CN113335559B - 一种空中加油软管锥套动态的模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种空中加油软管锥套运动的模拟方法，包括：构建所述锥套升沉方向运动模型和横向摆动模型；在锥套升沉方向运动模型和横向摆动模型中加入风扰模型形成锥套的升沉方向风扰运动模型和横向风扰摆动模型；根据所述升沉方向风扰运动模型和横向风扰摆动模型模拟锥套的运动。本申请所提供的空中加油锥套运动的模拟方法相对于其他现有方法来说，方法简单、可操作性强、实用性强、移植性通用性强，针对不同的伞套、飞机只需要进行固定参数的调整即可。本申请的方法能够充分体现加油锥套在大气扰动作用下的运动特性，能够保证飞行模拟器模拟的逼真度，能够保证飞行员驾驶技术训练的效果。

Description

一种空中加油软管锥套动态的模拟方法
技术领域
本申请属于飞机空中加油技术领域，特别涉及一种空中加油软管锥套动态的模拟方法。
背景技术
软管式空中加油技术是一种“加油机被动，受油机主动”的对接加油技术，软管式加油对接属于两机或多机相连的超密集飞行范畴，这期间加、受油机之间气动力干扰是不可避免的。在执行空中加油任务的过程中，软管为锥套系统的动态特性是核心与关键。软管的弯曲、漂移、抖动、振荡以及回绕时锥套稳定伞与吊舱口的摆动碰撞等现象都是很常见的。与硬杆加油相比，软管拥有无限的自由度，其固有的非线性特征使得动态特性的表现更为复杂。气流干扰是影响软管为锥套系统动态特性的主要因素，在空中加油实施过程中，软管为锥套系统可能受到气流扰动有很多，比如加油机翼尖涡，发动机尾流干扰，襟、副翼的偏转，受油机头波效应，大气紊流及阵风等等。软管式加油吊舱一般安装在机翼的外侧，毫无疑问，翼尖涡是影响软管为锥套运动特性最重要的因素。
在实际工程应用中，如飞机加油系统(软管、吊舱、锥套)的设计与测试、飞行模拟器设计、飞行员驾驶技术训练等方面都需要对加油锥套进行建模仿真。而现有的仿真建模技术存在设计过程复杂、通用性差、可移植性差或者工程应用性差等问题，尤其是工程时间应用方面缺少支撑。基于上述原因，简单快速的加油锥套大气扰动运动学建模方法在飞行品质评估、飞行员培训、控制系统设计、飞行模拟器设计等领域是十分必要的。
发明内容
本申请的目的是提供了一种空中加油软管锥套运动的模拟方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
本申请的技术方案是：一种空中加油软管锥套运动的模拟方法，包括：
构建所述锥套升沉方向运动模型和横向摆动模型；
在锥套升沉方向运动模型和横向摆动模型中加入风扰模型形成锥套的升沉方向风扰运动模型和横向风扰摆动模型；
根据所述升沉方向风扰运动模型和横向风扰摆动模型模拟锥套的运动。
进一步的，构建的锥套在升沉方向的运动模型为
式中，△ywind表征风扰引起的锥套升沉位移，△αwind表征风扰引起的迎角增量，by为软管运动的增益系数，ayl为软管的运动阻尼特性，ay0为软管的运动频率，p为频域变换因子。
进一步的，构建的锥套在横向摆动模型为
式中，△zwind表征风扰引起的锥套横向摆动位移，△βwind表征风扰引起的侧滑角增量，bz为软管运动的增益系数，azl为软管的运动阻尼特性，az0为软管的运动频率，p为频域变换因子。
进一步的，所述风扰模型包括德莱顿模型或其它风扰模型。
进一步的，所述德莱顿模型为：
其中，Swy(ω)为谱密度函数，σw为风速均方根值，Lw为紊流尺度，V为速度，ω为频率。
本申请所提供的空中加油锥套运动的模拟方法相对于其他现有方法来说，方法简单、可操作性强、实用性强、移植性通用性强，针对不同的伞套、飞机只需要进行固定参数的调整即可。本申请的方法能够充分体现加油锥套在大气扰动作用下的运动特性，能够保证飞行模拟器模拟的逼真度，能够保证飞行员驾驶技术训练的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请的裂纹萌生周期的确定方法流程图。
