中航工業首席專傢技術叢書：航空發動機全權限數字電子控製係統 [Full Authority Digital Electronic Control System for Aero-Engine] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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姚華 著

圖書標籤:

• 航空發動機
• 數字電子控製
• FADEC
• 控製係統
• 航空工程
• 中航工業
• 技術叢書
• 發動機控製
• 航空動力
• 電子技術

齣版社： 航空工業齣版社

ISBN：9787516503683

版次：1

商品編碼：11533253

包裝：精裝

叢書名： 中航工業首席專傢技術叢書

外文名稱：Full Authority Digital Electronic Control System for Aero-Engine

開本：16開

齣版時間：2014-06-01

用紙：膠版

內容簡介

　　《中航工業首席專傢技術叢書：航空發動機全權限數字電子控製係統》係統性地闡述瞭航空發動機全權限數字電子控製（FADEC）係統的設計和驗證方法，包括FADEC係統的技術發展，發動機建模方法，發動機對控製係統的技術要求，FADEC係統的總體方案設計、控製律設計、故障診斷與容錯設計和試驗驗證方法等內容。
　　《中航工業首席專傢技術叢書：航空發動機全權限數字電子控製係統》適用於航空發動機控製係統設計人員使用，也可作為航空發動機及其控製領域廣大科研、設計、教學人員，以及高校學生的參考書。

作者簡介

　　姚華，男，1961年齣生，研究員，現任西安航空動力控製科技有限公司副總經理、總設計師，中航工業“發動機係統技術”首席技術專傢。
　　參加工作以來，一直從事航空發動機控製係統的研究工作，1999-2013年擔任中航工業航空動力控製係統研究所總設計師，先後主持瞭多項航空發動機全權限數字電子控製係統的型號研製及預先研究項目，主持完成瞭我國第一個航空發動機全權限數字電子控製係統的研究和試飛演示驗證，以及我國第一型航空發動機全權限數字電子控製係統的型號研製和設計定型，突破瞭國外對該項技術的封鎖，實現瞭航空發動機控製係統從液壓機械技術嚮全權限數字電子控製技術的跨越式發展。受到總裝備部。國防科工局、中國航空工業集團公司的奬勵共20多次，被評為全國勞動模範，享受國務院政府特殊津貼，是人事部等七部委百韆萬人纔工程第一，第二層次人選，獲國傢科學技術進步奬一等奬1次，國防科學技術奬一等奬2次，二等奬4次，發錶論文20多篇。

內頁插圖

目錄

第1章 航空發動機全權限數字電子控製係統發展綜述
1.1 國外控製係統的發展曆程
1.1.1 第一代FADEC（FADEC 1）係統（20世紀80年代）
1.1.2 第二代FADEC（FADEC 2）係統（20世紀90年代初期）
1.1.3 第三代FADEC（FADEC 3）係統（20世紀90年代中後期）
1.2 我國航空發動機全權限數字電子控製係統的發展
1.3 FADEC的未來發展趨勢
1.3.1 未來航空發動機控製係統麵臨的要求和挑戰.I
1.3.2 未來航空發動機控製技術的發展趨勢
1.4 結論

第2章 航空發動機建模與仿真
2.1 航空發動機建模技術概述
2.1.1 模型分類
2.1.2 模型要求
2.1.3 建模方法
2.2 航空發動機部件級模型
2.2.1 各部件模型
2.2.2 風扇
2.2.3 壓氣機
2.2.4 燃燒室
2.2.5 高壓渦輪
2.2.6 低壓渦輪
2.2.7 外涵
2.2.8 摻混室
2.2.9 加力燃燒室
2.2.10 尾噴管
2.2.11 推力計算
2.3 航空發動機穩態模型
2.4 航空發動機動態棋型
2.5 航空發動機狀態變量模型
2.5.1 綫性化狀態變量模型的建模原理
2.5.2 偏導數法求解綫性化模型
2.5.3 擬閤法求綫性化模型
2.6 基於人工智能的航空發動機簡化模型
2.7 航空發動機自適應模型
2.7.1 自適應模型的發展
2.7.2 基於卡爾曼濾波器的自適應模型
2.7.3 基於人工智能的自適應模型
2.7.4 基於控製器的自適應模型

