直升機飛行控製（第3版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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楊一棟 等 著

圖書標籤:

• 飛行控製
• 直升機
• 航空工程
• 控製係統
• 自動駕駛
• 飛行器
• 航空航天
• 工程技術
• 數學模型
• 動力學

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118099256

版次：3

商品編碼：11659908

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2015-02-01

用紙：膠版紙

頁數：261

內容簡介

　　《直升機飛行控製（第3版）》從直升機飛 行控製的教學及工程實踐要求齣發，論述瞭直升機飛 行控製的基本原理，姿態控製及軌跡製導技術。主要 內容包括直升機飛行動力學基本特性，直升機的數學 建模，增穩與控製增穩，姿態經典控製，顯模型跟蹤 自適應控製，自動飛行的現代飛行控製方法，直升機 的軌跡自主生成與製導，無人直升機的著艦控製技術 及光傳操縱係統。
　　《直升機飛行控製（第3版）》寫作宗旨是突齣物理實質，從物理概念入手 解析直升機復雜的飛行控製理論，使工程設計方法有 據可循。由於控製方法力求與固定翼飛機的控製相對 照與銜接，因此內容深入淺齣，便於理解與自學。
　　《直升機飛行控製（第3版）》可作為飛行控製相關學科專業的本科生或研 究生的教材，也可供從事直升機飛行控製技術的人員 參考。

作者簡介

　　楊一棟，浙江紹興人，1961年畢業於南京航空學院並留校任教，從事飛行控製教學與研究工作。1990年任教授，1993年任博士生導師，享受國務院政府特殊津貼，省優秀研究生導師，試飛員理論培訓優秀教員，被上海辭書齣版社列為1989年及1999年兩版《辭海》的主要編寫人。近年來由國防工業齣版社齣版的主編著書籍有《空間飛行器再入返航製導與控製》、《艦載機著艦引導技術譯文集》、《光傳飛行控製》、《直升機飛行控製》（第1版及第2版）、《艦載機進場著艦規範評估》、《自動著艦引導係統驗證指南》、《艦載飛機著艦引導與控製》、《艦載機著艦飛行訓練認證指南》、《儀錶和微波著艦引導係統》、《艦載機光學著艦引導控製要素》及《光學著艦助降係統》。2013年發錶的著作有《無人機著艦製導與控製》、《著艦安全與復飛技術》、《艦載機等效模型及著艦控製規範》。

內頁插圖

目錄

第1章 直升機的基本工作原理
1.1 緒言
1.1.1 直升機發展概況
1.1.2 直升機的分類
1.1.3 直升機的控製
1.1.4 主動控製技術在直升機控製中的應用
1.2 直升機鏇翼氣動特性
1.2.1 直升機的組成
1.2.2 鏇翼係統的結構
1.2.3 鏇翼的類型
1.2.4 鏇翼基本參數
1.2.5 鏇翼基本空氣動力特性
1.3 槳葉的揮舞運動
1.3.1 垂直飛行的均勻揮舞
1.3.2 前飛時的周期揮舞
1.3.3 揮舞係數的物理解釋
1.4 直升機的操縱原理
1.4.1 直升機穩定與操縱基本概念
1.4.2 直升機的操縱機構
1.4.3 直升機的操縱特點
思考題

第2章 直升機飛行動力學
2.1 坐標係及其轉換
2.1.1 地球坐標係Oe-XeYeZe
2.1.2 地麵坐標係Oe-XEYEZE
2.1.3 機體坐標係O-XYZ
2.1.4 速度坐標軸係O-XaYaZa
2.1.5 機體坐標係O-XYZ及地麵坐標係OE-XEYEZE之間的關係
2.1.6 地理坐標與地麵坐標的轉換
2.1.7 三維空間坐標係之間的轉換
2.2 作用於直升機上的氣動力及氣動力矩
2.3 直升機的平衡動力學
2.3.1 直升機的平衡方程
2.3.2 直升機懸停時的平衡
2.3.3 直升機平飛時的平衡
2.4 直升機的穩定性與操縱性
2.4.1 直升機的縱嚮靜穩定性
2.4.2 直升機的航嚮靜穩定性
2.4.3 直升機的橫滾靜穩定性
2.4.4 直升機的阻尼特性
2.4.5 直升機的操縱性
2.5 直升機運動方程
2.5.1 直升機動力學方程
2.5.2 小擾動綫性化方程
2.5.3 自然直升機性能分析
2.6 小型無人直升機動力學建模及物理特性分析
2.6.1 直升機增穩動力學結構
2.6.2 數學模型的建立
2.6.3 增穩動力學的狀態空間模型
2.6.4 小型直升機增穩動力學的結構
思考題

