无人机空中加油建模与仿真分析

无人机空中加油的关键在于建立并保持加油机与无人机之间的有效队形,实现无人机在此过程中的自动飞行;在对空中加油全过程论述的基础上,首先对加油过程中的编队飞行问题进行了数学建模,并依据所建立的数学模型设计了无人机编队飞行控制器,最后通过对空中加油条件的模拟初始化,给出了无人机对接阶段的仿真要求并对所建立的系统模型及控制器进行了仿真验证;仿真结果表明,所建立的模型及控制器可以实现加油编队快速、平稳的会合、对接,为空中加油任务的顺利完成提供了保障.     

无人机软式自主空中加油视觉导航方法

针对无人机软式自主空中加油问题,提出了用于无人机软式自主空中加油的视觉导航方法.在加油锥套外环平面上均匀布置8个近红外LED,在受油机上布置CCD相机及带通滤镜构成视觉系统,利用该系统对锥套进行近红外成像,对所获取的近红外图像进行特征点提取并利用迭代算法估计锥套与受油机之间的位姿参数.在不同距离下对该视觉导航方法进行了仿真验证.结果表明,所研究的无人机软式自主空中加油视觉导航方法精度较高,抗干扰能力较强,可以有效地用于无人机软式自主空中加油.     

基于L1自适应的自动空中加油对接段飞行控制技术

在自动空中加油(AAR,automated aerialre fueling)对接过程中,加油机后方拖出的加油软管锥套受到加油机和受油机的双重气动干扰,呈现不规则摆动运动,受油机要实现与加油锥套的精确对接,要求其飞行控制系统具有鲁棒性和快速的自适应能力,为此提出采用自适应控制器方案,该方案以线性二次调节器(linear quadraticregulator,LQR)比例积分型控制器作为稳定闭环,在此基础上加入自适应控制器,仿真结果表明,采用自适应控制器的受油机自动空中加油飞行控制系统可以实现规定时间内的精确加油对接,既满足瞬态性能要求,又满足稳态精度要求,同时,还解决了由自适应参数跳动带来的舵机操纵过于频繁的问题.该方法可有效提高对接过程中受油机飞行控制系统的抗干扰能力,能够满足自动空中加油对接段的飞行控制要求.     

加油锥套对大气数据测量的影响分析

采用流体仿真计算,就空中加油过程中受油机逼近加油锥套时,加油锥套对受油机大气数据测量的影响进行了分析。为了简化仿真建模并方便后处理,提出了受油机位置不动,而将加油锥套置于不同站位从而对两者的相对运动进行建模的方法,同时将加油锥套对大气数据测量的影响转化为有、无加油锥套的大气数据测量结果的比较,从而实现了对上述影响的定量分析。从仿真结果来看,加油锥套对受油机的大气数据测量有显著影响,并由此可能导致座舱显示大气参数跳变以及触发飞控系统报大气参数故障。该结论对空中加油飞行员培训及飞控系统大气参数报故逻辑设计有参考价值。     

复杂环境翼伞气动性能建模仿真研究北大核心CSCD

翼伞飞行环境复杂多变,常存在阵风与降雨干扰,对翼伞气动性能产生动态影响,造成系统失衡。传统模型忽视翼伞力矩失衡产生的俯仰运动,分析结果误差较大。针对时刻变化的流场环境与翼伞姿态,可借助CFD软件,通过网格速度模拟阵风、离散相模拟降雨、动网格模拟俯仰运动,对非定常Euler方程空间离散求解,得到阵风与降雨对翼伞气动性能的单独影响与耦合影响。利用修正后的翼伞模型进行仿真,结果表明,上述模型能较好描述翼伞气动性能在复杂环境中的变化规律,为翼伞精确建模与归航优化控制提供了参考。     

