大飞机出版工程·民机先进制造工艺技术系列:大飞机飞行控制律的原理与应用

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[俄] B·S·阿廖申,[俄] S·G·巴热诺夫,[俄] Y·I·季坚科,[俄] Y·F·舍留欣 著,林忠钦,顾诵芬 编,李志,范彦铭 等 译
图书标签:
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出版社: 上海交通大学出版社
ISBN:9787313164162
版次:1
商品编码:12225720
包装:精装
丛书名: 大飞机出版工程·民机先进制造工艺技术系列
开本:16开
出版时间:2016-12-01
用纸:胶版纸
页数:243
字数:328000
正文语种:中文

具体描述

内容简介

  《大飞机出版工程·民机先进制造工艺技术系列:大飞机飞行控制律的原理与应用》由俄中央空气流体动力研究院专家撰写,书中所描述的内容,是作者们研制国内民用飞机数字式电传控制系统时所获得和积累的经验,其中包括图-204、图-214、图-334、SSJ100、MS-21等大型客机。书中详细描述了如何构建类似系统的逻辑架构、控制律,以及系统的特点和动力学特性。书中还详细阐述了数字式多通道备份系统的计算和分析的有关问题,这种备份系统的子通道可以在非同步状态工作,而且具有检测、力配平等功能。
  《大飞机出版工程·民机先进制造工艺技术系列:大飞机飞行控制律的原理与应用》可作为从事数字式控制系统的科研人员、工程技术人员的参考资料,也可作为航空院校师生的参考读物。

内页插图

目录

1 现代运输类飞机的电传控制系统综述
1.1 A320飞机的控制系统
1.2 A330/340飞机的控制系统
1.3 A380飞机的控制系统
1.4 8777飞机的控制系统
1.5 图-204和图-334飞机的控制系统
1.6 安-124运输机的控制系统
1.7 安-148飞机的控制系统

2 飞机电传控制系统总体构建思想
2.1 电传控制系统构建原则
2.2 稳定性和控制性要求
2.3 飞行包线限制要求
2.4 飞机可靠性和生存性要求

3 电传控制系统架构
3.1 电传控制系统构建总体途径
3.2 控制系统研制时的安全性保证方法
3.3 信息处理和计算部分构建方案
3.4 控制系统可靠性评估
3.5 控制系统执行机构架构

4 现代运输类飞机的电传控制系统控制律
4.1 电传控制系统功能
4.2 保证高水平控制特性的控制律
4.2.1 纵向通道控制
4.2.2 侧向控制通道
4.3 保证飞机飞行包线的控制律
4.3.1 飞行中俯仰角的限制
4.3.2 法向过载限制控制律
4.3.3 迎角限制控制律
4.3.4 飞行速度限制控制律
4.3.5 起飞阶段俯仰角限制控制律
4.3.6 飞行中滚转角限制
4.3.7 起飞和着陆阶段滚转角限制控制律
4.3.8 发动机故障扰动自动排除装置
4.4 具有电传控制综合系统的飞机动力学特性
4.4.1 飞机低速、高速飞行时的配平,加减速的控制
4.4.2 长周期运动的动力学

5 数字式电传控制系统的设计方法
5.1 多余度数字式非均衡控制系统飞机的稳定性特点及其分析
5.2 对因多余度数字式系统中信息补偿造成的动态环节变化特性的分析
5.3 非线性数字式控制系统动态特性非线性连续部分谐波线化特性
5.4 数字式多通道控制系统飞机的动态特性

6 多余度同步数字式控制系统工作方法
6.1 多余度数字式控制系统积分环节的均衡控制律综合
6.2 多余度数字式控制系统内离散信号的均衡控制律综合
6.3 信息不协调引起的数字式控制系统通道间失协分析
6.4 检测算法启动门限的预先评估

