考虑头波效应影响的自主空中加油对接技术研究
发布时间：2021-11-05 20:55
无人机作战方式日渐多样,作战能力日益突出,已成为现代战争中重要的空中作战力量。自主空中加油技术可使无人机航程加大、续航时间增长、载重能力提升、战斗力倍增。但在对接过程中,当受油机缓慢靠近加油锥套时,锥套会在受油机头波作用下远离受油机头部,导致对接失败,造成危险。无人机为满足载重、隐身等需求多采用飞翼式布局,但飞翼式无人机头波缺乏有效建模方法,迫切需要对头波进行建模并在此基础上提出新的控制策略。首先针对自主空中加油对接技术的任务需要,建立了加/受油机的六自由度非线性动力学方程,完成飞行器在平直匀速飞行状态配平,对大气紊流模型与加油机尾流模型进行建模,并在此基础上建立了软管锥套动力学模型。然后采用半兰金体模型、拟合半兰金体模型建立常规布局受油机头波模型,采用基于BP神经网络的头波建模方法建立飞翼式布局受油机头波模型,并对不同对接环境、对接方式、受油机类型、软管材料下头波对软管锥套的扰动情况进行仿真分析。通过将神经网络头波模型与CFD数据对比发现两者差距较小,可以较为精确地模拟飞翼式布局飞机头波。仿真结果表明,常规布局飞机头波使锥套向偏离受油机头部的斜上方运动、飞翼式布局飞机头波使锥套向正上...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硬式空中加油软式空中加油也称为软管—锥套式加油系统，主要由输油软管卷盘装置、
第1章绪论-3-国外对空中加油技术研究起步较早，现在已经建立了较为完善的理论模型，尤其对其动力学系统和控制系统的研究较为深入。国外的相关研究人员建立了从会合到分离的各个阶段的系统动力学模型，分析了在各种风场扰动情况下软式加油装置的动力学响应，并利用计算机模拟不同工况条件，取得了大量的仿真数据。(a)双机空中加油(b)FRLMk32B-753加油吊舱(c)加油锥套图1-2软式空中加油美国国家航空航天局(NASA)在自主编队飞行计划(AutonomousFormationFlight,AFF)的基础上开展了一系列自主空中加油技术的验证试验，验证了自主空中加油技术的可行性。2004年NASADryden飞行研究中心为建立软式空中加油系统的动态模型，开展了一项飞行研究计划，以便进一步研发自主空中加油系统[5]。该飞行测试得到了考虑诸如飞行条件、加油机类型、加油软管和受油插头的类型等多种因素的动力学模型。2006年，NASA开始针对软式加油方式展开自主空中加油研究，其目标是建立整个空中加油系统的数学模型。2010年，美国国防预研局与诺斯洛普格鲁曼公司签订了自主高空加油计划KQ-X。该计划目的是使一架“全球鹰”无人机能自主给另一架“全球鹰”无人机进行空中加油，使“全球鹰”的续航时间可以达到数天，如图1-3所示。与此同时，安装于X-47B的飞行控制软硬件原型版本研究成功，并在随后的测试中验证了其空中加油控制能力。图1-3自主高空加油计划KQ-X
自主高空加油计划KQ-X
【参考文献】：
期刊论文
[1]IFSTA自主空中加受油控制策略及模态分析[J]. 华艺欣,邵翥. 测控技术. 2020(03)
[2]基于变权重变异鸽群优化的无人机空中加油自抗扰控制器设计[J]. 费伦,段海滨,徐小斌,鲍瑞,孙永斌. 航空学报. 2020(01)
[3]软管弯矩对空中加油软管-锥套建模影响分析[J]. 张晓非,胡孟权,田鹏云. 飞行力学. 2018(02)
[4]不确定环境下的软管-锥套建模及控制研究[J]. 吴玲,孙永荣,黄斌,朱云峰. 计算机工程与应用. 2017(18)
[5]软管-锥套式空中加油动态建模与性能分析[J]. 吴玲,孙永荣,黄斌,朱云峰,刘建业. 南京航空航天大学学报. 2016(06)
[6]Modeling and simulation of bow wave effect in probe and drogue aerial refueling[J]. Dai Xunhua,Wei Zibo,Quan Quan. Chinese Journal of Aeronautics. 2016(02)
[7]软式空中加油受油机头波数值仿真分析[J]. 王健,董新民,徐跃鉴,王海涛,刘娇龙,石超. 飞行力学. 2016(01)
[8]空中加油软管锥套组合体甩鞭现象动力学建模与分析[J]. 王海涛,董新民,郭军,刘娇龙,王健. 航空学报. 2015(09)
[9]Dynamic modeling of a hose-drogue aerial refueling system and integral sliding mode backstepping control for the hose whipping phenomenon[J]. Wang Haitao,Dong Xinmin,Xue Jianping,Liu Jiaolong. Chinese Journal of Aeronautics. 2014(04)
[10]软管式自主空中加油对接阶段中的建模与控制综述[J]. 全权,魏子博,高俊,张瑞峰,蔡开元. 航空学报. 2014(09)
博士论文
[1]软式空中加油气动相容性及动态特性研究[D]. 陈乐乐.南京航空航天大学 2017
硕士论文
