《空中加油動力學與控制》是2016年4月國防工業出版社出版的圖書，作者是王海濤、董新民。
基本介紹
- 中文名：空中加油動力學與控制
- 作者：王海濤、董新民
- 出版時間：2016年4月
- 出版社：國防工業出版社
- 頁數：379 頁
- ISBN：9787118106961
- 定價：78.00
- 開本：16 開
- 裝幀：平裝
- 版次：1-1
- 千字數：550
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書總結了作者及所在科研團隊十多年來在空中加油動力學與控制研究領域所 取得的部分成果,較為全面系統地介紹了空中加油技術的作戰使用、歷史發展和工程 實踐等基本知識;加油機尾渦流場、受油機頭波效應的Hallock - Burnhan 理論模擬和 CFD 數值模擬方法;變質量飛行器、軟管錐套組合體和加油硬管的動力學建模仿真 方法;人工電傳控制增穩模態控制律設計與空中加油模態改進方法;針對高階多輸 入、多輸出仿射非線性系統的線上自組織近似指令濾波反推非線性控制理論及其在 受油機對接飛行航跡控制中的套用。此外,各部分內容均安排翔實的仿真套用,便於 讀者理解掌握。 本書以空中加油動力學與控制最新理論為主線,同時包含流體力學、系統動力學 建模、飛行控制、非線性控制等相關前沿方法,能夠幫助空中加油愛好者儘快入門,適 合從事飛行控制、非線性控制、動力學建模等研究領域的研究生、科研人員仔細研讀, 對於空中加油工程技術發展也具有一定指導作用。
圖書目錄
第一篇空中加油簡介
第一章 空中加油技術的意義與發展 1
1. 1 戰略意義 1
1. 1. 1 遺憾錯過第二次世界大戰 1
1. 1. 2 現代空戰顯神威 3
1. 1. 3 空中加油技術的作用 7
1. 2 起源與發展 8
1. 2. 1 “不可思議冶的登場 9
1. 2. 2英、美合作發展歷程 11
1. 2. 3 蘇聯另闢蹊徑 17
1. 2. 4 我國發展之路 25
1. 2. 5 不可思議的加油瞬間 26
第二章 空中加油技術分類 31
2. 1 空中加油基本形式 31
2. 1. 1 軟管錐套式(簡稱軟式) 31
2. 1. 2 伸縮套管式(簡稱硬式) 32
2. 1. 3 混合式 33
2. 2 夥伴式空中加油 33
2. 3 直升機空中加油 34
2. 3. 1 作用與發展情況 34
2. 3. 2 難點和結構差異 36
2. 3. 3 加油設備簡介 37
2. 3. 4 加油基本過程 38
2. 4 無人機自主空中加油 39
2. 4. 1 NASA 軟式自主空中加油 40
2. 4. 2 美國空軍硬式自主空中加油 45
2. 4. 3 美國海軍自主高空加油計畫 46
2. 4. 4 史上首次無人機自主加油對接 47
2. 5 空中加油的基本過程 47
第三章 空中加油機及其系統組成 50
3. 1 世界各國主要空中加油機 50
3. 1. 1 美國 50
3. 1. 2 俄羅斯 54
3. 1. 3 英國 56
3. 1. 4 歐洲空中客車公司 57
3. 1. 5 其他國家 58
3. 1. 6 空中加油機應該造多大 60
1.3.2典型空中加油機的系統組成 61
3. 2. 1 伊爾 -78 系列空中加油機 61
3. 2. 2 KC -135 空中加油機 62
3. 2. 3 KC -10 空中加油機 68
3. 2. 4 新型空中加油機的發展趨勢 75
3. 3 軟管錐套式空中加油系統 79
3. 3. 1 軟式加油吊艙 79
3. 3. 2 機身軟式加油平台 83
3. 3. 3 受油插頭與變阻力錐套 87
第四章 常見空中加油事故分析 90
4. 1 加、受油機近距氣動耦合 90
4. 1. 1 加油機尾流影響 90
4. 1. 2 受油機頭波影響 91
4. 2 人為原因或飛控系統缺陷 92
1.4.2.1飛行員緊張心理 92
4. 2. 2 飛行員操縱技術欠缺 92
4. 2. 3 受油機飛控系統設計缺陷 93
4. 3 加受油設備安全性缺陷 94
4. 3. 1 燃油噴濺 94
4. 3. 2 軟管甩鞭現象 95
4. 3. 3 軟管意外脫落 96
第二篇空中加油流場環境
第五章 空中加油流場分析 98
5. 1 大氣擾動 98
