本文關(guān)鍵詞：軟管錐套運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)建模與控制

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【摘要】：空中加油能夠延長(zhǎng)飛機(jī)的續(xù)航時(shí)間,增大飛機(jī)航程及其有效載荷。其中軟管式自主空中加油中的軟管-錐套運(yùn)動(dòng)易受到干擾氣流的影響,為了能夠控制軟管-錐套的飄擺運(yùn)動(dòng),方便受油機(jī)安全準(zhǔn)確地對(duì)接,本文針對(duì)軟管-錐套運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)建模與控制問(wèn)題展開(kāi)深入的研究。首先,根據(jù)多連桿系統(tǒng)模型對(duì)軟管段進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析,分別介紹了軟管段與錐套的氣動(dòng)力載荷計(jì)算,基于多剛體動(dòng)力學(xué)原理以及可控錐套動(dòng)力學(xué)模型建立了軟管-錐套組合體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型,并描述了整個(gè)軟管-錐套運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型的數(shù)值仿真流程。其次,仿真分析了干擾氣流下軟管-錐套運(yùn)動(dòng)特性。分別建立了軟管-錐套運(yùn)動(dòng)所要遭受的加油機(jī)尾渦流模型、大氣紊流模型以及受油機(jī)艏波模型,仿真分析了加油機(jī)尾渦流場(chǎng)下的軟管-錐套拖拽尾跡、大氣紊流影響下的軟管-錐套運(yùn)動(dòng)特性以及受油機(jī)艏波影響下的軟管-錐套運(yùn)動(dòng)特性。再次,設(shè)計(jì)了基于LQR最優(yōu)控制的可控錐套控制器。為了抑制軟管-錐套在干擾氣流下的飄擺運(yùn)動(dòng),將整個(gè)軟管-錐套運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)非線性模型線性化及降階處理,利用LQR最優(yōu)控制方法設(shè)計(jì)了可控錐套的控制器。分別在大氣紊流干擾下、受油機(jī)艏波干擾下以及大氣紊流與受油機(jī)艏波綜合干擾下進(jìn)行了控制器的仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制器能夠抑制軟管-錐套在干擾氣流下的飄擺運(yùn)動(dòng)。最后,介紹了受油機(jī)在加油機(jī)尾渦流場(chǎng)中所受到的等效風(fēng)速與等效風(fēng)梯度的計(jì)算,建立了受到加油機(jī)尾渦流干擾時(shí)的受油機(jī)非線性模型,并設(shè)計(jì)了受油機(jī)LQR控制器來(lái)控制受油機(jī)在加油機(jī)尾渦流場(chǎng)中的飛行。在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下,將受油機(jī)控制系統(tǒng)與軟管-錐套控制系統(tǒng)以及干擾氣流模型綜合,仿真模擬軟管式自主空中加油對(duì)接段受油機(jī)受油插頭對(duì)接加油錐套,仿真結(jié)果表明可控錐套系統(tǒng)可以使得受油機(jī)安全準(zhǔn)確地對(duì)接,提高軟管式自主空中加油的效率。
【關(guān)鍵詞】：自主空中加油 軟管-錐套飄擺運(yùn)動(dòng) 多剛體動(dòng)力學(xué) 可控錐套 受油機(jī)艏波 LQR控制器
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V228.17
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注釋表13-14
• 縮略詞14
• 單位換算14-15
• 第一章 緒論15-22
• 1.1 課題的研究背景及意義15-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 軟管式自主空中加油系統(tǒng)分析18-21
• 1.3.1 軟管式自主空中加油過(guò)程18
• 1.3.2 軟管式自主空中加油對(duì)接階段特點(diǎn)分析18-20
• 1.3.3 對(duì)接解決方案分析20-21
• 1.4 本文主要工作及章節(jié)安排21-22
• 第二章 軟管-錐套動(dòng)力學(xué)建模22-35
• 2.1 建模假設(shè)及坐標(biāo)系定義22-24
• 2.2 軟管段運(yùn)動(dòng)學(xué)分析24-25
