[发明专利]一种用于空中加油的受油机前扰波建模方法

说明书

本发明公开了一种用于空中加油的受油机前扰波建模方法，属于空中加油技术领域。本发明包括：通过计算流体力学CFD仿真，得到受油机机头附近速度流场数据；以多项式的函数形式用最小二乘法拟合出速度分别沿空间三个轴向上的分布规律，研究一维的速度与位置的函数关系；根据一维函数关系推测速度在机头横截面上的二维表达式，用多项式进行拟合；用平面插值法求解出速度与三维位置坐标的解析表达式，并根据误差曲线来选择插值密度；最后根据标准误差选择合适的插值方向。本发明方法可以有效弥补无人机前扰波建模现有方法过于复杂，模型不精确等问题，计算量小，结果较为精确，对于其他机型的无人机，均可采用本方法进行前扰波建模。

技术领域

本发明涉及一种空中加油自动对接过程中，受油机前扰波的建模方法，属于空中加油技术领域。

技术背景

空中加油对于增加无人机航时和作战半径具有重要作用，近年来得到了越来越多国家和科研机构的关注。随着无人驾驶飞行器的广泛应用，特别是无人作战飞机的兴起，针对于自动空中加油技术的研究成为热点。空中加油目前主要分为硬管式和软管式，软管式空中加油有五个阶段，即会合，编队，对接，加油及分离。其中对接段是最为关键，也是最困难的部分，需要加油机和受油机以很高的精度保持一定的相对位置，并且具有一定的抗扰能力。在对接过程中，扰动主要为大气紊流，加油机尾涡以及受油机前扰波。对于大气紊流和加油机尾涡的建模与分析，国内外已有了相应的研究，发展较为成熟。但是对于前扰波效应，即受油机头部对加油锥套的气动影响，还缺乏足够的重视和充分的研究，飞翼型布局无人机前扰波与常规飞机有较大差异，更是处于空白状态。

在软管式空中加油对接过程中，当受油机接近加油锥套时，受油机前扰波作用所产生的气动影响，会使锥套产生不同程度的飘摆和偏离，严重制约着软式空中加油对接成功率。国外对受油机前扰波的研究主要基于飞行试验、数学模型和计算流体力学等方法。NASA德莱顿飞行研究中心通过F/A-18双机自动空中加油飞行测试，研究了飞行条件、受油机机动等因素对软管锥套组合体飘摆特性影响，并分析了前扰波影响范围和受油机动态对锥套运动影响规律。布里斯托尔大学利用兰金半体模型模拟前扰波影响，并设计了人工补偿器补偿受油机前扰波造成的锥套偏离。目前国内对受油机前扰波的研究较少，戴训华和魏子博分别运用流函数法和拟合法对前扰波进行建模，得到了F16的前扰波模型(参考文献1：Dai Xunhua,Wei Zibo,Quan Quan.Modeling and simulation of bow wave effect inprobe and drogue aerial refueling，2016；参考文献2：Wei Z B,Dai X,Quan Q,etal.Drogue dynamic model under bow wave in probe-and-drogue refueling，2016)。

总的来说，在空中加油领域中，对于受油机前扰波建模的研究相对较少。现有的研究成果存在着建模方法过于复杂，模型不精确等问题。迫切需要新的前扰波研究方法，给出相对准确，简单的前扰波模型。

发明内容

本发明的目的是为了解决在无人机空中加油自动对接过程中，现有的方法不能准确简洁地建立出受油机前扰波模型的问题，提出了一种基于最小二乘的多项式拟合建模方法，该拟合方法根据计算流体动力学(CFD)仿真数据在XYZ三个轴向上进行多项式拟合，基于拟合的结果进而在二维平面上进行拟合，再运用平面插值法得到整个三维区域内气流速度与坐标关系的解析表达式，完成受油机前扰波建模。

本发明提供的用于空中加油的受油机前扰波建模方法，包括步骤：

步骤一：进行受油机前扰波CFD仿真，仿真获取三维空间内大量坐标点(x,y,z)所对应的三维速度值(v_x,v_y,v_z)。

步骤二：用多项式拟合一维的速度与位置的函数关系；