一体化电磁阻拦索设计方案

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 21:32:04
能源中心出品-----213号 一体化电磁阻拦索设计方案
部分参考美国航母设计,电磁刹车部分引用钻井设备里的“风冷式电磁涡流刹车”、机械摩擦刹车部分引用汽车防抱死刹车。
[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/post_8227430_1.html/ ]
本方案将四道阻拦索作为一个整体来设计。全系统由阻尼刹车模块、卷扬筒模块、阻拦索回缩电机、卷扬筒静止刹车、阻尼轴预紧液压马达、阻拦索张力平衡系统组成。
阻尼轴:每根阻尼轴由间隔12米安装的4个卷扬筒模块、分3组安装在卷扬筒模块之间的9个阻尼刹车模块、1台阻尼轴预紧液压马达串联组成。各模块之间用大扭矩联轴器连接(实现模块的快速更换)。在降落甲板下方与跑道中心线同向并列安装2根阻尼轴(水平投影与4道阻拦索垂直交叉,减少阻拦索的转弯次数)。2根阻尼轴上对应位置的卷扬筒通过啮合齿轮相连,实现2根阻尼轴的同步相向旋转。 卷扬筒模块:模块全长4米(卷扬筒起始(直筒)段:长0.5米,直径2米;圆锥段:长2.5米,小端直径1.5米)。卷扬筒通过支承轴承套装在传动轴上,在卷扬筒起始段的端面上安装啮合齿轮和“棘轮 - 棘爪”单向离合器。卷扬筒圆周表面有螺旋线槽(防止阻拦索缠绕时错位)。负责缠绕同一根阻拦索的二个卷扬筒彼此之间以齿轮啮合,实现阻拦索的同步收放。每对卷扬筒根据阻拦索的具体位置缠绕不同长度的钢丝绳,最大放绳长度可以让舰载机停在降落甲板末端边沿。阻尼轴瞬间高速旋转需要很大的转动动能,可以利用杠杆原理加大卷扬筒起始段的直径,以便获得更大的启动力矩,变相降低阻拦索的负载。卷扬筒采用轻金属骨架和尼龙材料降低旋转惯量。当阻拦索拉动任意1对卷扬筒旋转时,在单向离合器的作用下都会带动阻尼轴同步旋转,其余3对卷扬筒自动与阻尼轴分离,在静止刹车的作用下保持不动。 阻拦索回缩电机:套在卷扬筒的传动轴上(不与之接触)通过“牙嵌式”离合器与卷扬筒圆锥段小直径端相连,可以使卷扬筒慢速反转完成阻拦索的回缩作业。当阻拦索绷紧,卷扬筒静止刹车固定住卷扬筒后,回位电机立即和卷扬筒脱离接触。 卷扬筒静止刹车:当阻拦索绷紧后,以最小阻尼力矩维持阻拦索的绷紧状态。当舰载机钩到任意1条阻拦索时,此条阻拦索上的静止刹车自动松开,使阻拦索在挂钩瞬间拉动的负载功率最小。其余3条阻拦索的静止刹车继续工作。
阻尼刹车模块:每个阻尼刹车模块包含1个“风冷式电磁涡流刹车”和若干“机械式防抱死刹车盘”。每根阻尼轴的9个阻尼刹车模块以(7台工作 2台备份)的模式参与阻拦作业。每次阻拦作业时,排在1号顺位的阻尼刹车模块作为基本刹车阻尼(以最小阻尼力矩夹住阻尼轴)。在阻尼轴和每个卷扬筒上安装若干测速、测力传感器。控制系统根据传感器的实测数据,及时算出舰载机的实际动能(速度和质量),换算出每个阻尼刹车模块需要产生的阻尼力矩数值。舰载机钩到阻拦索后的零点几秒内,排在2~7号顺位的阻尼刹车模块仍然处于松开状态,以便让阻拦索消化吸收掉瞬间冲击拉力,当阻拦索受到的冲击拉力变为常规拉力后,按照预定的延时间隔依次启动2~7号刹车阻尼模块(各模块的电磁阻尼力矩可以随时调节),间隔启动刹车模块可以降低阻拦索单位时间内的过载系数,确保阻拦索的受力曲线平稳过渡,使舰载机以最小过载停在跑道尽头(大约4/5处)。每次阻拦作业后,排在1号顺位的阻尼刹车模块自动转为备用模块,所有模块轮依此类推轮流参与阻拦作业。 如果舰载机越过第一条(测速)线时速度超过理论值,控制系统自动调大各刹车模块的阻尼力矩。 如果舰载机越过第二条(测速)线时速度仍然超标,备用控制系统启动,控制备用模块提供额外的辅助性阻尼力矩。
