內容簡介
本書論述的是面向未來的變體系統, 那時飛機將擔負具有挑戰性的任務, 採用今天的方法不能完成這些任務。 \Morphology" (形態) 這個術語我第一次看到是在Holt Ashley 教授編著的《飛行器工程分析》這本書的定稿中, 該書第一章的標題就是 \飛行器的形態"。
本書僅為開展這些工作提供了一些有價值的信息。該書首先介紹的是生物界對變體的啟示。俄羅斯工程師Genrich Altshuller 說過\自然界裡有很多隱藏的專利"。第8 章是關於飛行器的棲息運動, 提出了集成變體技術的使用方法。第9 章介紹智慧型材料和變體設備的控制, 為如何解決系統集成面臨的問題提供了視角。
目錄
第1 章概述1
1.1 簡介1
1.2 早期: 仿生學2
1.3 中期: 可變布局5
1.4 後期: 回歸仿生學9
1.5 結論10
參考文獻10
第一部分仿生學
第2 章昆蟲、鳥類和蝙蝠的翅膀變形: 構造和功能13
2.1 概述13
2.2 昆蟲14
2.2.1 翅膀的結構和機理15
2.2.2 全翅膀變形18
2.3 鳥類24
2.3.1 翅膀的結構和機理25
2.3.2 全翅膀變形27
2.3.3 局部羽毛的彎曲30
2.4 蝙蝠31
2.4.1 翅膀的結構和機理33
2.4.2 全翅膀變形34
2.5 結論36
致謝37
參考文獻37
第3 章微型航空器的仿生學變形43
3.1 微型航空器43
3.2 微型航空器設計理念46
3.3 MAV 的技術挑戰48
3.4 MAV 和NAV 的飛行特性50
3.5 MAV 的仿生變體概念50
3.5.1 機翼平面形狀52
3.5.2 翼型52
3.5.3 尾翼調節53
3.5.4 重心移動53
3.5.5 撲動調節53
3.6 MAV/NAV 變體展望53
3.7 未來挑戰54
3.8 結論56
參考文獻56
第二部分控制與動力
第4 章智慧型變體無人機的形狀與飛行控制61
4.1 簡介61
4.2 自適應強化學習控制架構的功能62
4.3 學習飛行器的形狀變化63
4.3.1 強化學習系統概述63
4.3.2 變形學習Agent 的實現66
4.4 變體飛行器的數學模型68
4.4.1 空氣動力學模型68
4.4.2 本構方程68
4.4.3 模型格線71
4.4.4 動力學建模73
4.4.5 參考航跡76
4.4.6 形狀記憶合金驅動器動力學76
4.4.7 變體翼的控制效應78
4.5 變體控制律78
4.5.1 姿態控制的結構自適應模型逆(SAMI) 控制78
4.5.2 更新律82
4.5.3 穩定性分析82
4.6 數值示例83
4.6.1 目標與範圍83
4.6.2 例1: 學習新的主要目標83
4.6.3 例2: 學習新的中間目標87
4.7 總結90
致謝90
參考文獻91
第5 章變體飛行器建模與仿真94
5.1 簡介94
5.1.1 鷗形翼飛行器94
5.2 變體的空氣動力學建模96
5.2.1 變體的渦格空氣動力學97
5.2.2 力與力矩的計算99
5.2.3 鷗翼變形的空氣動力學效應99
5.3 變體的飛行動力學建模101
5.3.1 標準方法概述101
5.3.2 擴展剛體動力學104
5.3.3 變體建模107
5.4 驅動器力矩與功率112
5.5 開環機動與變體影響116
5.5.1 縱向機動117
5.5.2 轉彎機動122
5.6 使用變體控制的鷗翼飛行器125
5.6.1 功率最佳化的變體增穩系統126
5.7 小結129
附錄130
參考文獻131
第6 章仿鳥飛行器的飛行動力學建模134
6.1 簡介134
6.2 撲翼飛行的特性136
6.2.1 飛行平台試驗研究136
6.2.2 非定常空氣動力學137
6.2.3 與配置相關的質量分布138
6.2.4 非線性飛行運動140
6.3 飛行器運動方程141
6.3.1 傳統飛行器模型141
6.3.2 多體模型的配置144
6.3.3 運動學方程145
6.3.4 動力學方程146
6.4 系統辨識148
6.4.1 耦合的驅動器模型149
6.4.2 尾翼空氣動力學150
6.4.3 機翼空氣動力學152
6.5 仿真與反饋控制153
6.6 小結155
參考文獻156
第7 章具有時變慣量的變體飛行器飛行動力學159
7.1 概述159
7.2 飛行器160
7.2.1 設計160
7.2.2 建模164
7.3 運動方程165
7.3.1 機體坐標系中的狀態165
7.3.2 時變慣量的影響166
7.3.3 力矩的非線性方程166
7.3.4 力矩方程的線性化167
7.3.5 飛行動力170
7.4 時變極點171
7.4.1 定義171
7.4.2 討論173
7.4.3 模態解釋173
7.5 時變變體的飛行動力學175
7.5.1 變體175
7.5.2 模型177
7.5.3 極點178
7.5.4 模態解釋184
參考文獻186
第8 章關於變體飛行器在做棲息運動時的
最佳軌跡控制問題189
8.1 簡介189
8.2 飛行器的描述191
8.3 飛行器運動方程193
8.4 空氣動力學198
8.5 棲息的最佳飛行軌跡204
8.6 最佳化結果210
8.7 結論217
參考文獻217
第三部分智慧型材料與結構
第9 章套用強化學習方法的變體智慧型材料驅動器控制223
9.1 智慧型材料介紹223
9.1.1 壓電材料224
9.1.2 形狀記憶合金224
9.1.3 控制SMA 的難點225
9.2 強化學習的介紹226
9.2.1 強化學習法問題226
9.2.2 瞬時差分法227
9.2.3 選取行動230
9.2.4 函式逼近231
9.3 作為強化學習問題的智慧型材料控制234
9.3.1 智慧型材料驅動器的狀態空間和行動空間234
9.3.2 函式逼近選擇236
9.3.3 控制的開採行動{ 值函式237
9.4 示例237
9.4.1 仿真238
9.4.2 試驗243
9.5 結論245
參考文獻246
第10 章SMA 驅動器嵌入變體飛行器構件249
10.1 SMA 簡介249
10.1.1 內在工作機理250
10.1.2 獨特工程效應251
10.1.3 可選的形狀記憶合金255
10.2 形狀記憶合金的航空航天套用257
10.2.1 固定翼飛機257
10.2.2 旋翼機263
10.2.3 太空飛行器265
10.3 SMA 驅動器特性與系統分析266
10.3.1 試驗技巧與注意事項266
10.3.2 構建分析工具271
10.4 結論274
參考文獻276
第11 章分級控制與先進變體系統的規劃285
11.1 介紹285
11.1.1 分級控制原理286
11.2 變體動力學和性能圖288
11.2.1 通過圖論離散化性能圖289
11.2.2 變體圖的規劃294
11.3 先進變體結構中的套用295
11.3.1 變體圖形的構造298
11.3.2 Kagom¶e 構架介紹300
11.3.3 Kagom¶e 構架變體實例303
11.4 結論306
參考文獻306
第12 章綜合評估309
12.1 環顧: 當前發展狀況309
12.1.1 仿生學309
12.1.2 空氣動力學309
12.1.3 結構310
12.1.4 自動控制310
12.2 前瞻: 前進之路310
12.2.1 材料311
12.2.2 推進技術311
12.3 結論312"
