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原文传递飞行甲板总布置设计中的若干问题研究

论文题名：	飞行甲板总布置设计中的若干问题研究
关键词：	飞行甲板;弹射器数量;阻拦索布置;钩索减速
摘要：	航空母舰作为人类历史上最重要的武器平台之一,在和平时期仍然是一个国家保护海洋领土完整、维持国际政治地位的有力武器。随着近年来周边国家对我国东海、南海等海域资源以及海洋领土的疯狂掠夺,并且由于我国主要国际贸易航线上海盗威胁的同益严重,尽早建立一支或多支具有强大远洋作战能力的航母战斗群已经成为我国海军近期发展的首要任务,也是我国保护海洋领土完整、保护海洋资源不受侵犯、保护海上贸易航线安全的必要手段。　　论文对航空母舰上采用“弹射起飞+阻拦降落”模式飞行甲板的总布置设计进行了研究,分别采用公式推导、分析论证、算例验证等手段,对影响航空母舰飞行甲板总体设计的一些关键问题进行了探讨。研究内容主要包括飞行甲板弹射器数量设计、弹射器系统在飞行甲板上的布置原则分析、阻拦系统布置设计、舰载机钩索后的减速过程分析等。此外,还对斜角甲板角度设计、上层建筑影响下的甲板气流场特征、飞机升降机形式与数量设计、舰载机在甲板上的回转运动等问题进行了分析。最后,将前期工作进行整理,提出了飞行甲板主尺度、总布置等设计问题的基本方法与应遵循的主要原则。　　系统阐述了目前世界上存在的短距垂直起降、滑跃起飞、弹射起飞等几种较为典型的航空母舰甲板模式,分别针对其优、缺点进行了初步分析;总结了国内学者近年来针对航空母舰总体设计与飞行甲板总体设计的相关研究以及一些具有代表性的科研成果。　　探讨了将排队理论应用于航空母舰飞行甲板弹射器数量设计问题的可行性,并分析了将几种典型的排队论模型应用于舰载机波次出动能力研究的可行性;选择了对此问题适用性较强的M/M/1/K排队系统,并基于此模型,对弹射器数量c与舰载机群在波次出动前的平均等待时间-Wq之间的联系进行了细致分析,在理论上建立了弹射器数量c与舰载机群波次出动能力之间的映射关系。　　给出了舰载机在弹射滑块作用下的运动特征;分析了弹射滑道末端与飞行甲板边缘距离设计对舰载机离开弹射滑块后速度增量的影响;以CFD方法为基本手段,考察了不同条件下喷气偏流板后方的气流场变化特征,探讨了不同的弹射器滑道起始端与偏流板距离设计对偏流板附近环境的影响,从飞行甲板人员、舰载机作业安全的角度提出了该距离的设计原则。　　对美国海军舰载机着舰偏移量的求解方法进行了深入研究,并对美国海军基于正弦或余弦形式规则波的舰载机着舰偏移量求解方法进行了修正;提出了求解航空母舰全寿命周期内舰载机着舰点在降落跑道纵方向上分布特征的新方法;通过仿真实验获得了舰载机在不同作业条件下的着舰点分布规律;将最佳阻拦索布置设计问题转化为有约束的多目标优化问题,并利用适当的仿生优化算法,对不同阻拦索数量要求下的最佳布置方案分别进行了求解。　　对舰载机钩住阻拦索后的运动过程进行了细致研究,探讨了对舰载机“偏心+偏航”钩索后减速特征的基本求解方法;将弯折波作用计入其中,编制了基于Matlab的计算程序对舰载机钩索减速过程中各种特征指标进行考察;选取不同的典型工况,对不同重量舰载机以不同回航速度钩索后的滑跑过程进行了分析,将计算结果分别绘制成“滑跑距离-尾钩钩载”曲线、“滑跑距离-加速度”曲线、“滑跑距离-速度”曲线等,为处于各种不同回航状态条件下的舰载机钩索减速过程提供估算参考。　　对斜角甲板角度、上层建筑形式与位置、飞机升降机数量与位置、舰载机回转等对飞行甲板总体设计有重要影响的关键问题进行了探讨;着重阐述了降落跑道角度对甲板总体设计与舰载机作业安全的影响、上层建筑主尺度与位黄变化对甲板气流场的影响、飞机升降机数量与布置形式对舰载机调运作业安全的影响以及舰载机在飞行甲板上回转运动翼尖轨迹的基本求解方法等问题,并对上述设计应遵循的主要原则进行了归纳。　　对飞行甲板起飞与降落2大功能区域的范围划分原则进行了探讨;基于前期研究工作,总结了起飞区与降落区的主尺度设计依据;以具备“弹射起飞+阻拦降落”模式飞行甲板典型特征的某甲板设计方案主体轮廓为例,分别对每一关键部位的形式与尺度设计原则进行了说明,并对在每处设计中应考虑的关键问题进行了详细阐述。
作者：	孟祥印
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	黄胜
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文