【摘要】：現(xiàn)代軍事活動(dòng)中,由于飛機(jī)攜帶燃油量的限制,嚴(yán)重制約了其航行距離、起飛重量以及戰(zhàn)略部署�？罩屑佑图夹g(shù)具有增大飛機(jī)航程和有效載荷,延長續(xù)航時(shí)間的作用,能夠很好的解決上述問題。本文針對自主空中加油對接過程中受油機(jī)的精確控制問題展開了深入的研究。首先,建立了受油機(jī)六自由度動(dòng)力學(xué)模型、加油錐套運(yùn)動(dòng)模型以及大氣紊流模型。根據(jù)空中加油對接段的特點(diǎn),將對接過程分為三個(gè)階段進(jìn)行,并給出受油機(jī)各階段跟蹤指令以及判斷受油機(jī)與加油錐套對接成功與否的指標(biāo)要求。其次,設(shè)計(jì)了基于LQR最優(yōu)控制的受油機(jī)對接跟蹤控制系統(tǒng)。為使受油機(jī)能夠穩(wěn)定跟蹤加油錐套并實(shí)現(xiàn)與加油錐套的平滑對接,根據(jù)由相對導(dǎo)航系統(tǒng)測量得到的受油機(jī)與加油錐套的相對位置關(guān)系,利用LQR最優(yōu)控制方法設(shè)計(jì)了對接跟蹤控制系統(tǒng)的制導(dǎo)律和控制律,實(shí)現(xiàn)了受油機(jī)與加油錐套的精確對接。再次,設(shè)計(jì)了基于動(dòng)態(tài)逆和魯棒動(dòng)態(tài)逆控制的受油機(jī)對接跟蹤控制系統(tǒng)。利用動(dòng)態(tài)逆控制方法設(shè)計(jì)了對接跟蹤控制系統(tǒng)的制導(dǎo)律和控制律,實(shí)現(xiàn)受油機(jī)與加油錐套的精確對接。并且考慮當(dāng)外部環(huán)境出現(xiàn)干擾時(shí)內(nèi)回路動(dòng)態(tài)逆控制器計(jì)算產(chǎn)生的逆誤差,通過H?回路成形控制方法在線補(bǔ)償提高控制器的魯棒性,從而抑制外部環(huán)境帶來的擾動(dòng),保證受油機(jī)與加油錐套的精確對接。最后,在MATLAB數(shù)字仿真環(huán)境中建立了自主空中加油對接段受油機(jī)控制仿真結(jié)構(gòu),在無大氣紊流干擾和有大氣紊流干擾兩種不同情形下,對設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行驗(yàn)證,分析系統(tǒng)的精確性、穩(wěn)定性及魯棒性,判斷受油機(jī)與加油錐套的對接是否成功。仿真結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的控制器能夠在大氣紊流干擾的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)受油機(jī)與加油錐套的精確跟蹤和對接。
【圖文】：

空中加油方式分兩種：“插頭-錐套”式（也稱軟管式）和“伸縮套管”式（也稱硬管式），如圖 1.1 所示。軟管式加油方法可進(jìn)行多機(jī)同時(shí)加油，加油速度相對較慢，每分鐘在 1500 磅到 2000 磅之間。硬管式加油方法由加油機(jī)上的油管操作員操縱油管方向，將油管準(zhǔn)確的對向受油口，加油速度快，可以達(dá)到每分鐘 6000 磅[6]。空中加油的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)復(fù)雜的過程，一般將其分為 4 個(gè)階段：會(huì)合階段、跟蹤對接階段、加油保持階段以及脫離階段。其中，對接段在整個(gè)過程中屬于關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是整個(gè)加油過程能否順利進(jìn)行的前提，也是空中加油技術(shù)研究的難點(diǎn)問題。隨著空中加油技術(shù)的不斷完善以及加油設(shè)備的不斷更新，人們逐漸把目光轉(zhuǎn)向研究通過自動(dòng)駕駛的方式來完成空中加油任務(wù)。美國空軍實(shí)驗(yàn)室(Air Force Research Laboratory,AFRL)在這方面的研究走在了世界的前列，采用GPS與光電技術(shù)相結(jié)合成功實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)自主空中加油技術(shù)(Autonomous Aerial Refueling, AAR)的可行性驗(yàn)證。2006年8月，美國波音公司完成了AAR項(xiàng)目的試飛，成功驗(yàn)證了兩架自主飛行的飛機(jī)在空中保持穩(wěn)定相對位置的技術(shù)。未來空中加油技術(shù)的發(fā)展方向是通過不斷更新和完善飛控技術(shù)，，設(shè)計(jì)出符合要求的自動(dòng)駕駛儀，使飛機(jī)自主操縱完成加油任務(wù)。因此，展開針對AAR關(guān)鍵技術(shù)的研究顯得非常有意義。

駕駛員操作完成加油試飛驗(yàn)證。②駕駛員操作加油機(jī)最終實(shí)現(xiàn)無人機(jī)之間的加油試飛驗(yàn)證。目前，國外很如，2005~2007 年間，美國國家航空航天局(National SA)進(jìn)行的“插頭-錐套”式無人機(jī)空中加油試飛，成功性[8]，整個(gè)流程如圖 1.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V249

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3 劉f

本文編號：2575915