CN103287583A

CN103287583A - 一种水力式阻拦索系统

Info

Publication number: CN103287583A
Application number: CN2012100502475A
Authority: CN
Inventors: 谷里鹏; 郭亦良
Original assignee: Shanghai University of Engineering Science
Current assignee: Shanghai University of Engineering Science
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: CN103287583B

Abstract

本发明涉及一种水力式阻拦索系统，该系统用于辅助飞机在航空母舰上进行降落，所述的系统包括阻尼装置、钢缆和阻拦索，所述的阻尼装置设在航空母舰的降落跑道后方的水中，所述的阻拦索设在降落跑道上，并通过钢缆连接阻尼装置，飞机进入降落跑道后钩住阻拦索，带动阻尼装置在水体中向前移动，在阻尼装置的作用下，飞机的反向加速度增加，降落距离缩短。与现有技术相比，本发明结构简单，造价低，水力式缓冲减速效果好，冲击力小，可以降低阻拦索材料的制造难度、同时可以降低对舰载机的强度要求。

Description

一种水力式阻拦索系统

技术领域

本发明涉及一种用于航空母舰的飞机降落辅助系统，尤其是涉及一种水力式阻拦索系统。

背景技术

现在航空母舰上辅助飞机减速降落的阻拦索技术是利用液压装置和机械传动实现阻拦，使飞机在短距离内迅速减速停稳，并且不能产生过大的冲击力以保护飞行员和飞机。该系统技术复杂，对钢缆质量要求高，造价昂贵。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种结合阻拦索技术，该辅助系统可以降低飞机在航空母舰上的降落的冲击力，缓冲效果好，操作弹性大，可以提高飞行员、飞机和航空母舰的安全性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种水力式阻拦索系统，该系统用于辅助飞机在航空母舰上进行降落，其特征在于，所述的系统包括阻尼装置、钢缆和阻拦索，所述的阻尼装置设在航空母舰的降落跑道后方的水中，所述的阻拦索设在降落跑道上，并通过钢缆连接阻尼装置，飞机进入降落跑道后钩住阻拦索，带动阻尼装置在水体中向前移动，在阻尼装置的作用下，飞机的反向加速度增加，降落距离缩短。

所述的阻尼装置为潜艇，该潜艇的两侧均有一浮力仓，用于调节水平方向的平衡。

所述的浮力仓的上部设有浮力调节部，该浮力调节部的上部浮出水面，用于调节潜艇的下潜深度。

所述的潜艇设有燃料发动机，通过该燃料发动机为潜艇提供动力。

所述的潜艇通过动力电缆连接航空母舰，由航空母舰通过动力电缆为潜艇提供动力。

所述的阻尼装置上设有活套，所述的钢缆穿过活套，钢缆的两端分别连接阻拦索的两端，钢缆可在活套内滑动，平衡阻拦索两端的拉力。

所述的阻尼装置上设有用于测量钢缆拉力的传感器，该传感器设置在活套的受力结构框架上。钢缆所承受的拉力是重要数据，必须进行测量，但设置在钢缆上容易损坏，所以设置在活套的受力框架上可以间接测量钢缆所受的拉力。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过水力式阻拦索系统利用水的阻力降速，减速柔和而快速，冲击力小，易于控制，造价低，其效果类似于飞机在水面上降落。

2、由于缓冲效果好，可以降低阻拦索材料的制造难度、降低对舰载机的强度要求。

附图说明

图1为本发明中水力式阻拦索子系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中阻尼装置的示意图；

图3为本发明阻尼装置的活套的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种水力式阻拦索系统，该辅助系统用于在航空母舰上对飞机降落进行辅助，包括两个子系统，其中一个为水力式阻拦索子系统，该子系统的结构如图1～3所示，包括作为阻尼装置的潜艇2、钢缆4和阻拦索3，潜艇2位于航空母舰1的降落跑道12后方的水中，阻拦索3通过钢缆4与这个潜艇2相连接，当飞机降落过程中钩住阻拦索3后，通过钢缆4拖动潜艇2向前移动。由于流体阻力的特性，在潜艇2正面会产生巨大的流体阻力，阻力迫使潜艇2的速度迅速降低，当潜艇2速度降低后阻力也会随即降低，达到减速缓冲的效果，使飞机停稳。通过设计潜艇2的吨位、形状和动力、控制系统，可以实现各种类型的飞机在航空母舰上降落时的减速缓冲，缩短降落所需要的跑道距离，提高降落的安全性。采用这种水力式的阻拦索系统，通过利用流体的阻力，可以降低对阻拦索3抗拉强度的要求，使阻拦索技术难度降低，而且采用潜艇2作为阻尼装置，可以避免海水表面的波动对整个系统安全性的影响，而且由于潜艇2在水面下其阻力截面不变，所以其阻力系数可以保持基本不变，如果是水面舰船的话，吃水深度变化大时其阻力特性变化会很大。