如果舰载机越过第三条(安全)线时速度还是超标,此时备用模块全功率运行。 每个阻尼刹车模块的磨损程度不同,同等条件下产生的阻尼功率也有差异,需要电脑根据实测数据统计出每个阻尼刹车模块的补偿系数。模块的机械式刹车盘直径有二种尺寸,可以产生不同等级的阻尼力矩,控制系统可以灵活调整阻尼曲线,刹车盘只在紧急状态下使用(电磁刹车发生故障,而此时航母还未完成全部舰载机的回收作业)。 阻尼轴预紧液压马达:通过离合器串联在阻尼轴上,当4条阻拦索全部完成回缩作业后,液压马达通过阻尼轴同时向4对卷扬筒施加预紧扭矩。当扭矩达到规定数值时,排在1号顺位的阻尼刹车模块以最小阻尼力矩夹住阻尼轴,液压马达与阻尼轴脱离接触。 张力平衡系统:阻拦索在工作一段时间后长度会发生变化,加上联轴器和单向离合器的累计工程安装误差,当阻尼轴反转同时向4条阻拦索施加预紧力时,各条阻拦索受到的张紧力会不一致,需要用液压张力平衡系统来平衡4条阻拦索的张紧力。 全部18个阻尼刹车模块里轮流保持4个模块作为备份,备用模块里的电磁刹车部分总共可以提供标准阻拦力矩28%的冗余力矩。全部模块的机械刹车部分总共可以提供标准阻拦力矩100%的冗余力矩。充足的冗余力矩可以允许阻尼系统带故障运行,只需控制系统临时屏蔽掉模块中有故障的部分,等完成全部舰载机的回收作业,再更换故障模块。 140节的速度约等于72米/秒,如果使用延时阻尼方案,现有航母的降落甲板长度显然不够安全,因此,本阻拦索方案只适用于“210号作品”里的航母方案(降落甲板长度330米)。当舰载机以140节通过甲板时,全程需要4。5秒,有足够长的降落跑道延时阻拦降落。
F-14战斗机停放时后掠角最大可达75?翼展10.15米,根据“罗斯福”号航母照片上的飞机比例估算,降落甲板上阻拦索跨度大约30~40米左右,卷扬筒轴心到阻拦索垂直转向定滑轮的距离大约是14~19米,因为卷扬筒长3米,第一圈线槽和最后一圈线槽的阻拦索受力方向会产生12度~9度的偏向夹角。为了防止阻拦索从垂直转向定滑轮上掉出来,需要安装导绳轮装置(固定式导绳轮安装在垂直转向定滑轮的前边;移动式导绳轮安装在卷扬筒前边,确保阻拦索垂直缠绕在卷扬筒线槽上)。阻拦索工作时会在一个(底边3,高19米)的三角形区域里呈扇面式移动。甲板内部的阻拦索在回缩时处于完全松弛状态,需要给阻拦索罩上一个三角形的安全罩(内嵌尼龙耐磨材料),既可以承托松弛状态下的阻拦索重量,又可以防止阻拦索意外绷断时伤人。
网络数据: 航空母舰上的4根阻拦索一般横置在着舰甲板中部上方,离飞行甲板高度100 毫米左右。4根阻拦索之间的间距各为10~12米。着舰区域在飞行甲板尾部50~55米处。飞机阻停距离为105~110米。美国航空母舰上装备的着舰减速装置通常可将速度达195公里/小时、重22.7吨的舰载飞机在92米内阻拦下来。 美国航母的MK-73型拦阻索缓冲器可使30吨重的舰载机以140节的速度着舰后滑跑91.5米停止。能源中心出品-----213号 一体化电磁阻拦索设计方案
