動力學(xué)邊界控制及飛機(jī)失控機(jī)理與保護(hù)
航空器飛行中失控已成為威脅飛行安全的最主要因素，目前相關(guān)研究沒有形成完善的理論體系，對此，《動力學(xué)邊界控制及飛機(jī)失控機(jī)理與保護(hù)》從非線性穩(wěn)定域的角度對航空器飛行中失控的機(jī)理及防治措施進(jìn)行研究�！秳恿W(xué)邊界控制及飛機(jī)失控機(jī)理與保護(hù)》以飛機(jī)動力學(xué)模型、環(huán)境影響模型為基礎(chǔ)，研究了飛機(jī)動力學(xué)邊界的確定方法，系統(tǒng)地提出了一套基于動力學(xué)邊界控制的失控防治理論和方法，搭建了飛行訓(xùn)練仿真系統(tǒng)，將理論成果應(yīng)用于工程實踐。《動力學(xué)邊界控制及飛機(jī)失控機(jī)理與保護(hù)》基于飛控系統(tǒng)現(xiàn)行的 PID 控制形式，開辟了新型動力學(xué)邊界控制及控制參數(shù)設(shè)計技術(shù)途徑，為航空器飛行中失控的防治提供新的思路。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 失控事故研究分析 2
1.3 安全包線及防護(hù)措施研究現(xiàn)狀 6
1.3.1 失控量化理論 7
1.3.2 基于平衡狀態(tài)分析的操縱包線確定及應(yīng)用 8
1.3.3 可達(dá)性分析及保護(hù)方法研究現(xiàn)狀 11
1.3.4 穩(wěn)定域及保護(hù)方法研究現(xiàn)狀 17
1.3.5 參數(shù)限制邊界保護(hù)控制方法 20
1.3.6 文獻(xiàn)總結(jié)與分析 22
1.4 本書主要內(nèi)容 23
第2章 飛機(jī)非線性動力學(xué)模型 25
2.1 飛機(jī)六自由度動力學(xué)模型 25
2.1.1 NASA GTM飛機(jī) 25
2.1.2 動力學(xué)模型 26
2.1.3 運動學(xué)模型 27
2.2 力及力矩模型 28
2.2.1 氣動力及力矩模型 28
2.2.2 發(fā)動機(jī)推力及力矩模型 30
2.3 控制律設(shè)計 31
2.4 環(huán)境影響因素 31
2.4.1 結(jié)冰模型 32
2.4.2 陣風(fēng)模型 33
2.5 仿真模型有效性驗證 33
2.5.1 著陸過程仿真 33
2.5.2 陣風(fēng)對飛行安全的影響 35
2.5.3 機(jī)翼結(jié)冰對飛行安全的影響 36
2.6 本章小結(jié) 37
第3章 基于流形理論的飛機(jī)動力學(xué)邊界確定 38
3.1 穩(wěn)定域相關(guān)基本概念 38
3.2 飛機(jī)的動力學(xué)邊界 39
3.3 基于流形理論的動力學(xué)邊界確定 40
3.3.1 流形理論 41
3.3.2 穩(wěn)定流形計算方法 41
3.3.3 計算方法精確性驗證 42
3.4 Monte Carlo穩(wěn)定域計算方法及其改進(jìn)方法 45
3.4.1 傳統(tǒng)Monte Carlo穩(wěn)定域計算方法 46
3.4.2 改進(jìn)Monte Carlo穩(wěn)定域計算方法 47
3.4.3 改進(jìn)Monte Carlo穩(wěn)定域計算方法的優(yōu)越性 49
3.5 基于動力學(xué)邊界的失控問題分析 50
3.5.1 干凈飛機(jī)動力學(xué)邊界確定 50
3.5.2 機(jī)翼結(jié)冰飛機(jī)的動力學(xué)邊界確定 53
3.5.3 失控問題分析 54
3.6 本章小結(jié) 56
第4章 動力學(xué)邊界控制 58
4.1 控制特征對動力學(xué)邊界的影響 58
4.1.1 控制參數(shù)變化對動力學(xué)邊界的影響規(guī)律 59
4.1.2 控制指令變化對動力學(xué)邊界的影響規(guī)律 60
4.1.3 動力學(xué)邊界控制概念 61
4.2 基于動力學(xué)邊界控制的失控保護(hù)理念 61
4.3 穩(wěn)定域的擴(kuò)張控制 64
4.3.1 穩(wěn)定域與反向可達(dá)集的聯(lián)系 64
4.3.2 可達(dá)集計算穩(wěn)定域的特性 66
4.3.3 受控系統(tǒng)穩(wěn)定域的擴(kuò)張條件 67
4.4 穩(wěn)定域的移動控制 71
4.4.1 動力學(xué)系統(tǒng)的移動特性 71
