本书从直升机飞行控制的专业教学及工程实践要求出发,论述了直升机飞行控制的基本原理与实现技术。主要内容包括直升机飞行动力学基本特性、直升机的增稳与控制增稳、电传操纵方式下的显模型跟踪自适应控制、自动飞行控制、直升机的现代飞行控制技术以及光传操纵系统等内容。本书内容力求突出物理实质,面向工程实际。并力图与固定翼飞机的飞行控制相对照与衔接,以便于理解与自学。本书可作为飞行控制相关学科专业的本科生或研究生选
用教材,也可供从事直升机飞行控制的技术人员参考。
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编委会名单0
前言0
第1章 直升机的基本工作原理11.1 绪言11.1.1 直升机发展概况1
1.1.2 直升机的分类6
1.1.3 直升机的控制7
1.1.4 主动控制技术在直升机控制中的应用9
1.2 直升机旋翼气动特性101.2.1 直升机的组成10
1.2.2 旋翼系统的结构11
1.2.3 旋翼的类型12
1.2.4 旋翼基本参数13
1.2.5 旋翼基本空气动力特性13
1.3 桨叶的挥舞运动171.3.1 垂直飞行的均匀挥舞17
1.3.2 前飞时的周期挥舞17
1.3.3 挥舞系数的物理解释18
1.4 直升机的操纵原理201.4.1 直升机稳定与操纵基本概念20
1.4.2 直升机的操纵机构21
1.4.3 直升机的操纵特点25
第2章 直升机飞行动力学262.1 坐标系及运动参量262.1.1 坐标系26
2.1.2 作用于直升机上的气动力27
2.2 直升机的平衡动力学302.2.1 直升机的平衡方程30
2.2.2 直升机悬停时的平衡30
2.2.3 直升机平飞时的平衡33
2.3 直升机的稳定性与操纵性342.3.1 直升机的纵向静稳定性34
2.3.2 航向静稳定性36
2.3.3 横滚静稳定36
2.3.4 直升机的阻尼特性37
2.3.5 直升机的操纵性39
2.4 直升机运动方程392.4.1 全量运动方程39
2.4.2 小扰动线性化方程40
2.4.3 自然直升机性能分析43
2.5 小型无人直升机动力学建模及物理特性分析512.5.1 直升机增稳动力学结构51
2.5.2 数学模型的建立52
2.5.3 增稳动力学的状态空间模型55
2.5.4 小型直升机增稳动力学的结构56
第3章 直升机的增稳与控制增稳系统633.1 直升机结构图形式的数学模型63
3.2 增稳与控制增稳系统原理及设计方法663.2.1 增稳与控制增稳系统工作原理66
3.2.2 增稳系统设计方法66
3.3 典型控制增稳系统结构683.3.1 具有漏泄积分器的增稳系统68
3.3.2 具有姿态角微分信息的控制增稳系统70
3.3.3 一种重型直升机的控制增稳系统71
3.3.4 有前后两旋翼的重型直升机的控制增稳系统71
3.3.5 具有高度自动化水平的重型直升机的控制增稳系统72
3.3.6 具有模型跟踪的控制增稳系统72
第4章 直升机显模型跟踪控制系统754.1 显模型跟踪解耦自适应控制系统设计754.1.1 基本MFCS工作机理75
4.1.2 显模型的设计76
4.1.3 控制阵G3的设计77
4.2 系统的控制及解耦性能79
4.3 系统参数优化824.3.1 控制矩阵G3的增益矩阵R的选取83
4.3.2 G4矩阵的选取83
4.3.3 G1,G2,G5矩阵的选取83
4.3.4 显模型带宽的选取84
4.3.5 采样周期的选取84
4.4 性能评估854.4.1 跟踪性能85
4.4.2 解耦性能86
4.4.3 鲁棒性86
4.5 具有非线性特性的显模型跟踪系统的控制策略88
4.6 基于MFCS直升机协调转弯914.6.1 直升机航向协调控制模态结构配置91
4.6.2 航向协调控制的动特性响应93
第5章 直升机自动飞行控制系统945.1 直升机自动飞行控制一般结构94
5.2 各类自动飞行模态一般控制律945.2.1 三轴姿态保持模态94
5.2.2 空速保持模态95
5.2.3 地速保持模态95
5.2.4 自动悬停模态95
5.2.5 气压高度保持模态96
5.2.6 航向保持模态96
5.2.7 自动区域导航模态97
5.2.8 对目标的自动航向修正模态97
5.2.9 垂直速度保持模态97
5.2.10 自动飞行控制系统结构98
5.3 基于MFCS的自动飞行模态设计995.3.1 外回路结构配置99
5.3.2 传递矩阵T的确定100
5.3.3 外回路FCS|u,v,h,ψ控制律设计101
5.3.4 FCS|u,v,h,ψ性能验证及分析103
5.3.5 FCS|u,v,h,ψ抗气流扰动特性性能104
5.4 直升机自动过渡飞行控制系统设计1055.4.1 高度的自动过渡105
5.4.2 速度的自动过渡106
5.4.3 按指数规律拉平107
5.4.4 自动过渡的高度与速度控制系统107
5.4.5 自动过渡控制系统的性能110
第6章 直升机现代飞行控制技术1116.1 引言111
6.2 高增益控制阵解耦的显模型跟踪控制系统设计1116.2.1 高增益显模型跟踪系统112
6.2.2 控制阵解耦的内回路结构112
6.2.3 设计举例113
6.2.4 数字仿真验证116
6.2.5 外回路设计116
6.3 隐模型解耦控制系统设计1196.3.1 引言119
6.3.2 隐模型解耦控制的结构配置119
6.3.3 状态反馈矩阵和前馈补偿矩阵的设计120
6.3.4 内回路设计的仿真验证125
6.3.5 隐模型解耦控制外回路设计126
6.4 H∞回路成形控制系统设计1276.4.1 H∞回路成形控制的基本结构配置及设计方法127
6.4.2 内回路的设计指标129
6.4.3 外回路设计技术131
6.4.4 H∞回路成形内回路设计举例133
第7章 直升机光传飞行控制系统1417.1 光传飞行控制系统概述1417.1.1 光传操纵系统概述141
7.1.2 光传操纵系统总体配置144
7.2 光传操纵系统的关键技术1447.2.1 光传操纵系统的关键组件144
7.2.2 光纤数据总线149
7.3 光纤多路复用技术1527.3.1 空分复用(SDM)152
7.3.2 时分复用(TDM)154
7.3.3 波分复用(WDM)155
7.3.4 时分波分联合复用157
7.4 直升机光传操纵系统1577.4.1 直升机光传操纵系统结构配置157
7.4.2 直升机显模型光传操纵系统验证159
参考文献164