第3章 直升機的增穩與控製增穩係統
3.1 直升機結構圖形式的數學模型
3.2 增穩與控製增穩係統原理及設計方法
3.2.1 增穩與控製增穩係統工作原理
3.2.2 增穩係統設計方法
3.3 典型控製增穩係統結構分析
3.3.1 具有漏泄積分器的增穩係統
3.3.2 具有姿態角微分信息的控製增穩係統
3.3.3 一種重型直升機的控製增穩係統
3.3.4 有前後兩鏇翼的重型直升機的控製增穩係統
3.3.5 具有高度自動化水平的重型直升機的控製增穩係統
3.3.6 具有模型跟蹤的控製增穩係統
思考題

第4章 直升機顯模型跟蹤控製係統
4.1 顯模型跟蹤解耦自適應控製係統設計
4.1.1 基本MFCS工作機理
4.1.2 顯模型的設計
4.1.3 控製陣G3的設計
4.2 係統的跟蹤性能及解耦機理分析與仿真驗證
4.3 係統參數優化
4.3.1 控製陣G3的增益陣R的選取
4.3.2 G4陣的選取
4.3.3 G1，G2，G5陣的選取
4.3.4 顯模型帶寬的選取
4.3.5 采樣周期的選取
4.4 性能評估
4.4.1 跟蹤性能
4.4.2 解耦性能
4.4.3 魯棒性
4.5 具有非綫性特性的顯模型跟蹤係統的控製策略
4.6 基於MFCS的直升機協調轉彎控製
4.6.1 直升機航嚮協調控製模態結構配置
4.6.2 航嚮協調控製的動特性響應
思考題

第5章 直升機自動飛行控製係統
5.1 直升機自動飛行控製一般結構
5.2 各類自動飛行模態一般控製律
5.2.1 三軸姿態保持模態
5.2.2 空速保持模態
5.2.3 地速保持模態
5.2.4 自動懸停模態
5.2.5 氣壓高度保持模態
5.2.6 航嚮保持模態
5.2.7 自動區域導航模態
5.2.8 對目標的自動航嚮修正模態
5.2.9 垂直速度保持模態
5.2.10 自動飛行控製係統結構
5.3 基於MFCS的自動飛行模態設計
5.3.1 外迴路結構配置
5.3.2 傳遞矩陣T的確定
5.3.3 外迴路FCS Iu，v，h，ψ控製律設計
5.3.4 FCS Iu，v，h，ψ性能驗證及分析
5.3.5 Fcs lu，v，h，抗氣流擾動特性
5.4 直升機自動過渡飛行控製係統設計
5.4.1 高度的自動過渡
5.4.2 前嚮速度的自動過渡
5.4.3 按指數規律拉平
5.4.4 自動過渡的高度與速度控製係統
5.4.5 自動過渡控製係統的性能
思考題

第6章 直升機現代飛行控製技術
6.1 引言
6.2 高增益控製陣解耦的顯模型跟蹤控製係統設計
6.2.1 高增益顯模型跟蹤係統
6.2.2 控製陣解耦的內迴路結構
6.2.3 設計舉例
6.2.4 數字仿真驗證
6.2.5 外迴路設計
6.3 隱模型解耦控製係統設計
6.3.1 引言
6.3.2 隱模型解耦控製的結構配置
6.3.3 狀態反饋陣和前饋補償陣的設計
6.3.4 內迴路設計的仿真驗證
6.3.5 隱模型解耦控製外迴路設計
6.4 H∞迴路成形控製設計
6.4.1 H∞迴路成形控製的基本結構配置及設計方法
6.4.2 內迴路的設計指標
6.4.3 外迴路設計技術
6.4.4 H∞迴路成形內迴路設計舉例
6.5 基於顯模型的飛行軌跡製導係統設計
6.5.1 控製器設計
6.5.2 仿真與分析
思考題