潜艇2采用连体型的结构，其两侧各设有一个浮力仓21，用于调节水平方向的平衡。浮力仓21的上部设有浮力调节部24，该浮力调节部24的上部浮出水面，使潜艇的重量和浮力有个平衡，稳定潜艇的下潜深度，其原理类似于浮力式密度计。

潜艇2设有燃料发动机，并通过动力电缆23连接航空母舰1，可以通过由航空母舰1提供动力或通过燃料发动机自主提供动力，所述的动力电缆23包括动力线与控制线，为潜艇2提供动力电源同时可以控制潜艇2，燃料发动机则是为了保证极端条件下仍然可以工作，潜艇还有无线控制功能，以保证电缆损坏后潜艇任然可以工作，同时操作人员也可以进入潜艇2对其进行直接操作。潜艇2的驱动机构采用螺旋桨推进器，在飞机下降前，开动螺旋桨推进器，使其向飞机降落的方向相反推进，保持钢缆拉紧，防止飞机钩住阻拦索3后钢缆有个拉长的过程，而发生意外。

飞机钩住阻拦索3后，根据飞机的重量和下冲的速度，控制螺旋桨推进器再产生一个阻力，更加有效地控制飞机的速度和滑行距离。例如，当飞机比较重时，降落的动能就比较大，这种情况下，开大螺旋桨推进器的推力，增加阻拦的力度，使飞机在规定的滑行距离内停住；当飞机比较小时，降落的动能小，就将螺旋桨推进器开小，甚至反转，减小阻拦索的力度，减小飞机受到的冲击力。在潜艇前部的活套上安装有钢缆拉力传感器，当钢缆的拉力超过某一值时就自动开启螺旋桨推进器，控制钢缆所受的拉力维持在一个安全的范围内，保护飞机与钢缆。当然也可以人工进行控制，以便处理特殊的情况。为了防止潜艇2与航空母舰1碰撞，平时螺旋桨推进器呈开启状态，方向与航空母舰1的船体相反，与航空母舰1保持一段距离，使钢缆4的拉力有一定数值，保持钢缆4处于基本拉直状态。当前一架飞机降落后，马上卸掉抓勾，开动螺旋桨推进器使潜艇2向航空母舰1的相反方向运动，直至阻拦索索就位，准备迎接下一架飞机降落。

在飞机降落时，往往会偏离正中位置，这时阻拦索3两端的钢缆4受力就会不同，如果偏右边，右边的钢缆4就受力大，而左边的钢缆4受力小，飞机受力不均，就会向右偏离，可能造成事故。为了解决这个问题，潜艇2上设有活套22，钢缆4通过活套22连接在潜艇2上，钢缆4可在活套22内滑动，平衡阻拦索3两侧的拉力差。当飞机偏离正中位置时，受力大的一侧钢缆4就会在潜艇2的活套22内滑动，偏离端的钢缆4就会拉长，缓冲了拉力；而另一侧的钢缆4会拉紧，力会增大。这样作用在飞机上的两端拉力就基本相同了，就可以缓解飞机跑偏造成的危害，如果要增加钢缆在潜艇上的活套连接的滑动效果，可以采用转盘代替活套22，钢缆4套在转盘上，平衡效果更好。

为了防止飞机冲出跑道，阻拦索3的左右两边的钢缆4上可以各有一个限位板。它的位置根据跑道的长度设定，是阻拦索的最大容许移动距离，如果超过这个距离，阻拦索3将强行停止向前移动，拦阻飞机冲出降落跑道12。为了减少阻拦索强行停止时的冲击力，在航空母舰1的钢缆4伸出处设置两个弹簧，用以缓冲限位板到位时产生的冲击力，以保护飞机与钢缆，此外为了提高缓冲效果，一个潜艇可以拖多道阻拦索。

