空中加油系统的建模与控制技术综述

《空中加油系统的建模与控制技术综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252014V01．35No．92375—2389ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaaedu．cnhkxb@buaa．edu．ca空中加油系统的建模与控制技术综述陆宇平*，杨朝星，刘洋洋南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016摘要：空中加油已经成熟应用超过半个世纪，但其建模与控制技术仍是航空界的研究热点与难点之一。综合大量文献，回顾了空中加油的发展历程和战略价值所在，比较研究了2种

2、加油方式各自的优劣，总结了近年开展的系统建模和控制相关的研究成果。基于硬式加油与软式加油的功能互补之效，提出了借助研制大型运输机的契机发展硬式加油技术的观点。通过研究国内已经开展的相关工作及其不足之处，论证了开展系统建模与控制专项研究的必要性与积极意义。结合硬式加油系统的特点，提出了建模时应该综合考虑系统多刚体、多构型、强扰动与不确定性、受弹性形变与弹性振荡影响等特点，并提出了与之对应的伸缩管姿态控制、对接状态应力自动补偿、对接过程协同控制、抑制弹性振荡影响、半物理实验平台开发等关键问题。关键词：空中加油；软式加油；

3、硬式加油；多体系统；自主会合；机器视觉；飞行控制系统；协同控制中图分类号：V271．1；TP29文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)092375—15空中加油是飞机在飞行过程中以管道形成对接，在飞机间输送燃油的过程。空中加油概念始于20世纪初，至今已发展近一个世纪。通过空中加油，使一般军用飞机能不着陆而飞行上万千米，大幅提高作战效能。空中加油提高飞机作战效能体现在增加航程和作战半径、延长留空时间、提高有效载荷和增大攻击突然性等方面[1]。近年来，随着无人机技术的迅猛发展，对无人机空中加油技术的需求E

4、l益强烈。通过空中加油，能弥补无人机在航行距离、留空时间和起飞重量等方面的短板，大幅度提升其作战能力[z-3]。空中加油在朝鲜战争中首次用于实战，并在之后得到越来越广泛的应用。例如海湾战争中，“沙漠盾牌”和“沙漠风暴”行动盟军总共出动300多架加油机，完成了5．1万多次空中加油，受油量达7．1万吨，对多国部队的军事部署和作战起到关键作用。除了军用以外，在民用领域空中加油技术也有所应用：早期的空中加油多在航空竞技活动或民用领域中进行；英国就曾借助空中加油增加了邮政机航程，开辟了伦敦至纽约的通邮航线[13；为大型货运飞机

5、进行空中加油，能提高货运飞机的有效载荷，降低运营成本，可以说有一定的商业应用前景L4J。尽管人类已经进行了大量的空中加油实践，但对空中加油系统的动力学建模和控制技术的研究在20世纪80年代后才得以逐渐开展。这种理论研究在工程应用已然成熟的情况下蓬勃开展，有两方面原因：一方面，无人机研究的兴起和对无人机自动空中加油(UAV—AAR)功能El益强烈的需求，推动了系统建模以及诸如视觉导航、自主会合、自动对接等控制技术的研究；另一方面，计算机技术的成熟使大规模系统仿真和模拟有实现的收稿日期：2013—10-29；退修日期：2

6、013—12—16；录用日期：2014—05—06；网络出版时间：2014—05—1510：31网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／107527／S1000．6893．20140093．htmI基金项目：国家自然科学基金(91016017)*通讯作者．Tel：025—84892309E-mail：yplac@nuaaedu．crl鳓用格武ILuYP．YangCX．LiuYY．Asurveyofmodelingandcontroltechnologiesforaerialrefuelingsy

7、stemEJJ．ActaAeronauticaetAs．tronauticaSinica．2014．35(9)：2375-2389．陆宇平．杨朝星．瓤洋洋．空中加油系统的建模s控钠技术综述!J]．航空学报．2014，35(9)：2375-2389．航空学报Sep．252014V01．35No9条件，也推动了相关研究的开展。目前，有关空中加油系统建模与控制技术的综述性文献并不多见，较为系统的一篇是Mao和Eke在2008年发表的文章[5]。他们比较了2种加油方式使用的设备和流程，总结了采用软式加油的UAV—AAR技术涉

8、及的受油机建模、加油设备建模、精确相对定位、自主会合与对接控制律设计、系统仿真与实验等方面的研究工作，却没有涉及硬式空中加油。董新民等[6]亦总结了采用软式加油的UAV—AAR的研究进展和关键问题。慕春棣和李波睿[71则比较研究了采用硬式加油的UAV—AAR中使用的各种视觉导航方案。本文综合大量文献，对国内外开展的空中加油的系统建模与自动控制技