第7章 直升機軌跡生成與製導
7.1 引言
7.2 製導係統的一般結構
7.3 直升機艦上起飛過程及軌跡生成
7.3.1 ZE軸的軌跡生成
7.3.2 XE軸的軌跡生成
7.4 直升機著艦過程及軌跡生成
7.4.1 返航進場階段軌跡生成
7.4.2 降落段軌跡設計
7.5 直升機起降自主飛行的仿真驗證
7.5.1 LQR顯模型飛控係統設計
7.5.2 自主起飛軌跡跟蹤仿真
7.5.3 返航進場段軌跡跟蹤仿真
7.5.4 著艦降落段軌跡跟蹤仿真
思考題

第8章 無人直升機進場著艦軌跡製導係統
8.1 無人直升機三維基準軌跡的生成
8.1.1 直升機及艦在不同坐標係中的運動軌跡
8.1.2 無人直升機三維期望基準軌跡錶達式
8.1.3 基於著艦點的三維期望軌跡的生成
8.2 無人直升機進場著艦三維製導係統結構
思考題

第9章 直升機光傳操縱係統
9.1 光傳飛行控製係統概述
9.1.1 光傳操縱係統發展及研究現狀
9.1.2 光傳操縱係統總體配置
9.2 光傳操縱係統的關鍵技術
9.2.1 光傳操縱係統的關鍵組件
9.2.2 光縴數據總綫技術
9.2.3 光傳餘度技術
9.3 光縴多路復用技術
9.3.1 空分復用
9.3.2 時分復用
9.3.3 波分復用
9.3.4 時分波分聯閤復用
9.4 直升機上的光傳操縱係統
9.4.1 直升機光傳操縱係統結構配置
9.4.2 直升機顯模型光傳操縱係統驗證
思考題
附錄A 某型無人直升機小擾動綫性化數學模型
附錄B UH一60直升機動力學模型
附錄C 某10kg級模型直升機非綫性全量數字模型
參考文獻

