾式诱发气流分离，是由航空母舰前行的稳态风的减小和出舰以后的显著上洗所组成，因此也叫雄鸡尾流。

因雄鸡尾流对飞机触舰精度的影响最大，根据航空母舰参数，专门进行网格建模（图1）CFD仿真分析其准确的流场变化（图2）。由图2可以看出在舰艉处有明显的雄鸡尾式气流。

2.3尾流周期性分量

尾流的周期性分量随航空母舰舰体纵摇、横摇、垂荡、甲板风以及飞机离舰距离相关，采用参考资料[1]规定的大气扰动模型周期性分量。

式中： ——母舰纵倾斜率，rad/s; ——母舰纵倾幅度，rad; ——母舰甲板上的风速;

p——随机相位，rad。

在x<-681.53m，分量u3取为零，当x<-772.97m，分量w3取为零。

2.4尾流的随机分量

尾流的随机分量，采用对白噪声进行滤波计算。

式中：——均方根幅度，m/s; ——时间常数，s。

3动力学方程

3.1飞机运动方程

飞机运动方程采用TT体系六自由度飞机运动方程[2]简化后的纵向三自由度TT体系方程。

3.2驾驶员模型

驾驶员肢体动力学模型采用如下模型[3]。

4仿真结果与分析

4.1仿真条件

舰载飞机下滑速度和航空母舰行使速度对舰艉流均有影响。本文仿真分析了某飞机最大允许触舰重量下滑速度和航空母舰行使速度15kn情况下，舰艉流各分量的具体大小，并结合飞机方程和驾驶员模型分析舰艉流对触舰精度的影响。具体仿真条件如下：

● 仿真模型：上述运动模型;

● 飞机参数：某飞机参数;

● 飞机仿真速度：233km/h;

● 飞机仿真高度：从离舰尾约1800m处对应高度开始仿真到离甲板高度1m;

● 光学下滑角：4°;

● 航母参数：17舰;

● 航母行使速度：10kn、15kn。

4.2舰艉流分量

因在有舰艉流时，飞机从下滑起始点到舰艉，舰艉流的横向分量小，对横向对中影响不大，因此本文不分析舰艉流横向影响。某飞机按4.1节条件进行仿真，整个仿真过程中，舰艉流各分量的水平分量和垂直分量随仿真时间的变化过程如下图3～图6所示，其中雄鸡尾流分量和周期性分量的水平和垂直分量为舰速15kn时仿真结果。由图可知，雄鸡尾流分量影响最大，其水平分量最大约1.3m/s，其垂直分量最大约0.9m/s。

4.3 触舰点偏离分析

采用飞行员在环但无操作的条件建模仿真分析某飞机在舰艉流影响下触舰点偏离情况。当舰速为10kn或15kn时，采用驾驶员模型但不加入舰艉流干扰时确定仿真系统参数，此时飞机触舰点为理想着舰点。理想着舰点在拦阻索2索和3索之间，索与索之间间距12m[4]。当加入舰艉流干扰时，仿真系统参数不再改变。

以不加入舰艉流干扰时触舰点在理想着舰点为基准，舰艉流各个分量的综合作用使触舰点相对理想着舰点后移，具体量如下表1所示。

5结论

本文研究了某飞机进行海上触舰训练时，着舰误差的主要来源舰艉流对触舰精度的影响。由分析可知，飞行员在环但不干预舰艉流的影响时，舰艉流使触舰点相对理想着舰点后移约10m，小于12m，因此触舰点仍在着舰拦阻区域。

參考文献：

[1]董庚寿等.舰载飞机规范 飞行品质[M].北京：中国人民解放军总装备部军标出版发行部，1999.

[2]顾诵芬等.飞机飞行品质计算手册[M].北京：中华人民共和国航空工业部，1983.

[3]徐秋.舰载机进舰环境下驾驶员建模与仿真[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2012

[4]杨一栋. 舰载飞机着舰导引与控制[M]. 北京： 国防工业出版社，2007.

作者简介：徐安金（1983年6月），男，四川隆昌，汉族，大学本科，高级工程师，研究方向：飞行品质、控制律。

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