采用本系统进行飞机辅助降落的过程如下：

当确定有飞机要降落时，使阻拦索处于初始状态，即潜艇向航空母舰相反的方向运动，直至阻拦索处于绷紧状态，飞机通过拉钩拖动阻拦索向跑道前方运动，阻拦索钢缆拖动潜艇向飞机运动的方向运动。由于飞机刚降落时速度很快，拖动潜艇在海水中的滑行速度也很快，根据流体力学的“伯努利定律”潜艇产生的阻力为，潜艇的横截面积乘形状阻力系数乘海水的密度再乘速度的平方除2。由于潜艇制造好以后横截面积、形状阻力系数都确定了，是不变的值，海水的密度也是不变的。因此，阻力与速度的平方有关。也就是说，当速度增加时，阻力是以速度的平方增加。当飞机钩住阻拦索的一瞬间速度最快，潜艇的受到的阻力也最大。阻力迫使飞机速度降低。由于海水的流动性和均匀性，飞机钩住阻拦索的一瞬间开始，潜艇的速度是从零增加到飞机的着舰速度，有个过程，这个过程吸收掉一部分冲击力。这种冲击是柔性的，任何机械装置都难到达水体的柔性缓冲效果，采用潜艇达到阻力大而柔性好目的，如果潜艇的速度过快，超过了标准值，飞机就有可能冲出降落跑道。这时启动螺旋桨推进器向飞机相反的方向推进，增大了阻力，潜艇的速度会降下来，但要控制钢索的拉力始终小于断裂拉力值，而保持在安全的拉力值内。实际操作时，根据飞机的型号调节拉力，制定对应机型的操作程序，保障飞机安全降落。

本系统辅助飞机在航空母舰上降落，其特点是是相当于飞机在水上降落，用自然的水力减速、柔性好，冲击力小，易于控制，造价低，相对于液压式的阻拦索系统更加安全，由于液压设备的特点是能产生很大的力，但对速度的反应慢，液压油的黏度比水的黏度大得多，液压装置的活塞体积有限，因此液压装置的缓冲性能比水差很多。而本发明采用海水缓冲，海水可以承受任意大的冲击力，而且产生的反作用力柔和而均匀，任何机械设备都难以达到水的这种自然特性。水力式阻拦索工作弹性大，既可以用于大型的飞机例如预警机，又可以用于小飞机，例如无人机。

Claims

1.一种水力式阻拦索系统，该系统用于辅助飞机在航空母舰上进行降落，其特征在于，所述的系统包括阻尼装置、钢缆和阻拦索，所述的阻尼装置设在航空母舰的降落跑道后方的水中，所述的阻拦索设在降落跑道上，并通过钢缆连接阻尼装置，飞机进入降落跑道后钩住阻拦索，带动阻尼装置在水体中向前移动，在阻尼装置的作用下，飞机的反向加速度增加，降落距离缩短。

2.根据权利要求1所述的一种水力式阻拦索系统，其特征在于，所述的阻尼装置为潜艇，该潜艇的两侧均有一浮力仓，用于调节水平方向的平衡。

3.根据权利要求2所述的一种水力式阻拦索系统，其特征在于，所述的浮力仓的上部设有浮力调节部，该浮力调节部的上部浮出水面，用于调节潜艇的下潜深度。

4.根据权利要求2所述的一种水力式阻拦索系统，其特征在于，所述的潜艇设有燃料发动机，通过该燃料发动机为潜艇提供动力。

5.根据权利要求2所述的一种水力式阻拦索系统，其特征在于，所述的潜艇通过动力电缆连接航空母舰，由航空母舰通过动力电缆为潜艇提供动力。

6.根据权利要求1所述的一种水力式阻拦索系统，其特征在于，所述的阻尼装置上设有活套，所述的钢缆穿过活套，钢缆的两端分别连接阻拦索的两端，钢缆可在活套内滑动，平衡阻拦索两端的拉力。

7.根据权利要求6所述的一种水力式阻拦索系统，其特征在于，所述的阻尼装置上设有用于测量钢缆拉力的传感器，该传感器设置在活套的受力结构框架上。