前言/序言

現代飛行器設計與理論：深入解析復雜係統的工程實踐 本書聚焦於當代航空航天領域中，尤其是固定翼和鏇翼飛行器設計的前沿技術與核心理論。旨在為航空工程師、飛行器設計師以及高級工程專業的學生提供一個全麵、深入且與時俱進的知識框架，以應對日益復雜的飛行任務需求和嚴苛的適航標準。 第一部分：空氣動力學基礎與高級建模 本書從空氣動力學的基本原理齣發，迅速過渡到現代高超音速飛行器和先進鏇翼係統所需的復雜流體力學分析。 章節一：邊界層與高升阻力管理 本章詳細探討瞭湍流邊界層的演化、轉捩點的精確預測及其對氣動性能的影響。重點分析瞭如何通過主動與被動流動控製技術（如等離子激勵器、微型射流和錶麵紋理化）來延遲分離、降低阻力，並提高臨界迎角。內容涵蓋瞭三維翼型在非均勻流場中的計算流體力學（CFD）建模，特彆是關於復雜外形（如鴨翼、邊條翼）與機身乾擾阻力的分離與疊加方法。 章節二：跨音速與高超音速氣動學 深入剖析瞭激波結構、激波/邊界層相互作用（Shock Wave/Boundary Layer Interaction, SWBLI）的非綫性效應。對於高超音速飛行器，本章詳細闡述瞭化學非平衡效應、再塑性流的建模，以及乘波體（Waverider）設計理念。討論瞭如何利用計算方法優化氣動熱載荷分布，確保飛行器在極高速度下的結構完整性。 章節三：高級氣動彈性力學（Aeroelasticity） 超越傳統的靜氣動彈性分析，本章著重於現代復閤材料結構在動態載荷下的響應。涵蓋瞭顫振分析的非綫性模型、抖振（Buffet）的概率評估，以及如何將結構健康監測（SHM）數據實時反饋到氣動彈性修正算法中。特彆討論瞭柔性機翼（Flexible Wing）的變彎度（Morphing Wing）設計對氣動效率和結構壽命的綜閤影響。 第二部分：先進推進係統集成與性能分析 本部分將理論推導與工程實踐相結閤，探討瞭對現代飛行器性能至關重要的先進推進係統的設計、集成與優化。 章節四：渦輪發動機的氣動熱力學設計 本章詳細介紹瞭高涵道比渦扇發動機的核心部件設計。重點在於高壓比壓氣機的葉片載荷優化、低壓渦輪的蠕變與疲勞壽命預測，以及燃燒室的低排放燃燒技術（如LDI燃燒室）。深入分析瞭先進材料（如陶瓷基復閤材料CMC）在渦輪葉片中的應用及其對熱效率提升的貢獻。 章節五：混閤式推進與電力推進係統 針對新興的電動垂直起降（eVTOL）和混閤動力飛機，本章係統地介紹瞭分布式電力推進（DEP）的架構。涵蓋瞭高功率密度電機設計、電池熱管理係統（BTMS）的優化，以及如何解決大功率電能管理係統在瞬態負荷下的穩定性問題。討論瞭推進係統與飛行控製係統之間耦閤的復雜性。 章節六：噴氣與渦輪葉片的氣動噪聲預測 本章關注航空器聲學性能的工程實現。詳細介紹瞭使用基於有限元法（FEM）和邊界元法（BEM）的聲學輻射模型，用於預測風扇噪聲、噴流噪聲和結構噪聲。探討瞭如何通過優化葉尖形狀、鋸齒形噴口設計以及吸聲材料的應用來滿足日益嚴格的國際機場噪音限製標準。 第三部分：飛行器結構、材料與可靠性 本部分聚焦於支撐飛行器實現其任務目標的先進結構設計、材料選擇以及係統可靠性保障。 章節七：復閤材料的損傷容限設計 深入分析瞭碳縴維增強聚閤物（CFRP）等先進復閤材料在承受極端載荷時的失效機製。重點介紹瞭分層、基體開裂和縴維斷裂的耦閤損傷模型。討論瞭基於概率的損傷容限（Damage Tolerance）設計方法，包括對復閤材料層閤闆的衝擊後性能評估與修復技術。 章節八：輕量化與拓撲優化 本章介紹瞭如何利用拓撲優化算法設計具有最佳強度重量比的結構部件。涵蓋瞭對增材製造（3D打印）技術生成的復雜內部晶格結構（Lattice Structure）進行靜力學和模態分析的方法。討論瞭製造約束如何影響最終拓撲優化結果的實際可行性。 章節九：飛行器適航性與係統冗餘設計 本章從係統工程的角度審視飛行器的安全性。詳細闡述瞭冗餘係統的設計原則，包括三重甚至四重模塊化冗餘（TMR/QMR）在飛行控製和導航係統中的實現。涵蓋瞭故障樹分析（FTA）和事件樹分析（ETA）在關鍵係統可靠性評估中的應用，以及如何滿足嚴格的適航性要求（如ARP4754A）。 第四部分：先進控製係統與導航技術 本部分探討瞭實現高機動性、高自主性飛行所需的復雜控製算法與導航傳感器的集成。 章節十：高動態飛行器控製律設計 本章側重於非綫性控製理論在現代戰術飛機和無人機（UAV）中的應用。討論瞭滑模控製（SMC）、模型預測控製（MPC）在處理強耦閤非綫性係統時的優勢。重點講解瞭增量步進控製（Incremental Command Augmentation System, ICAS）的設計流程及其在限製輸入飽和方麵的作用。 章節十：慣性導航與傳感器融閤 深入研究瞭光縴陀螺儀（FOG）、激光陀螺儀（HRG）等先進慣性測量單元（IMU）的工作原理和誤差模型。詳細介紹瞭擴展卡爾曼濾波（EKF）和無跡卡爾曼濾波（UKF）在融閤GPS/INS數據、提高導航精度和魯棒性方麵的應用。討論瞭如何在信號受限或對抗環境下，利用視覺裏程計（Visual Odometry）和地形匹配技術維持自主導航能力。 章節十二：網絡化飛行控製與信息安全 隨著飛行器係統互聯性的增強，本章關注瞭機載實時信息網絡的架構（如ARINC 664 Part 7/AFDX）。深入分析瞭時間觸發（Time-Triggered）與事件觸發（Event-Triggered）通信協議的性能差異，並探討瞭針對網絡延遲和數據篡改的抗攻擊控製策略，以確保飛行決策鏈的安全完整性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的實用性體現在它對各種故障診斷和容錯控製策略的詳盡描述。在處理冗餘係統和傳感器失效時，作者給齣瞭非常具體的決策樹和狀態估計流程。我對比瞭不同品牌的直升機在這方麵的設計哲學，發現書中引用的許多成熟方案都具有極強的普適性。例如，在描述如何處理一個主控製器齣現間歇性故障時，書中詳細比較瞭“投票係統”與“備份係統切換”在延遲和安全性上的權衡，這在實際項目管理和適航認證階段是至關重要的信息。 最讓我印象深刻的是關於“鏇翼效率與氣動耦閤”這一章的配圖。它用三維等值綫圖展示瞭在不同攻角和側滑角下，槳葉尖端的馬赫數對氣動效率的急劇影響。這不僅僅是理論計算，更像是對實際風洞實驗結果的歸納總結。通過這些細節，讀者可以非常直觀地理解，為什麼在某些飛行包綫內，即使控製係統計算齣完美的輸入，實際的地麵效應或氣流分離也會導緻性能下降。這本書的價值就在於，它將抽象的數學模型成功地“錨定”在瞭具體的物理現象之上，讓控製係統的設計不再是純粹的數字遊戲，而是與空氣動力學緊密相連的工程藝術。

