硬式空中加油过程中的受油机飞行控制研究
发布时间：2021-09-21 22:30
空中加油发展至今已成为一种确切的有效增大飞机航程、延长飞机续航时间以及增加有效载荷的方法。硬式空中加油具有燃油传输快的优势,但对输油阶段中的受油机飞行控制要求高。本文针对硬式空中加油过程中的受油机飞行控制问题进行了探索与研究。首先,通过分析硬式空中加油各阶段的任务以及对受油机飞行控制系统的要求,得出在输油阶段需要解决的关键问题是变质量受油机动力学建模与相对位置保持控制。在考虑到受油机燃油质量变化的情况下,建立了受油机的六自由度非线性数学模型。其次,建立了受油机的油箱数学模型,给出了三种加油策略,并结合所建立的受油机非线性模型从受油机重心、惯性矩阵以及自然特性等三个方面研究分析了燃油传输对受油机运动的影响。分析表明在三种加油策略下燃油传输对受油机的纵向运动有较大的影响。再次,基于分层设计思想设计了受油机相对位置保持控制系统。基于自抗扰控制技术设计了内环控制器,将受油机的质量变化所造成的影响视为系统内部扰动,利用扩张状态观测器对其在线估计并于控制律中进行补偿。考虑到模型的不确定性,采用双幂次趋近律滑模控制方法设计受油机的外环控制器。通过李雅普诺夫函数证明了闭环系统是渐进稳定的。最后,在MA...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
KC-46A与F-16C硬式空中加油
硬式空中加油过程中的受油机飞行控制研究加油机 KC-767 是客机衍生型加油机，由商用波音-767 改装而成，可支持硬式和软式两种空中加油方式，目前已经被日本和意大利选用。2011 年，美国空军选用波音公司的修改版 KC-767AT，让波音公司为其建造新一代加油机 KC-46A，该型号加油机同样支持硬式和软式两种加油方式。KC-46A 作为美军的核心支持飞机，是基于商用波音-767 改装而成的一种战略运输机和空中加油机。与 KC-767 加油机相比，KC-46A 加油机具有更大的最大载油量，更大的燃油传输率。2016年，波音公司与美国空军对 KC-46A 原型机进行一系列的空中加油测试[7]，其中图 1.1 给出了KC-46A 加油机与 F-16C 战斗机的硬式空中加油测试场景。
图 1.3 KC-135 与 F-16 硬式空中加油 图 1.4 KC-130 与 F-18 软式空中加油表 1.1 硬式与软式空中加油系统的对比硬式空中加油系统 软式空中加油系统对受油机而言，容易对接 对受油机而言，锥套捕获困难可实现硬软混合式空中加油 只能实现软式空中加油可通过舵面控制伸缩管姿态 软管-锥套对气流扰动很敏感同一时间只能给一架飞机加油无直升机加油功能加油装置体积大，重量大，造价高可挂载多个加油吊舱，同时为多架飞机加油可采用低速锥套给直升机进行加油加油吊舱体重轻，造价相对较低硬式空中加油系统的加油装置体重庞大，但其燃油传输速率高，特别适合大型轰炸机、预警机的快速加油。单根伸缩管所能承受的最大燃油传输速率大约为 6000 lbs min(45.4 Kg s )，而单根软管锥套所能承受的燃油传输速率范围为 1500~2000 lbs min(11.3~15 Kg s )[13]。与大型轰炸机不同，战斗机所能接受的燃油传输速率范围为 1000~3000 lbs min(7.5~22.7 Kg s )[13]。因此，当给战斗机加油时硬式空中加油的主要优势，即加油速率快，将不再突出。但是如果给排
【参考文献】：
期刊论文
[1]刀尖上的舞蹈——空中加油[J]. 立文. 中国经贸导刊. 2017(03)
[2]KC-46A加油机完成首次空中加油试验[J]. 温杰. 航空世界. 2016(03)
[3]硬式空中加油装置动力学建模与仿真[J]. 张珊珊,唐瑞琳,高亚奎. 航空科学技术. 2015(12)
[4]基于双幂次趋近律的滑模控制方法[J]. 李慧洁,蔡远利. 控制与决策. 2016(03)
[5]硬式加油装置的凯恩法建模与仿真研究[J]. 杨朝星,刘洋洋,陆宇平. 飞行力学. 2014(06)
[6]空中加油系统的建模与控制技术综述[J]. 陆宇平,杨朝星,刘洋洋. 航空学报. 2014(09)
[7]飞行制导控制一体化设计方法综述[J]. 薛文超,黄朝东,黄一. 控制理论与应用. 2013(12)
