目录

●序
前言
第1章空中无人加油的研究现状与挑战1
1.1空中加油发展概况1
1.1.1空中加油历史与现状1
1.1.2空中加油的系统组成3
1.2空中无人加油发展研究7
1.2.1“自主编队飞行”研究计划8
1.2.2“自主空中加油验证”项目9
1.2.3“自主高空加油”项目9
1.2.4UCAS-D无人机10
1.2.5MQ-25“黄貂鱼”无人加油机11
1.2.6空客“自主编队飞行与空中加油”技术研究11
1.3空中无人加油主要技术挑战13
1.3.1识别与准确导引技术14
1.3.2高精度对接控制技术16
1.3.3协同任务规划技术17
参考文献18
第2章空中无人加油流场环境分析与建模21
2.1空中无人加油流场分析21
2.1.1阵风模型22
2.1.2大气紊流模型23
2.1.3加油机尾流建模方法26
2.1.4受油机头波效应建模32
2.2加油机尾流风场建模37
2.2.1风场建模坐标系38
2.2.2加油机尾流风场建模区域选择38
2.2.3加油机尾流风场建模40
2.3受油机等效气动力建模42
2.3.1加油机尾流场下的受油机等效速度和等效角速度42
2.3.2受油机等效气动效应法仿真44
参考文献46
第3章软管-锥套流固耦合数值模拟48
3.1软管-锥套结构流固耦合仿真框架49
3.2刚柔耦合多体动力学仿真方法52
3.3基于动态重叠网格的计算流体力学方法56
3.3.1控制方程、离散方法与求解技术56
3.3.2基于非结构重叠网格的隐式并行装配方法56
3.4软管-锥套的流固耦合分析方法与实例58
3.4.1软管-锥套非定常CFD流固耦合仿真方法58
3.4.2加油锥套气动建模与流程动态插值方法59
3.4.3定常CFD流场动态插值61
3.4.4非定常CFD流固耦合仿真65
3.5受油机头波效应与甩鞭特性建模仿真69
3.5.1头波效应仿真概述69
3.5.2受油机接近过程建模72
3.5.3受油机对接速度剖面对锥套偏移量的影响75
3.5.4受油机初始相对位置对锥套偏移量的影响研究81
3.5.5甩鞭现象多体动力学模拟与抑制方法研究84
3.6主动增稳锥套技术和仿真实例88
3.6.1主动增稳方法及原理88
3.6.2软管-主动增稳锥套组合体建模91
3.6.3小翼式主动增稳锥套设计及飘摆抑制94
3.6.4翼环式主动增稳锥套设计及飘摆抑制96
3.6.5动量环式主动增稳锥套设计及飘摆抑制99
参考文献105
第4章基于多焦复眼视觉的相对位姿估计107
4.1多焦复眼视觉模型107
4.1.1多焦复眼视觉成像原理107
4.1.2多焦复眼视觉系统的标定方法109
4.1.3多焦复眼视觉信息的获取与处理114
4.2基于多焦复眼的相对位姿估计115
4.2.1问题描述115
4.2.2自适应位姿估计116
4.2.3遮挡情况下的自适应位姿估计126
参考文献129
第5章抗强光视觉导航技术130
5.1基于传统视图几何的加油锥套识别131
5.1.1图像预处理与特征点提取131
5.1.2抗强光处理136
5.1.3锥套位姿解算139
5.2基于机器学习的加油锥套识别140
5.2.1基于YOLOV4的锥套智能识别141
5.2.2损失函数148
5.2.3目标的中心像素坐标149
5.3多目相机的识别结果融合149
5.3.1坐标系转换150
5.3.2多相机时间戳对齐151
5.3.3红外相机融合策略151
5.3.4可见光相机融合策略152
5.3.5卡尔曼滤波153
5.4试验验证与结果分析155
5.4.1试验准备155
5.4.2试验结果156
5.4.3试验结果分析156
参考文献158
第6章软式空中无人加油对接制导与控制技术159
6.1对接运动动力学模型160
6.1.1坐标系定义160
6.1.2受油机运动动力学方程161
6.1.3相对位置定义164
6.2受油机对接制导系统设计166
6.2.1基于总能量法的纵向制导律设计166
6.2.2基于L1制导的横侧向制导律设计168
6.3受油机对接控制系统设计170
6.3.1鲁棒伺服控制原理171
6.3.2纵向姿态控制律设计173
6.3.3横侧向姿态控制律设计173
6.4受油机先进对接控制方法174
6.4.1基于干扰观测器的主动抗扰控制174
6.4.2基于模型预测控制的对接轨迹规划控制一体化177
6.4.3纵向航迹直接力控制183
6.5考虑头波效应的迭代学习对接控制方法189
6.5.1头波干扰对空中加油的影响189
6.5.2受油机线性化LQR控制系统设计191
6.5.3间接迭代学习控制系统设计192
6.6空中无人加油自主对接演示飞行试验197
6.6.1试验总体方案197
6.6.2飞行试验结果分析199
参考文献210
第7章多机编队加油任务规划与控制212
7.1多机编队加油任务规划方法212
7.1.1任务规划方法概述212
7.1.2多机编队加油任务规划方法215
7.1.3多机加油智能会合路径规划方法224
7.2多机编队加油航迹规划231
7.2.1多机编队加油的航迹规划方法231
7.2.2基于改进人工势场法的编队航迹规划234
7.3多机编队加油任务飞行控制236
7.3.1多机编队飞行控制方法236
7.3.2基于虚拟结构法的多机编队加油控制方法237
7.4多机编队加油仿真案例241
7.4.1多机编队加油任务规划仿真241
7.4.2有障碍的多机加油场景仿真245
参考文献264