目錄
序
前言
第1章 空中無人加油的研究現(xiàn)狀與挑戰(zhàn) 1
1.1 空中加油發(fā)展概況 1
1.1.1 空中加油歷史與現(xiàn)狀 1
1.1.2 空中加油的系統(tǒng)組成 3
1.2 空中無人加油發(fā)展研究 7
1.2.1 “自主編隊飛行”研究計劃 8
1.2.2 “自主空中加油驗證”項目 9
1.2.3 “自主高空加油”項目 9
1.2.4 UCAS-D無人機 10
1.2.5 MQ-25“黃貂魚”無人加油機 11
1.2.6 空客“自主編隊飛行與空中加油”技術研究 11
1.3 空中無人加油主要技術挑戰(zhàn) 13
1.3.1 識別與精確導引技術 14
1.3.2 高精度對接控制技術 16
1.3.3 協(xié)同任務規(guī)劃技術 17
參考文獻 18
第2章 空中無人加油流場環(huán)境分析與建模 21
2.1 空中無人加油流場分析 21
2.1.1 陣風模型 22
2.1.2 大氣紊流模型 23
2.1.3 加油機尾流建模方法 26
2.1.4 受油機頭波效應建模 32
2.2 加油機尾流風場建模 37
2.2.1 風場建模坐標系 38
2.2.2 加油機尾流風場建模區(qū)域選擇 38
2.2.3 加油機尾流風場建模 40
2.3 受油機等效氣動力建模 42
2.3.1 加油機尾流場下的受油機等效速度和等效角速度 42
2.3.2 受油機等效氣動效應法仿真 44
參考文獻 46
第3章 軟管-錐套流固耦合數(shù)值模擬 48
3.1 軟管-錐套結構流固耦合仿真框架 49
3.2 剛柔耦合多體動力學仿真方法 52
3.3 基于動態(tài)重疊網(wǎng)格的計算流體力學方法 56
3.3.1 控制方程、離散方法與求解技術 56
3.3.2 基于非結構重疊網(wǎng)格的隱式并行裝配方法 56
3.4 軟管-錐套的流固耦合分析方法與實例 58
3.4.1 軟管-錐套非定常CFD流固耦合仿真方法 58
3.4.2 加油錐套氣動建模與流程動態(tài)插值方法 59
3.4.3 定常CFD流場動態(tài)插值 61
3.4.4 非定常CFD流固耦合仿真 65
3.5 受油機頭波效應與甩鞭特性建模仿真 69
3.5.1 頭波效應仿真概述 69
3.5.2 受油機接近過程建模 72
3.5.3 受油機對接速度剖面對錐套偏移量的影響 75
3.5.4 受油機初始相對位置對錐套偏移量的影響研究 81
3.5.5 甩鞭現(xiàn)象多體動力學模擬與抑制方法研究 84
3.6 主動增穩(wěn)錐套技術和仿真實例 88
3.6.1 主動增穩(wěn)方法及原理 88
3.6.2 軟管-主動增穩(wěn)錐套組合體建模 91
3.6.3 小翼式主動增穩(wěn)錐套設計及飄擺抑制 94
3.6.4 翼環(huán)式主動增穩(wěn)錐套設計及飄擺抑制 96
3.6.5 動量環(huán)式主動增穩(wěn)錐套設計及飄擺抑制 99
參考文獻 105
第4章 基于多焦復眼視覺的相對位姿估計 107
4.1 多焦復眼視覺模型 107
4.1.1 多焦復眼視覺成像原理 107
4.1.2 多焦復眼視覺系統(tǒng)的標定方法 109
4.1.3 多焦復眼視覺信息的獲取與處理 114
4.2 基于多焦復眼的相對位姿估計 115
4.2.1 問題描述 115
4.2.2 自適應位姿估計 116
4.2.3 遮擋情況下的自適應位姿估計 126
參考文獻 129
第5章 抗強光視覺導航技術 130
5.1 基于傳統(tǒng)視圖幾何的加油錐套識別 131
5.1.1 圖像預處理與特征點提取 131
5.1.2 抗強光處理 136
5.1.3 錐套位姿解算 139
5.2 基于機器學習的加油錐套識別 140
5.2.1 基于YOLOV4的錐套智能識別 141
5.2.2 損失函數(shù) 148
5.2.3 目標的中心像素坐標 149
5.3 多目相機的識別結果融合 149
5.3.1 坐標系轉換 150
5.3.2 多相機時間戳對齊 151
5.3.3 紅外相機融合策略 151
5.3.4 可見光相機融合策略 152
5.3.5 卡爾曼濾波 153
5.4 試驗驗證與結果分析 155
5.4.1 試驗準備 155
5.4.2 試驗結果 156
5.4.3 試驗結果分析 156
參考文獻 158
第6章 軟式空中無人加油對接制導與控制技術 159
6.1 對接運動動力學模型 160
6.1.1 坐標系定義 160
6.1.2 受油機運動動力學方程 161
6.1.3 相對位置定義 164
6.2 受油機對接制導系統(tǒng)設計 166
6.2.1 基于總能量法的縱向制導律設計 166
6.2.2 基于L1制導的橫側向制導律設計 168
6.3 受油機對接控制系統(tǒng)設計 170
6.3.1 魯棒伺服控制原理 171
6.3.2 縱向姿態(tài)控制律設計 173
6.3.3 橫側向姿態(tài)控制律設計 173
6.4 受油機先進對接控制方法 174
6.4.1 基于干擾觀測器的主動抗擾控制 174
6.4.2 基于模型預測控制的對接軌跡規(guī)劃控制一體化 177
6.4.3 縱向航跡直接力控制 183
6.5 考慮頭波效應的迭代學習對接控制方法 189
6.5.1 頭波干擾對空中加油的影響 189
6.5.2 受油機線性化LQR控制系統(tǒng)設計 191
6.5.3 間接迭代學習控制系統(tǒng)設計 192
6.6 空中無人加油自主對接演示飛行試驗 197
6.6.1 試驗總體方案 197
6.6.2 飛行試驗結果分析 199
參考文獻 210
第7章 多機編隊加油任務規(guī)劃與控制 212
7.1 多機編隊加油任務規(guī)劃方法 212
7.1.1 任務規(guī)劃方法概述 212
7.1.2 多機編隊加油任務規(guī)劃方法 215
7.1.3 多機加油智能會合路徑規(guī)劃方法 224
7.2 多機編隊加油航跡規(guī)劃 231
7.2.1 多機編隊加油的航跡規(guī)劃方法 231
7.2.2 基于改進人工勢場法的編隊航跡規(guī)劃 234
7.3 多機編隊加油任務飛行控制 236
7.3.1 多機編隊飛行控制方法 236
7.3.2 基于虛擬結構法的多機編隊加油控制方法 237
7.4 多機編隊加油仿真案例 241
7.4.1 多機編隊加油任務規(guī)劃仿真 241
7.4.2 有障礙的多機加油場景仿真 245
參考文獻 264