结冰条件下飞机稳定性控制方法及应用

针对结冰条件下飞机飞行动力学系统稳定性及非线性稳定域（稳定平衡点的稳定安全边界）变化规律相关问题，以结冰影响的飞机动力学模型和气动参数模型为基础，应用不同稳定域求解方法对飞机在结冰后的强非线性高维动力学系统稳定域进行了系统深入的分析。本书可为结冰条件下飞机的稳定域求解提供重要理论和方法，提出的稳定域边界可为判断飞机结冰后的安全风险判定提供新的思路，在实践上可为结冰条件下的飞行事故预防和飞行安全保障提供科学具体的分析依据，推动飞机结冰安全保护设计理念的更新和发展。

前言
第1章绪论1
1.1飞机结冰研究的背景意义1
1.2飞机结冰的概念4
1.2.1飞机结冰机理4
1.2.2飞机结冰条件5
1.2.3飞机结冰冰型6
1.2.4飞机结冰强度、程度8
1.3飞机结冰的危害及影响9
1.3.1飞机结冰对航空安全的危害10
1.3.2飞机结冰对飞机飞行性能的影响10
1.3.3飞机结冰对航空运行经济性的影响13
1.4国内外研究现状13
1.4.1结冰对飞机性能影响的研究现状14
1.4.2结冰条件下飞行安全边界保护的研究现状16
1.5本书的主要研究内容18
第2章飞机非线性动力学模型及结冰影响建模20
2.1飞机本体运动方程20
2.1.1坐标轴系20
2.1.2飞机基本运动方程21
2.1.3小扰动线性化状态方程模型23
2.2飞机非线性气动力及力矩模型构建26
2.2.1线性气动力及气动力矩模型26
2.2.2非线性气动力及气动力矩模型27
2.3结冰气动影响模型29
2.3.1线性气动参数结冰影响气动模型29
2.3.2非线性气动参数结冰影响建模32
2.4结冰对飞机飞行性能影响的仿真计算36
2.5本章小结38
第3章非线性稳定性分析及稳定域求解方法基础理论39
3.1安全边界39
3.1.1基本安全边界40
3.1.2稳定边界41
3.2稳定性分叉分析方法43
3.3稳定域求解方法44
3.3.1基于相平面法构造二维稳定域的理论基础44
3.3.2基于Lyapunov函数求解非线性系统稳定域的理论基础46
3.3.3基于稳定流形构造高维非线性系统稳定域边界的理论基础47
3.3.4基于正规形法求解非线性系统稳定域边界的理论基础49
3.4可达集理论基础及计算方法51
3.4.1可达集方法52
3.4.2正、反向可达集54
3.4.3可控不变集与不变集55
3.4.4可达集算例——飞行器追击比赛58
3.5本章小结62
第4章结冰飞机纵向二维系统稳定性及非线性稳定域分析64
4.1结冰飞机纵向线性稳定性分析64
4.1.1纵向运动方程64
4.1.2气动导数计算65
4.1.3稳定性计算66
4.2基于相平面法的结冰飞机纵向非线性系统稳定域分析67
4.2.1纵向非线性模型建立67
4.2.2结冰飞机纵向运动稳定性及稳定域分析68
4.2.3时域仿真验证70
4.3基于Lyapunov函数的结冰飞机纵向非线性系统稳定域分析73
4.4本章小结75
第5章基于流形法的结冰飞机高维非线性稳定域确定76
5.1结冰飞机开环系统非线性动力学分叉分析76
5.1.1分叉问题数值方法77
5.1.2运动方程77
5.1.3结冰前后飞机气动导数78
5.1.4开环系统分叉分析79
5.2基于流形法的结冰飞机非线性稳定域求解82
5.2.1动力学系统稳定域边界上平衡点的判定82
5.2.2基于流形法的动力学系统稳定域边界构造方法83
5.2.3飞机开环多维稳定域求解及准确性验证84
5.3考虑执行机构饱和的结冰飞机纵向闭环系统稳定域分析88
5.3.1平尾结冰对飞机飞行性能的影响89
5.3.2考虑执行机构饱和的闭环系统模型90
5.3.3飞机未结冰的非线性稳定域93
5.3.4不同结冰程度下飞机稳定域变化94
5.3.5不同舵面饱和值情况下结冰飞机稳定域95
5.3.6流形法求解闭环稳定域的时域验证96
5.4本章小结99
第6章基于正规形法的结冰飞机着陆阶段非线性稳定域确定101
6.1基于正规形法的稳定域确定方法101
6.1.1多项式形式的非线性映射构造101
6.1.2非线性映射的求解102
6.1.3稳定域边界的表现形式104
6.2着陆阶段结冰飞机的稳定域研究105
6.2.1高阶正规形法估计稳定边界的有效性验证106
6.2.2不同结冰程度对飞机稳定域的影响108
6.3基于稳定域的结冰飞机动态性能分析110
6.3.1飞机轻度结冰情况111
6.3.2飞机严重结冰情况112
6.4稳定边界优化控制113
6.5本章小结116
第7章结冰飞机的着陆安全包线计算118
7.1安全包线定义118
7.2结冰飞机着陆阶段安全包线求解120
7.2.1飞机着陆参数分析120
7.2.2飞机着陆可达集分析121
7.3结冰情形未知条件下的安全包线估计124
7.3.1纵向长周期运动模态方程的简化124
7.3.2反向可达集估计安全包线的结果分析126
7.4本章小结134
第8章结冰飞机着陆安全包线影响因素分析136
8.1关键参数对安全包线的影响分析136
8.1.1着陆时飞机质量对安全包线的影响137
vi结冰条件下飞机稳定性控制方法及应用
8.1.2着陆时飞机迎角对安全包线的影响138
8.1.3着陆时结冰冰型对安全包线的影响140
8.1.4着陆时襟翼偏角对安全包线的影响144
8.2不同位置结冰对飞行安全包线影响的分析147
8.3本章小结149
第9章基于可达集方法的结冰飞机着陆阶段安全风险评估151
9.1特别条件下的飞行危险性分析151
9.2飞机结冰风险评估想定153
9.3极值理论153
9.4参数提取和检验157
9.4.1参数的提取157
9.4.2参数的检验158
9.5风险概率计算160
9.6本章小结164
参考文献165