特色应用:不同任务中舰载机保障作业的动态调度研究涉及多种保障资源(可再生资源包括保障作业人员和保障设备,不可再生资源包括油料、氧气、氮气、液压、电力等),作业活动需满足串行和并行约束关系,多重约束(可再生资源约束、不可再生资源约束、作业空间约束)等复杂的调度过程。这些资源的有效协调可以描述为不确定环境下的多资源约束多项目调度问题(MRCMPSP)。本文建立了舰载机动态保障调度的整数规划数学模型,解决了非确定性多项式时间难(NP-hard)问题。针对不确定、动态的环境,受到预测控制技术中的滚动时域(RH)优化方法的启发,提出了一种周期性、事件驱动的滚动时域(RH)调度策略。 RH策略不仅降低了问题规模,而且在合理的计算时间内有效地调整了基线调度,避免了在动态飞行甲板环境下不必要的调度,实现了资源的有效分配。设计了双种群遗传算法(DPGA)来解决大规模调度问题。计算结果
现代美国航空母舰和舰载机联队 美国目前拥有两支航空母舰舰队。大多数人一听到“航空母舰”这个词就会想到第一种,即大型平甲板航母,美国海军目前拥有 11 艘此类航母。每艘航母最多可容纳约 75 架飞机,合称为航母舰载机联队,具备弹射起飞和尾钩降落能力。1 目前,美国海军拥有 9 个航母舰载机联队,数量少于航母本身,因为飞机不需要像舰船那样进行漫长的维护和训练周期。2 这些飞机通常包括 44 架 F/A-18 大黄蜂或超级大黄蜂战斗机、5 架电子战飞机、4 架机载控制飞机、8 架反潜战飞机、2 架运输机和 8 至 11 架直升机,用于从反潜战到搜索和救援的各种目的。(换句话说,通常有四个 F/A-18 战斗机中队。通常还有一个直升机中队、一个电子战飞机中队、一个机载指挥和控制飞机中队和一个反潜战飞机中队。3 )随着时间的推移,航母舰队将包括 F-35C、鱼鹰倾转旋翼机,最终可能还会包括未来衍生的无人舰载空中监视和打击 (UCLASS) 飞机。它们将取代一些较旧的“大黄蜂”战斗机、C-2 飞机,或许还有其他系统。4
过去 20 年来,美国海军航空兵的重点和能力发生了巨大变化,但情况并不乐观。它过去和传统上专注于远程能力和深度打击任务,现在则专注于降低维护成本和提高飞机出动率。冷战结束后,美国拥有强大的实力和宽松的环境,但包括中国在内的新兴大国崛起,以及其对反介入/区域拒止 (A2/AD) 战略和能力的追求,包括射程 1,000 海里 (nm) 可击沉航母的东风-21 反舰弹道导弹,现在有可能将海军推回到其航母舰载机联队的射程之外。这种推回将限制海军投射力量的能力,从而破坏美国的信誉以及美国与其盟友和伙伴在过去 70 年中努力建立的全球国际治理体系的有效性。
为了给舰载机的适航性提供参考,本文对尾喷流场及其对飞行甲板的影响进行了研究。首先建立了航空母舰和舰载机的几何模型,并在此基础上划分了非结构化四面体网格进行数值分析。然后,本文对4架舰载机在舰首准备起飞时尾喷流场进行了数值模拟,以评估其对喷气导流板(JBD)和飞行甲板的影响。分析过程中采用了标准k-ε方程、三维N-S方程和计算流体力学(CFD)理论。在求解方程时,还考虑了风和射流的热耦合。利用CFD软件FLUENT模拟给出了速度和温度分布。结果表明:(1)该解析方法可以用于模拟具有复杂几何模型的气动问题,且结果可靠性高;(2)通过分析可以优化安全工作区、JBD安装方案和起飞位置布置。
外环控制因素是影响飞行员在最后进近期间手动调节下滑道、迎角和队列的能力的因素。本报告集中讨论前两个因素,即下滑道和迎角。目标是确定确保有效外环控制的关键属性,然后检查现有设计要求如何很好地解决这些属性。飞行品质和性能要求的组合适用于此领域,包括 MIL-F-8785C、MIL-STD-1797A 和海军的进近速度标准。首先,报告回顾了该主题的历史背景,讨论了技术方法,并预览了要应用的分析工具。其次,它给出了外环控制的状态,包括对航母着陆任务的描述、现有飞机特性以及一些描述飞行中模拟航母进近的数据。接下来的描述包含任务、飞机和飞行员的数学模型组件。报告的主要部分介绍了一系列有助于确定关键外环控制特性的分析。最后一部分给出了实施结果的结论和建议。技术方法适用
针对舰载机拦阻过程中甲板着舰空间有限所带来的安全问题,建立了舰载机着舰拦阻动力学模型,基于批量仿真方法定义飞机拦阻过程中横侧向动力学安全包线,研究拦阻过程中包线内关键点的动态响应。随后,基于合理的安全评价指标,研究发动机推力、飞机质量对拦阻安全包线的影响,给出甲板拦阻的安全状态包线。然后,利用特有的Hamilton-Jacobi偏微分方程,通过反演得到舰载机着舰拦阻过程中横侧向动力学安全包线。结果表明,发动机推力、着舰质量对拦阻安全边界内的偏航角影响不大。另外,发动机推力和飞机质量对拦阻安全边界内的偏航角影响不大。