飛機顫振試飛數據處理

《飛機顫振試飛數據處理》是2018年2月國防工業出版社出版的圖書，作者是唐煒、史忠科。

基本介紹

• 中文名：飛機顫振試飛數據處理
• 作者：唐煒、史忠科
• 出版時間：2018年2月
• 出版社：國防工業出版社
• 頁數：269 頁
• ISBN：9787118115482
• 定價：108 元
• 開本：16 開
• 裝幀：精裝

內容簡介

在人類航空發展百餘年曆程中，幾乎總是伴隨著氣動彈性問題。其中，顫振無疑是引人關注的現象，不僅是因為它的複雜性，更重要的是顫振會造成災難性的後果。為避免飛行包線內發生顫振，每架新機或重大改型飛機必須進行顫振試飛這一類風險試飛科目，其過程充滿了未知和風險。顫振試飛數據處理則是該項飛行試驗的核心技術，用於預測飛機的潛在顫振邊界，對於保障極限飛行試驗安全具有重大意義。但是，該項技術歷來被認為是系統辨識理論套用的難點，諸如試飛數據信噪比偏低、數據長度有限，待辨識飛機顫振模態密集，存在未知非線性等因素嚴重影響了辨識、預測效果。因此，研究更為有效的辨識、預測方法就成為顫振試飛數據處理的瓶頸性問題。

《飛機顫振試飛數據處理》的主要目的，就是介紹近些年來在飛機顫振試飛數據處理領域出現的新思想、新方法、新理論與新套用成果。

《飛機顫振試飛數據處理》的內容可以分為五個部分：第一部分包括第1章至第3章，主要介紹與試飛相關的背景知識，包括數學基礎和技術背景；第二部分包括第4、5章，主要介紹試驗數據的預處理；第三部分包含第6章至第8章，主要介紹頻域辨識方法和小波辨識，其中頻域辨識又包括傳遞函式模型和狀態空間辨識；第四部分為第9章，論述了顫振邊界預測的常見方法，重點介紹魯棒邊界預測；第五部分即第10章，介紹了電傳飛機試飛的新問題，即伺服顫振（又稱氣動伺服彈性）的穩定裕度分析問題。

在《飛機顫振試飛數據處理》的寫作過程中，作者試圖突出“精、新、簡、實”，並力爭做到內容上自我完備，即：在介紹基礎理論時，講求精益求精；介紹前沿研究，特別是作者自己的新科研成果；在敘述方法上力求理論與工程實際相結合，理論推導講求簡明扼要——不過分追求數學理論的艱深，更希望用工程化的語言深入淺出闡述，以便於具有工科數學基礎的讀者理解《飛機顫振試飛數據處理》內容；同時《飛機顫振試飛數據處理》在內容編排上儘可能完備，以便於掌握經典控制理論、線性系統理論和工科數學基礎知識的讀者不再需要查閱參考書就能理解《飛機顫振試飛數據處理》內容。

