硬式空中加油自主卸荷地面縮比半物理仿真試驗系統技術方案

本發明專利技術涉及一種硬式空中加油自主卸荷地面縮比半物理仿真試驗系統，包括試驗臺架

【技術實現步驟摘要】
硬式空中加油自主卸荷地面縮比半物理仿真試驗系統


[0001]本專利技術涉及硬式空中加油領域，特別是基于快響應機械臂驅動的硬式空中加油自主卸荷地面縮比半物理仿真試驗系統
。

技術介紹

[0002]當今世界，無人軍事的關鍵支撐技術取得重大突破，低成本
、
微小型智能化系統呈井噴式發展，無人機在無人戰場中的地位舉足輕重，但無人機存在載彈與航程之間的矛盾，為此，大力發展“空中力量增幅器”的空中加油便尤為重要
。
空中加油技術
(Aerial refueling)
作為現代軍事戰爭的倍增器，能夠大大增加戰機的航程
、
留空時間
、
活動空間及有效載荷，這對戰機的生存能力
、
航空兵的遠程作戰能力
、
戰斗中的快速反應能力和持續作戰能力具有極大的提高
。
同時，在民用領域為大型運輸機進行空中加油，可提高飛機的運輸能力，降低運營成本，減輕機場設施建設及任務調度的負擔，有廣闊的商業應用前景
。
對于硬式空中加油技術的研究迫在眉睫，但是，空中試驗的成本高，風險大，許多控制方法的功能適合在地面試驗臺進行驗證以節省成本
、
時間
。
現存的硬式空中加油地面試驗臺針對硬式空中加油難點問題徑向力的自動卸除未能提供完整的解決方案
。
[0003]針對居于視覺圖像信息的自主空中加油項目，意大利與美國聯合建立了一套可視化仿真系統，主要用于驗證無人機硬式空中加油中的視覺導航技術
。
[0004]Boeing
公司開發了裝有視覺導航系統的硬式空中加油半物理試驗平臺，采用
1/8
縮比的加油桿物理模型與
F16
受油機模型，通過工業控制計算機驅動作動裝置，模擬加油桿的姿態運動以及受油機的相對運動，對設計的視覺導航方案進行驗證
。
[0005]Blake W
研究了硬式空中加油環境中加油機尾流對受油機飛行控制的影響，并通過風洞試驗驗證風擾環境下受油機的飛行控制律，以便更好地實現加受油機的編隊保持
。
[0006]Williams R
等人和
Boeing
公司合作搭建了一個實驗平臺，受油機模型可以通過安裝支架上的導軌進行
X、Y、Z
方向的位移；縮比加油桿的支架結構能提供其進行上下和左右方向的運動自由度，來模擬在空中時加油桿的俯仰和滾轉運動；同時設計了受油機的精密協同飛行控制律，通過對
GPS、
無線電以及慣性導航多種數據進行濾波融合，獲得更精準的位置信息，用于受油機的位置控制；另外加油桿根部兩邊對稱安裝有攝像頭，對受油插座進行了光源特征值標示，基于圖像識別跟蹤技術得到受油孔的相對位置，實現加油桿的自主對準控制
。
[0007]波音公司搭建了等比例硬式加油裝置的地面試驗臺，能測試系統在動態干擾下的性能，包括加油機攝動
、
加油桿的運動和受油機的攝動，驗證加油過程中加油嘴與受油插座的吸合抗干擾能力
。
歐洲航空防務與航天公司
(EADS)
也搭建了硬式加油試驗平臺，可以完成加油桿的吸合
、
加注
、
退出
、
過載中斷退出等加油過程的地面試驗
。
[0008]意大利比薩大學的
Pollini L
等人采用機械臂帶動受油機與加油桿運動，使用5個
LED
燈源作為受油插座的特征值，驗證了基于圖像信息的對準和自動吸合過程
。
比
Boeing
公司的試驗方法更加復雜，控制難度更加大，同時成本也更高，但可以提供加油桿的空間
X、Y、
Z
三個移動坐標和三個旋轉角度坐標
。
英國克蘭菲爾德大學的
Whidborne J F
和西北工業大學的袁冬莉等人設計了滑輪配重驅動裝置的半物理試驗平臺，使用
CFD
仿真獲得加油桿的氣動參數，設計了對準階段的
LOR
控制器以及對接階段的
LMI
魯棒控制器，驗證了加油桿對接前后的穩定姿態控制能力
。
[0009]綜上所述，國外的硬式空中加油的地面試驗也很多，目的在于解決工程實際問題，但偏向于基于視覺的自動對準控制技術以及對接吸合的可靠性驗證，對于對接后的自動卸荷功能驗證尚未公開
。
國內的地面驗證更少，沒有具體型號的支撐，多為預研性的原理驗證
。
因此，搭建硬式加油地面半物理試驗臺，并開展對接后的卸荷試驗，能夠填補我國在該
的空缺，為后續加油機的型號設計提供借鑒
。