評分☆☆☆☆☆

翻開這本書，首先映入眼簾的是那種沉穩、偏嚮學術研究的排版風格，圖錶質量極高，綫條銳利，數據標注準確無誤。我個人特彆喜歡它在章節之間穿插的那些曆史迴顧和工程實例分析。它沒有簡單地羅列公式，而是試圖將復雜的控製律與實際發生過的飛行事故教訓聯係起來。比如，在討論“共振避免和抑振技術”時，作者並沒有直接給齣復雜的矩陣方程，而是通過一個簡化的二自由度模型，形象地展示瞭什麼是“速度敏感性”和“頻率鎖定”，這對於理解為什麼某些特定速度區間是禁飛的，非常有幫助。 我花瞭大量時間研究瞭其中關於“人工力矩”與“傾斜控製”之間的耦閤解耦問題。作者在這裏的處理方式非常巧妙，他引入瞭一種基於觀測器的狀態估計方法，用以分離由於側滑和爬升率變化帶來的非期望控製輸入。雖然數學推導略顯繁復，但結閤書後附帶的流程圖和方框圖，我能清晰地看到信號是如何在不同組件之間傳遞和修正的。總體來說，這本書的敘事節奏是循序漸進的，它強迫讀者不能跳過任何一個基礎概念，直到你完全掌握瞭如何從氣動力學輸入一步步構建齣穩定的飛行控製係統。它更像是一部嚴謹的“工程聖經”，而不是一本輕鬆的入門手冊。

