本書基于作者50多年的飛行控制技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗,論述現(xiàn)代先進飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用,全面、系統(tǒng)地分析和討論了飛控系統(tǒng)的主要設(shè)計工作——功能設(shè)計(控制律)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(余度結(jié)構(gòu)和余度管理),并結(jié)合實際機型給出了設(shè)計實例;詳細闡述主要飛行控制分系統(tǒng)——軟件、飛控計算機、伺服作動系統(tǒng)和傳感器分系統(tǒng),以及系統(tǒng)綜合和試驗驗證作為工程化產(chǎn)品開發(fā)流程的重要環(huán)節(jié)。最后,討論了新型控制技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢。本書以理論方法為支撐、規(guī)范準(zhǔn)則為指導(dǎo),完整地描述了開發(fā)過程,物理概念清晰。
2003年1月,國防工業(yè)出版社曾出版過一套“飛行控制技術(shù)叢書”。十余年過去了,國內(nèi)外航空技術(shù)又有了巨大進展。我國航空工業(yè)經(jīng)歷了20世紀(jì)80、90年代預(yù)先研究和型號開發(fā)的技術(shù)積累,進入新世紀(jì)后,各類先進機種型號出現(xiàn)了井噴式的發(fā)展。艦載機、四代機(國外稱五代機)、無人作戰(zhàn)飛機、大型運輸機和旅客機等對飛行控制系統(tǒng)的理論研究及應(yīng)用技術(shù)開發(fā)提出了新的需求。與此同時,為配合大飛機的研制,為其提供技術(shù)和智力支持,上海交通大學(xué)出版社在國家出版基金的支持下啟動了“大飛機出版工程”,其中包括“民機飛行控制技術(shù)系列”叢書。
電傳飛行控制技術(shù)作為飛行控制系統(tǒng)的核心,是現(xiàn)代軍機和民機的主要關(guān)鍵技術(shù)之一,也是大型飛機確保飛行安全性、提高可靠性、經(jīng)濟型和改善舒適性的重要使能技術(shù)。中航工業(yè)自控所50多年來在我國軍機飛行控制系統(tǒng)預(yù)先研究和工程型號開發(fā)中積累了豐富的經(jīng)驗,取得了包括數(shù)字電傳飛行控制系統(tǒng)在內(nèi)的大量研究成果,并在多種型號先進軍機上服役應(yīng)用。目前,中航工業(yè)自控所正在與國外廠商以合資公司的形式合作開發(fā)C919客機的飛行控制系統(tǒng)。
正是在上述背景下,我們編著了這本《現(xiàn)代飛機飛行控制系統(tǒng)工程》。不同于以往同類出版物,本書具有以下特點:
(1)完整性。
本書涵蓋了飛行控制系統(tǒng)級、主要分系統(tǒng)級和部件級的技術(shù)內(nèi)容。在系統(tǒng)級包括了兩項主要設(shè)計任務(wù)——功能和性能設(shè)計(控制律設(shè)計)、安全性和可靠性設(shè)計(系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和余度管理設(shè)計),以及系統(tǒng)綜合和驗證任務(wù)。在分系統(tǒng)和部件方面包括了飛行控制計算機(硬件)分系統(tǒng)、軟件、伺服作動分系統(tǒng)和傳感器分系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容。給讀者一個完整的飛行控制系統(tǒng)概念。
。2)實用性。
在各章內(nèi)容中,所討論的理論、方法都是相關(guān)作者在本專業(yè)領(lǐng)域長期工作實踐中經(jīng)過工程型號或預(yù)先研究項目考驗證明是正確的、可行的。
。3)注重理論與實踐緊密結(jié)合。
本書內(nèi)容不是為理論而著理論,也不是某個專項工程的技術(shù)說明,而是將理論方法與工程實踐統(tǒng)一起來論述,讓讀者知其然也知其所以然。
。4)兼顧軍機和民機。
作為飛行安全關(guān)鍵性系統(tǒng),國內(nèi)外許多大跨度的新技術(shù)都是在軍機,特別是戰(zhàn)斗機上首先應(yīng)用,技術(shù)成熟和取得使用經(jīng)驗后再向民機轉(zhuǎn)移,數(shù)字電傳飛行控制技術(shù)就是一個典型的例子。因此,本書不局限于民機飛行控制技術(shù),而是兼顧兩者的內(nèi)容進行討論,也便于讀者對兩大類飛機的飛行控制技術(shù)都有所了解,根據(jù)讀者工作所需進行選擇。
本書由張汝麟任主編,宋科璞、車軍和張翔倫任副主編。全書共分9章:第1章和第9章由張汝麟、宋科璞編著;第2章由張翔倫、左玲、侯琳編著;第3章由周成、徐艷玲編著;第4章由宋科璞、蘇羅輝、張興隆、牛萌等編著;第5章由夏立群、劉瑩、李小明、韓志華等編著;第6章由畢聯(lián)江、周育茹、包艷、張亞崇、惠苗編著;第7章由武方方、張丹濤、屈華敏、魯昊鵬、王勇等編著;第8章由唐強、車軍編著。全書由張汝麟、張翔倫統(tǒng)編統(tǒng)校。
