战斗机飞行姿态对最低安全救生高度影响的仿真研究

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1、第2卷第3期航空工程进展Vol_2NO．32011年8月ADVANCESINAER0NAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGAug．2O11文章编号：1674—8190(2011)03—24906战斗机飞行姿态对最低安全救生高度影响的仿真研究崔文明，王和平(西北工业大学航空学院，西安710072)一删．=～一n量Ⅵ～一～．～．～一nⅡⅦ一H_～一'蓁霎w．～一一一～．一m一em8i一～．一加一～一．一q一一～一～5n1一叩一～一∞摘要：战斗机飞行员在飞机出现危险情况时采用火箭弹射座椅作为救生装备的主要形式，在低空不利姿态下弹射时，往往需要一定的最低安全高

2、度来保证弹射救生的成功率，在座椅性能确定的情况下，最低安全救生高度取决于弹射时飞机的飞行姿态。为此，根据火箭弹射座椅的工作原理，针对弹射过程的不同阶段，建立相应的数学模型，用仿真计算的手段来研究不同飞行姿态对最低安全救生高度的影响，以期为飞行员如何选择正确的弹射时机提供一定的理论支撑。关键词：火箭弹射座椅；最低安全救生高度；飞行姿态；仿真中图分类号：V223+．4；V244文献标识码：ASimulationStudyonInfluenceofFighterFlightAttitudetotheMinimumSafeLifesavingAltitudeCuiWenming，

3、WangHeping(SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)分析飞行员与地面猛烈碰撞的原因可以归结0引言为救生伞没有张开所致。救生伞没有张开的原因在现代战斗机发生特情时，均使用火箭弹射座一般来说有两类情况，一种是座椅系统出现故障，椅作为作为敞开式救生装备的主要形式。在弹射救生伞没有正常工作或开伞时与座椅或人体干扰，救生过程中，引起救生失败而导致飞行员丧生的第妨碍了救生伞的正常打开；另一种是超出了座椅的一原因是由于与地面猛烈碰撞造成的。弹射速度低空救生能力，伞来不及

4、打开_2]。一定时，救生失败导致飞行员死亡，其死亡率取决最低安全救生高度是指在该高度以下使用弹于低空高度，弹射时高度越低，死亡率越大]。射座椅时将得不到安全救生。能够安全离机的最低高度主要取决于以下几个方面：①飞机的机动飞行情况；②飞机的飞行速度；③从准备弹射到弹射后达到设计的稳定着陆速度所用的时间，根据收稿Et期：2010—0610；修回日期：2011-06—18通信作者：崔文明，michael610@163．tomGJB1800A一2007(弹射座椅型乘员应急离机救生系250航空_[程进展第2卷统通用规范》的规定，当救生伞第一次张满时，乘员e为人椅系统偏心距；离地高度

5、应不低于6m[3]。因此，在火箭弹射座椅r、V⋯yf、)，为弹射瞬间飞机的飞行速度、下性能确定的情况下，最低安全高度将只受到弹射时沉率、俯冲角、横滚角；飞机飞行姿态(飞行速度r、俯冲角y、横滚角y、、、为人一椅(伞)系统三向速度；下沉率V)的影响。Y、为人一椅(伞)系统三向位移；但由于客观条件的限制，目前的弹射试验多数P、Q、R为人～椅系统三向气动力；在地面滑轨上进行，不能对各种复杂姿态下的弹射、∞、为人一椅系统三向角速度；状况进行完全模拟，因此对不利姿态下座椅弹射救、、I为人一椅系统三向转动惯量；生性能的分析基本靠数学计算的方式来完成。在，为人一椅系统相对于z轴和Y轴的

6、惯以往的研究中，受到仿真方法和计算手段的限制，性积；对弹射过程中人一椅系统的数学建模多采用三自M，、My、M为人一椅系统三向力矩；由度的研究方法_4]。近年来，逐渐引入了六自由度、m为人一伞系统和人体质量；的计算方法，但数字仿真尚未形成一套比较完善的Q、Q为人一伞系统和救生伞的气动力；方法和理论。本文将根据火箭弹射座椅的工作原F为开伞动载；理建立相应的数学模型，然后基于Matlab的Sim—ulink工具箱进行仿真研究，利用人一椅系统六自、为人一伞系统倾斜角和偏转角。由度数学模型，确定各飞行姿态对最低安全救生高1．2坐标系度所影响的程度，为飞行员把握合适的弹射时机，提高救

7、生成功率提供一定的理论依据[5]。根据座椅的实际情况，计算采用空间刚体运动的六自由度计算方法。计算所用到的坐标系有地1火箭弹射座椅运动轨迹数学模型轴系、体轴系和风轴系三种口]。目前国内外主流战斗机的装备均为第三代火地轴系固连于地球，其原点0定义为弹射瞬箭弹射座椅，其弹射救生工作原理基本相同。整个间后舱座椅人一椅系统质心处的空间点，0Ya轴弹射过程可分为清理弹射通道、座椅出舱、人一椅沿铅垂方向，向上为正，0a．za轴垂直于0aYa轴，沿系统自由飞、救生伞拉直、救生伞张满、人一伞系统航向向前为正，0轴垂直于0Y平面，方向按稳降六个