受油机飞行边界数值认定仿真研究

受油包线范围的确定对硬式空中加油的成功对接、安全加油具有重要意义.本文提出了一种不同干扰等级下受油机飞行边界数值认定方法.首先,通过解算KC-135加油机的硬管包线给出受油机的加油可行范围.其次,在分析受油机纵向及横侧向运动模型的基础上,设计受油机多模态双闭环控制系统,使受油机速度、姿态角、位置等状态量能够稳定保持.最...     

执行器故障的挠性航天器姿态滑模容错控制

针对挠性航天器执行器卡死与失效故障的姿态稳定控制问题,提出一种改进型滑模容错控制策略.与传统的滑模控制相比,该方法能削弱传统滑模控制中抖振现象对姿态控制精度的影响,且它采用自适应技术在线估计系统中的不确定参数,从而保证控制性能对外部干扰、不确定甚至时变转动惯量具有良好的鲁棒性.该控制器并不需要任何在线或离线的故障信息,...     

受油机精确跟踪飞行时的侧向稳定性

空中加油过程中 ,在供油机的旋涡系统流场作用下 ,受油机的侧向扰动运动具有不稳定的振荡模态。采用驾驶员传递函数 ,对驾驶员 -受油机闭环系统的稳定特性进行了计算。结果表明 ,按滚转角对飞机进行反馈控制时 ,不能使该不稳定模态变为稳定模态。按侧向位移对飞机进行反馈控制时 ,可以使不稳定模态转变为稳定模态 ,但驾驶员传递函数中的放大系数必须严格控制在某一适当范围内 ,说明驾驶员必须十分精确地操纵飞机 ,才能使受油机获得闭环稳定性     

航天器有限时间自适应姿态跟踪容错控制

非刚体航天器存在时变的惯量、执行器完全失效或衰退故障以及外界干扰的情况,提出一种有限时间自适应姿态跟踪容错控制方法。首先,基于有限时间理论和自适应方法,设计惯量不确定性自适应估计项和外界干扰参数自适应估计项进行系统补偿,克服惯量不确定性和抑制外界干扰;然后,基于容错控制和双幂次方法,设计一种自适应有限时间姿态跟踪容错控制算法,并且利用Lyapunov稳定性理论证明所提算法能够保证航天器姿态跟踪系统实际有限时间稳定;最后,对仿真结果进行验证。结果表明:所提有限时间姿态跟踪容错控制方法是有效的。     

插头锥管式受油机纵向飞行控制研究

分析了空中加油对接过程中受油机受到的各种扰动,阐述了插头锥管加油方式受油机的纵向飞行控制原理。在此基础上,采用μ方法设计了受油机的纵向鲁棒飞行控制律。受油机俯仰角指令的响应结果表明,系统具有较好的跟踪能力和干扰抑制能力。     

基于有限状态机的平滑航迹指令生成器设计

在空中加油近距对接段,加、受油机距离较近,且极易受到气流扰动等外部因素影响,受油机使用常规航迹指令进行跟踪控制时容易造成舵面偏转剧烈,从而引发安全事故,针对上述情形,重新定义加、受油机间关键相对位置及其状态转换逻辑,同时设计三种受油机的应急机动动作增加对接过程的安全性,之后采用有限状态机通过三次多项式拟合的方式对航迹进行平滑处理,并使用仿真工具软件可实现在空中加油近距对接段各状态间的安全逻辑转换,通过使用该指令生成器能够快速、稳定、安全的实现整个近距对接任务。     

非线性动态逆空中加油自主对接控制

为实现无人机空中加油自主对接控制,建立了尾流影响下的UAV六自由度模型。基于非线性动态逆,设计了空中加油自主对接控制律。在常规非线性动态逆控制律设计的基础上,改进了航迹、姿态、角速率和自动油门等回路。通过设计航迹跟踪控制律和动态逆自动油门,实现了对锥套位置的跟踪和对接;考虑协调转弯约束和爬升速率约束,在设计过程中以姿态角代替气流角,克服了气流角控制带来的幅值、速率过大的问题,使受油机的控制更加稳定。最后通过仿真,验证了动态逆自主对接控制律的有效性。     

航天器自适应快速非奇异终端滑模容错控制

针对存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定、控制器饱和以及执行器故障的航天器姿态跟踪控制问题,提出了基于自适应快速非奇异终端滑模的有限时间收敛控制方案。通过引入能够避免奇异点的具有有限时间收敛特性的快速非奇异终端滑模面,设计了满足多约束的有限时间姿态跟踪容错控制器,并利用参数自适应方法使控制器设计不依赖于系统惯量信息和外部干扰的上界。此外,所设计的控制器显式考虑了执行器输出力矩的饱和幅值特性,使航天器在饱和幅值的限制下完成姿态跟踪控制任务,并且无须进行在线故障估计。Lyapunov稳定性分析表明：在外部干扰、转动惯量矩阵不确定、控制器饱和以及执行器故障等约束条件下,所设计的控制器能够保证闭环系统的快速收敛性,而且对控制器饱和与执行器故障具有良好的容错性能。数值仿真校验了该控制器在姿态跟踪控制中的优良性能。     

受油机对加油机的约束研究

受油机的类型、尺寸、吨位、受油形式、机群组成以及受油体制等因素对加油机会形成一定约束作者在分析各种约束的基础上,揭示了受油机对加油机发展的牵引作用。     

加油机喷流对受油机的气动干扰机理

针对软式平台(HDB)、软式吊舱(HDP)和硬式平台(FB)3种典型加油方案研究了喷流对加油流场的影响。采用结构化多块网格和雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程,通过带涡轮动力模拟器(TPS)和翼身组合体构型DLR-F6对数值方法进行了验证。通过对3种典型的空中加油方案进行数值模拟,并和不考虑喷流效应的空中加油流场进行对比,详细研究了不同加油方案中加油机喷流对受油机气动特性的干扰作用。结果表明:受油机升力系数、阻力系数以及低头力矩与无喷流相比均有增大。受油机在硬式平台加油方案中受喷流影响最小,但其横航向气动特性在软式吊舱加油方案中受加油机喷流影响较大。喷流对受油机的气动干扰主要表现在提高受油机来流动压、改变局部迎角以及对周边气流的引射作用,这些因素会导致受油机表面压力与无喷流相比发生较大变化。其中,局部迎角的改变是由喷流的加速效应及其对尾涡的耗散作用导致的。