空中受油管尾流特性研究

空中加油能力几乎已成为现代战斗机必备的标志之一，本文是针对某机加装固定式受油装置后座舱内出现的飞行员难以忍痛受的噪声开展攻关研究的成果，研究对象为固定式受油装置的关键部件-受油管，文中就圆形和两种流线型剖面的受油管尾流特性开展了理论，试验和空测对比研究。     

空间非合作目标燃料最优终端接近策略研究

针对一类姿轨控制系统失效的目标航天器实施空间救援等在轨服务任务。要求追踪航 天器跟踪到达指定目标点,对目标航天器进行在轨捕获,建立了目标航天器在空间自由翻滚 情况下追踪航天器跟踪目标点的动力学模型,并建立了安全无碰撞的燃料最优终端接近模型 。数学仿真表明,当初始条件合适时,燃料最优终端接近轨迹自然满足安全性要求。
     

基于受油能力的加油机效能分析

受油能力逐渐成为加油机设计的必备能力。然而现有的加油机效能分析方法没有考虑受油能力因素的影响。为了分析受油能力对加油机效能的影响,首先,通过对历史上典型加油机远程部署战例的分析,研究受油能力对加油机作战效能的影响。其次,对加油机机队加受油过程进行详细分析,并在此基础上建立基于受油能力的加油机机队能力模型。通过对单机种加油机机队的加油能力模型和基于受油能力的加油机机队加油能力模型进行分析,分析加油机具有受油能力对加油机机队加油效能的重大影响,从而为加油机设计提供参考。     

小管径超声波流量计去噪方法

超声波流量计中存在各种噪声,直接影响流量测量的精度。文章首先分析了小管径超声波流量计中噪声的来源,从实时性的角度出发,提出了一种直接对测量时间差进行去噪的方法,避免了对原始超声波信号进行采样、分析带来的实时性差的问题。针对随机噪声和声学噪声引起的时间差数据中的误差,以硬阈值小波滤波作为第一级滤波、中值加均值滤波为第二级滤波进行处理。通过流量测量实验,验证了去噪方法的有效性,结果表明,去噪后流量计的瞬时测量误差小于1%。     

考虑时间状态的敏捷自主在轨服务航天器高维运动规划研究

针对敏捷自主在轨服务航天器自身和所在复杂空间环境等特点,研究其在轨灵巧、精确服务的运动规划问题,提出了以平动、转动和时间为状态的改进的快速搜索随机树高维运动规划方法。仿真算例检验了该规划方法的有效性,结果表明它不仅满足敏捷自主在轨服务航天器在一定约束条件下按照指定时间到达指定地点的高维运动要求,而且对离线与在线规划两种模式也具备较强的适应性。
     

常规准则对加油机飞行品质评定的适用性

为了开展空中加油任务中加油机飞行品质的评定准则研究,对多组不同参数控制律的加油机进行了地面飞行品质评定模拟试验,研究了常规准则在加油机飞行品质评定中的适用性。结果表明:常规飞行品质准则边界不完全适用于评定加油机飞行品质;ζ_(sp)与CAP准则和ζ_(sp)与ω_(sp)T_(θ2)准则与空中加油任务中加油机的飞行品质要求相关性较差,单位迎角变化所引起的纵向过载与短周期自然频率组合能够在一定程度上反映该任务中加油机的飞行品质要求,带宽准则能够反映出空中加油任务对加油机俯仰姿态响应带宽的要求,但该任务对等效延迟时间的要求相比于带宽准则要低。     

在轨加注用超声波流量计的设计与试验

针对航天器在轨加注对推进剂流量的精确测量要求,研制了在轨加注用超声波流量计。在对传播时间法研究的基础上,提出流量计管路布局的设计要求,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)的方法模拟4种不同管路布局(直角型、45°锐角型、直线型和圆弧型)对流体速度分布的影响,对比得到了优化的管路布局。信号处理电路使用斩波稳定比较器,通过阈值比较法,保证了传播时间的测量精度。流量计经标定后,在量程（0～150g/s）范围内可达到0.1%的测量精度。为了验证在轨加注过程中流量计的作用,在地面环境下进行了在轨加注地面模拟试验,试验表明超声波流量计在推进剂在轨加注中使用是可行的和必要的。     

基于双目视觉的自动空中加油近距导航方法

为解决插头锥管式自动空中加油中的近距精确导航问题,提出了一种基于双目视觉的近距导航方法.该方法使用受油机上的两个摄像机拍摄加油锥管端面上光学标记的图像,采用轮廓跟踪法检测图像中的光斑区域,并将其灰度重心作为光学标记的像点,根据对极几何约束完成像点的匹配,利用空间圆形拟合法计算加油锥管的位置和姿态.建立了空中加油的三维虚拟场景对该导航方法进行仿真验证,仿真结果表明,该方法在近距离加油对接时具有很高的位置和姿态测量精度,可以满足自动空中加油的需要.      

自动空中加油阶段加油机尾涡流场建模与仿真

针对自动空中加油技术对于加油机尾涡精确建模的需要,通过分析大型加油机机翼尾涡形成机理和运动规律,运用改进的马蹄涡理论方法建立了较精确的考虑尾涡衰减和扩散特性的尾涡空间流场计算模型,之后将此流场模型在受油机质心处线性化,并采用平均化的方法计算得到受油机受到的平均风分量和风梯度值,在分析受油机受扰运动中利用气动等效的方法将尾涡对受油机的影响模型加入到受油机非线性全量方程中.在此基础上利用Matlab/Simulink搭建仿真平台对空中加油阶段受油机扰动运动进行了仿真验证.仿真结果表明,所建立的尾涡模型能够反映受油机受扰后的动态特性,与有人机飞行员的飞行经验相符,该模型还可用于大型飞机起飞飞行安全和近距编队飞行的扰动分析.     

Modeling and simulation of a time-varying inertia aircraft in aerial refueling

Studied in this paper is dynamic modeling and simulation application of the receiver aircraft with the time-varying mass and inertia property in an integrated simulation environment which includes two other significant factors, i.e., a hose–drogue assembly dynamic model with the variable-length property and the wind effect due to the tanker's trailing vortices. By extending equations of motion of a fixed weight aircraft derived by Lewis et al., a new set of equations of motion for a receiver in aerial refueling is derived. The equations include the time-varying mass and inertia property due to fuel transfer and the fuel consumption by engines, and the fuel tanks have a rectangle shape rather than a mass point. They are derived in terms of the translational and rotational position and velocity of the receiver with respect to an inertial reference frame. A linear quadratic regulator(LQR) controller is designed based on a group of linearized equations under the initial receiver mass condition. The equations of motion of the receiver with a LQR controller are implemented in the integrated simulation environment for autonomous approaching and station-keeping of the receiver in simulations.