Исследование статических и динамических нагрузок в системе транспортировки вертолета по палубе корабля с учетом влияния качки

• Автор: Суслов, Денис Валерьевич
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 122 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ ТРАНСПОРТИРОВКИ ВЕРТОЛЕТОВ ПО ПАЛУБЕ КОРАБЛЯ, ОБЪЕКТ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Зарубежные системы посадки и транспортировки вертолета по палубе

1.2. Отечественные системы транспортировки вертолета

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ УСИЛИЙ В СИСТЕМЕ ТРАНСПОРТИРОВКИ

2.1.Влияние угла отклонения тягового каната от продольной оси вертолета на нагрузку опор

2.2. Усилия в условиях качки

2.3. Условия опрокидывания

2.4.Условия отсутствия скольжения

2.5. Основные уравнения движения транспортируемого вертолета

2.5.1. Расчетная схема для перемещаемого вертолета
2.5.2. Основные уравнения динамики системы
2.5.3. Конечно-разностные уравнения
ГЛАВА 3. ПРОВЕДЕНИЕ РАСЧЕТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ НА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ
3.1. Описание алгоритма расчета
3.2. Описание работы компьютер! юй модели
3.2.1. Краткое описание структуры компьютерной модели
3.2.2. Пульт управления
3.2.3. Таблица исходных данных
3.2.4. Работа пользователя при аварийной остановке программы
3.2.5. Исследование влияния шага интегрирования
ГЛАВА 4. СРАВНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ И КОРРЕКТИРОВКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
4.1 .Экспериментальные исследования на стендовой установке
4.2. Результаты испытаний устройства транспортировки вертолетов на кораблях ВМФ различных проектов
ГЛАВА 5. ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВЫХ ЛЕБЕДОК И БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ ПО ЗАТРАТАМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТВ
5.1. Обоснования выбора метода оптимизации
5.1.1. Постановка задачи оптимизации
5.1.2 Особенности дискретных задач
5.1.3 Методы решения дискретных задач оптимизации
5.1.3.1 Методы отсечения (алгоритм Гомори)
5.1.3.2 Комбинаторные методы
5.1.3.3. Метод ветвей и границ
5.1.4. Особенности использования методов при оптимизации характеристик системы транспортировки вертолета по палубе корабля
5.2. Оптимизация характеристик системы транспортировки вертолета по палубе корабля
ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ ПРОДОЛЬНОЙ КАЧКИ КОРАБЛЯ НА ПРОЦЕСС ТРАНСПОРТИРОВКИ ВЕРТОЛЕТА
6.1. Характеристика дополнительных усилий в элементах системы транспортировки вертолета при продольной качке
6.2. Влияние параметров килевой качки на процесс транспортировки вертолета
6.3. Влияние параметров вертикальной качки на процесс транспортировки вертолета
ЛИСТИНГ ОСНОВНОГО ФАЙЛА .РАБ ПРОГРАММЫ «ДИНАМИКА СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТИРОВКИ ВЕРТОЛЕТА»
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Сложные метеоусловия, в которых часто приходится находиться авианесущим кораблям, предъявляют повышенные требования к вопросам обеспечения безопасности полетов и ставят конструкторов перед необходимостью разработки специальных технических устройств и систем. Вертолеты корабельного базирования наибольшей опасности подвергаются в момент посадки на палубу корабля, особенно при волнении моря, когда необходима быстрая фиксация на ней летательного аппарата.
По сравнению с условиями работы на суше условия посадки корабельных вертолетов усложняются вследствие бортовой, килевой и вертикальной качки корабля.
Затесненность и малые размеры вертолетной палубы дополнительно усложняют посадку вертолета.
Так как вертолет необходимо перемещать в ангар, требуется специальная система транспортировки, которая способна надежно работать в условиях качки, крена и дифферента корабля.
Любое буксировочное устройство с точки зрения динамики может рассматри- ' ваться как своего рода грузоподъемный механизм или комплекс таких механизмов. Поэтому общие подходы к расчетам нагрузок на грузоподъемные машины- являются, в принципе, справедливыми и для устройств буксировки вертолета по палубе корабля. Однако в настоящее время существует отчетливая дифференциация расчетов грузоподъемных механизмов, основанная на отличиях их специализации. В качестве иллюстрации этого можно привести многочисленные работы, посвященные канатным дорогам, спускоподъемным устройствам, мостовым, металлургическим, портальным, плавучим и другим типам кранов.
В свою очередь корабельные буксировочные устройства имеют следующие весьма существенные особенности по сравнению с другими типами грузоподъемных механизмов:
- особо значительное влияние внешних условий (расположение вертолета на палубе, наличие ветра, волнение моря, качка) на нагрузки в упругих связях по отношению к нагрузкам, вызываемым только действием привода механизма транспортировки;

