无人机作战方式日渐多样,作战能力日益突出,已成为现代战争中重要的空中作战力量。自主空中加油技术可使无人机航程加大、续航时间增长、载重能力提升、战斗力倍增。但在对接过程中,当受油机缓慢靠近加油锥套时,锥套会在受油机头波作用下远离受油机头部,导致对接失败,造成危险。无人机为满足载重、隐身等需求多采用飞翼式布局,但飞翼式无人机头波缺乏有效建模方法,迫切需要对头波进行建模并在此基础上提出新的控制策略。首先针对自主空中加油对接技术的任务需要,建立了加/受油机的六自由度非线性动力学方程,完成飞行器在平直匀速飞行状态配平,对大气紊流模型与加油机尾流模型进行建模,并在此基础上建立了软管锥套动力学模型。然后采用半兰金体模型、拟合半兰金体模型建立常规布局受油机头波模型,采用基于BP神经网络的头波建模方法建立飞翼式布局受油机头波模型,并对不同对接环境、对接方式、受油机类型、软管材料下头波对软管锥套的扰动情况进行仿真分析。通过将神经网络头波模型与CFD数据对比发现两者差距较小,可以较为精确地模拟飞翼式布局飞机头波。仿真结果表明,常规布局飞机头波使锥套向偏离受油机头部的斜上方运动、飞翼式布局飞机头波使锥套向正上方运动,高海拔高度、低速度、从后下方低速对接可降低头波扰动,合理设计软管材料与截面也可以有效降低头波扰动。最后为抑制头波效应扰动,提出了一种基于对接位置预测的控制策略,并设计轨迹生成器、LQR轨迹跟踪控制器对受油机进行控制。将加/受油机控制回路与软管锥套运动回路相结合,加入视景仿真模块,建立起自主空中加油综合仿真系统,通过综合仿真系统多次仿真迭代可以获得控制策略中需要的预测对接位置。仿真结果表明,设计的LQR控制系统可以有效控制受油机跟踪对接轨迹,通过采用基于对接位置预测的控制策略可以控制受油机姿态平稳地将受油插头精确插入加油锥套,充分验证了对接策略的可行性。