高空无人机自动加油对接过程轨迹控制研究

针对无人机在高空自动加油对接过程中容易出现偏差的问题,提出了无人机空中自动加油精准对接的优化控制方案,研究并分析了影响加油锥管与受油接口快速准确对接的主要因素,通过运动轨迹生成器对浮锚加油锥套的运动轨迹进行模拟,无人机的自动飞行控制系统根据轨迹跟踪曲线对无人机的飞行姿态进行调整,引导无人机的受油接口与加油锥管进行精确对接,整个飞行轨迹跟踪控制过程优化了复杂高空环境中无人机加油对接的精准性;通过仿真实验表明,该高空无人机加油对接引导方法提高了空中管口对接的速度与抗干扰能力,可以满足各种复杂高空环境的无人机加油任务。     

多无人机空中加油的最优会合航路规划

为了空中加油能面向多架无人机,本文提出了空中加油的三维最优会合航路规划算法.多架无人机分布在不同区域,需要加油机沿预定的规划航路飞行会合,以完成空中加油任务.由于加油机可同时服务的受油机数量有限,需要寻找最优分配策略将无人机预分配至不同加油区域与之会合.本文首先根据加、受油机在各加油区域的最短会合时间,将最优分配问题建模为整数线性规划问题,求解得到加油机与各无人机的最优会合点.随后,本文提出了三维空间Dubins路径延长算法,保证各无人机按照分配结果与加油机同时到达会合点.最后,分别针对二维和三维多架无人机空中加油任务进行仿真.仿真结果表明本文提出的最优会合航路规划算法得到的Dubins航路,可以保证空中加油会合任务在最短时间内完成.     

基于辅助视觉飞机空中加油对接优化过程仿真

研究飞机空中加油对接过程控制,提高对接准确性.飞机空中加油过程处在全程高速运动中,由于受油机在加油时处在前方大型加油机的尾流中受到强烈扰动,端口对接处在动态变化,传统的对接方法需要准确判断高速移动端口的准确位置,一旦尾流中受到强烈扰动,导致颠簸,对接误差距离计算较大.提出辅助视觉的飞机空中加油对接过程控制方法.统计飞机空中加油辅助视觉图像出现共现的频率,计算对应图像在所有图像中的共现度,通过运算获取对应图像的权重,实现关键帧图像定位,运用图像中心点空间位置,建立近距空中加油时的尾流流场对受油飞机的气动影响的数学模型,完成飞机空中加油接口的定位.实验结果表明,利用改进算法进行飞机空中加油对接过程控制,在飞机飞行震动较大的情况下,对接控制的准确性高于传统算法.     

舰载机逃逸过程动力学研究

为研究舰载机逃逸过程中的动力学特性,建立了舰载机的六自由度飞行动力学模型.为充分考虑复杂海洋环境的影响,引入了Dryden大气紊流模型、航母舰首紊流模型和航母运动模型,生成了工程化的模拟逃逸环境.在此基础上,分析了紊流速度和紊流速度梯度对飞气动参数的影响,并采用仿真方法模拟了舰载机逃逸的全过程.结果表明,海上复杂环境会影响舰载机正常飞行姿态,加大横向位移和滑跑距离,影响飞行安全.     

末敏弹旋转伞系统运动建模与仿真研究

结合有限元方法研究了末敏弹旋转伞运动建模及仿真.针对降落伞具有非线性柔性变形的特点,利用粒子系统来构造伞三维模型;建立充气运动的粒子节点动力学模型;通过仿真计算,其结果与实拍伞形运动变化规律基本一致,该仿真为末敏弹旋转伞运动研究提供一种新的思路.     

一种航天器推进剂补加飞控模拟器设计

推进剂补加飞控模拟器是飞控中心用来验证推进补加程序和地面测控方案、训练操作人员的模拟仿真系统,为系统演练构造一个尽量逼真的任务环境;提出了一种用于推进剂在轨补加任务准备的飞控模拟器设计,详细介绍了系统结构和原理, 给出了系统信息流向、软件设计,最后对主要技术难点及解决措施进行了说明,该模拟器具有真实性高、通用性高及灵活性高的特点,可以实现对推进剂在轨补加过程的动态模拟,在我国首次推进剂补加任务准备中得到了充分的应用和验证,取得了较好的效果。     

新型机载视频在空中加油试飞中的应用

结合某型飞机空中加油试飞课题,设计了一套新型机载高清影像测量系统.主要介绍了系统组成、测试原理、数据处理方法,并对仿真实验结果进行分析.经过实际飞行试验验证,结果表明空中加油试飞测试任务所采用的机载高清影像测量系统方案可行、方法正确、测量的结果和精度满足要求,同时实现了空中加油全过程的可视化,极大地提高了试飞效率.     