参考文献
索引

前言/序言

  《大飞机飞行控制律的原理与应用》-书,是2014年6月俄罗斯中央空气流体动力研究院副院长苏哈诺夫访问中国航空研究院时送给我的。我翻阅了一下全书,觉得内容较新颖实用,对我们搞大飞机的技术人员很有参考价值。于是请我们研究院的同志复印后送给中国商飞的技术领导。可能是他们懂俄文的技术人员不太多,因此送去后也没有回音。后来我把它介绍给沈阳飞机设计研究所的李志同志,李志同志俄文和技术都不错,翻译并出版过很多俄文航空专著,而且沈阳飞机设计研究所主持过我国第一架电传飞控系统验证机的研制,并取得了国家科技进步奖。但是所验证的电传飞控系统是按军用飞机的可靠性要求研制的,比大飞机的电传飞控系统要差两个量级。
  李志同志看了此书后也有些犯难,觉得这应该由搞大型飞机的单位去翻译。2015年上海交通大学出版社大飞机出版工程曾征求我的意见:下一步出版什么?我建议应出版有关发动机和飞控系统方面的专著,在飞控方面我推荐了此书,但未被采纳。直到最近,李志同志突然告诉我,沈阳飞机设计研究所已经翻译完《大飞机飞行控制律的原理与应用》-书,并且上海交通大学出版社大飞机出版工程准备正式出版,我听了很高兴。这可能对我国大型民机的研发事业会有一定帮助,应该及早出版。
  早在1993年,中国航空研究院与俄罗斯中央空气流体动力研究院合作出版了《干线飞机的空气动力学和飞行力学》-书,舍留欣就负责干线飞机的控制增稳一章的编写,他也是《大飞机飞行控制律的原理与应用》的作者之一。他于20世纪60年代毕业于莫斯科航空学院,曾任俄中央空气流体动力研究院飞行控制部(15分部)部长。20世纪90年代,他曾经在中国航空研究院北苑招待所住了1个多月,仔细审校《干线飞机的空气动力学和飞行力学》一书清样。以后他又多次来我国参加与飞控所的合作项目。他工作热情负责,因此,其著作是可信的。
  《大飞机飞行控制律的原理与应用》一书是专门针对大型民机的电传飞控系统的,这样的专著不仅国内没有,西方国家也没有类似的专著。本书不仅较详细地介绍了欧洲空客A320、A380的飞控系统,也介绍了波音B777等飞机的飞控系统,还介绍了俄罗斯的图-204、图-334,以及乌克兰的安-124、安-148等飞机的飞控系统架构和设计思想。这些材料不是一般期刊杂志信息的汇编整理,而是有作者本人自己的看法。
  本书介绍电传飞控系统的设计,特别强调要满足飞机的飞行品质规范,以及如何设计电传飞控系统,保证飞行安全,即保证飞机飞到飞行边界也不会出事。关于民机的飞控系统,最重要的一点是安全可靠,不仅硬件要有余度,软件设计也要有余度。本书不仅介绍了飞控系统的设计思想,也介绍了该做的仿真和试验。
  总之,本书是一本较完善全面的大飞机电传飞控系统方面的专著,其翻译出版无疑会对我国大型客机的发展有一定的助力作用。
《大飞机飞行控制律的原理与应用》 一、 前言:时代浪潮下的关键技术 当今世界,航空工业正以前所未有的速度迈入新时代。大型客运飞机,作为国家工业实力和科技水平的集中体现,更是集成了众多尖端技术。其中,飞行控制律,如同飞机的“大脑”与“神经系统”,直接决定了飞机的飞行性能、安全性和操纵性。它承担着将飞行员的指令转化为精确的舵面动作,并根据飞行状态动态调整,以实现稳定、高效、安全的飞行。本书正是聚焦于这一核心技术,深入探讨大飞机飞行控制律的原理,并阐述其在实际应用中的挑战与解决方案。 二、 飞行控制系统的演进:从机械到电传 要理解现代飞行控制律,我们有必要回顾飞行控制系统的演进历程。早期飞机依靠拉杆、推杆等机械连杆装置直接操纵舵面,这种方式结构简单,但传递效率低,受力损耗大,难以实现高精度控制,尤其是在大型飞机上,操纵力需求巨大,增加了飞行员的负担。 随着科技的发展,液压助力系统应运而生,通过液压缸放大飞行员的操纵力,改善了操纵性能。然而,机械操纵的局限性依然存在。进入20世纪70年代,“电传操纵”(Fly-by-Wire,FBW)技术开始崭露头角。它用电信号取代了机械连杆,飞行员的操纵指令通过电信号传输到计算机,计算机再根据预设的控制律,向液压作动器发出指令,从而控制舵面。 电传操纵系统带来了革命性的变化: 轻量化与高效性: 减少了复杂的机械结构,减轻了飞机重量,降低了燃油消耗。 精度与稳定性: 计算机的精确计算和快速响应,使得飞行控制更加平稳,减少了外界扰动的影响。 智能化与集成化: 使得飞行控制律的实现方式更加灵活多样,可以集成更高级的飞行管理功能,提升飞机的整体性能。 安全性增强: 通过计算机的逻辑判断,可以有效防止飞行员的危险操作,例如过载保护、失速保护等,极大地提高了飞行安全性。 本书所讨论的“大飞机飞行控制律”,正是建立在成熟的电传操纵技术基础之上,并在此之上进行了更深层次的智能化和优化。 三、 飞行控制律的核心原理:数学模型与算法 飞行控制律的本质,是通过数学模型来描述飞机的动力学特性,并通过精密的算法来计算出最优的舵面指令。这其中涉及的原理可以从多个维度进行剖析: 1. 飞机动力学模型: 飞行控制律的基础是对飞机在不同飞行状态下的动力学行为有精确的认识。这包括: 气动模型: 描述飞机表面受到的空气动力和力矩,这取决于飞机的气动外形、攻角、侧滑角、舵面偏转角度以及气流速度等因素。 惯性模型: 描述飞机的质量分布和转动惯量,决定了飞机对力的响应。 