• 2.3 軟管段動(dòng)力學(xué)分析25-27
• 2.3.1 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)25-26
• 2.3.2 約束方程26-27
• 2.4 軟管-錐套氣動(dòng)力載荷計(jì)算27-29
• 2.4.1 軟管切向氣動(dòng)力計(jì)算27
• 2.4.2 軟管法向氣動(dòng)力計(jì)算27-28
• 2.4.3 錐套氣動(dòng)力載荷計(jì)算28-29
• 2.5 軟管-錐套模型數(shù)值仿真流程29-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 第三章 干擾氣流對(duì)軟管-錐套運(yùn)動(dòng)特性的影響分析35-60
• 3.1 加油機(jī)尾渦流對(duì)軟管-錐套的影響分析35-43
• 3.1.1 加油機(jī)尾渦流模型35-38
• 3.1.2 加油機(jī)尾渦流場(chǎng)下的軟管-錐套拖拽尾跡38-43
• 3.2 大氣紊流對(duì)軟管-錐套的影響分析43-50
• 3.2.1 大氣紊流模型43-46
• 3.2.2 大氣紊流影響下的軟管-錐套運(yùn)動(dòng)特性分析46-50
• 3.3 受油機(jī)艏波對(duì)軟管-錐套的影響分析50-59
• 3.3.1 受油機(jī)艏波模型50-54
• 3.3.2 受油機(jī)艏波仿真解算流程54-55
• 3.3.3 受油機(jī)艏波影響下的軟管-錐套運(yùn)動(dòng)特性分析55-59
• 3.4 本章小結(jié)59-60
• 第四章 可控錐套的控制器設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證60-74
• 4.1 可控錐套的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)60
• 4.2 可控錐套的控制器設(shè)計(jì)60-65
• 4.2.1 軟管-錐套模型的線性化60-61
• 4.2.2 軟管-錐套線性模型的降階61-63
• 4.2.3 軟管-錐套LQR控制器設(shè)計(jì)63-65
• 4.3 干擾氣流下可控錐套控制器仿真驗(yàn)證65-73
• 4.3.1 大氣紊流干擾下軟管-錐套控制仿真結(jié)果65-68
• 4.3.2 受油機(jī)艏波干擾下軟管-錐套控制仿真結(jié)果68-70
• 4.3.3 大氣紊流與受油機(jī)艏波綜合干擾下軟管-錐套控制仿真結(jié)果70-73
• 4.4 本章小結(jié)73-74
• 第五章 軟管式空中加油綜合對(duì)接仿真驗(yàn)證74-93
• 5.1 作用于受油機(jī)的等效風(fēng)速與等效風(fēng)梯度計(jì)算74-77
• 5.2 干擾氣流下的受油機(jī)六自由度非線性模型77-80
• 5.3 受油機(jī)LQR控制器設(shè)計(jì)80-84
• 5.4 受油插頭與加油錐套對(duì)接綜合仿真驗(yàn)證84-92
• 5.4.1 軟管-錐套未受控的對(duì)接仿真結(jié)果85-88
• 5.4.2 軟管-錐套受控的對(duì)接仿真結(jié)果88-92
• 5.5 本章小結(jié)92-93
• 第六章 總結(jié)與展望93-95
• 6.1 全文工作總結(jié)93
• 6.2 后續(xù)工作展望93-95
• 參考文獻(xiàn)95-100
• 致謝100-101
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文101

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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3 王偉;劉喜藏;王鵬;劉小齊;;空中加油軟管-錐套動(dòng)態(tài)建模與仿真[J];電子設(shè)計(jì)工程;2012年17期

4 高靜;洪冠新;梁灶清;;Von Karman模型三維大氣紊流仿真理論與方法[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2012年06期

5 蓋文東;王宏倫;李大偉;;基于自適應(yīng)動(dòng)態(tài)逆的自動(dòng)空中加油軌跡跟蹤[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2012年05期

6 王宏倫;杜熠;蓋文東;;無(wú)人機(jī)自動(dòng)空中加油精確對(duì)接控制[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2011年07期

7 劉f，

本文編號(hào)：878822