基于改进遗传算法的远程多点空中加油规划

为解决飞机在执行远程奔袭任务中多次空中加油任务规划的问题,综合考虑任务的时效性与经济性,建立多点空中加油模型。对标准遗传算法进行改进,使之具有更快的搜索速度与计算效率。将任务划分为多个阶段,使用不同方法进行加油点的选取。仿真试验结果表明,该方法可以有效解决远程奔袭任务中飞机多点空中加油任务加油点选取的问题。

国外空中加油受油机操纵品质试飞技术综述

针对飞机执行软式空中加油任务时飞行品质试飞及评价方法缺失的问题,搜集国外文献,结合实际空中加油试飞,分解空中加油任务得到加油不同阶段飞行品质关注重点。针对性提出加油任务相关的操纵品质试飞及评价方法,改进加油模态飞行控制律,改善飞行品质、尾流场操纵品质检查、空中加油任务闭环操纵品质评价等,对我国空中加油飞行品质试飞及评价具有较大参考价值。

软式空中加油主动增稳锥套控制研究

软式空中加油中,由于软管本身为柔性体,在加油机尾流、阵风和大气紊流等复杂风场扰动下,存在飘摆现象,严重影响空中加油对接成功率。针对加油机尾流场建模、尾流风场扰动影响研究过程中存在精度和实时性要求较高的特点,采用神经网络与CFD计算相结合的方法,依据高精度CFD方法生成流场数据信息,利用BP神经网络训练风场坐标参数和速度参数的映射关系,建立加油机尾流风场模型;针对锥套飘摆抑制控制方法存在抗干扰能力差、对模型依赖性较强、工程实现难度较大等问题,采用模糊PD控制方法,实现复杂风场干扰下翼舵式主动增稳锥套的飘摆抑制。结果表明:Y、Z方向平均飘摆幅度分别降低86.49%、79.04%,Y、Z方向平均速度强度分别降低72.98%、65.29%,有效抑制了锥套飘摆幅度。

基于Transformer特征金字塔的空中加油锥套实时检测

空中加油锥套的实时检测是实现自主空中加油的重要前提。针对现有目标检测算法在空中加油锥套检测中易受环境干扰导致精度不足的问题,提出了基于Transformer特征金字塔的空中加油锥套实时检测算法。首先,提出一种新的基于池化注意力的Transformer特征金字塔结构TPN对主干特征进行融合,实现更加高效的特征图增强;其次,使用线性注意力进一步降低TPN中注意力机制复杂性,提出轻量化检测模型DNet-LinTPN,减小其80%的内存占用。在自制的空中加油锥套数据集上的实验结果表明,基于TPN的模型在同等条件下精度、速度与模型大小均优于YOLOv7;轻量化检测模型DNet-LinTPN精度达到93.8%较YOLOv7-tiny提升9.4个百分点,参数量减少67.2%,运算量减少45.2%,鲁棒性明显提升。

软式空中加油系统鞭甩现象多体动力学分析

软管-锥套式空中加油系统的柔性结构经常发生不同程度的软管鞭甩现象,极大影响空中加油任务的安全性。基于柔性多体动力学,建立了空中加油系统动力学模型,其中,利用基于任意拉格朗日-欧拉描述方式和绝对结点坐标法的索/梁模型描述管线的大变形、大范围运动以及软管收放,并对空中加油系统受到的气动力进行建模,建立的模型能够反映加油机和受油机运动、软管和锥套的变形与气动力的耦合影响。基于建立的空中加油系统动力学模型,复现飞行状态下的软管鞭甩现象,获得了鞭甩现象的形成机理。研究表明,对接冲击下,软管平衡状态改变所形成的剪切波向后传播与反射是鞭甩现象产生的主要原因。通过多工况计算结果,分析了软管刚度、对接速度、Ma数各因素对鞭甩现象引起的软管剪切力、纵波与剪切波传播速度的影响规律,并分别分析了软管收放控制和加缓冲的受油插头两种措施对鞭甩现象振动抑制的有效性。