发动机模型: 描述发动机推力和消耗,以及其响应速度。 这些模型通常以微分方程组的形式表示,精确地描述了飞机在三维空间中的运动状态(位置、速度、姿态、角速度等)。 2. 控制理论基础: 飞行控制律的设计离不开现代控制理论的支持,其中最常用的包括: 经典控制理论: 如PID(比例-积分-微分)控制,它是一种简单而有效的反馈控制方法,通过对误差信号的比例、积分和微分进行加权组合来生成控制输出。在许多基础的飞行操纵中,PID控制器仍然发挥着重要作用。 现代控制理论: 状态空间方法: 将飞机系统描述为一组一阶微分方程,便于利用线性代数工具进行分析和设计。 最优控制: 例如LQR(线性二次调节器)控制,旨在最小化某个性能指标(如控制能量、误差累积等),以获得最优的控制性能。 鲁棒控制: 考虑到飞机模型的不确定性(如气动参数变化、传感器误差等),鲁棒控制旨在设计出在各种不确定条件下都能保证稳定性和性能的控制器。 自适应控制: 能够根据飞行状态的变化或环境的改变,实时调整控制器参数,以维持最佳性能。 模型预测控制(MPC): 利用飞机的动态模型,根据未来的预测信息来优化控制输入,在复杂非线性系统和约束条件下表现出色。 3. 控制律的设计目标: 飞行控制律的设计需要兼顾多方面的目标,主要包括: 稳定性(Stability): 确保飞机在受到扰动后能够恢复到平衡状态,避免失控。 可操纵性(Controllability): 允许飞行员通过操纵杆等输入,能够精确、稳定地控制飞机的姿态和轨迹。 性能(Performance): 满足飞机在不同飞行任务下的性能要求,例如爬升率、巡航效率、机动性等。 舒适性(Comfort): 减少飞机在飞行过程中的颠簸和振动,提升乘客的乘坐体验。 安全性(Safety): 通过内置的安全保护机制,防止飞机进入危险状态。 四、 关键的飞行控制律技术: 在大飞机设计中,飞行控制律的应用更加复杂和精细,涌现出许多关键技术: 1. 自动驾驶与增稳系统: 自动驾驶(Autopilot): 自动驾驶系统是飞行控制律的重要组成部分,它能够自动维持飞机的航向、高度、速度等,大大减轻飞行员的负担,尤其是在长途飞行中。 增稳系统(Stability Augmentation System, SAS): 即使对于本身稳定性较差的飞机(例如高亚音速下),增稳系统也能通过快速调整舵面来抵消不稳定的趋势,提供稳定的飞行平台。 2. 飞行包线保护: 大飞机通常拥有宽广的飞行包线(即飞机安全运行的参数范围,如高度、速度、迎角、过载等)。飞行包线保护是飞行控制律的核心安全功能,它通过限制舵面输入或自动介入来防止飞机超出其设计极限,例如: 迎角限制: 防止飞机进入失速状态。 过载限制: 防止飞机结构过载而损坏。 速度限制: 防止进入过低(失速)或过高(结构损坏或操纵困难)的速度区间。 3. 智能飞行控制: 随着人工智能和机器学习技术的发展,智能飞行控制正逐渐成为新的研究热点。这包括: 故障诊断与容错控制: 当飞机系统发生故障时(如传感器失效、作动器故障),能够快速检测并做出相应调整,维持飞行的安全性和可用性。 环境感知与自适应飞行: 能够感知外部环境(如风切变、 turbulence)并自动调整控制策略,以应对复杂多变的气象条件。 优化飞行轨迹: 在满足安全性和操纵性要求的前提下,通过智能算法优化飞行轨迹,以实现燃油效率最大化或最短飞行时间。 4. 纵向、横侧向与航向控制: 飞行控制律的设计通常将飞机的运动分解为纵向(俯仰)、横侧向(滚转、侧滑)和航向(偏航)三个耦合的运动。 纵向控制: 主要通过升降舵和配平来控制飞机的俯仰姿态和升降率,实现高度和速度的调节。 横侧向控制: 主要通过副翼和方向舵来控制飞机的滚转和偏航,实现航迹的改变和侧滑的抑制。 航向控制: 主要通过方向舵来控制飞机的偏航运动,维持航向稳定或进行航迹转弯。 在实际飞行中,这些运动是相互耦合的,需要精心设计的控制律来解耦或协调处理。 五、 应用中的挑战与未来展望: 大飞机飞行控制律的研发与应用面临诸多挑战: 模型精度与不确定性: 实际飞行环境中,气动参数会随高度、马赫数、迎角等变化,模型精度难以完全保证。 实时性要求: 控制律需要在毫秒级别内完成计算和响应,对计算资源和算法效率提出了极高要求。 安全性验证: 飞行控制系统的安全性至关重要,需要进行大量的仿真、地面测试和飞行试验来严格验证。 集成与协同: 飞行控制系统需要与其他航空电子系统(如导航、通信、气象雷达等)进行深度集成和协同工作。 未来,随着计算能力的提升、传感器技术的进步以及人工智能的广泛应用,大飞机的飞行控制律将朝着更加智能化、自主化、高效化和安全化的方向发展。例如,基于深度学习的飞行控制算法有望在复杂非线性系统和未知环境下提供更优的控制性能;更高级的自主飞行能力将允许飞机在特定场景下独立完成起降和航行任务。 六、 结语: 《大飞机飞行控制律的原理与应用》旨在为读者提供一个全面、深入的视角,理解这项支撑现代大型客机安全高效飞行的核心技术。通过对基本原理的剖析、关键技术的阐述以及实际应用的探讨,本书希望能够激发读者对航空科技的兴趣,并为相关领域的研究人员和工程技术人员提供有益的参考。掌握飞行控制律,就是掌握了飞行的灵魂,是实现蓝天梦想的关键一步。