5. 1. 1 紊流 98
5. 1. 2 陣風 100
5. 1. 3 大氣擾動對受油機的影響 101
5. 2 空中加油機尾流概述 102
5. 2. 1 空中加油機尾流的組成 102
5. 2. 2 尾流研究方法 104
5. 3 受油機機頭頭波概述 107
第六章 加油機尾流數學模型 109
6. 1 發展之初的尾流速度模型 109
6. 1. 1 附著渦系產生的誘導速度 109
6. 1. 2 尾渦系產生的誘導速度 110
6. 1. 3 馬蹄渦模型的尾流速度 111
6. 2 尾渦對形成後的尾流速度模型 112
6. 3 加油過程中的尾流速度模型 113
6. 3. 1 受油機飛行區域 113
6. 3. 2 中間區域的尾流速度模型 114
6. 4 尾流對受油機的等效氣動作用 118
6. 4. 1 受油機上的尾流速度分布 118
6. 4. 2 尾流等效氣動效應計算 120
6. 4. 3 等效氣動效應法原理證明 123
6. 4. 4 等效氣動效應法有效性驗證 124
第七章 加油機尾流 CFD 模擬 127
7. 1 計算流體力學基礎 127
7. 1. 1 納維 -斯托克斯(N - S)方程組 128
7. 1. 2 流體與流動的基本特性 128
7. 1. 3 湍流模擬方法 129
7. 2 KC -135 加油機三維模型建立 132
7. 2. 1 三維建模方法分析 132
7. 2. 2 KC -135 各部件的建模與組裝 134
7. 3 加油機尾流數值模擬方法研究 136
7. 3. 1 尾流數值模擬預處理 136
7. 3. 2 不同 CFD 方案模擬結果對比分析 140
7. 3. 3 方法精確性驗證 145
7. 4 加油機整機尾流場數值模擬及驗證 148
7. 4. 1 整機尾流場數值模擬 148
7. 4. 2 尾流場精確性驗證 149
7. 5 加油機整機尾流特性分析 150
7. 5. 1 尾流場幾何特性 150
7. 5. 2 尾流場速度特性 153
7. 6 基於尾流數值模擬的受油機氣動影響建模 159
7. 7 受油機頭波效應 CFD 模擬 162
7. 7. 1 受油機三維模型建立 162
7. 7. 2 數值計算及方法驗證 163
7. 7. 3 受油機頭波流場特性分析 164
第三篇空中加油系統動力學模型
第八章 變質量飛行器動力學模型 169
8. 1 數學預備知識 169
8. 1. 1 矢量點乘與叉乘 169
8. 1. 2 坐標旋轉變換 171
8. 1. 3 矢量微分 172
8. 2 受油機動力學建模 173
8. 2. 1 常用坐標系 173
8. 2. 2 外力和外力矩 174
8. 2. 3 變質量運動方程 180
8. 2. 4 運動方程的線性化 190
8. 3 數值仿真 195
8. 3. 1 LQR 航跡控制器設計 195
8. 3. 2 仿真分析 196
第九章 軟式加油設備動力學建模與控制 202
9. 1 軟管錐套組合體動力學建模 202
9. 1. 1 建模假設與坐標定義 202
9. 1. 2 運動學分析 203
9. 1. 3 動力學分析 204
9. 1. 4 外力分析 205
9. 2 軟管卷盤回響控制原理 207
9. 2. 1 恆力彈簧回響控制原理與缺陷分析 207
9. 2. 2 電機驅動與控制目標轉換 208
9. 3 基於指令濾波反推—滑模的甩鞭抑制方法 209
9. 3. 1 PMSM 指令濾波反推—滑模轉角控制律設計 209
9. 3. 2 工作域的穩定性證明 212
9. 4 數值仿真 213
9. 4. 1 靜態特性仿真 213
9. 4. 2 頭波影響下的錐套運動規律 218
9. 4. 3 軟管甩鞭現象 222
9. 4. 4 PMSM 指令濾波反推—滑模甩鞭現象抑制 228
第十章 硬式加油設備動力學建模與控制 232
10. 1 伸縮套管建模 232
10. 1. 1 擾動分析 233
10. 1. 2 大氣擾動下的數學模型 233
10. 2 伸縮套管 H肄控制律 241
10. 2. 1 控制律設計原理 241
10. 2. 2 不確定性建模 241
10. 2. 3 H肄俯仰控制律 242
10. 2. 4 H肄滾轉控制律 243