圖書目錄

第1章 緒論

1．1 顫振

1．2 氣動彈性力學

1．3 顫振飛行試驗

1．4 顫振試飛數據處理

1．5 系統辨識

1．6 顫振模態參數識別

1．6．1 顫振信號處理研究

1．6．2 顫振模態參數辨識研究

1．7 顫振邊界預測研究

1．8 氣動伺服彈性（ASE）研究

1．9 本書內容安排

第2章 系統理論與氣動彈性模型

2．1 系統與模型

2．2 系統辨識

2．2．1 系統辨識簡介

2．2．2 飛行器的系統辨識

2．2．3 飛行器辨識的頻域方法

2．3 顫振與線性系統理論

2．3．1 簡化顫振方程的建立

2．3．2 顫振基本原理

2．3．3 顫振飛行試驗原理

2．4 氣動彈性系統參數化辨識模型

2．4．1 基本模型

2．4．2 離散時間模型轉換

2．4．3 模型與輸出

2．5 模態的能控性與能觀性

2．6 線性變參數模型

第3章 顫振飛行試驗設計

3．1 顫振飛行試驗

3．2 激勵方式

3．2．1 小火箭激勵

3．2．2 駕駛員脈衝激勵

3．2．3 操縱面掃頻激勵

3．2．4 固定小翼激勵

3．2．5 慣性激勵

3．2．6 大氣紊流激勵

3．3 輸入信號設計

3．3．1 掃頻信號

3．3．2 Multisine信號

3．3．3 施洛德相角諧波信號

3．4 輸入信號最佳化

3．4．1 頻域泄漏

3．4．2 非線性擾動

3．5 多輸入飛行試驗

3．5．1 單輸入激勵與多輸入激勵

3．5．2 多輸入試驗的輸入設計

3．6 結構回響採集

3．7 顫振試飛數據處理與監控

第4章 顫振試飛數據預處理

4．1 飛行試驗數據的預處理

4．1．1 野值的識別、剔除與補正

4．1．2 數據平滑的方法

4．1．3 數字低通濾波器設計方法

4．2 飛行試驗數據的去噪研究

4．2．1 小波去噪

4．2．2 小波時頻域去噪

4．2．3 分數階傅立葉域去噪

4．2．4 短時分數階傅立葉域濾波

4．2．5 實測試飛數據去噪與結果分析

第5章頻率回響函式估計88

5.1傅立葉變換89

5.2頻率回響函式(FRF)90

5.2.1連續時間系統頻率回響函式90

5.2.2離散時間系統頻率回響函式91

5.3不同激勵下的頻響函式表達式92

5.3.1簡諧激勵93

5.3.2周期激勵93

5.3.3瞬態激勵93

5.3.4隨機激勵94

5.4功率譜密度的樣本估計96

5.4.1周期圖法96

5.4.2相關法譜估計97

5.5頻響函式估計方法98

5.5.1H1估計98

5.5.2H2估計99

5.5.3H3和H4估計100

5.5.4EIV和ARI估計101

5.6窗函式102

5.6.1矩形窗103

5.6.2三角窗103

5.6.3廣義餘弦窗105

5.7局部多項式法(LPM)107

5.7.1系統描述107

5.7.2非參數模型與假設條件107

5.7.3LPM原理108

5.7.4數值穩定算法110

5.7.5LPM的優點110

5.8閉環飛行試驗頻響測定111

5.9相干函式113

5.10仿真與試飛數據分析114

5.10.1傳統頻響函式估計方法仿真114

5.10.2LPM方法仿真115

5.10.3飛行試驗頻響測定117

第6章氣動彈性系統的頻域傳遞函式辨識119

6.1問題描述119

6.2頻域傳遞函式模型120

6.2.1公共極點模型121

6.2.2矩陣分式模型121

6.3穩態圖與真實物理模態122

6.4頻域最小二乘類算法(公共極點模型)123

6.4.1頻域最小二乘算法(FLS)123

6.4.2頻域整體最小二乘算法(FTLS)125

6.4.3頻域廣義整體最小二乘算法126

6.4.4頻域加權疊代廣義整體最小二乘算法128

6.4.5基於頻響函式的整體最小二乘類辨識算法129

6.4.6正交多項式矢量頻域辨識算法130

6.4.7頻率回響函式的樣本方差估計133

6.4.8仿真算例135

6.4.9套用實例137

6.5頻域多參考點最小二乘法(矩陣分式模型)139

6.5.1算法描述140

6.5.2頻域最小二乘法中約束條件的選取141

6.5.3約束條件的數值仿真149

6.5.4算法的數值穩定性149

6.5.5實例分析152

6.6頻域傳遞函式模型辨識的套用討論154

第7章氣動彈性系統的頻域狀態空間模型辨識157

7.1頻域子空間辨識算法157

7.1.1正交投影158

7.1.2頻域基本關係159

7.1.3一般算法描述161

7.2基於頻響函式的頻域子空間辨識算法163

7.3頻域加權子空間辨識算法164

7.4子空間辨識算法的數值穩定性166

7.5極點已知的頻域子空間辨識法167

7.5.1算法介紹167

7.5.2試驗驗證169

7.6極大似然估計方法172

7.6.1引言172

7.6.2期望極大化方法173

7.6.3時域期望極大化方法176

7.6.4頻域期望極大化方法179

7.6.5極大似然估計在兩步法中的套用183

7.7飛行試驗套用討論185

7.8面向控制的降階氣動彈性建模187

7.8.1穩態圖繪製188

7.8.2真實模態提取188

7.9套用實例189

第8章顫振模態參數的小波辨識193

8.1連續小波變換(CWT)與Morlet小波193

8.2模態參數的小波辨識方法194

8.2.1單自由度系統的模態參數辨識194

8.2.2多自由度系統的模態參數辨識197

8.3方法分析198

8.4時頻解析度與端點效應199

8.5仿真算例201

8.6套用實例204

8.7辨識方法討論205

第9章魯棒顫振邊界預測206

9.1傳統顫振邊界預測206

9.1.1阻尼外推法206

9.1.2顫振裕度法207

9.2魯棒顫振預測概述208

9.3魯棒穩定性數學基礎209

9.3.1系統的範數209

9.3.2系統穩定性定義210

9.3.3模型不確定性211

9.3.4小增益定理212

9.3.5線性分式變換212

9.3.6魯棒穩定性定義213

9.3.7結構奇異值(μ)的定義與意義214

9.4氣動彈性系統不確定建模215

9.4.1非定常氣動力建模215

9.4.2氣動彈性系統標稱模型216

9.4.3含動壓攝動的不確定氣動彈性模型217

9.4.4含其它不確定性的氣動彈性模型218

9.5不確定性水平估計和驗證220

9.5.1不確定性水平的估計221

9.5.2不確定性水平的確定221

9.6魯棒顫振邊界預測223

9.7試驗數據驅動的顫振邊界魯棒預測225

9.7.1線性變參數(LPV)模型225

9.7.2LTI模型相干性變換226

9.7.3LPV插值法建模228

9.7.4顫振邊界魯棒預測230

9.8風洞試驗驗證232

第10章氣動伺服彈性飛行試驗238

10.1氣動伺服彈性238

10.2氣動伺服彈性問題形成239

10.3ASE穩定裕度分析240

10.3.1控制系統穩定裕度定義240

10.3.2飛行控制系統穩定性指標242

10.3.3ASE與控制系統穩定裕度242

10.3.4多迴路系統穩定裕度243

10.4多迴路ASE系統穩定裕度分析244

10.4.1多迴路穩定裕度定義244

10.4.2回差矩陣法確定穩定裕度245

10.4.3μ分析法確定穩定裕度246

10.5氣動伺服彈性飛行試驗249

10.5.1飛行試驗測定開環頻響249

10.5.2飛行試驗實施252

10.6實例分析253

10.6.1經典穩定裕度方法(Bode曲線方法)分析結果254

10.6.2回差矩陣法256

10.6.3魯棒μ方法257

10.6.4綜合比較257

參考文獻259