部分参考美国航母设计,电磁刹车部分引用钻井设备里的“风冷式电磁涡流刹车”、机械摩擦刹车部分引用汽车防抱死刹车。
[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/post_8227430_1.html/ ]
本方案将四道阻拦索作为一个整体来设计。全系统由阻尼刹车模块、卷扬筒模块、阻拦索回缩电机、卷扬筒静止刹车、阻尼轴预紧液压马达、阻拦索张力平衡系统组成。
阻尼轴:每根阻尼轴由间隔12米安装的4个卷扬筒模块、分3组安装在卷扬筒模块之间的9个阻尼刹车模块、1台阻尼轴预紧液压马达串联组成。各模块之间用大扭矩联轴器连接(实现模块的快速更换)。在降落甲板下方与跑道中心线同向并列安装2根阻尼轴(水平投影与4道阻拦索垂直交叉,减少阻拦索的转弯次数)。2根阻尼轴上对应位置的卷扬筒通过啮合齿轮相连,实现2根阻尼轴的同步相向旋转。 卷扬筒模块:模块全长4米(卷扬筒起始(直筒)段:长0.5米,直径2米;圆锥段:长2.5米,小端直径1.5米)。卷扬筒通过支承轴承套装在传动轴上,在卷扬筒起始段的端面上安装啮合齿轮和“棘轮 - 棘爪”单向离合器。卷扬筒圆周表面有螺旋线槽(防止阻拦索缠绕时错位)。负责缠绕同一根阻拦索的二个卷扬筒彼此之间以齿轮啮合,实现阻拦索的同步收放。每对卷扬筒根据阻拦索的具体位置缠绕不同长度的钢丝绳,最大放绳长度可以让舰载机停在降落甲板末端边沿。阻尼轴瞬间高速旋转需要很大的转动动能,可以利用杠杆原理加大卷扬筒起始段的直径,以便获得更大的启动力矩,变相降低阻拦索的负载。卷扬筒采用轻金属骨架和尼龙材料降低旋转惯量。当阻拦索拉动任意1对卷扬筒旋转时,在单向离合器的作用下都会带动阻尼轴同步旋转,其余3对卷扬筒自动与阻尼轴分离,在静止刹车的作用下保持不动。 阻拦索回缩电机:套在卷扬筒的传动轴上(不与之接触)通过“牙嵌式”离合器与卷扬筒圆锥段小直径端相连,可以使卷扬筒慢速反转完成阻拦索的回缩作业。当阻拦索绷紧,卷扬筒静止刹车固定住卷扬筒后,回位电机立即和卷扬筒脱离接触。 卷扬筒静止刹车:当阻拦索绷紧后,以最小阻尼力矩维持阻拦索的绷紧状态。当舰载机钩到任意1条阻拦索时,此条阻拦索上的静止刹车自动松开,使阻拦索在挂钩瞬间拉动的负载功率最小。其余3条阻拦索的静止刹车继续工作。
阻尼刹车模块:每个阻尼刹车模块包含1个“风冷式电磁涡流刹车”和若干“机械式防抱死刹车盘”。每根阻尼轴的9个阻尼刹车模块以(7台工作 2台备份)的模式参与阻拦作业。每次阻拦作业时,排在1号顺位的阻尼刹车模块作为基本刹车阻尼(以最小阻尼力矩夹住阻尼轴)。在阻尼轴和每个卷扬筒上安装若干测速、测力传感器。控制系统根据传感器的实测数据,及时算出舰载机的实际动能(速度和质量),换算出每个阻尼刹车模块需要产生的阻尼力矩数值。舰载机钩到阻拦索后的零点几秒内,排在2~7号顺位的阻尼刹车模块仍然处于松开状态,以便让阻拦索消化吸收掉瞬间冲击拉力,当阻拦索受到的冲击拉力变为常规拉力后,按照预定的延时间隔依次启动2~7号刹车阻尼模块(各模块的电磁阻尼力矩可以随时调节),间隔启动刹车模块可以降低阻拦索单位时间内的过载系数,确保阻拦索的受力曲线平稳过渡,使舰载机以最小过载停在跑道尽头(大约4/5处)。每次阻拦作业后,排在1号顺位的阻尼刹车模块自动转为备用模块,所有模块轮依此类推轮流参与阻拦作业。 如果舰载机越过第一条(测速)线时速度超过理论值,控制系统自动调大各刹车模块的阻尼力矩。 如果舰载机越过第二条(测速)线时速度仍然超标,备用控制系统启动,控制备用模块提供额外的辅助性阻尼力矩。
