1.5 本书结构安排

本书的目的是使读者系统且全面地理解硬式空中加油系统的基本原理，掌握硬式空中加油系统建模方法及加油过程中各个阶段的控制方法，并建立硬式空中加油的半物理仿真平台。本书共分为九个章节。

第1章硬式空中加油简介，介绍了硬式空中加油的发展简史、研究意义以及硬式空中加油的研究现状。

第2章加油伸缩管结构分析，介绍了加油伸缩管的结构组成以及结构特性。通过模态分析，获得加油伸缩管自身频率特性以及模态振型。另外使用计算流体动力学软件分析方法，对加油伸缩管进行气动参数求解，获得加油伸缩管的升阻系数以及俯仰力矩系数。

第3章、第4章分别是硬式空中加油系统建模、硬式加油风场环境建模与分析，介绍了加油系统的建模方法和加油过程中风场环境的建模方法。考虑加油伸缩管在加油过程中受到风场的干扰以及自身特殊的细长杆结构，加油伸缩管容易产生弹性变形，因此分别建立加油伸缩管的刚体模型以及弹性模型。另外使用多体动力学建模方法建立加油机-加油伸缩管-受油机三机耦合系统模型。第4章建立加油过程中不同类型的风场模型并介绍了风场在线估计技术，描述了加油过程的流场环境。这两章的模型为后面章节控制律的设计提供了基础。

第5章硬式空中加油自主会合导引设计，介绍了受油机以合适的航迹飞行并到达指定位置等待加油，完成自主会合。针对带末端角度和末端速度约束的受油机空中加油自主会合问题，设计了一种三维分数阶滑模导引律，该导引律能够使受油机在无加油机主动配合的情况下具备自主会合能力。

第6章、第7章分别是硬式空中加油自动对准视觉跟踪技术、硬式空中加油对准姿态控制，介绍了在对准阶段中，通过双目视觉跟踪技术，确定加油伸缩管杆尖与受油孔的相对空间位置，并设计对准姿态控制方法实现加油伸缩管与受油机受油孔的对接。双目视觉跟踪系统利用摄像机拍摄受油机，对每一帧图像进行处理，可得出加油机和受油机的相对导航位姿信息。对准姿态控制方法中，针对弹性加油伸缩管和刚性加油伸缩管，引入了混合灵敏度思想以及超螺旋滑模方法，分别设计了硬式空中加油的对准姿态控制器。

第8章硬式加油自动卸荷及受油机定点跟踪技术，介绍了硬式空中加油在对接完成后，加油伸缩管与受油插座之间的自动卸荷技术，以及使受油机能够稳定在加油伸缩管工作包线内任意给定点的定点跟踪技术。通过建立加油伸缩管与加油插座的对接应力模型，分析加油伸缩管和受油机之间的作用力，设计自动卸荷控制律，完成自动卸荷任务。另外受油机相对加油伸缩管喷嘴的位置是易于测量的，因此采用相对定位的方式来设计定点跟踪控制器。

第9章硬式加油地面半物理工程实现，介绍了硬式空中加油半物理试验驱动平台的总体设计方案并进行地面半物理仿真。根据硬式加油伸缩管运动方式搭建了缩比试验台，设计了控制器的软、硬件系统。根据半物理试验指标确定了平台控制方案并开发相应人机界面进行试验分析，完成了硬式空中加油的地面仿真，为硬式空中加油的试飞提供了依据。