用户评价

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这本《大飞机飞行控制律的原理与应用》给我带来的,是一次深刻的知识洗礼。我一直对航空工程,特别是飞行控制这一领域充满了好奇,而这本书正好满足了我的求知欲。作者从最基础的飞行力学原理出发,循序渐进地讲解了飞行控制律的核心概念,例如稳定性、可控性、以及各种先进的控制策略。我尤其对书中关于“滑模控制”和“自抗扰控制”的介绍印象深刻,这些前沿的控制理论是如何被巧妙地应用于飞机设计,以应对复杂的飞行环境和不确定性,让我大开眼界。书中大量的图表和实例分析,将抽象的理论具象化,使得即使是初学者也能从中获益。这本书不仅仅是技术的堆砌,更是一种对工程严谨性和创新精神的体现,它让我看到了中国在航空领域不断追求卓越的努力,也让我对未来航空技术的发展充满了期待。

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我一直对机械工程背后的精妙计算和严谨设计感到着迷,而《大飞机飞行控制律的原理与应用》这本书,则将这种着迷推向了新的高度。书中对飞行控制系统各个组成部分的原理分析,都做到了详尽而透彻。我尤其对其中关于“故障诊断”和“容错控制”的章节印象深刻。作者通过详细的案例分析,展示了当飞机在复杂环境下遇到各种潜在故障时,控制系统是如何进行自我检测、隔离和补偿,从而确保飞行安全。这种对极致安全性的追求,让我感受到了航空工程的非凡之处。书中使用的专业术语和数学模型,虽然对我这个非专业人士来说需要一定的学习门槛,但作者的讲解思路清晰,图文并茂,让我能够逐步理解其核心思想。这本书不仅是一本技术手册,更是一次关于工程智慧与责任的深刻启迪。

