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第1章 直升机的基本工作原理1

1.1 绪言1

1.1.1 直升机发展概况1

1.1.2 直升机的分类5

1.1.3 直升机的控制10

1.1.4 主动控制技术在直升机控制中的应用12

1.2 直升机旋翼气动特性13

1.2.1 直升机的组成13

1.2.2 旋翼系统的结构14

1.2.3 旋翼的类型15

1.2.4 旋翼基本参数16

1.2.5 旋翼基本空气动力特性17

1.3 桨叶的挥舞运动21

1.3.1 垂直飞行的均匀挥舞21

1.3.2 前飞时的周期挥舞21

1.3.3 挥舞系数的物理解释22

1.4 直升机的操纵原理25

1.4.1 直升机稳定与操纵基本概念25

1.4.2 直升机的操纵机构25

1.4.3 直升机的操纵特点29

第2章 直升机飞行动力学31

2.1 坐标系及运动参量31

2.1.1 坐标系31

2.1.2 作用于直升机上的气动力32

2.2 直升机的平衡动力学35

2.2.1 直升机的平衡方程35

2.2.2 直升机悬停时的平衡36

2.2.3 直升机平飞时的平衡39

2.3 直升机的稳定性与操纵性40

2.3.1 直升机的纵向静稳定性40

2.3.2 直升机的航向静稳定性42

2.3.3 直升机的横滚静稳定性43

2.3.4 直升机的阻尼特性44

2.3.5 直升机的操纵性45

2.4 直升机运动方程46

2.4.1 全量运动方程46

2.4.2 小扰动线性化方程47

2.4.3 自然直升机性能分析50

2.5 小型无人直升机动力学建模及物理特性分析58

2.5.1 直升机增稳动力学结构59

2.5.2 数学模型的建立60

2.5.3 增稳动力学的状态空间模型62

2.5.4 小型直升机增稳动力学的结构63

第3章 直升机的增稳与控制增稳系统70

3.1 直升机结构图形式的数学模型70

3.2 增稳与控制增稳系统原理及设计方法73

3.2.1 增稳与控制增稳系统工作原理73

3.2.2 增稳系统设计方法73

3.3 典型控制增稳系统结构分析75

3.3.1 具有漏泄积分器的增稳系统75

3.3.2 具有姿态角微分信息的控制增稳系统77

3.3.3 一种重型直升机的控制增稳系统78

3.3.4 有前后两旋翼的重型直升机的控制增稳系统78

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79

3.3.6 具有模型跟踪的控制增稳系统81

第4章 直升机显模型跟踪控制系统82

4.1 显模型跟踪解耦自适应控制系统设计82

4.1.1 基本MFCS工作机理82

4.1.2 显模型的设计83

4.1.3 控制阵G3的设计84

4.2 系统的跟踪性能及解耦机理分析与仿真验证86

4.3 系统参数优化94

4.3.1 控制阵G3的增益阵R的选取94

4.3.2 G4阵的选取94

4.3.3 G1,G2,G5阵的选取95

4.3.4 显模型带宽的选取95

4.3.5 采样周期的选取95

4.4 性能评估97

4.4.1 跟踪性能97

4.4.2 解耦性能97

4.4.3 鲁棒性98

4.5 具有非线性特性的显模型跟踪系统的控制策略100

4.6 基于MFCS的直升机协调转弯控制103

4.6.1 直升机航向协调控制模态结构配置103

4.6.2 航向协调控制的动特性响应104

第5章 直升机自动飞行控制系统106

5.1 直升机自动飞行控制一般结构106

5.2 各类自动飞行模态一般控制律106

5.2.1 三轴姿态保持模态106

5.2.2 空速保持模态107

5.2.3 地速保持模态107

5.2.4 自动悬停模态107

5.2.5 气压高度保持模态108

5.2.6 航向保持模态108

5.2.7 自动区域导航模态109

5.2.8 对目标的自动航向修正模态109

5.2.9 垂直速度保持模态109

5.2.10 自动飞行控制系统结构110

5.3 基于MFCS的自动飞行模态设计111

5.3.1 外回路结构配置111

5.3.2 传递矩阵T的确定111

5.3.3 外回路FCS｜u,v,h,ψ控制律设计113

5.3.4 FCS｜u,v,h,ψ性能验证及分析115

5.3.5 FCS｜u,v,h,ψ抗气流扰动特性116

5.4 直升机自动过渡飞行控制系统设计117

5.4.1 高度的自动过渡118

5.4.2 前向速度的自动过渡118

5.4.3 按指数规律拉平119

5.4.4 自动过渡的高度与速度控制系统120

5.4.5 自动过渡控制系统的性能122

第6章 直升机现代飞行控制技术123

6.1 引言123

6.2 高增益控制阵解耦的显模型跟踪控制系统设计123

6.2.1 高增益显模型跟踪系统124

6.2.2 控制阵解耦的内回路结构124

6.2.3 设计举例126

6.2.4 数字仿真验证128

6.2.5 外回路设计128

6.3 隐模型解耦控制系统设计131

6.3.1 引言131

6.3.2 隐模型解耦控制的结构配置132

6.3.3 状态反馈阵和前馈补偿阵的设计133

6.3.4 内回路设计的仿真验证138

6.3.5 隐模型解耦控制外回路设计140

6.4 H∞回路成形控制设计140

6.4.1 H∞回路成形控制的基本结构配置及设计方法140

6.4.2 内回路的设计指标142

6.4.3 外回路设计技术144

6.4.4 H∞回路成形内回路设计举例147

第7章 直升机轨迹生成与制导154

7.1 引言154

7.2 制导系统的一般结构154

7.3 直升机舰上起飞过程及轨迹生成155

7.3.1 ZE轴的轨迹生成156

7.3.2 XE轴的轨迹生成158

7.4 直升机着舰过程及轨迹生成159

7.4.1 返航进场阶段轨迹生成159

7.4.2 降落段轨迹设计164

7.5 直升机着舰过程仿真验证167

7.5.1 直升机轨迹跟踪仿真结构167

7.5.2 直升机起飞段轨迹跟踪仿真170

7.5.3 返航进场段轨迹跟踪仿真172

7.5.4 着舰降落段轨迹跟踪仿真172

第8章 直升机光传飞行控制系统173

8.1 光传飞行控制系统概述173

8.1.1 光传操纵系统概述173

8.1.2 光传操纵系统总体配置181

8.2 光传操纵系统的关键技术183

8.2.1 光传操纵系统的关键组件183

8.2.2 光纤数据总线技术188

8.2.3 光传余度技术192

8.3 光纤多路复用技术204

8.3.1 空分复用204

8.3.2 时分复用207

8.3.3 波分复用208

8.3.4 时分波分联合复用210

8.4 直升机上的光传操纵系统211

8.4.1 直升机光传操纵系统结构配置211

8.4.2 直升机显模型光传操纵系统验证212

参考文献216