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，《動力學邊界控制及飛機失控機理與保護》從非線性穩(wěn)定域的角度對航空器飛行中失控的機理及防治措施進行研究。《動力學邊界控制及飛機失控機理與保護》以飛機動力學模型、環(huán)境影響模型為基礎(chǔ)，研究了飛機動力學邊界的確定方法，系統(tǒng)地提出了一套基于動力學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�！秳恿W邊界控制及飛機失控機理與保護》基于飛控系統(tǒng)現(xiàn)行的 PID 控制形式，開辟了新型動力學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 可達性分析及保護方法研究現(xiàn)狀 11
1.3.4 穩(wěn)定域及保護方法研究現(xiàn)狀 17
1.3.5 參數(shù)限制邊界保護控制方法 20
1.3.6 文獻總結(jié)與分析 22
1.4 本書主要內(nèi)容 23
第2章 飛機非線性動力學模型 25
2.1 飛機六自由度動力學模型 25
2.1.1 NASA GTM飛機 25
2.1.2 動力學模型 26
2.1.3 運動學模型 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 陣風對飛行安全的影響 35
2.5.3 機翼結(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動力學邊界確定 38
3.1 穩(wěn)定域相關(guān)基本概念 38
3.2 飛機的動力學邊界 39
3.3 基于流形理論的動力學邊界確定 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Monte Carlo穩(wěn)定域計算方法 47
3.4.3 改進Monte Carlo穩(wěn)定域計算方法的優(yōu)越性 49
3.5 基于動力學邊界的失控問題分析 50
3.5.1 干凈飛機動力學邊界確定 50
3.5.2 機翼結(jié)冰飛機的動力學邊界確定 53
3.5.3 失控問題分析 54
3.6 本章小結(jié) 56
第4章 動力學邊界控制 58
4.1 控制特征對動力學邊界的影響 58
4.1.1 控制參數(shù)變化對動力學邊界的影響規(guī)律 59
4.1.2 控制指令變化對動力學邊界的影響規(guī)律 60
4.1.3 動力學邊界控制概念 61
4.2 基于動力學邊界控制的失控保護理念 61
4.3 穩(wěn)定域的擴張控制 64
4.3.1 穩(wěn)定域與反向可達集的聯(lián)系 64
4.3.2 可達集計算穩(wěn)定域的特性 66
4.3.3 受控系統(tǒng)穩(wěn)定域的擴張條件 67
4.4 穩(wěn)定域的移動控制 71
4.4.1 動力學系統(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 動力學邊界控制方法 78
4.6.1 動力學邊界的大小控制方法 78
4.6.2 動力學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 基于動力學邊界控制的失控保護策略研究 97
6.1 失控保護系統(tǒng)設(shè)計理念 97
6.2 增益調(diào)度控制與動力學邊界的聯(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)度控制律的動力學邊界特性 102
6.3 基于動力學邊界擴張控制的失控保護策略 104
6.3.1 動力學邊界擴張控制律設(shè)計 104
6.3.2 陣風情況下邊界保護案例 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 基于動力學邊界移動控制理論的自動控制策略 115
6.4.2 基于動力學邊界移動控制理論的駕駛員操縱策略 117
6.4.3 陣風情況下駕駛員操縱應(yīng)對策略 119
6.5 基于動力學邊界控制的安全應(yīng)對策略 120
6.6 本章小結(jié) 122
第7章 基于動力學邊界控制的飛行控制律設(shè)計方法 123
7.1 橫航向動力學建模 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 156
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