第3章 控製係統技術要求
3.1 航空燃氣渦輪發動機控製計劃
3.1.1 航空燃氣渦輪發動機的工作狀態
3.1.2 航空燃氣渦輪發動機各工作狀態的使用限製
3.1.3 航空燃氣渦輪發動機控製變量的選擇
3.1.4 航空燃氣渦輪發動機非加力工作狀態的控製計劃
3.1.5 航空燃氣渦輪發動機起動狀態的控製計劃
3.1.6 航空燃氣渦輪發動機加力工作狀態的控製計劃
3.2 控製係統功能要求
3.2.1 控製係統功能
3.2.2 控製功能的詳細描述
3.3 控製係統性能要求
3.3.1 穩態性能指標
3.3.2 動態性能指標
3.3.3 切換性能指標
3.3.4 執行機構迴路控製品質要求
3.4 工作環境要求
3.4.1 電子控製器工作環境
3.4.2 燃油附件工作環境
3.5 安全性、可靠性、維修性、保障性、測試性設計要求
3.5.1 安全性設計要求
3.5.2 可靠性設計要求
3.5.3 維修性設計要求
3.5.4 保障性設計要求
3.5.5 測試性設計要求

第4章 控製係統總體方案設計
4.1 控製係統的基本結構
4.1.1 控製係統的總體結構和功能分配
4.1.2 主燃油流量控製
4.1.3 風扇進口可調葉片角度控製
4.1.4 高壓壓氣機進口可調靜子葉片角度控製
4.1.5 加力燃油流量控製
4.1.6 尾噴管喉道截麵麵積控製
4.1.7 矢量噴管控製
……
第5章 控製律設計
第6章 故障診斷與容錯設計
第7章 控製係統的綜閤與試驗驗證
參考文獻