混合式空中加油系统多体动力学仿真分析

提出了一种将软式加油与硬式加油结合并利用收放索控制的混合式空中加油概念。对硬伸缩管、软管及锥套建立了系统动力学模型,利用CFD仿真与数值拟合的方法分析锥套所受气动力,对混合式空中加油系统进行了动力学仿真。通过数值模拟和阻尼辨识对比分析研究了软管、硬管参数变化对系统稳定性的影响;探究了抑制锥套摆动的控制律。结果表明:硬管的抗弯刚度、频率、弹性模量及软管的弹性模量变化时,系统阻尼均出现峰值,软管的密度变化与系统阻尼呈正相关;采用收放索的PID控制可以有效提高系统稳定性。

弘扬空中加油精神 建设世界一流企业

中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心(以下简称“南京机电”)曾投身三线建设三十年,不仅在专业发展取得累累硕果,更铸就了以空中加油精神为缩影的三线精神,空中加油精神是南京机电人宝贵的精神财富,正激励全员向着成为世界一流的航空机电系统供应商大步迈进。

自主空中加油会合过程中飞行制导律设计

针对目前自主空中加油亟需解决的会合问题,采用带有末端角约束的比例导引方法,实现了受油机导引进入加油区域,加油机采用非线性制导算法跟踪赛马场跑道线飞行,并给出了有风条件下非线性制导算法可能失效的解决办法。引入虚拟目标和虚拟加油机的概念,保持受油机和加油机在会合上的时间同步,设计了相应的速度控制器。利用Matlab/Simulink搭建仿真平台对空中加油会合制导律进行了仿真验证,仿真结果表明设计的制导律能满足自主空中加油的会合要求。

飞机空中加油设备分析研究

空中加油设备是决定飞机是否成功实现空中加油的关键因素。针对插头锥管式和伸缩套管式两种空中加油方式,本文分析研究了其工作原理、设备形式、指示灯、加油包线和设备参数,为新型空中加油设备的研制提供参考。

软管锥套式空中加油系统建模与特性分析

针对自主空中加油研究中软管锥套运动模型过于简化,现有建模方法又存在成本高、计算量大、软管长度恒定等缺陷的问题,根据集中参数法原理,提出了一种长度可变的多级串联理想单摆系软管锥套运动模型.同时考虑软管收放、加油机牵连运动、重力、定常流、大气扰动、加油机尾流等内外部因素,推导了迭代形式的变长度软管锥套三维运动方程.由摆长约束导出了求解软管拉力的代数线性方程组,进而给出了模型稳定性证明和适用条件.通过数值仿真,测试了锥套阻力、平衡位置、软管收放等稳态特性,分析了加油机滚转运动、尾涡流场对软管锥套的动态影响以及软管甩鞭现象的产生机理.数值仿真结果验证了所建模型的有效性.

大气紊流对空中加油软管锥套运动的影响

为研究大气紊流对软管锥套运动的影响,将空中加油软管质点离散化,从软管、稳定伞空间受力出发,建立了软管锥套的动力学模型,并对其运动进行了仿真计算和分析。仿真结果表明,在晴空大气紊流作用下,锥套会产生高频振荡。高度一定时,大气紊流对软管锥套运动的影响随加油机速度的增大而减小;真速一定,加油机高度小于11 km时,锥套运动幅值和高度没有单一的线性关系,当高度大于11 km后,锥套运动幅值随高度的增加而减小;表速一定时,大气紊流对软管锥套运动的影响随加油机高度的增大而减小。

基于仿鹰眼视觉的无人机自主空中加油

自主空中加油是提高无人机作战能力的重要技术支撑,而鹰在所有的动物中以视觉最为敏锐而著称。针对无人机自主空中加油中的精确对接需求,设计了基于仿鹰眼视觉原理的无人受油机视觉测量方法及半物理试验平台。采用鹰眼视觉注意机制提取虚拟视景中的兴趣区域,剔除噪声和干扰。在对受油机上的颜色标志点进行识别的基础上采用P3P算法,对加油机和受油机之间的相对位姿进行精确估计,并设计了基于比例-积分-微分的硬式加油伸缩管控制律。基于上述技术,在实验室环境下设计开发了无人机自主空中加油半物理仿真平台。实验结果表明:所设计的仿鹰眼视觉测量方法和自主控制律能满足无人机自主空中加油的性能要求,具有较强的实时性、准确性和鲁棒性。

无人机自动空中加油精确对接控制

针对无人机自动空中加油对接段的精确控制问题,提出了无人机自动空中加油的控制方案和策略,并在分析加油机尾涡干扰和加油锥套自由摆动及其对受油机影响的基础上,设计了适用于自动空中加油精确对接控制的受油机参考轨迹发生器和轨迹跟踪控制器.轨迹跟踪控制器采用线性二次型调节器方法,并充分考虑了加油过程中各种干扰的影响.仿真结果表明,该导引控制方法具有良好的快速性和抗干扰能力,可以满足空中加油的任务要求.

