結冰條件下飛機穩(wěn)定性控制方法及應用

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 飛機結冰研究的背景意義 1
1.2 飛機結冰的概念 4
1.2.1 飛機結冰機理 4
1.2.2 飛機結冰條件 5
1.2.3 飛機結冰冰型 6
1.2.4 飛機結冰強度、程度 8
1.3 飛機結冰的危害及影響 9
1.3.1 飛機結冰對航空安全的危害 10
1.3.2 飛機結冰對飛機飛行性能的影響 10
1.3.3 飛機結冰對航空運行經濟性的影響 13
1.4 國內外研究現狀 13
1.4.1 結冰對飛機性能影響的研究現狀 14
1.4.2 結冰條件下飛行安全邊界保護的研究現狀 16
1.5 本書的主要研究內容 18
第2章 飛機非線性動力學模型及結冰影響建模 20
2.1 飛機本體運動方程 20
2.1.1 坐標軸系 20
2.1.2 飛機基本運動方程 21
2.1.3 小擾動線性化狀態(tài)方程模型 23
2.2 飛機非線性氣動力及力矩模型構建 26
2.2.1 線性氣動力及氣動力矩模型 26
2.2.2 非線性氣動力及氣動力矩模型 27
2.3 結冰氣動影響模型 29
2.3.1 線性氣動參數結冰影響氣動模型 29
2.3.2 非線性氣動參數結冰影響建模 32
2.4 結冰對飛機飛行性能影響的仿真計算 36
2.5 本章小結 38
第3章 非線性穩(wěn)定性分析及穩(wěn)定域求解方法基礎理論 39
3.1 安全邊界 39
3.1.1 基本安全邊界 40
3.1.2 穩(wěn)定邊界 41
3.2 穩(wěn)定性分叉分析方法 43
3.3 穩(wěn)定域求解方法 44
3.3.1 基于相平面法構造二維穩(wěn)定域的理論基礎 44
3.3.2 基于Lyapunov函數求解非線性系統(tǒng)穩(wěn)定域的理論基礎 46
3.3.3 基于穩(wěn)定流形構造高維非線性系統(tǒng)穩(wěn)定域邊界的理論基礎 47
3.3.4 基于正規(guī)形法求解非線性系統(tǒng)穩(wěn)定域邊界的理論基礎 49
3.4 可達集理論基礎及計算方法 51
3.4.1 可達集方法 52
3.4.2 正、反向可達集 54
3.4.3 可控不變集與不變集 55
3.4.4 可達集算例——飛行器追擊比賽 58
3.5 本章小結 62
第4章 結冰飛機縱向二維系統(tǒng)穩(wěn)定性及非線性穩(wěn)定域分析 64
4.1 結冰飛機縱向線性穩(wěn)定性分析 64
4.1.1 縱向運動方程 64
4.1.2 氣動導數計算 65
4.1.3 穩(wěn)定性計算 66
4.2 基于相平面法的結冰飛機縱向非線性系統(tǒng)穩(wěn)定域分析 67
4.2.1 縱向非線性模型建立 67
4.2.2 結冰飛機縱向運動穩(wěn)定性及穩(wěn)定域分析 68
4.2.3 時域仿真驗證 70
4.3 基于Lyapunov函數的結冰飛機縱向非線性系統(tǒng)穩(wěn)定域分析 73
4.4 本章小結 75
第5章 基于流形法的結冰飛機高維非線性穩(wěn)定域確定 76
5.1 結冰飛機開環(huán)系統(tǒng)非線性動力學分叉分析 76
5.1.1 分叉問題數值方法 77
5.1.2 運動方程 77
5.1.3 結冰前后飛機氣動導數 78
5.1.4 開環(huán)系統(tǒng)分叉分析 79
5.2 基于流形法的結冰飛機非線性穩(wěn)定域求解 82
5.2.1 動力學系統(tǒng)穩(wěn)定域邊界上平衡點的判定 82
5.2.2 基于流形法的動力學系統(tǒng)穩(wěn)定域邊界構造方法 83
5.2.3 飛機開環(huán)多維穩(wěn)定域求解及準確性驗證 84
5.3 考慮執(zhí)行機構飽和的結冰飛機縱向閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定域分析 88
5.3.1 平尾結冰對飛機飛行性能的影響 89
5.3.2 考慮執(zhí)行機構飽和的閉環(huán)系統(tǒng)模型 90
5.3.3 飛機未結冰的非線性穩(wěn)定域 93
5.3.4 不同結冰程度下飛機穩(wěn)定域變化 94
5.3.5 不同舵面飽和值情況下結冰飛機穩(wěn)定域 95
5.3.6 流形法求解閉環(huán)穩(wěn)定域的時域驗證 96
5.4 本章小結 99
第6章 基于正規(guī)形法的結冰飛機著陸階段非線性穩(wěn)定域確定 101
6.1 基于正規(guī)形法的穩(wěn)定域確定方法 101
6.1.1 多項式形式的非線性映射構造 101
6.1.2 非線性映射的求解 102
6.1.3 穩(wěn)定域邊界的表現形式 104
6.2 著陸階段結冰飛機的穩(wěn)定域研究 105
6.2.1 高階正規(guī)形法估計穩(wěn)定邊界的有效性驗證 106
6.2.2 不同結冰程度對飛機穩(wěn)定域的影響 108
6.3 基于穩(wěn)定域的結冰飛機動態(tài)性能分析 110
6.3.1 飛機輕度結冰情況 111
6.3.2 飛機嚴重結冰情況 112
6.4 穩(wěn)定邊界優(yōu)化控制 113
6.5 本章小結 116
第7章 結冰飛機的著陸安全包線計算 118
7.1 安全包線定義 118
7.2 結冰飛機著陸階段安全包線求解 120
7.2.1 飛機著陸參數分析 120
7.2.2 飛機著陸可達集分析 121
7.3 結冰情形未知條件下的安全包線估計 124
7.3.1 縱向長周期運動模態(tài)方程的簡化 124
7.3.2 反向可達集估計安全包線的結果分析 126
7.4 本章小結 134
第8章 結冰飛機著陸安全包線影響因素分析 136
8.1 關鍵參數對安全包線的影響分析 136
8.1.1 著陸時飛機質量對安全包線的影響 137
vi 結冰條件下飛機穩(wěn)定性控制方法及應用
8.1.2 著陸時飛機迎角對安全包線的影響 138
8.1.3 著陸時結冰冰型對安全包線的影響 140
8.1.4 著陸時襟翼偏角對安全包線的影響 144
8.2 不同位置結冰對飛行安全包線影響的分析 147
8.3 本章小結 149
第9章 基于可達集方法的結冰飛機著陸階段安全風險評估 151
9.1 極端條件下的飛行危險性分析 151
9.2 飛機結冰風險評估想定 153
9.3 極值理論 153
9.4 參數提取和檢驗 157
9.4.1 參數的提取 157
9.4.2 參數的檢驗 158
9.5 風險概率計算 160
9.6 本章小結 164
參考文獻 165