4.4.2 受控系統(tǒng)穩(wěn)定域的移動條件 72
4.5 基于單機(jī)無窮大系統(tǒng)的穩(wěn)定域控制驗證 73
4.5.1 穩(wěn)定域大小控制條件的驗證 75
4.5.2 穩(wěn)定域位置控制條件的驗證 76
4.6 動力學(xué)邊界控制方法 78
4.6.1 動力學(xué)邊界的大小控制方法 78
4.6.2 動力學(xué)邊界的移動控制方法 79
4.7 本章小結(jié) 81
第5章 基于動力學(xué)邊界控制的飛行安全預(yù)警方法研究 82
5.1 飛行安全預(yù)警方法 82
5.2 基于二分法的飛行風(fēng)險量化 84
5.3 基于矩陣分析的飛行安全量化方法 85
5.3.1 矩陣分析量化方法 85
5.3.2 矩陣分析量化方法精確性驗證 86
5.3.3 矩陣分析量化方法局限性分析 87
5.4 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的飛行安全量化方法 89
5.4.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)量化方法 90
5.4.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)量化方法可行性驗證 91
5.5 基于安全預(yù)警方法的事故案例分析 92
5.5.1 陣風(fēng)誘導(dǎo)失控案例 92
5.5.2 結(jié)冰誘導(dǎo)失控案例 93
5.6 本章小結(jié) 96
第6章 基于動力學(xué)邊界控制的失控保護(hù)策略研究 97
6.1 失控保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計理念 97
6.2 增益調(diào)度控制與動力學(xué)邊界的聯(lián)系 99
6.2.1 增益調(diào)度控制律設(shè)計 100
6.2.2 基于增益調(diào)度控制律的動力學(xué)邊界特性 102
6.3 基于動力學(xué)邊界擴(kuò)張控制的失控保護(hù)策略 104
6.3.1 動力學(xué)邊界擴(kuò)張控制律設(shè)計 104
6.3.2 陣風(fēng)情況下邊界保護(hù)案例 107
6.3.3 結(jié)冰情況下邊界恢復(fù)案例 111
6.4 基于動力學(xué)邊界移動控制理論的失控安全操縱策略 115
6.4.1 基于動力學(xué)邊界移動控制理論的自動控制策略 115
6.4.2 基于動力學(xué)邊界移動控制理論的駕駛員操縱策略 117
6.4.3 陣風(fēng)情況下駕駛員操縱應(yīng)對策略 119
6.5 基于動力學(xué)邊界控制的安全應(yīng)對策略 120
6.6 本章小結(jié) 122
第7章 基于動力學(xué)邊界控制的飛行控制律設(shè)計方法 123
7.1 橫航向動力學(xué)建模 123
7.2 本體動態(tài)特性及增穩(wěn) 125
7.3 橫航向執(zhí)行機(jī)構(gòu)非線性特性對穩(wěn)定邊界的影響 127
7.4 基于靜不穩(wěn)定航空器最大穩(wěn)定邊界的控制能力優(yōu)化研究 133
7.5 穩(wěn)定邊界與常用頻域設(shè)計指標(biāo)關(guān)聯(lián)規(guī)律研究 136
7.6 本章小結(jié) 141
第8章 基于動力學(xué)邊界控制的飛行訓(xùn)練仿真系統(tǒng)設(shè)計 142
8.1 飛行訓(xùn)練仿真系統(tǒng) 142
8.2 系統(tǒng)設(shè)計及相關(guān)的技術(shù)保障 144
8.2.1 動力學(xué)邊界數(shù)據(jù)庫構(gòu)建 144
8.2.2 實時安全系數(shù)顯示 146
8.2.3 實時駕駛員操縱安全提示 146
8.2.4 視景處理 147
8.2.5 實時結(jié)冰模型 147
8.2.6 訓(xùn)練數(shù)據(jù)存儲與處理 147
8.2.7 界面設(shè)置 148
8.3 飛行訓(xùn)練仿真系統(tǒng)功能 149
8.3.1 著陸訓(xùn)練 149
8.3.2 訓(xùn)練結(jié)果及事故分析 150
8.3.3 結(jié)冰安全著陸訓(xùn)練 152
8.4 本章小結(jié) 155
參考文獻(xiàn) 156
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