[1]无人机空中加油对接引导技术[D]. 陈冠宇.南京航空航天大学 2019
[2]无人机自主空中加油对接控制技术研究[D]. 张博连.哈尔滨工业大学 2018
[3]空中加油软管收放过程中动态特性研究[D]. 彭程.南京航空航天大学 2018
[4]软管锥套运动的动力学建模与控制[D]. 张进.南京航空航天大学 2016
[5]自主空中加油受油机精确控制与仿真[D]. 项林杰.南京航空航天大学 2015
[6]飞行器拖曳系统气动特性数值模拟研究[D]. 刘钒.中国空气动力研究与发展中心 2014
本文编号：3478496
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硬式空中加油软式空中加油也称为软管—锥套式加油系统，主要由输油软管卷盘装置、
第1章绪论-3-国外对空中加油技术研究起步较早，现在已经建立了较为完善的理论模型，尤其对其动力学系统和控制系统的研究较为深入。国外的相关研究人员建立了从会合到分离的各个阶段的系统动力学模型，分析了在各种风场扰动情况下软式加油装置的动力学响应，并利用计算机模拟不同工况条件，取得了大量的仿真数据。(a)双机空中加油(b)FRLMk32B-753加油吊舱(c)加油锥套图1-2软式空中加油美国国家航空航天局(NASA)在自主编队飞行计划(AutonomousFormationFlight,AFF)的基础上开展了一系列自主空中加油技术的验证试验，验证了自主空中加油技术的可行性。2004年NASADryden飞行研究中心为建立软式空中加油系统的动态模型，开展了一项飞行研究计划，以便进一步研发自主空中加油系统[5]。该飞行测试得到了考虑诸如飞行条件、加油机类型、加油软管和受油插头的类型等多种因素的动力学模型。2006年，NASA开始针对软式加油方式展开自主空中加油研究，其目标是建立整个空中加油系统的数学模型。2010年，美国国防预研局与诺斯洛普格鲁曼公司签订了自主高空加油计划KQ-X。该计划目的是使一架“全球鹰”无人机能自主给另一架“全球鹰”无人机进行空中加油，使“全球鹰”的续航时间可以达到数天，如图1-3所示。与此同时，安装于X-47B的飞行控制软硬件原型版本研究成功，并在随后的测试中验证了其空中加油控制能力。图1-3自主高空加油计划KQ-X
自主高空加油计划KQ-X
【参考文献】：
期刊论文
[1]IFSTA自主空中加受油控制策略及模态分析[J]. 华艺欣,邵翥. 测控技术. 2020(03)
[2]基于变权重变异鸽群优化的无人机空中加油自抗扰控制器设计[J]. 费伦,段海滨,徐小斌,鲍瑞,孙永斌. 航空学报. 2020(01)
[3]软管弯矩对空中加油软管-锥套建模影响分析[J]. 张晓非,胡孟权,田鹏云. 飞行力学. 2018(02)
[4]不确定环境下的软管-锥套建模及控制研究[J]. 吴玲,孙永荣,黄斌,朱云峰. 计算机工程与应用. 2017(18)
[5]软管-锥套式空中加油动态建模与性能分析[J]. 吴玲,孙永荣,黄斌,朱云峰,刘建业. 南京航空航天大学学报. 2016(06)
[6]Modeling and simulation of bow wave effect in probe and drogue aerial refueling[J]. Dai Xunhua,Wei Zibo,Quan Quan. Chinese Journal of Aeronautics. 2016(02)
[7]软式空中加油受油机头波数值仿真分析[J]. 王健,董新民,徐跃鉴,王海涛,刘娇龙,石超. 飞行力学. 2016(01)
[8]空中加油软管锥套组合体甩鞭现象动力学建模与分析[J]. 王海涛,董新民,郭军,刘娇龙,王健. 航空学报. 2015(09)
[9]Dynamic modeling of a hose-drogue aerial refueling system and integral sliding mode backstepping control for the hose whipping phenomenon[J]. Wang Haitao,Dong Xinmin,Xue Jianping,Liu Jiaolong. Chinese Journal of Aeronautics. 2014(04)
[10]软管式自主空中加油对接阶段中的建模与控制综述[J]. 全权,魏子博,高俊,张瑞峰,蔡开元. 航空学报. 2014(09)
博士论文
[1]软式空中加油气动相容性及动态特性研究[D]. 陈乐乐.南京航空航天大学 2017
硕士论文
[1]无人机空中加油对接引导技术[D]. 陈冠宇.南京航空航天大学 2019
[2]无人机自主空中加油对接控制技术研究[D]. 张博连.哈尔滨工业大学 2018
[3]空中加油软管收放过程中动态特性研究[D]. 彭程.南京航空航天大学 2018
[4]软管锥套运动的动力学建模与控制[D]. 张进.南京航空航天大学 2016
[5]自主空中加油受油机精确控制与仿真[D]. 项林杰.南京航空航天大学 2015
[6]飞行器拖曳系统气动特性数值模拟研究[D]. 刘钒.中国空气动力研究与发展中心 2014
本文编号：3478496
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