直升機飛行控制

本書內容力求突出物理實質，面向工程實際。併力圖與固定翼飛機的飛行控制相對照與銜接，以便於理解與自學。

本書可作為飛行控制相關學科專業的本科生或研究生選用教材，也可供從事直升機飛行控制的技術人員參考。

作者簡介 楊一棟，1936年11月出生於浙江省紹興市。1961年畢業於南京航空學院，從事飛行控制的教學與研究工作，1990年任教授，1993年任“導航、制導與控制”學科博士生導師，享受國務院政府特殊津貼。《辭海》1989年及1999年兩版主要編寫人。近四年來，由國防工業出版社出版的著作有《艦載機着艦引導技術譯文集》、《光傳飛行控制》、《艦載機進場着艦規範評估》、《空間飛行器再入返航制導與控制》、《艦載機自動着艦引導系統驗證指南》、《艦載着艦引導與控制》等。

第1章　直升機的基本工作原理

1.1　緒言

1.2　直升機旋翼氣動特性

1.3　槳葉的揮舞運動

1.4　直升機的操縱原理

第2章　直升機飛行動力學

2.1　座標系及運動參量

2.2　直升機的平衡動力學

2.3　直升機的穩定性與操縱性

2.4　直升機運動方程

2.5　小型無人直升機動力學建模及物理特性分析

第3章　直升機的增穩與控制增穩系統

3.1　直升機結構圖形式的數學模型

3.2　增穩與控制增穩系統原理及設計方法

3.3　典型控制增穩系統結構

3.3.1具有漏泄積分器的增穩系統95

3.3.2具有姿態角微分信息的控制增穩系統97

3.3.3一種重型直升機的控制增穩系統98

3.3.4有前後兩旋翼的重型直升機的控制增穩系統98

3.3.5具有高度自動化水平的重型直升機的控制增穩系統99

3.3.6具有模型跟蹤的控制增穩系統101

思考題101

第4章直升機顯模型跟蹤控制系統102

4.1顯模型跟蹤解耦自適應控制系統設計102

4.1.1基本MFCS工作機理102

4.1.2顯模型的設計103

4.1.3控制陣G3的設計104

4.2系統的跟蹤性能及解耦機理分析與仿真驗證106

4.3系統參數優化114

4.3.1控制陣G3的增益陣R的選取114

4.3.2G4陣的選取114

4.3.3G1，G2，G5陣的選取115

4.3.4顯模型帶寬的選取115

4.3.5採樣週期的選取116

4.4性能評估117

4.4.1跟蹤性能117

4.4.2解耦性能117

4.4.3魯棒性118

4.5具有非線性特性的顯模型跟蹤系統的控制策略120

4.6基於MFCS的直升機協調轉彎控制123

4.6.1直升機航向協調控制模態結構配置123

4.6.2航向協調控制的動特性響應124

思考題125

第5章直升機自動飛行控制系統126

5.1直升機自動飛行控制一般結構126

5.2各類自動飛行模態一般控制律128

5.2.1三軸姿態保持模態128

5.2.2空速保持模態128

5.2.3地速保持模態128

5.2.4自動懸停模態129

5.2.5氣壓高度保持模態129

5.2.6航向保持模態130

5.2.7自動區域導航模態130

5.2.8對目標的自動航向修正模態131

5.2.9垂直速度保持模態131

5.2.10自動飛行控制系統結構131

5.3基於MFCS的自動飛行模態設計132

5.3.1外迴路結構配置133

5.3.2傳遞矩陣T的確定133

5.3.3中迴路FCSu,v,h,ψ控制律設計135

5.3.4FCSu,v,h,ψ性能驗證及分析136

5.3.5FCSu,v,h,ψ抗氣流擾動特性137

5.4直升機自動過渡飛行控制系統設計139

5.4.1高度的自動過渡139

5.4.2前向速度的自動過渡140

5.4.3按指數規律拉平141

5.4.4自動過渡的高度與速度控制系統141

5.4.5自動過渡控制系統的性能144

5.5直升機旋翼轉速自動控制方法144

思考題147

第6章直升機現代飛行控制技術148 ^[2] 

6.1引言148

6.2高增益控制陣解耦的顯模型跟蹤控制系統設計148

6.2.1高增益顯模型跟蹤系統149

6.2.2控制陣解耦的內迴路結構149

6.2.3設計舉例151

6.2.4數字仿真驗證153

6.2.5中迴路設計154

6.3隱模型解耦控制系統設計156

6.3.1引言156

6.3.2隱模型解耦控制的結構配置157

6.3.3狀態反饋陣和前饋補償陣的設計158

6.3.4內迴路設計的仿真驗證163

6.3.5隱模型解耦控制中迴路設計165

6.4H∞迴路成形控制設計165

6.4.1H∞迴路成形控制的基本結構配置及設計方法165

6.4.2內迴路的設計指標167

6.4.3中迴路設計技術169

6.4.4H∞迴路成形內迴路設計舉例172

6.5基於顯模型的飛行軌跡制導系統設計179

6.5.1控制器設計179

6.5.2仿真與分析181

思考題185

第7章直升機軌跡生成與制導186

7.1引言186

7.2制導系統的一般結構186

7.3直升機艦上起飛過程及軌跡生成188

7.3.1ZE軸的軌跡生成189

7.3.2XE軸的軌跡生成190

7.4直升機着艦過程及軌跡生成 192

7.4.1返航進場階段軌跡生成192

7.4.2降落段軌跡設計197

7.5直升機起降自主飛行的仿真驗證200

7.5.1LQR顯模型飛控系統設計201

7.5.2自主起飛軌跡跟蹤仿真203

7.5.3返航進場段軌跡跟蹤仿真203

7.5.4着艦降落段軌跡跟蹤仿真203

思考題205

第8章無人直升機進場着艦軌跡制導系統206

8.1無人直升機三維基準軌跡的生成206

8.1.1直升機及艦在不同座標系中的運動軌跡206

8.1.2無人直升機三維期望基準軌跡表達式208

8.1.3基於着艦點的三維期望軌跡的生成209

8.2無人直升機進場着艦三維制導系統結構210

思考題213

第9章直升機光傳操縱系統214

9.1光傳飛行控制系統概述214

9.1.1光傳操縱系統發展及研究現狀214

9.1.2光傳操縱系統總體配置222

9.2光傳操縱系統的關鍵技術224

9.2.1光傳操縱系統的關鍵組件224

9.2.2光纖數據總線技術229

9.2.3光傳餘度技術233

9.3光纖多路複用技術245

9.3.1空分複用245

9.3.2時分複用248

9.3.3波分複用249

9.3.4時分波分聯合複用251

9.4直升機上的光傳操縱系統252

9.4.1直升機光傳操縱系統結構配置252

9.4.2直升機顯模型光傳操縱系統驗證253

思考題256

附錄A某型無人直升機小擾動線性化數學模型257

附錄BUH-60直升機動力學模型259

附錄C某10kg級模型直升機非線性全量數學模型264

參考文獻270" ^[2]