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刚拿到这本《大飞机飞行控制律的原理与应用》,就被它厚重的封面和严谨的标题所吸引。我平时对航空航天技术就颇感兴趣,尤其是那些支撑着庞大飞机在空中自由翱翔的“大脑”,飞行控制系统更是其中的核心。这本书的出现,无疑填补了我对这一领域深入了解的空白。我翻开第一页,就被作者严谨的学术态度所折服,文字精炼,逻辑清晰,仿佛一位经验丰富的工程师在娓娓道来。书中从最基础的飞行力学原理入手,逐步深入到现代飞行控制系统的设计理念,我尤其对书中关于“非线性控制”、“鲁棒控制”等先进控制理论在飞机上的应用案例分析着迷。作者并非简单地罗列公式和定理,而是通过大量的图示和仿真结果,将抽象的理论转化为生动形象的讲解,让即使是初学者也能窥见其精髓。读着读着,我仿佛看到了飞机在经历了各种复杂的气象条件、飞行姿态下的精准响应,每一次舵面的微小调整,都凝聚着背后无数科学家和工程师的心血。这本书的价值,不仅仅在于知识的传递,更在于它激发的对工程技术背后深邃智慧的敬畏之情。我期待着能从中学习到更多关于飞行安全、性能优化以及未来智能化飞控系统的发展方向。

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这本书就像一本打开了我新世界大门的钥匙,让我得以一窥“大飞机”这背后不为人知的秘密。我一直对航空器是如何在空中保持稳定而精准的飞行轨道感到好奇,这本书恰好深入解答了我的疑惑。作者的讲解方式非常独特,他能够将那些极其复杂的控制理论,通过生动的语言和精巧的图示,转化为普通读者也能理解的道理。我尤其喜欢书中关于“颤振抑制”和“姿态稳定”的章节,作者详细阐述了控制系统如何通过实时监测和精确调整,来克服空气动力学的各种不确定性,确保飞机的平稳飞行。读这本书,让我对飞行员的驾驶技术有了更深的认识,同时也对背后默默工作的飞行控制系统充满了敬意。它不仅仅是一本技术书籍,更是一种关于工程创新与追求卓越精神的体现,让我对中国航空工业的发展充满了信心。

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这本书,如同一本厚重的技术宝典,让我对“大飞机”这个庞然大物背后的灵魂——飞行控制律,有了前所未有的认识。我本身并非专业出身,但被书中那种严谨而富有洞察力的分析深深吸引。作者从最基本的空气动力学原理出发,一步步构建起整个飞行控制系统的理论框架,那些关于稳定性、可控性、最优性的探讨,虽然涉及一些复杂的数学模型,但作者巧妙地利用了大量的图例和示意图,将抽象的数学语言转化为直观的工程概念。我尤其欣赏书中对不同飞行状态下控制律设计的详细阐述,无论是起降时的精准操作,还是巡航时的平稳飞行,亦或是复杂气象条件下的应对,书中都给出了详实的原理分析和实现方法。阅读过程中,我常常会停下来,想象着飞机在设计师的“指令”下,如何巧妙地克服风阻、修正航向,这种感觉非常奇妙。它让我明白,驾驶一架大型客机,绝非仅仅依靠飞行员的经验,更离不开背后强大而智能的控制系统。这本书,不仅是一本技术读物,更是一次对人类智慧与工程精神的致敬。

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作为一名业余的航空爱好者,我一直渴望能够更深入地理解那些让飞机在天空中翩翩起舞的“智慧”。《大飞机飞行控制律的原理与应用》这本书,可以说是我的知识库中一次重要的扩充。它并没有回避那些复杂的数学公式和控制理论,但令人欣喜的是,作者将这些理论与实际的飞机设计紧密结合,并通过大量的图解和案例进行了生动的阐释。我尤其被书中关于“状态估计”和“反馈控制”的章节所吸引,作者用清晰的逻辑将这些抽象的概念具象化,让我能直观地理解控制系统是如何感知飞机状态并做出相应调整的。书中对不同类型飞机的飞行控制律的比较分析,也让我对飞机的多样性和控制系统的差异性有了更深的认识。读完这本书,我感觉自己对飞机的认知不再停留在“飞起来”这个层面,而是能够开始理解“如何飞得更好”、“如何飞得更安全”背后的技术逻辑。这是一种知识上的跃升,让我对航空工程的魅力有了更深刻的体会。