如果舰载机越过第三条(安全)线时速度还是超标,此时备用模块全功率运行。 每个阻尼刹车模块的磨损程度不同,同等条件下产生的阻尼功率也有差异,需要电脑根据实测数据统计出每个阻尼刹车模块的补偿系数。模块的机械式刹车盘直径有二种尺寸,可以产生不同等级的阻尼力矩,控制系统可以灵活调整阻尼曲线,刹车盘只在紧急状态下使用(电磁刹车发生故障,而此时航母还未完成全部舰载机的回收作业)。 阻尼轴预紧液压马达:通过离合器串联在阻尼轴上,当4条阻拦索全部完成回缩作业后,液压马达通过阻尼轴同时向4对卷扬筒施加预紧扭矩。当扭矩达到规定数值时,排在1号顺位的阻尼刹车模块以最小阻尼力矩夹住阻尼轴,液压马达与阻尼轴脱离接触。 张力平衡系统:阻拦索在工作一段时间后长度会发生变化,加上联轴器和单向离合器的累计工程安装误差,当阻尼轴反转同时向4条阻拦索施加预紧力时,各条阻拦索受到的张紧力会不一致,需要用液压张力平衡系统来平衡4条阻拦索的张紧力。 全部18个阻尼刹车模块里轮流保持4个模块作为备份,备用模块里的电磁刹车部分总共可以提供标准阻拦力矩28%的冗余力矩。全部模块的机械刹车部分总共可以提供标准阻拦力矩100%的冗余力矩。充足的冗余力矩可以允许阻尼系统带故障运行,只需控制系统临时屏蔽掉模块中有故障的部分,等完成全部舰载机的回收作业,再更换故障模块。 140节的速度约等于72米/秒,如果使用延时阻尼方案,现有航母的降落甲板长度显然不够安全,因此,本阻拦索方案只适用于“210号作品”里的航母方案(降落甲板长度330米)。当舰载机以140节通过甲板时,全程需要4。5秒,有足够长的降落跑道延时阻拦降落。
F-14战斗机停放时后掠角最大可达75?翼展10.15米,根据“罗斯福”号航母照片上的飞机比例估算,降落甲板上阻拦索跨度大约30~40米左右,卷扬筒轴心到阻拦索垂直转向定滑轮的距离大约是14~19米,因为卷扬筒长3米,第一圈线槽和最后一圈线槽的阻拦索受力方向会产生12度~9度的偏向夹角。为了防止阻拦索从垂直转向定滑轮上掉出来,需要安装导绳轮装置(固定式导绳轮安装在垂直转向定滑轮的前边;移动式导绳轮安装在卷扬筒前边,确保阻拦索垂直缠绕在卷扬筒线槽上)。阻拦索工作时会在一个(底边3,高19米)的三角形区域里呈扇面式移动。甲板内部的阻拦索在回缩时处于完全松弛状态,需要给阻拦索罩上一个三角形的安全罩(内嵌尼龙耐磨材料),既可以承托松弛状态下的阻拦索重量,又可以防止阻拦索意外绷断时伤人。
网络数据: 航空母舰上的4根阻拦索一般横置在着舰甲板中部上方,离飞行甲板高度100 毫米左右。4根阻拦索之间的间距各为10~12米。着舰区域在飞行甲板尾部50~55米处。飞机阻停距离为105~110米。美国航空母舰上装备的着舰减速装置通常可将速度达195公里/小时、重22.7吨的舰载飞机在92米内阻拦下来。 美国航母的MK-73型拦阻索缓冲器可使30吨重的舰载机以140节的速度着舰后滑跑91.5米停止。