10. 3 數值仿真 244
10. 3. 1 魯棒穩定性分析 244
10. 3. 2 魯棒性能分析 245
第四篇人工空中加油飛行控制
第十一章 氣動特性分析與控制結構規劃 248
11. 1 氣動特性分析 249
11. 1. 1 縱向氣動特性 249
11. 1. 2 側向氣動特性 251
11. 1. 3 慣性交感現象 253
11. 2 控制律結構總體規劃 255
11. 2. 1 控制律功能結構總體設計 255
11. 2. 2 基於動壓的增益調度策略 256
第十二章 縱向通道控制律設計 258
12. 1 縱向控制增穩指令構型 258
12. 2 縱向指令支路設計 258
12. 2. 1 桿力桿位移特性設計 258
12. 2. 2 指令梯度設計 259
12. 2. 3 指令限制器設計 259
12. 2. 4 指令回響模型與人工配平設計 259
12. 3 縱向反饋支路和前向支路設計 260
12. 3. 1 控制增穩控制律設計 260
12. 3. 2 迎角/過載限制器設計 261
12. 4 縱向飛行品質評價 264
12. 4. 1 縱向飛行品質要求 264
12. 4. 2 仿真分析 265
12. 4. 3 控制參數增益調度曲線設計 … 268
第十三章 側向通道控制律設計 269
13. 1 側向控制增穩控制律構型 269
13. 2 側向指令支路設計 … 269
13. 2. 1 滾轉通道指令支路設計 … 269
13. 2. 2 航向通道指令支路設計 … 271
13. 3 側向反饋支路和前向支路設計 272
13. 3. 1 滾轉通道反饋支路和前向支路設計 272
13. 3. 2 航向通道反饋支路和前向支路設計 273
13. 3. 3 滾轉、偏航交聯解耦… 273
13. 4 側向飛行品質評價 … 274
13. 4. 1 側向飛行品質要求 … 274
13. 4. 2 仿真分析 … 275
第十四章 控制律驗證與加油模態改進… 279
14. 1 控制增穩模態驗證與改進 279
14. 1. 1 使用、可用包線內控制律驗證… 279
14. 1. 2 失速/過失速控制律驗證與改進 281
14. 1. 3 基於 FlightGear 的仿真試飛試驗 … 287
14. 2 空中加油模態控制律設計 291
14. 2. 1 “比例冶式和“比例 +積分冶式控制思路的區別 291
14. 2. 2 縱向空中加油模態控制律設計 293
14. 2. 3 側向空中加油模態控制律設計 297
第五篇自主空中加油飛行控制
第十五章 自組織近似指令濾波反推控制 300
15. 1 高階單輸入、單輸出系統… 301
15. 1. 1 預備知識 … 301
15. 1. 2 問題描述 … 301
15. 1. 3 局部權重學習算法 … 302
15. 1. 4 線上自組織近似指令濾波控制 304
15. 1. 5 穩定性證明 307
15. 1. 6 套用仿真算例 … 313
15. 2 高階多輸入、多輸出系統… 317
15. 2. 1 預備知識 … 317
15. 2. 2 問題描述 … 317
15. 2. 3 局部權重學習算法 … 318
15. 2. 4 線上自組織近似指令濾波控制 320
15. 2. 5 穩定性證明 324
15. 2. 6 套用仿真算例 … 330
第十六章 自主對接飛行控制系統設計… 336
16. 1 基於有限狀態機的航跡指令生成器 336
16. 1. 1 控制過程描述 … 336
16. 1. 2 相對航跡控制目標轉換 … 337
16. 1. 3 近距對接參考軌跡設計 … 339
16. 1. 4 航跡指令生成器的程式實現 … 340
16. 2 基於自組織近似指令濾波反推的航跡跟蹤 … 340
16. 2. 1 受油機模型變換 340
16. 2. 2 函式近似器定義 342
16. 2. 3 控制律設計 343
16. 2. 4 穩定性證明 346
16. 2. 5 控制系統結構圖 352
16. 3 綜合仿真分析 … 352
16. 3. 1 不考慮紊流和頭波的情況 354
16. 3. 2 考慮紊流和頭波的情況 … 361
16. 3. 3 線上自組織近似域大小的影響 370
參考文獻 372
致謝 378