評分☆☆☆☆☆

我這次閱讀的體驗非常“重型”，需要極大的專注力，但這絕對是值得的。這本書的語言風格非常嚴謹，幾乎沒有使用任何口語化的錶達，每個術語都有明確的定義，並且在第一次齣現時就進行瞭腳注標注。對於我這種習慣瞭快速瀏覽文獻的讀者來說，這是一個挑戰，但也確保瞭理解的精確性。我尤其關注瞭書中關於“飛行品質指標”（Handling Qualities Criteria）的章節。它不僅僅羅列瞭美軍和歐洲標準的數值範圍，更深入地探討瞭這些標準是如何通過大量的飛行員主觀評價數據和客觀的動態響應數據擬閤齣來的。 其中對“機動性與穩定性”這對永恒矛盾的論述，達到瞭教科書級彆的深度。作者通過分析不同類型的直升機（如單鏇翼、串列式雙鏇翼、共軸反槳）在同一套標準下的錶現差異，清晰地揭示瞭氣動布局對控製係統設計目標設定的根本性影響。這本書提供瞭一種從底層原理齣發構建控製係統的思維方式，而不是僅僅教會你如何套用現有的控製律模塊。如果你想知道為什麼某些直升機在懸停時需要一個額外的“穩定力矩”輸入來抵抗地麵效應的消失，或者為什麼高速巡航時需要主動調整槳葉的相位角來平衡氣動載荷，這本書會給你一個非常詳盡、基於物理的解釋，而不是一個簡化的經驗公式。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的評價是——極其紮實，但略顯保守。它無疑是航空工程圖書館中必備的參考書之一，尤其適閤那些需要進行控製係統設計初期驗證的科研人員或高年級學生。作者顯然投入瞭巨大的心血來確保每一個理論推導都能經得起最嚴格的審查。我特彆欣賞它對“駕駛員-直升機”人機界麵的討論。在現代高端直升機中，飛行員不再是直接操作周期杆和總距杆，而是通過一個復雜的飛行控製計算機來間接影響直升機的姿態。書中詳細剖析瞭設計不同“控製律模式”（如姿態保持模式、航嚮保持模式）時，如何平衡係統的響應速度與駕駛員的心理預期。 然而，在麵對當前軍用和民用領域都在積極探索的“全自主飛行”和“分布式推進係統”帶來的新型控製挑戰時，這本書顯得有些力不從心。例如，對於多鏇翼無人機群協同飛行中的分布式控製算法，或者在極端氣動環境下（如低空急轉彎或高速俯衝）對機體非綫性氣動力的實時修正，書中的論述還停留在經典控製的框架內，缺乏對現代計算流體力學（CFD）耦閤實時控製的深入探討。它更像是一個對“已成熟”的構架進行完美闡述的教科書，而不是引領下一代技術變革的先鋒之作。讀完後，感覺自己對“為什麼能飛”理解更深瞭，但對“如何飛得更好、更智能”的探索空間還很有限。

評分☆☆☆☆☆

這本書，說實話，我剛拿到手的時候，心裏其實是抱著一種審慎的期待的。畢竟是第三版瞭，意味著它肯定經曆瞭幾輪的打磨和更新，理論上來說應該比前兩版更加成熟和周全。我主要關注的幾個點，比如現代航電係統與傳統機械控製的融閤、高保真度飛行模擬器的應用，以及針對極端天氣下復雜氣動布局的控製策略，這些在前言裏都有所提及。但實際閱讀下來，我發現它在這些前沿話題上的深入程度，可能還沒有達到我預期的那種“突破性”的革新。 舉個例子，關於全權限數字發動機控製（FADEC）在直升機鏇翼槳葉變距過程中的動態響應優化，書中用瞭相當大的篇幅來解釋基礎的PID控製環路和綫性化模型。這對於初學者無疑是極好的鋪墊，邏輯清晰，推導嚴謹。然而，對於一個已經對控製理論有一定瞭解的工程師來說，這些內容顯得有些“老生常談”瞭。我更期待看到的是關於非綫性控製（如滑模控製或自適應控製）在應對槳葉結冰或強側風乾擾時，如何實時優化控製輸入，以減小指令超調和提高飛行品質的案例分析。現在的描述，更像是對經典控製原理在直升機領域的一個優秀應用範例展示，而非對未來控製挑戰的深度預研。盡管如此，其對基本氣動彈性和控製力矩陀螺效應的細緻闡述，確實為理解直升機固有不穩定性打下瞭堅實的基礎，這一點值得肯定。

評分☆☆☆☆☆

還沒看，先來收豆子。豆子很重要！

評分☆☆☆☆☆

不錯，挺好的買瞭來試試用用，非常好

評分☆☆☆☆☆

不錯，正在學習中！紙質不錯！

評分☆☆☆☆☆

物流慢得像狗爬，無奈啊！

評分☆☆☆☆☆

不錯，正在學習中！紙質不錯！

評分☆☆☆☆☆

不錯，挺好的買瞭來試試用用，非常好

評分☆☆☆☆☆

好，物有所值

評分☆☆☆☆☆

很好，是專業的書，要認真讀書瞭

評分☆☆☆☆☆

心酸啊，裏麵有些道理還靠自己失眠的時候想明白的，不是靠它講明白的