图2为本申请的裂纹萌生周期的确定方法流程图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
本申请旨在提供一套完整的加油锥套和软管的运动特性建模方法，解决飞机加油系统(软管、吊舱、锥套)设计、测试，飞行模拟器，飞行员驾驶技术训练等方面加油锥套的建模问题，
如图1所示，本申请提供的空中加油软管锥套运动的模拟方法包括如下步骤：
S1、构建锥套升沉方向运动模型和横向摆动模型。
在有大气扰动情况下，空中加油软管动态特性模型可用以下传递函数描述：
其中，△αwind为迎角风扰，△wywind为垂直阵风，W(p)为高阶函数表达式。
其中，迎角风扰
式中，V为飞机速度。
本申请中锥套位移的模型可以归结为二阶动态环节：
参数△ywind为表征风扰引起的伞套升沉位移，△αwind为表征风扰引起的迎角增量，by是软管运动的增益系数，ayl是软管的运动阻尼特性，ay0是软管的运动频率，by、ay1、ay0为取决于锥套和软管的特性，p为频域变换因子。
参数△zwind为表征风扰引起的伞套横向摆动位移，△βwind为表征风扰引起的侧滑角增量，bz是软管运动的增益系数，azl是软管的运动阻尼特性，az0是软管的运动频率，bz、az1、az0为取决于锥套和软管的特性，p为频域变换因子。
S2、在锥套升沉方向运动模型和横向摆动模型中加入风扰模型形成锥套的升沉方向风扰运动模型和横向风扰摆动模型。
其中，风扰模型可以为德莱顿模型或者其它风扰模型，以及其他改进模型。
为了表征伞套运动的随机性，本申请中引入的是德莱顿模型，谱密度通过下列表达式确定：
其中，Swy(ω)为谱密度函数，σw为风速均方根值，Lw为紊流尺度，V速度，ω频率。
S3、根据升沉方向风扰运动模型和横向风扰摆动模型模拟锥套的运动。
依据飞机特征、伞套特征、加油管特征、环境特征等，调整上式中的增益系数。
如图2所示即为本申请一实施例的迎角风扰△αwind和垂直阵风△wywind的仿真曲线。
本申请所提供的空中加油锥套和软管的运动特性建模方法，相对于其他现有方法来说，该方法简单、可操作性强、实用性强、移植性通用性强，针对不同的伞套、飞机只需要进行固定参数的调整即可。本申请的方法能够充分体现加油锥套在大气扰动作用下的运动特性，能够保证飞行模拟器模拟的逼真度，能够保证飞行员驾驶技术训练的效果。
本申请的方法经过了大量的实践证明，是具有实际工程应用的成熟发明。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种空中加油软管锥套运动的模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
构建所述锥套升沉方向的运动模型和横向摆动模型，其中：
所述运动模型为
式中，Δywind表征风扰引起的锥套升沉位移，Δαwind表征风扰引起的迎角增量，by为软管运动的增益系数，ayl为软管的运动阻尼特性，ay0为软管的运动频率，p为频域变换因子；
所述横向摆动模型为
式中，Δzwind表征风扰引起的锥套横向摆动位移，Δβwind表征风扰引起的侧滑角增量，bz为软管运动的增益系数，azl为软管的运动阻尼特性，az0为软管的运动频率，p为频域变换因子；
在锥套升沉方向运动模型和横向摆动模型中加入风扰模型形成锥套的升沉方向风扰运动模型和横向风扰摆动模型；
根据所述升沉方向风扰运动模型和横向风扰摆动模型模拟锥套的运动。
2.如权利要求1所述的空中加油软管锥套运动的模拟方法，其特征在于，所述风扰模型包括德莱顿模型或其它风扰模型。
3.如权利要求2所述的空中加油软管锥套运动的模拟方法，其特征在于，所述德莱顿模型为：
其中，Swy(ω)为谱密度函数，σw为风速均方根值，Lw为紊流尺度，V为速度，ω为频率。
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