基于延迟着色与动态目标光效应的航空场景反走样算法

针对航空仿真中的视景画面走样问题,提出一种基于延迟着色与动态目标光效应的反走样算法。首先,针对宏观静态场景,综合利用法线信息与位置信息提取场景的边缘区域,通过抖动采样对边缘进行平滑处理,并采用一定倍数的超采样进行反走样结果优化;其次,在上一步的基础上,针对场景中的动态目标,建立几何变换与光效应的数学模型,通过计算动态目标伪距离和动态目标在虚拟场景中的位置坐标确定最终的显示效果,以解决动态目标在实时运动中走样和像素丢失的问题。最后,在某型号飞行仿真平台进行了算法验证。实验结果表明该算法能够解决航空仿真中静态场景和动态目标的走样问题,适用于航空仿真训练。     

自主空中加油时变质量无人作战飞机非线性控制

针对自主空中加油中无人作战飞机(UCAV)位置保持问题, 进行了时变质量UCAV的动力学建模与非线性控制设计. 综合考虑了燃油传输对UCAV的质量、惯性矩阵和质心位置的影响, 基于相对于惯性系的状态变量, 推导了UCAV时变质量动力学方程. 通过引入谱半径, 将局部化自适应边界指令滤波反推方法应用于UCAV的位置保持控制. 使用逼近器对未知模型不确定性进行在线逼近. 对于固有逼近误差和外部扰动, 采用局部化自适应边界进行补偿. 通过指令滤波反推, 设计了相对位置、速度、姿态角和角速度四个反馈回路来保证UCAV的稳定性. 最后, 三种不同加油方案下的非线性仿真验证了非线性飞行控制律的有效性.     

无人机天钩回收纵向控制系统设计与实现

相比滑跑与伞降型无人机,天钩回收无人机在回收时对于高度、速度等的控制精度要求更加苛刻。文中提出了一种无人机天钩回收过程纵向控制的新方法,设计了无人机天钩回收纵向控制策略与流程,给出了控制系统组成,基于某型无人机风洞试验数据,构建了天钩回收无人机的线性化和非线性模型,利用总能量思想设计了纵向轨迹控制律,并在实际飞行试验中得到了应用与验证,最终的飞行试验结果表明了所设计的控制系统是正确的,设计结果满足天钩回收的要求。     

IFSTA自主空中加受油控制策略及模态分析

借鉴国外自主空中加油试飞流程以及国内有人机试飞经验，研究空中加受油会合、编队、对接等各阶段进入及退出策略。以国内唯一的综合空中飞行模拟试验机（In Flight Simulator Test Aircraft,IFSTA）原型机K8飞机和某运输机为加受油平台，设计自主加受油全过程控制律，并对各个模态进行仿真验证分析。仿真结果表明,在各个模态的综合控制下，飞机可以实现稳定的速度、高度及侧偏控制，且调整过程超调量较小，保证了空中加受油过程的安全性和稳定性。将来可在地面试验环境中开展仿真验证，并为下一阶段无人自主空中加受油演示验证试飞奠定技术基础。     

迭代最小二乘椭圆拟合的锥套图像检测与跟踪

目的 针对自主空中加油过程中锥套图像目标识别与定位问题,以锥套内部加油口作为匹配特征,提出一种基于圆形特征的锥套检测与跟踪方法。方法 锥套跟踪采用行列扫描法获取锥套内部边缘,并通过迭代最小二乘拟合确定精确的椭圆形状参数,而锥套检测采用多方位最近点区域搜索法提取锥套所在的所有可能图像区域,并采用锥套跟踪进行精匹配和最终决策。结果 实验结果表明,该方法下锥套精确定位的成功率高达94.71%,锥套检测耗时小于500 ms,锥套跟踪的最大耗时为21.59 ms,平均耗时4.18 ms。结论 本文方法无须在锥套上额外安装光学标记,且能够实时、精确地确定锥套所在的图像位置和大小。