簡介
進行艦載飛機在艦上起飛、著艦的地面飛行模擬試驗,無論是對艦載飛機的工程設計或是對飛行員的訓練都具有非常重要的意義。
在現有飛行模擬器的基礎上,為了進行艦載飛機在航空母艦上的起飛、著艦地面飛行模擬試驗,需要進行的硬體設備改造工作量並不太大,主要的改造工作量是數學模型和實時模擬軟體以及建立資料庫的工作量。
環境條件
陸基飛機是在固定的陸上機場起飛和降落,而艦載飛機是在航空母艦上起降,它的起降環境條件的限制要比陸上機場嚴得多,影響因素也複雜得多。
首先,艦載飛機允許起飛、著艦使用的跑道長度非常短。目前世界上大型航空母艦甲板的總長度也就三百多米,而能夠供起飛和著艦使用的只有100m左右 。
著艦飛行試驗此外,航空母艦在海上是一個六自由度的運動平台。它不僅在海平面上作平面運動,而且在海浪的作用下還會產生縱向和橫向的搖動以及升沉運動,這些運動對艦載飛機的起飛和著艦都會有很大的影響。例如,航空母艦的縱向搖動會影響飛機離艦後的軌跡角和飛行姿態。這一方面來自航空母艦甲板相對於水平線的俯仰角變化,另一方面來自航空母艦俯仰運動角加速度對飛機的疊加影響。航空母艦的橫向搖擺不僅會造成艦載飛機起飛時的升力損失和附加的橫向運動,也會在飛機著艦時增加單輪著艦的可能性。
航空母艦上的大氣紊流情況也比陸地機場複雜。它除了通常存在的大氣紊流外,由於航空母艦的運動還會在艦首產生上洗氣流,在艦尾處形成強大的公雞尾狀的尾流。又由於現代的航空母艦通常都用斜角甲板作為飛機的著艦區,在斜角甲板區會產生側洗流。這些都會對艦載飛機的起飛和著艦特性產生影響。
艦載飛機在航空母艦上起飛、著艦和復飛過程中,地面效應的突然變化也是需要考慮的因素。
特殊要求
由於艦載飛機的起飛、著艦與常規飛機的起飛、著陸相比,有許多不同的特點,為了實現艦載飛機的地面飛行模擬試驗,對飛行模擬器的各系統必然有一些特殊的要求。
a.運動系統。對艦載飛機的地面飛行模擬試驗來說,運動系統的重要性要比常規陸基飛機的飛行模擬試驗大。艦載飛機在彈射起飛和攔阻著艦過程中由於滑跑距離短,加、減速時間短,因而軸向過載要比陸基飛機大得多,往往不是一個數量級,也就是說要大到10倍以上。
艦載飛機在著艦時由於採用無平飄方式著艦,下沉速度要比常規陸基飛機著陸時的下沉速度大得多,飛機接地瞬間所產生的衝擊過載也要大得多。艦載飛機在滑躍起飛時由於曲線上翹甲板產生的強迫約束,使得飛機的上升速率和垂向加速度也比陸基飛機起飛時大。
對以上這些因素的模擬,運動系統具有非常重要的意義。
b.座艙。艦載飛機由於起飛和著艦的特殊要求,在座艙布置,主要是操縱系統和顯示系統方面有它的特殊性。艦載飛機在起飛彈射過程中駕駛員不介入操縱,為了防止飛機運動產生的過載導致操縱系統產生不希望的操縱面偏轉,飛機的操縱系統應有特殊的鎖定裝置。
c.視景。視景系統的真實性在地面飛行模擬試驗中有著決定性的影響。要想真實地模擬艦載飛機在航空母艦上的起飛、著艦過程,飛行模擬器的視景系統必須能真實的模擬相應的視景環境,包括航空母艦、海洋在不同海浪下的視景,航空母艦上的菲涅爾鏡光學導引系統等。
d.軟體。除了常規陸基飛機進行模擬試驗所必需的軟體外,為了實現艦載飛機起飛和著艦的地面飛行模擬試驗還必須根據艦載飛機起飛、著艦的特點編制相應的軟體,如模擬航空母艦在海浪中運動的軟體,模擬航空母艦上彈射器特性的軟體及攔阻系統特性的軟體等。
試驗設備的改造
a.視景系統。常規陸基飛機飛行模擬器的視景系統在起飛、著陸階段是按特定的固定機場視景建立的。如要進行艦載飛機的地面飛行模擬試驗,就必須建立艦載飛機在運動的航空母艦上起飛、著艦的視景環境,這包括不同海浪情況下海洋視景,航空母艦及艦上設備的視景。
b.座艙和驅動系統及音響系統。應該按照艦載飛機座艙的一些特殊要求進行必要的改造,包括操縱系統、儀表和顯示系統的改造。應改造音響系統使其能模擬艦載飛機在航空母艦上起飛、降落的音響環境,如模擬在彈射起飛過程中彈射器進行彈射時的音響。驅動系統則要能模擬艦載飛機在起飛、著艦過程中的特殊的運動感覺,如在彈射起飛和攔阻著艦時所產生的較大的軸向過載;著艦時由於較大的下沉速率所產生的較大的衝擊載荷。
c.控制系統和接口。由於艦載飛機的特殊起飛、著艦方式,必然要求對飛行模擬器的控制系統作相應的改造,以協調各方面的改變。由於飛行模擬器的視景、座艙及顯示系統、音響系統和驅動系統等都要進行改造,它們彼此間的接口關係當然也要進行相應的改造。
d.系統綜合與調試。經過改造的各系統必須經過大量的綜合與調試工作,以保證整個飛行模擬系統的協調運轉。例如,艦載飛機在起飛和著艦時飛機的運動、航空母艦的運動、海浪的運動、飛行模擬器的運動、座艙儀表的顯示、音響的模擬以及視景的顯示等都應經過充分的調整與綜合試驗,以保證一定的協調性和同步性的要求。
意義
艦載飛機的起飛、著艦技術與陸基飛機相比有很大的不同。對陸基飛機來說,因為在起飛、著陸狀態,飛機的環境條件和飛行員要考慮的因素比飛機在空中飛行時複雜,實現起飛和著陸狀態的模擬也比實現空中飛行模擬要複雜和困難得多。
對於艦載飛機,起飛和著艦過程比陸基飛機更加複雜,場地和環境條件的限制更加嚴格,要保證飛機安全起飛和著艦的任務更加艱巨,對飛機設計和飛行員訓練的要求也更高。因此,進行艦載飛機在艦上起飛、著艦的地面飛行模擬試驗,無論是對艦載飛機的工程設計或是對飛行員的訓練都具有非常重要的意義。
艦載機著艦被認為是最具挑戰的飛行任務之一。著艦進近過程中，飛行員通常要在艦尾流和大氣紊流等未知擾動下採用反操縱方式，將飛機降落在只有網球場大小且不斷運動的攔阻區域內。此外，為減小著艦攔阻衝擊，艦載機著艦進近時大多處於低動壓狀態，這就對飛機的氣動設計、人機系統特性提出了較高要求 。
