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(duì)飛行”研究計(jì)劃 8
1.2.2 “自主空中加油驗(yàn)證”項(xiàng)目 9
1.2.3 “自主高空加油”項(xiàng)目 9
1.2.4 UCAS-D無人機(jī) 10
1.2.5 MQ-25“黃貂魚”無人加油機(jī) 11
1.2.6 空客“自主編隊(duì)飛行與空中加油”技術(shù)研究 11
1.3 空中無人加油主要技術(shù)挑戰(zhàn) 13
1.3.1 識別與精確導(dǎo)引技術(shù) 14
1.3.2 高精度對接控制技術(shù) 16
1.3.3 協(xié)同任務(wù)規(guī)劃技術(shù) 17
參考文獻(xiàn) 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(fēng)模型 22
2.1.2 大氣紊流模型 23
2.1.3 加油機(jī)尾流建模方法 26
2.1.4 受油機(jī)頭波效應(yīng)建模 32
2.2 加油機(jī)尾流風(fēng)場建模 37
2.2.1 風(fēng)場建模坐標(biāo)系 38
2.2.2 加油機(jī)尾流風(fēng)場建模區(qū)域選擇 38
2.2.3 加油機(jī)尾流風(fēng)場建模 40
2.3 受油機(jī)等效氣動力建模 42
2.3.1 加油機(jī)尾流場下的受油機(jī)等效速度和等效角速度 42
2.3.2 受油機(jī)等效氣動效應(yīng)法仿真 44
參考文獻(xiàn) 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(jié)構(gòu)流固耦合仿真框架 49
3.2 剛?cè)狁詈隙囿w動力學(xué)仿真方法 52
3.3 基于動態(tài)重疊網(wǎng)格的計(jì)算流體力學(xué)方法 56
3.3.1 控制方程、離散方法與求解技術(shù) 56
3.3.2 基于非結(jié)構(gòu)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(shí)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(jī)頭波效應(yīng)與甩鞭特性建模仿真 69
3.5.1 頭波效應(yīng)仿真概述 69
3.5.2 受油機(jī)接近過程建模 72
3.5.3 受油機(jī)對接速度剖面對錐套偏移量的影響 75
3.5.4 受油機(jī)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(xué)模擬與抑制方法研究 84
3.6 主動增穩(wěn)錐套技術(shù)和仿真實(shí)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(shè)計(jì)及飄擺抑制 94
3.6.4 翼環(huán)式主動增穩(wěn)錐套設(shè)計(jì)及飄擺抑制 96
3.6.5 動量環(huán)式主動增穩(wěn)錐套設(shè)計(jì)及飄擺抑制 99
參考文獻(xiàn) 105
第4章 基于多焦復(fù)眼視覺的相對位姿估計(jì) 107
4.1 多焦復(fù)眼視覺模型 107
4.1.1 多焦復(fù)眼視覺成像原理 107
4.1.2 多焦復(fù)眼視覺系統(tǒng)的標(biāo)定方法 109
4.1.3 多焦復(fù)眼視覺信息的獲取與處理 114
4.2 基于多焦復(fù)眼的相對位姿估計(jì) 115
4.2.1 問題描述 115
4.2.2 自適應(yīng)位姿估計(jì) 116
4.2.3 遮擋情況下的自適應(yīng)位姿估計(jì) 126
參考文獻(xiàn) 129
第5章 抗強(qiáng)光視覺導(dǎo)航技術(shù) 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(yù)處理與特征點(diǎn)提取 131
5.1.2 抗強(qiáng)光處理 136
5.1.3 錐套位姿解算 139
5.2 基于機(jī)器學(xué)習(xí)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(biāo)的中心像素坐標(biāo) 149
5.3 多目相機(jī)的識別結(jié)果融合 149
5.3.1 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 150
5.3.2 多相機(jī)時(shí)間戳對齊 151
5.3.3 紅外相機(jī)融合策略 151
5.3.4 可見光相機(jī)融合策略 152
5.3.5 卡爾曼濾波 153
5.4 試驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析 155
5.4.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備 155
5.4.2 試驗(yàn)結(jié)果 156
5.4.3 試驗(yàn)結(jié)果分析 156
參考文獻(xiàn) 158
第6章 軟式空中無人加油對接制導(dǎo)與控制技術(shù) 159
6.1 對接運(yùn)動動力學(xué)模型 160
6.1.1 坐標(biāo)系定義 160
6.1.2 受油機(jī)運(yùn)動動力學(xué)方程 161
6.1.3 相對位置定義 164
6.2 受油機(jī)對接制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 166
6.2.1 基于總能量法的縱向制導(dǎo)律設(shè)計(jì) 166
6.2.2 基于L1制導(dǎo)的橫側(cè)向制導(dǎo)律設(shè)計(jì) 168
6.3 受油機(jī)對接控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) 173
6.3.3 橫側(cè)向姿態(tài)控制律設(shè)計(jì) 173
6.4 受油機(jī)先進(jìn)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(yù)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(yīng)的迭代學(xué)習(xí)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(jī)線性化LQR控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 191
6.5.3 間接迭代學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 192
6.6 空中無人加油自主對接演示飛行試驗(yàn) 197
6.6.1 試驗(yàn)總體方案 197
6.6.2 飛行試驗(yàn)結(jié)果分析 199
參考文獻(xiàn) 210
第7章 多機(jī)編隊(duì)加油任務(wù)規(guī)劃與控制 212
7.1 多機(jī)編隊(duì)加油任務(wù)規(guī)劃方法 212
7.1.1 任務(wù)規(guī)劃方法概述 212
7.1.2 多機(jī)編隊(duì)加油任務(wù)規(guī)劃方法 215
7.1.3 多機(jī)加油智能會合路徑規(guī)劃方法 224
7.2 多機(jī)編隊(duì)加油航跡規(guī)劃 231
7.2.1 多機(jī)編隊(duì)加油的航跡規(guī)劃方法 231
7.2.2 基于改進(jìn)人工勢場法的編隊(duì)航跡規(guī)劃 234
7.3 多機(jī)編隊(duì)加油任務(wù)飛行控制 236
7.3.1 多機(jī)編隊(duì)飛行控制方法 236
7.3.2 基于虛擬結(jié)構(gòu)法的多機(jī)編隊(duì)加油控制方法 237
7.4 多機(jī)編隊(duì)加油仿真案例 241
7.4.1 多機(jī)編隊(duì)加油任務(wù)規(guī)劃仿真 241
7.4.2 有障礙的多機(jī)加油場景仿真 245
參考文獻(xiàn) 264