“插头-锥管”式空中加油软管平衡拖曳位置计算

空中加油软管运动规律的研究是分析战斗机空中加油时控制规律和验证飞机飞行品质的重要前提,加油软管平衡拖曳位置计算是研究空中加油软管运动规律的基础。利用机翼附着涡和自由涡模拟加油机尾流场对加油软管和锥套的影响,分别建立空中加油软管流场模型、软管气动模型和稳定伞气动模型。将空中加油软管质点离散化,从软管、稳定伞空间受力平衡出发,推出了"插头-锥管"式空中加油软管空间平衡拖曳位置计算方法。利用此方法计算了不同飞行状态下空中加油软管平衡拖曳位置,并分析了空中加油软管平衡拖曳位置在不同飞行状态下的变化规律。计算结果与实际情况吻合,为研究空中加油软管运动规律奠定了基础。

软管-锥套式空中加油动态建模与性能分析

提出了一种基于凯恩方程的自主空中加油软管-锥套动态模型及性能分析方法。该方法将软管视为由有限段以铰链形式连接的刚性杆组成,锥套为软管末端的一个质点。本文定义了描述系统状态的广义坐标及广义速率,导出了软管段位置多级递推公式和系统动态方程,估算了软管在加油机尾流、定常流和大气扰动下的气动载荷。通过数值仿真分析了平稳大气中锥套在加油机不同飞行条件下的稳态阻力和软管拖拽轨迹,验证了模型的正确性及系统稳定性。最后研究了大气扰动对锥套运动的影响及不同软管段的受扰运动。

视觉导航辅助的自主空中加油建模与仿真

研究了基于视觉导航方式的自主空中加油(AAR)建模问题。分析了影响自主空中加油对接阶段性能的两个最重要因素——相对距离的测量和风扰动,引入了多个摄像机,建立了适合AAR的视觉导航系统模型,建立了大气扰动和尾流等风扰动下的飞行器模型,用三次多项式规划了对接阶段的航迹并设计了LQR航迹跟踪控制律。对接过程仿真表明,视觉导航的估计精度和飞行控制律性能很好地满足了空中加油的要求。

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.

自主空中加油视觉导航系统中的锥套检测算法

在软管式自主空中加油视觉相对导航系统中实现锥套的准确检测至关重要,由于加油机尾流及气流的影响,做随机运动的锥套区域的准确检测是具有一项挑战性的任务。将加油机锥套检测考虑为运动目标检测问题,提出了一种多尺度低秩和稀疏分解锥套检测算法。首先,对锥套图像序列进行平稳小波分解,得到多尺度低频图像序列;再将较粗尺度低频图像序列获得的目标作为下一较细尺度低频图像序列的目标可信图,再进行该尺度的低秩和稀疏分解获得稀疏项,即目标锥套区域。通过在真实加油机锥套图像数据上的实验结果表明,所提算法在进行锥套检测时是有效的。

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.

基于自适应动态逆的自动空中加油轨迹跟踪

针对自动空中加油(AAR,Automated Aerial Refueling)的受油机轨迹跟踪控制问题,采用导引环与姿态控制环分离的控制策略,提出了基于非线性路径跟随导引和自适应神经网络动态逆的受油机轨迹跟踪控制方法.该方法将改进的非线性导引应用于受油机横、纵向导引控制,使用自适应神经网络在姿态角速率回路补偿外界干扰和系统模型误差,并利用比例-积分型姿态角速率误差动态方程设计自适应神经网络权值更新律.仿真结果表明:在受油机接近加油机过程中,该方法有效提高了受油机轨迹跟踪控制系统的抗干扰能力和对模型不确定性的自适应能力,能够满足自动空中加油的控制要求.