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我一直对航空科技充满了好奇,特别是当“大飞机”这个词汇出现时,我总会联想到背后复杂的工程技术。这本书《大飞机飞行控制律的原理与应用》恰好满足了我对这方面的求知欲。书中从理论层面深入浅出地讲解了飞行控制律的方方面面,作者的文字功底非常扎实,能够将高深的理论知识用相对易懂的方式呈现出来。我特别喜欢其中关于“指令”与“响应”之间的互动分析,这种深入剖析的方式,让我明白了飞机是如何根据指令做出精确反应的。书中对各种控制算法的介绍,虽然有些理论性较强,但通过大量的图表和实例,我还是能够把握其核心思想。例如,在讲到“鲁棒性”时,书中通过模拟各种干扰因素,展示了控制系统是如何保持稳定性的,这让我对飞机的安全性有了更深刻的理解。这本书不仅是对飞行控制律原理的阐述,更是一种对工程严谨性和技术创新精神的体现,它让我看到了中国在航空领域不断进步的坚实步伐。

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当我翻开《大飞机飞行控制律的原理与应用》这本书时,我被它严谨的排版和丰富的图表深深吸引。我一直对航空航天领域有着浓厚的兴趣,但以往接触到的资料大多偏向于宏观介绍。这本书则不同,它深入到飞行控制律这一核心技术领域,从原理到应用,进行了细致入微的阐述。我尤其喜欢书中对“增稳原理”的解释,作者通过形象的比喻和详细的数学推导,让我理解了控制系统是如何为飞机提供额外的稳定性的。书中对不同飞行阶段的控制律设计进行了深入探讨,例如起飞时的爬升控制、巡航时的自动驾驶,以及着陆时的精准下降,这些都让我对飞机的整个飞行过程有了更全面的认识。这本书不仅仅是技术知识的传递,更是一种对工程思维的启迪,让我看到了航空工程师是如何将复杂的理论转化为实际的工程应用。

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这本书的内容,如同一幅精密的蓝图,勾勒出了大飞机稳定飞行的技术核心。我一直对飞机是如何实现精确控制感到好奇,这本书的出现,彻底满足了我对这一领域的探索欲。作者的讲解方式,严谨又不失趣味,将高深的技术理论融入到通俗易懂的文字中,辅以大量的图例和示意图,使得复杂的概念变得清晰可见。我尤其被书中关于“模态分析”和“阻尼比”的章节所吸引,作者通过详细的数学模型和仿真结果,展示了控制系统如何有效地抑制飞机的各种振动,确保飞行过程的平稳与安全。读这本书,让我深深体会到,每一次平稳的起降、每一次精准的转弯,背后都凝聚着无数工程师的心血与智慧。它不仅仅是一本技术书籍,更是一次关于工程智慧与安全理念的深刻普及,让我对中国航空工业的发展有了更深的理解和期待。

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这本书给我最直观的感受就是“专业”和“深入”。我并不是航空领域的专业人士,但被书中对飞行控制律的细致讲解所震撼。作者并没有选择简单地罗列一些通用知识,而是聚焦于“大飞机”这一特定领域,并深入探讨了其先进制造工艺技术。我特别欣赏书中对“模型设计”和“参数辨识”的详细论述,作者通过具体的案例,展示了如何根据飞机的实际特性来构建精确的控制模型,这对于保证飞机的飞行安全和性能至关重要。书中对“自适应控制”和“预测控制”等前沿技术的介绍,也让我看到了未来飞行控制系统的发展方向。读这本书,就像是进入了一个高度专业化的知识殿堂,虽然有些内容需要反复咀嚼,但每一次理解的深入,都让我对“大飞机”这个国家重大工程的复杂性和精密度有了更深的敬畏。它不仅仅是一本书,更像是一次关于中国航空技术发展成就的生动呈现。

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