技術實現思路

[0010]本專利技術所要解決的技術問題是：
[0011]針對現有硬式空中加油地面試驗系統的加油伸縮管模型的多軸驅動電機的協同控制難與動態響應不足的問題，本專利技術提供了一種基于快響應
、
優協作機械臂驅動的硬式空中加油自主卸荷地面縮比半物理仿真試驗系統
。
可以提高快速驅動加油伸縮管進行姿態轉換，改裝伸縮內管模擬真實硬式加油伸縮管加油噴嘴的自由度，實現硬式空中加油伸縮管自主卸荷的功能
、
性能驗證
。
[0012]為了解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為：
[0013]一種硬式空中加油自主卸荷地面縮比半物理仿真試驗系統，其特征在于包括試驗臺架
、
顯控設備
、
測控設備
、
驅動設備
、
攝錄設備和模型裝置；
[0014]所述試驗臺架用于安裝驅動設備中的雙軸滑軌
、
攝錄設備中的相機以及模型裝置中加油伸縮管模型上的萬向節；
[0015]所述驅動設備通過機械連接驅動模型裝置進行運動模擬，在地面試驗臺上完成真實硬式空中加油中加油伸縮管與受油機對接流程模擬；
[0016]所述顯控設備與測控設備通過網線連接通信，測控設備運行程序令驅動設備進行運動，驅動模型裝置按照程序要求開始進行工作；
[0017]所述測控設備用于測量模型裝置中加油伸縮管縮比模型的管身載荷力，并通過串口通信傳至顯控設備，顯控設備制定加油伸縮管縮比模型姿態變化程序通信至快響應的驅動設備，驅動模型裝置完成運動模擬；
[0018]所述攝錄設備通過線纜與顯控設備相連，實驗開始后，顯控設備向攝錄設備發送時統信號，攝錄設備接收到信號后開始記錄試驗影響信息，也同時傳輸圖像信息用做受油孔位置與加油伸縮管模型末端加油噴嘴的位置識別；通過回放試驗影像信息，獲得模型裝置的運動情況；通過測控設備反饋信息，獲得模型裝置的三軸姿態
、
控制指令
、
姿態控制電機響應時間
、
加油伸縮管載荷力在內的相關參數本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
一種硬式空中加油自主卸荷地面縮比半物理仿真試驗系統，其特征在于包括試驗臺架
、
顯控設備
、
測控設備
、
驅動設備
、
攝錄設備和模型裝置；所述試驗臺架用于安裝驅動設備中的雙軸滑軌
、
攝錄設備中的相機以及模型裝置中加油伸縮管模型上的萬向節；所述驅動設備通過機械連接驅動模型裝置進行運動模擬，在地面試驗臺上完成真實硬式空中加油中加油伸縮管與受油機對接流程模擬；所述顯控設備與測控設備通過網線連接通信，測控設備運行程序令驅動設備進行運動，驅動模型裝置按照程序要求開始進行工作；所述測控設備用于測量模型裝置中加油伸縮管縮比模型的管身載荷力，并通過串口通信傳至顯控設備，顯控設備制定加油伸縮管縮比模型姿態變化程序通信至快響應的驅動設備，驅動模型裝置完成運動模擬；所述攝錄設備通過線纜與顯控設備相連，實驗開始后，顯控設備向攝錄設備發送時統信號，攝錄設備接收到信號后開始記錄試驗影響信息，也同時傳輸圖像信息用做受油孔位置與加油伸縮管模型末端加油噴嘴的位置識別；通過回放試驗影像信息，獲得模型裝置的運動情況；通過測控設備反饋信息，獲得模型裝置的三軸姿態
、
控制指令
、
姿態控制電機響應時間
、
加油伸縮管載荷力在內的相關參數
。2.
根據權利要求1所述一種硬式空中加油自主卸荷地面縮比半物理仿真試驗系統，其特征在于所述模型裝置包括加油伸縮管模型及受油機模型；所述驅動設備包括雙軸滑軌
、
加油伸縮管驅動機械臂
、
伸縮軸伺服電機與受油機模擬機械臂，其中加油伸縮管模型由萬向節
、
外管
、
伸縮內管
、
萬向球節
、
加油噴嘴組成；驅動設備中的雙軸滑軌驅動萬向節二維運動，加油伸縮管驅動機械臂驅動加油伸縮管模型進行俯仰與滾轉運動，受油機模擬機械臂驅動受油機模型完成姿態模擬運動
。3.
根據權利要求1所述一種硬式空中加油自主卸荷地面縮比半物理仿真試驗系統，其特征在于所述驅動設備通過顯控設備發送的通信報文進行驅動，顯控設備包括加油機模擬上位機
、
受油機模擬上位機
、
視覺識別處理機，與驅動設備通過
UDP
網絡通信
。4.
根據權利要求3所述一種...

【專利技術屬性】
技術研發人員：屈耀紅，賈勁松，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：