本書編者衷心感謝對本書出版給予關(guān)心、支持和幫助的人們,特別感謝對本書進行審閱并提出寶貴意見的李明院士等人,感謝為本書做了大量圖文處理和錄入工作的羅健暉、段炬等工程師。
由于編著者水平所限,書中存在的遺漏、錯誤懇請讀者批評指正。
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張汝麟:中航工業(yè)西安飛行自動控制研究所原副總工程師,中國航空學(xué)會導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制分會名譽主任委員、中國系統(tǒng)仿真學(xué)會理事,是我國航空工業(yè)飛行控制工程技術(shù)專家和學(xué)術(shù)帶頭人、先進飛行控制技術(shù)的主要開拓者和奠基者。先后主持各類機種十余項飛行控制系統(tǒng)的研究與工程開發(fā)工作。在無人機控制技術(shù)、飛機數(shù)字控制技術(shù)、余度技術(shù)、電傳和主動控制技術(shù)等方面都做出了很多開創(chuàng)性工作和重大貢獻。
1 緒論
1.1 飛行控制系統(tǒng)發(fā)展回顧
1.1.1 以機械操縱系統(tǒng)為主體的經(jīng)典飛行控制系統(tǒng)
1.1.2 電傳飛行控制系統(tǒng)與主動控制技術(shù)
1.2 飛行控制系統(tǒng)功能定義、內(nèi)涵、分類和組成
1.2.1 功能定義和內(nèi)涵
1.2.2 分類與組成
1.3 飛行控制系統(tǒng)工程開發(fā)任務(wù)與流程
1.3.1 飛行控制系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)
1.3.2 飛行控制系統(tǒng)的開發(fā)流程和方法論
1.4 飛行控制系統(tǒng)工程開發(fā)中幾個應(yīng)關(guān)注的技術(shù)動向
1.4.1 先進控制理論和方法在控制律設(shè)計申的應(yīng)用
1.4.2 通道內(nèi)自監(jiān)控(ILM)技術(shù)在余度設(shè)計中的應(yīng)用
1.4.3 形式化方法在飛行控制系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用
2 飛行控制律設(shè)計工
2.1 飛機飛行動力學(xué)模型
2.1.1 坐標(biāo)系定義
2.1.2 飛機6自由度運動方程
2.1.3 小擾動運動方程
2.1.4 使用仿真軟件實現(xiàn)飛機運動建模
2.1.5 注意事項
2.2 設(shè)計規(guī)范
2.2.1 人工飛行控制系統(tǒng)的控制律設(shè)計規(guī)范
2.2.2 自動飛行控制系統(tǒng)的控制律設(shè)計規(guī)范
2.3 設(shè)計方法
2.3.1 控制理論與設(shè)計方法的演進
2.3.2 幾種具有工程化應(yīng)用前景的設(shè)計方法
2.3.3 主要設(shè)計開發(fā)工具
2.4 電傳飛行控制系統(tǒng)控制律設(shè)計
2.4.1 電傳控制律設(shè)計的一般方法
2.4.2 大型飛機電傳飛行控制律設(shè)計示例
2.5 自動飛行控制系統(tǒng)控制律設(shè)計
2.5.1 自動飛行控制系統(tǒng)功能與模態(tài)
2.5.2 自動駕駛儀模態(tài)控制律設(shè)計示例
3 余度結(jié)構(gòu)和余度管理設(shè)計
3.1 可靠性與安全性
3.1.1 基本概念
3.1.2 基本要求
3.1.3 可靠性建模與分析
3.1.4 安全性分析與評估
3.2 余度技術(shù)
3.2.1 余度技術(shù)概述
3.2.2 余度分類與型式
3.2.3 余度設(shè)計技術(shù)
3.3 設(shè)計規(guī)范與工具
3.3.1 余度設(shè)計基本流程
3.3.2 系統(tǒng)余度需求分析
3.3.3 余度結(jié)構(gòu)設(shè)計方法
3.3.4 余度管理設(shè)計方法
3.3.5 主要應(yīng)用工具
3.4 案例系統(tǒng)余度設(shè)計分析
3.4.1 某型飛機飛行控制功能
3.4.2 案例系統(tǒng)余度需求
3.4.3 案例系統(tǒng)余度結(jié)構(gòu)初步設(shè)計
3.4.4 案例系統(tǒng)設(shè)計簡介
3.4.5 案例系統(tǒng)余度結(jié)構(gòu)設(shè)計分析
3.4.6 案例系統(tǒng)余度管理設(shè)計分析
3.4.7 整體結(jié)論分析
……
4 飛行控制計算機分系統(tǒng)
5 伺服作動分系統(tǒng)
6 傳感器分系統(tǒng)
7 軟件
8 飛行控制系統(tǒng)綜合與試驗驗證
9 發(fā)展趨勢
縮略語
索引