- явно выраженный случайный характер изменения внешних нагрузок, несмотря на относительно малый разброс номинальных масс обслуживаемых устройством объектов (как правило, буксировочное устройство обслуживает один конкретный вертолет или ряд вполне определенных близких по характеристикам типов вертолета).
Именно исходя из этих особенностей и учитывая потребности практики проектирования, в настоящей работе рассматриваются конкретные категории сил, действующие в процессе транспорт ировки. При этом следует иметь в виду, что эти силы определяются как факторы нагружения динамической системы СБУ, что предполагает некоторое, иногда и значительное, упрощение соответствующих зависимостей.
Определяющим в данном случае является возможность адекватного описания реального процесса с учетом одновременного влияния многих разнородных по характеру воздействий.
Поясним сказанное следующим примером. Известно, что расчет привода (электрического, гидравлического и др.) подъемных механизмов представляет собой сложную самостоятельную задачу, в которой часто усилия в подъемном устройстве рассматриваются как внешняя нагрузка на привод. Анализируя особенности развития движущего усилия привода во времени, исследуют упрощенные схемы внешних нагрузок (постоянная, ускоренная, гармоническая и т.д.), в то время как сами эти нагрузки в устройстве являются производными как от внешних условий динамической операции, так и от особенностей самого привода. В нашем же случае часто имеет место обратная ситуация, когда более глубоко исследуются внешние условия (волнение, качка, ветер), а упрощаются механические характеристики привода. В этом проявляются свойства абстракции и идеализации, присущие составлению математических моделей реальных процессов.
Из этого следует, что развиваемые в настоящей работе подходы к определению нагрузок и перемещений могут рассматриваться как некоторое приближение к описанию внешних воздействий на привод.
Особо следует указать, что такие воздействия как качка, в расчетах выступают в качестве кинематических возбуждений динамических систем.

трения. Максимального значения сила трения достигает при горизонтальном положении палубы.
Наконец, при качке появляется составляющая веса, направленная параллельно палубе.
Зависимость горизонтальной составляющей веса от угла крена, которая в течение периода меняет знак, может быть записана так:
вр =С0 *вт(3,14/180*4 *вт(/4 *2*3,14/Агг)) (2.39)
В условиях вертикальной качки появляется инерционная сила, аналогичная силе Р,а„ (2.36) при килевой качке, которая при нижнем положении вертолета складывается с весом вертолета, что увеличивает зрение. В верхнем положении, наоборот, эта сила уменьшает трение. Ускорение для вычисления этой силы определяется по формуле (2.9).
При движении вертолета к ангару в условиях вертикальной качки появляется еще сила Кориолиса, но она не учитывается, так как направлена перпендикулярно диаметральной плоскости и уравновешивается реакцией опор вертолета. По величине она невелика.
Поскольку система транспортировки должна надежно работать в условиях качки, крена и дифферента корабля, обеспечивая надежную фиксацию вертолета, начиная с точки посадки до окончательной установки в ангаре, следует ориентироваться на динамические уравнения, позволяющие изучить траекторию транспортируемого вертолета во времени при воздействии перечисленных возмущений.
Использование записанных выше уравнений, описывающих транспортировку вертолета с учетом нестационарности процессов во времени, как раз и позволяет получить значения усилий и траекторию вертолета в процессе транспортировки, что может быть использовано как при проектировании системы транспортировки, так и при разработке ее системы управления.
2.5.3. Конечно-разностные уравнения
Известно, что трудности аналитического решения дифференциальных уравнений резко возрастают с введением в математическую модель нелинейных