前言/序言

航空航天領域前沿技術探索：從材料到結構，再到飛行控製的深度解析 本書聚焦於航空航天工程領域中，除航空發動機全權限數字電子控製係統（FADEC）以外，具有同等重要性和前沿性的關鍵技術分支。 本書旨在為航空航天領域的工程師、研究人員及高年級學生提供一份全麵、深入且具有實踐指導意義的技術參考，涵蓋瞭從基礎材料科學到復雜結構設計，再到先進飛行控製理論與應用等多個核心維度。全書力求在理論深度和工程實用性之間找到最佳平衡點，解析當前世界航空工業麵臨的主要挑戰與最新的技術突破。 --- 第一部分：先進航空材料與結構完整性 本部分深入探討瞭支撐現代飛行器性能提升的基石——先進航空材料的研發、性能錶徵及其在極端工況下的應用挑戰。 第一章：高性能輕質金屬閤金的冶金與應用 本章詳述瞭新一代鈦閤金（如高韌性$eta$閤金、近淨形成形技術）和鋁鋰閤金的微觀組織控製、熱處理工藝優化及其對疲勞性能、抗蠕變性能的影響。重點分析瞭這些材料在機身大梁、起落架等關鍵承力部件中的應力-壽命預測模型。同時，探討瞭增材製造（AM）技術在復雜結構件，特彆是葉片和渦輪盤製造中的應用瓶頸與解決方案，包括缺陷控製、殘餘應力管理及與傳統鑄鍛件的性能對比。 第二章：陶瓷基復閤材料（CMCs）與耐熱閤金 隨著飛行器推進效率和速度的不斷提升，對工作溫度的要求日益嚴苛。本章集中研究瞭碳化矽縴維增強碳化矽基體（SiC/SiC）復閤材料的製備工藝（如化學氣相滲透CVI、溶液浸漬與揮發燒結SVCI）、界麵設計及其在渦輪導嚮葉片和燃燒室部件中的熱物理性能。同時，對新一代鎳基單晶高溫閤金的晶界強化機製、塗層技術（熱障塗層TBCs的先進結構設計）進行瞭細緻的闡述，旨在為超高推重比發動機提供可靠的熱端部件支持。 第三章：結構健康監測（SHM）與損傷容限設計 本章將材料科學與傳感器技術相結閤，探討瞭如何實時評估飛行器結構的完整性。內容涵蓋瞭壓電換能器（PZT）陣列在聲發射（AE）技術中的應用、光縴布拉格光柵（FBG）傳感器在應變場精確測量中的優勢，以及基於機器學習算法對傳感器數據進行模式識彆和早期損傷定位的方法。著重討論瞭如何將SHM數據融入到“飛行後勤使用壽命預測”（PHM）模型中，實現基於狀態的維護策略（CBM）。 --- 第二部分：復雜氣動外形與高保真數值模擬 本部分轉嚮對飛行器空氣動力學特性的理解與精確預測，特彆是針對高超音速和復雜機動工況下的流場控製。 第四章：高超音速氣動熱效應與邊界層轉捩控製 在馬赫數大於5的飛行條件下，氣動熱載荷成為結構設計的首要製約因素。本章詳細分析瞭激波/邊界層乾擾（Shock/Boundary Layer Interaction, SBLI）的物理機製，並對比瞭不同冷卻策略（如膜式冷卻、再生冷卻）的效率。在流動控製方麵，本章深入探討瞭基於等離子體激勵器（DBD Actuators）和微型射流脈衝（Pulsed Jets）對邊界層轉捩和分離的延遲或再附著控製技術，為高超音速飛行器的氣動布局優化提供理論基礎。 第五章：計算流體力學（CFD）的高級應用與可信度驗證 本章側重於現代CFD求解器的選擇與應用。內容涵蓋瞭從RANS模型（如$k-omega$ SST, Realizable $k-epsilon$）到大渦模擬（LES）和直接數值模擬（DNS）的適用範圍界定。特彆討論瞭網格自適應技術（Adaptive Mesh Refinement, AMR）在捕捉復雜幾何體附近高梯度流動場時的有效性。此外，本章強調瞭實驗數據（風洞測試、PIV測量）在提高CFD模型預測可信度（Verification and Validation, V&V）過程中的關鍵作用。 第六章：顫振分析與主動氣動彈性控製 本章聚焦於結構動力學與氣動載荷的耦閤效應。詳細解析瞭亞音速、跨音速和超音速下的氣動彈性力學理論基礎，包括氣動導納函數的計算方法。重點在於非綫性氣動彈性現象（如極限環振蕩、顫振-發散臨界點預測）的建模與分析。討論瞭主動氣動彈性力學（Aeroelastic Control）的實施路徑，如使用變形濛皮技術或可動翼尖，以拓寬結構的適航包綫。 --- 第三部分：先進飛行控製係統架構與信號處理 雖然本書不涉及FADEC的核心控製算法，但本部分將探討支撐所有數字控製係統穩定運行的外部感知、信息融閤及非綫性控製理論的工程化應用。 第七章：多源信息融閤與導航精度提升 現代飛行器的態勢感知依賴於多個傳感器的異構數據融閤。本章闡述瞭卡爾曼濾波（Kalman Filtering）的擴展版本，如擴展卡爾曼濾波（EKF）和無跡卡爾曼濾波（UKF），在估計飛行器位置、速度和姿態時的性能差異。重點分析瞭慣性測量單元（IMU）、全球導航衛星係統（GNSS）和氣壓傳感器數據如何通過貝葉斯框架進行最優估計，以抵抗環境乾擾和單點故障。 第八章：魯棒控製與非綫性飛行器動力學補償 針對高機動性戰鬥機或傾轉鏇翼機等強耦閤、高非綫性係統的控製設計，本章介紹瞭超越傳統LQR方法的控製策略。詳細剖析瞭滑模控製（SMC）在應對不確定性和外部擾動時的優勢，以及$mathcal{H}_{infty}$控製理論在保證係統穩定性和性能指標間的摺衷設計。對於飛翼布局等氣動耦閤嚴重的構型，本章探討瞭模型預測控製（MPC）如何通過短期優化來解決控製約束問題。 第九章：高可靠性軟件架構與實時操作係統（RTOS） 數字控製係統的安全性是首要任務。本章探討瞭用於高安全性航空電子係統的實時嵌入式軟件架構標準（如ARINC 653的資源分區概念）。分析瞭軟件模塊間的通信機製（如時間觸發通信 TTCAN/AFDX）設計，以及如何通過形式化驗證方法（Formal Methods）來證明關鍵控製算法的正確性，確保係統在設計空間內的確定性實時響應，這是構建下一代自主飛行控製係統的基礎。 --- 本書的綜閤性結構，意在構建一個從“材料承載”到“氣動效能”再到“智能控製”的完整技術鏈條，為讀者提供一個理解和推進航空航天係統集成的多學科視角。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對航空工程抱有濃厚興趣的業餘愛好者（或者說，一個希望瞭解行業內幕的潛在閤作方），我希望這套叢書在傳授硬核技術知識的同時，也能透露齣一些關於“工程哲學”的信息。航空發動機的控製係統，其核心是“安全第一”的鐵律。這種近乎苛刻的可靠性要求，是如何滲透到每一個設計環節的？我尤其關注軟件的可靠性驗證和安全性論證過程。那些確保係統在遭受不可預見故障時，能夠安全地進入“跛行迴傢”模式的策略和機製，是極為精妙的工程藝術。如果能看到關於故障注入測試、硬件在環仿真（HIL）等驗證手段的深入介紹，以及專傢們在麵對極高安全等級要求時，是如何平衡設計復雜度與可驗證性之間的矛盾的，那將是非常有啓發性的。這不僅僅是技術問題，更是一種嚴謹的、以生命安全為基石的職業素養的體現。

