一直以来,空中作战能力是军事强国的军事力量体现,作战机的性能成为衡量空中作战能力的关键所在。在这种情况下,工程师们尝试通过空中加油技术来延长作战机的飞行时间和飞行距离,因此空中加油技术受到了世界上军事强国的研究者们的重视,他们设计出了各种空中加油系统来提高加油的效率。软管式空中加油以其成本低,方式简单的特点在空中加油研究领域中占有一席之地。在软管式空中加油系统的研究中,对接过程又是极为重要的一环,其中对接控制力和对接安全性是评价其性能优劣的两大重要指标。本文以此为出发点,主要对软式空中加油软管-锥套的特性及加油机与受油机对接控制进入了深入研究。在软管-锥套的特性方面重点分析了软管-锥套在对接过程中的受力情况和锥套的气动特性,首先采用悬链线法和量纲分析法相结合的方法建立了加油机空速与锥套的气动阻力之间的数学模型,然后通过分析锥套的气动特性确定了适合高速和低速加油的最优稳定伞型;在对接控制方面主要通过锥套轨迹确定和受油机跟踪控制两方面内容来完成。首先在充分学习了国内外关于软管-锥套运动特性研究的基础上,结合试飞数据,详细地分析了软管锥套在对接阶段的受力情况以及影响因素。采用悬链线法和量纲分析相结合的方法,提出一种新的阻力预估公式,并将其计算结果与试验数据进行对比,以此验证该方法的可靠性。其次研究了伞撑角和伞撑数量对锥套稳定伞阻力系数的影响,确定了高速和低速加油的最优稳定伞外形。先利用SOLIDWORKS建立不同伞撑角和伞撑数量的六种三维模型,进而利用Fluent进行数值仿真得出伞撑角和伞撑数量与稳定伞阻力系数的关系,最后确定高速和低速加油的最优稳定伞外形。最后建立软管锥套的多体动力学模型,得出软管锥套的外放特性及锥套的运动轨迹,并通过制导律和控制律的设计完成了加油机与受油机的综合对接系统。首先,利用动力学和运动学分析建立软管锥套的多体模型,并加入大气紊流的影响,在MATLAB/SIMULINK仿真平台上进行仿真模拟了软管锥套在外放状态下的运动轨迹;其次,利用锥套和受油机之间相对位置设计了参考航迹;最后,在LQR控制的基础设计了LQR-PID轨迹跟踪控制器,并对包括受油机小扰动线性动力学模型、加油锥套运动轨迹、大气紊流干扰、制导模块、控制模块在内的对接控制系统完成受油机与加油机之间的对接过程仿真。仿真结果表明,该对接控制系统能控制受油机快速准确地与加油机对接,提高软式空中加油的对接效率,具有一定的工程应用价值。