自主空中加油变质量无人机建模与控制

针对空中加油任务中无人作战飞机(UCAV)的位置保持问题,进行了变质量UCAV的动力学建模与控制律设计.综合考虑了燃油传输对UCAV质量、惯性矩阵和质心位置的影响,基于相对惯性系的状态变量,推导了UCAV的动力学方程.建立了一个简单的油箱模型来模拟加油过程,设计了H∞最优控制律来实现UCAV的位置保持.通过非线性仿真,分析了燃油传输带来的动力学影响,仿真结果验证了模型的有效性和控制律的性能.     

21世纪经典武器系列“军旗”系统攻击机法国海军航空兵的多面手

“超级军旗”（Super Etendard）是一种适合中低空作战的超声速攻击战机，经过改进后配置有复杂精确的导航攻击系统和航电装备，以及多款精确制导攻击武器，加上可由加油机加油或是友机之间的合资企业式空中加油方式，可大幅增加作战航程，在“陈风”（Rafale）战机大量服役前是法国海军“戴高乐”（Charles de gaulle）号航空母舰上的唯一攻击武力。     

"直接升力控制"空中加油控制系统模拟

研究采用“直接升力控制系统”，在俯仰角保持不变（θ=const)的情况下，空中加油时飞机的飞行动力学和飞行控制问题。采用F-15飞机（静不安定飞机）参数，完成了飞机空中加油过程线代模型的建立和运动关系的推导；进行了空中加油闭环过程的计算机模拟；结果证明这种方法是有效的。     

飞机最大飞行重量探讨

在1923年人类历史上首次真正意义上的空中加油试验获得成功之后,空中加油技术不断发展。1948年6月30日,美国成立了世界上首批空中加油机部队,即美国第43空中加油机中队和第509空中加油机中队。随后,这支部队的规模迅速壮大。到1954年,美国空军建成了由683架加油机组成的32个中队。     

A guidance law for UAV autonomous aerial refueling based on the iterative computation method

The rendezvous and formation problem is a significant part for the unmanned aerial vehicle（UAV） autonomous aerial refueling（AAR） technique. It can be divided into two major phases： the long-range guidance phase and the formation phase. In this paper, an iterative computation guidance law（ICGL） is proposed to compute a series of state variables to get the solution of a control variable for a UAV conducting rendezvous with a tanker in AAR. The proposed method can make the control variable converge to zero when the tanker and the UAV receiver come to a formation flight eventually. For the long-range guidance phase, the ICGL divides it into two sub-phases： the correction sub-phase and the guidance sub-phase. The two sub-phases share the same iterative process. As for the formation phase, a velocity coordinate system is created by which control accelerations are designed to make the speed of the UAV consistent with that of the tanker.The simulation results demonstrate that the proposed ICGL is effective and robust against wind disturbance.     

Dynamic modeling of a hose-drogue aerial refueling system and integral sliding mode backstepping control for the hose whipping phenomenon

Dynamic modeling of a hose-drogue aerial refueling system（HDARS） and an integral sliding mode backstepping controller design for the hose whipping phenomenon（HWP） during probe-drogue coupling are studied. Firstly, a dynamic model of the variable-length hose-drogue assembly is built for the sake of exploiting suppression methods for the whipping phenomenon.Based on the lumped parameter method, the hose is modeled by a series of variable-length links connected with frictionless joints. A set of iterative equations of the hose＇s three-dimensional motion is derived subject to hose reeling in/out, tanker motion, gravity, and aerodynamic loads accounting for the effects of steady wind, atmospheric turbulence, and tanker wake. Secondly,relying on a permanent magnet synchronous motor and high-precision position sensors, a new active control strategy for the HWP on the basis of the relative position between the tanker and the receiver is proposed. Considering the strict-feedback configuration of the permanent magnet synchronous motor, a rotor position control law based on the backstepping method is designed to insure global stability. An integral of the rotor position error and an exponential sliding mode reaching law of the current errors are applied to enhance control accuracy and robustness. Finally,the simulation results show the effectiveness of the proposed model and control laws.     

视觉辅助的无人机自主空中加油建模与仿真

为准确获得插头锥套式空中加油过程中无人机与锥套的相对位姿信息,提出了机器视觉辅助的插头锥套式无人机自主空中加油仿真方案,开发了基于Open CV,Simulink及Vega Prime视景仿真技术的闭环仿真系统.研究了机器视觉识别跟踪锥套的图像处理算法,利用Kalman滤波算法估计无人机与锥套的相对位姿.仿真结果表明,机器视觉算法可以准确识别跟踪锥套,滤波器状态估计的收敛速度较快,无人机姿态角变化范围较小,保证了插头锥套式无人机自主空中加油的平稳安全对接.     

空中加油软管“甩鞭”现象安全性分析与仿真验证

对于软管式空中加油系统，由于受到加油机尾流、大气紊流、受油机艏波、飞行员操作水平、燃油压力脉动等各种因素干扰，加油软管难以稳定在平衡位置，在对接时常发生软管“甩鞭”现象（HWP）。软管“甩鞭”现象严重影响了空中加油任务的安全性，降低对接成功率，是空中加油过程的一种典型危险。基于系统理论事故模型和过程模型（STAMP）理论和系统理论过程分析（STPA）方法对空中加油过程的典型危险——HWP，开展了具体的致因分析，从控制模型的角度系统分析导致HWP发生的不安全行为和相应的致因场景，从系统层、不安全控制行为层和致因因素层分别提出避免空中加油软管HWP发生的一系列安全约束。根据软管HWP的危险功能控制结构，利用Simulink工具搭建仿真验证平台，以对接速度、卷盘机构控制、软管长度关键致因为模型输入，验证所提安全约束的准确性和可行性。      

稳定伞变阻尼过程动态特性研究

对稳定伞变阻尼过程的动态特性进行了研 究,仿真分析了稳定伞变阻尼时软管 椎套系统的动态响应过程。研究结果表明,通过改变伞撑角达到控制稳定伞阻尼的目的,从而使得加油装置下沉高度发生改变,达到控制加油锥套的位置。