評分☆☆☆☆☆

我對這套書的期望還停留在對“前沿趨勢”的把握上。如今的航空工業正處於一個轉型期，無論是新一代發動機的研發，還是老型號的現代化升級，都離不開對尖端控製技術的引入。我特彆想知道，像人工智能、深度學習這類新興技術，在中航工業的專傢團隊看來，在下一代全權限數字電子控製係統中的應用前景究竟如何？是停留在理論探討階段，還是已經有瞭具體的應用試點？比如，用機器學習來優化變工況下的燃油效率模型，或者利用預測性維護算法來提前診斷執行器的潛在故障。這些“麵嚮未來”的思考，往往區分瞭一本優秀的技術書籍和一本停留在現狀的資料匯編。如果書中能穿插一些對國際上最先進的控製技術流派的對比分析，並闡述我們自主研發的技術路綫的獨特優勢和創新點，那就更具學術價值和現實指導意義瞭。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我特彆好奇這套叢書對於“係統工程”層麵的探討能深入到何種程度。對於航空發動機這種極其復雜的巨係統來說，僅僅掌握瞭單個模塊（比如燃油控製單元、泄壓閥控製）的技術是不夠的，如何將這些龐大的、異構的子係統通過一個統一的、高可靠性的電控架構進行集成和協調，纔是真正的挑戰。我期待看到的是關於“集成化設計”的係統論述，比如軟件定義硬件的趨勢在航空領域是如何體現的？麵對不斷升級的適航標準，電控係統在設計之初就必須具備的“可重構性”和“可升級性”是如何通過架構設計來實現的？這些都需要超越具體算法的宏觀視角。如果能看到一些關於電控係統全生命周期管理的思考，例如從需求定義到設計驗證，再到地麵颱架測試和最終的飛行測試中，這些專傢們是如何保持對係統整體性能的把握和控製的，那將是受益無窮的。這種從頂層設計到細節落地的全景式描繪，纔是衡量一本技術專著價值的關鍵所在。

評分☆☆☆☆☆

最後，我希望這套書能夠展現齣“本土化”的特色和成就。在航空發動機控製係統這一高度依賴國傢戰略和自主創新的領域，我們必然走過瞭一條充滿挑戰的自主研發道路。我期待看到的是，在引進、消化、吸收國外先進技術的基礎上，我們的專傢團隊是如何結閤中國發動機的實際氣動布局、熱力學特性以及特定任務需求，發展齣具有自己鮮明特色的控製策略和係統架構的。例如，在某些國內特有的高海拔、高馬赫數飛行任務中，現有的國際通用控製律可能需要進行大幅度的修正或重構。如果書中能有專門的篇章來探討這些“量體裁衣”式的創新，以及在關鍵元器件國産化替代過程中，電控係統所麵臨的接口兼容性和性能匹配難題的解決方案，那麼這套叢書的價值將不僅僅是技術手冊，更是一部濃縮瞭中國航空人自強不息精神的“編年史”。

評分☆☆☆☆☆

這套叢書光是名字就透著一股子硬核和前沿的氣息，雖然我手頭這本是聚焦在航空發動機的數字電控係統上，但光是“中航工業首席專傢技術叢書”這個前綴，就讓人對整個係列的深度和權威性充滿瞭期待。我一直琢磨著，咱們國傢在航空動力領域，尤其是那些最尖端的控製技術，到底是怎麼一步步攻堅剋難的？這本書如果能稍微展開講講背後的研發曆程、遇到的那些看似無解的技術瓶頸，以及我們的工程師們是如何用智慧和汗水去突破的，那就太棒瞭。我希望看到的不是冰冷的公式和晦澀的理論堆砌，而是那些鮮活的、充滿智慧的工程實踐。比如，在極端環境下的傳感器冗餘設計是如何保證可靠性的？那些復雜的控製算法是如何在毫秒級彆內實時響應變化的？如果能有一點點關於早期項目立項的背景介紹，那些決定性的技術選型背後的權衡和考量，那就更好瞭。畢竟，技術背後的決策邏輯，往往比技術本身更耐人尋味，它們是真正體現“首席專傢”思考深度的所在，遠比單純的係統架構圖要吸引人得多。

評分☆☆☆☆☆

書很封麵竟然是反著的，無語瞭

評分☆☆☆☆☆

好，很專業印刷很好的

評分☆☆☆☆☆

講得很好很詳細，幫瞭我很大的忙瞭。

評分☆☆☆☆☆

好好好好好好好好好好好好

評分☆☆☆☆☆

挺專業的一本發動機控製書，理論知識係統高端，值得購買學習

評分☆☆☆☆☆

東西不錯

評分☆☆☆☆☆

真心良心，物超所值。

評分☆☆☆☆☆

專業書籍，加深對航空發動機全權限數字控製的瞭解

評分☆☆☆☆☆

書挺好的，做畢業設計用，京東速度也快。好評。