空中加油技术可以大大增加飞机的航时与航程,增强空中作战能力,对于我国航空工业的发展具有重要意义。目前我国在空中加油相关技术方面还存在许多问题,尽管运-20有望成为我国未来第一款大型空中加油机,但是我国对大飞机作为加油机的改装依然缺乏经验,现有国内研究往往只是针对空中加油技术的某一方面展开工作。我国从事空中加油技术的研究和工程设计人员特别需要一种针对空中加油全过程的建模和仿真系统。本文针对这一现状开展空中加油建模与仿真系统研究。论文围绕空中加油建模和仿真系统中的核心问题展开工作:首先分析了空中加油仿真系统的需求,进行系统总体结构设计,给出系统功能模块及其主要功能,介绍了开发该系统的软件平台。然后研究了空中加油软管-锥套组合体建模方法。将软管-锥套模型简化为连杆模型,根据刚体动力学、运动学对其进行分析,建立软管-锥套模型。研究了大气干扰模型,介绍了系统采用的标准大气模型、Dryden大气紊流模型、1-cosine离散阵风模型和修正后的亥姆霍兹马蹄涡模拟的尾涡模型。其次,提出了一种基于势流理论的头波的数值模拟方法,该方法考虑了受油机头部的几何特征,适用于不同机型,有较好的通用性、准确性、实时性,可以用于实时仿真和自主空中加油控制方法设计。使用MATLAB实现该算法,并且用Fluent软件进行同等条件下的计算流体力学仿真,二者对比验证该算法的准确性。设计了几种对接方式,分析对接规律。最后,基于以上模型建立基于MATLAB/Simulink的空中加油模型,建立图形用户界面实现人机交互,实现了空中加油建模与仿真系统,该仿真系统易用性强,具有良好的封装性,便于扩展。基于建立的建模仿真系统,进行了一系列仿真实验,进一步探究了影响空中加油系统性能的一些因素,研究结果对于实际系统的设计具有指导意义。