[8]空中加油变质量建模与干扰补偿控制[J]. 刘娇龙,薛建平,董新民,王海涛,代峰. 飞行力学. 2013(04)
[9]一种新型滑模控制双幂次趋近律[J]. 张合新,范金锁,孟飞,黄金峰. 控制与决策. 2013(02)
[10]Von Karman模型三维大气紊流仿真理论与方法[J]. 高静,洪冠新,梁灶清. 北京航空航天大学学报. 2012(06)
硕士论文
[1]无人机空中加油会合阶段制导控制研究[D]. 宋海军.南京航空航天大学 2014
本文编号：3402615
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
KC-46A与F-16C硬式空中加油
硬式空中加油过程中的受油机飞行控制研究加油机 KC-767 是客机衍生型加油机，由商用波音-767 改装而成，可支持硬式和软式两种空中加油方式，目前已经被日本和意大利选用。2011 年，美国空军选用波音公司的修改版 KC-767AT，让波音公司为其建造新一代加油机 KC-46A，该型号加油机同样支持硬式和软式两种加油方式。KC-46A 作为美军的核心支持飞机，是基于商用波音-767 改装而成的一种战略运输机和空中加油机。与 KC-767 加油机相比，KC-46A 加油机具有更大的最大载油量，更大的燃油传输率。2016年，波音公司与美国空军对 KC-46A 原型机进行一系列的空中加油测试[7]，其中图 1.1 给出了KC-46A 加油机与 F-16C 战斗机的硬式空中加油测试场景。
图 1.3 KC-135 与 F-16 硬式空中加油 图 1.4 KC-130 与 F-18 软式空中加油表 1.1 硬式与软式空中加油系统的对比硬式空中加油系统 软式空中加油系统对受油机而言，容易对接 对受油机而言，锥套捕获困难可实现硬软混合式空中加油 只能实现软式空中加油可通过舵面控制伸缩管姿态 软管-锥套对气流扰动很敏感同一时间只能给一架飞机加油无直升机加油功能加油装置体积大，重量大，造价高可挂载多个加油吊舱，同时为多架飞机加油可采用低速锥套给直升机进行加油加油吊舱体重轻，造价相对较低硬式空中加油系统的加油装置体重庞大，但其燃油传输速率高，特别适合大型轰炸机、预警机的快速加油。单根伸缩管所能承受的最大燃油传输速率大约为 6000 lbs min(45.4 Kg s )，而单根软管锥套所能承受的燃油传输速率范围为 1500~2000 lbs min(11.3~15 Kg s )[13]。与大型轰炸机不同，战斗机所能接受的燃油传输速率范围为 1000~3000 lbs min(7.5~22.7 Kg s )[13]。因此，当给战斗机加油时硬式空中加油的主要优势，即加油速率快，将不再突出。但是如果给排
【参考文献】：
期刊论文
[1]刀尖上的舞蹈——空中加油[J]. 立文. 中国经贸导刊. 2017(03)
[2]KC-46A加油机完成首次空中加油试验[J]. 温杰. 航空世界. 2016(03)
[3]硬式空中加油装置动力学建模与仿真[J]. 张珊珊,唐瑞琳,高亚奎. 航空科学技术. 2015(12)
[4]基于双幂次趋近律的滑模控制方法[J]. 李慧洁,蔡远利. 控制与决策. 2016(03)
[5]硬式加油装置的凯恩法建模与仿真研究[J]. 杨朝星,刘洋洋,陆宇平. 飞行力学. 2014(06)
[6]空中加油系统的建模与控制技术综述[J]. 陆宇平,杨朝星,刘洋洋. 航空学报. 2014(09)
[7]飞行制导控制一体化设计方法综述[J]. 薛文超,黄朝东,黄一. 控制理论与应用. 2013(12)
[8]空中加油变质量建模与干扰补偿控制[J]. 刘娇龙,薛建平,董新民,王海涛,代峰. 飞行力学. 2013(04)
[9]一种新型滑模控制双幂次趋近律[J]. 张合新,范金锁,孟飞,黄金峰. 控制与决策. 2013(02)
[10]Von Karman模型三维大气紊流仿真理论与方法[J]. 高静,洪冠新,梁灶清. 北京航空航天大学学报. 2012(06)
硕士论文
[1]无人机空中加油会合阶段制导控制研究[D]. 宋海军.南京航空航天大学 2014
本文编号：3402615
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