前言

自 1903 年莱特兄弟实现人类第一次有动力飞行以来，飞机的发展历经多次跨代发展阶段，目前已处于五代机的时代，并向六代机不断发展演进。飞行控制系统及相应技术，也随着飞机的发展不断进化，从早期机械 / 机械液压助力操纵系统的开环控制，到 20 世纪 70 年代数字余度电传飞行控制系统出现后，全面进入了闭环控制的阶段，数字电传飞控系统也发展到了当前的飞行器管理系统，并向着自主智能控制系统不断迈进。事实上，在采用闭环控制和数字控制技术开展飞行控制系统设计之后，飞行器总体设计思想也发生了革命性跨越，实质上形成综合考虑气动、结构、动力及飞行控制为主要环节并以飞行控制为连接纽带的总体设计思想。从面向飞行员的角度来看，飞行控制的发展始终围绕着 ;降低飞行员负担，提升安全性以及完成任务的能力 这条主线没有改变，特别是在数字电传飞控系统得到广泛运用后，飞行包线保护等技术的应用也越来越普遍，;无忧虑操纵;无忧虑控制 等概念开始逐步提出来。

有鉴于此，本书围绕 ;无忧虑操纵 的主题，主要阐述系统架构到面向飞行安全和任务的无忧虑飞行控制技术，并简要介绍了飞控系统的设计验证与安全性评估的流程与方法，具体章节编排如下：第 1 章，绪论，扼要地介绍了飞控系统的发展历程及趋势，阐述了无忧虑控制的内涵与外延，还介绍了飞控系统架构的演进趋势；第 2 章，飞行控制系统架构设计，主要介绍了无忧虑飞控架构的发展需求、飞控系统架构设计，以及复杂系统架构设计的新理念新方法等内容；第 3 章，面向飞行安全的无忧虑飞行控制技术，重点介绍了包线保护控制、自动防撞控制、失速尾旋改出控制，以及故障条件下的飞行控制等技术内容；第 4 章，面向飞行任务的无忧虑飞行控制技术，主要介绍了人机关系与控制权限分配、单机自主飞行控制，以及多机的协同自主飞行控制；第 5 章，飞行控制系统的设计验证流程与安全性评估，重点介绍了飞控系统的设计、安全性评估及验证的方法与流程。

本书的部分内容源于作者及团队近年来的研究成果，部分内容来自前人的研究成果，经过系统总结，形成了面向无忧虑操纵的一些飞行控制技术及其方法论。

特别感谢国防工业出版社给予的大力支持，让作者能有机会把自己的想法和成果加以归纳和总结并出版。

由于作者水平有限，书中的疏漏及不足之处在所难免，殷切希望广大读者批评指正。

作者

2025 年 8 月

本书以飞行控制系统架构设计、面向飞行安全和飞行任务的无忧虑飞行控制技术，以及飞控系统的设计验证流程与安全性评估等为主要内容编写而成。首先介绍了飞控系统的发展历程、无忧虑控制的内涵与外延，并对飞行控制系统架构设计方面的内容进行了讨论；其次主要针对面向飞行安全和飞行任务的典型无忧虑飞行控制技术进行了深入研究分析；最后对飞控系统的设计验证流程与安全性评估进行了简要阐述，并展望了后续工作。

本书可作为航空器飞行控制相关专业科研人员以及本科生、研究生和教师的参考书籍。

目录

第 1 章 绪论

1.1 飞行控制系统的发展历程及趋势

1.1.1 机械飞行控制阶段

1.1.2 电传飞行控制阶段

1.1.3 智能化发展阶段

1.2 无忧虑控制的内涵与外延

1.3 飞控系统架构演进趋势

1.3.1 数字式飞行控制系统架构

1.3.2 从集中式到分布式的飞行控制系统架构

1.3.3 先进系统架构理念

1.4 本书章节安排

参考文献

第 2 章 飞行控制系统架构设计

2.1 国内外研究现状

2.1.1 基本概念

2.1.2 发展历程

2.1.3 集中式架构

2.1.4 分布式架构

2.1.5 网络分布式架构

2.2 无忧虑飞控架构发展需求

2.2.1 装备需求牵引

2.2.2 先进技术推动

2.2.3 系统架构安全性考量

2.3 飞行控制系统架构设计探索

2.3.1 架构设计挑战

2.3.2 系统架构设计

2.3.3 无忧虑飞控系统架构实现设想

2.4 复杂系统架构设计新理念新方法

2.4.1 面向场景 / 功能的架构设计方法

2.4.2 FACE 架构设计理念

2.5 本章小结

参考文献

第 3 章 面向飞行安全的无忧虑飞行控制技术

3.1 包线保护控制技术

3.1.1 过载 / 迎角保护控制技术

3.1.2 俯仰角保护控制技术

3.1.3 滚转角保护控制技术

3.1.4 高速 / 高马赫数保护控制技术

3.1.5 自动飞行包线保护技术

3.1.6 能量控制技术

3.2 自动防撞控制技术

3.2.1 自动防撞地控制技术

3.2.2 自动空中防撞控制技术

3.3 失速尾旋改出控制技术

3.3.1 研究进展

3.3.2 尾旋的基本概念和分类

3.3.3 尾旋的判定与改出

3.3.4 尾旋的模拟与试验

3.4 故障条件下的飞行控制技术

3.4.1 关键传感器信号重构技术

3.4.2 多操纵面控制分配技术

3.4.3 翼面损伤重构控制技术

3.4.4 推力不对称补偿控制技术

3.5 本章小结

参考文献

第 4 章 面向飞行任务的无忧虑飞行控制技术

4.1 人机关系与控制权限分配技术

4.1.1 自主能力与人机关系

4.1.2 人 _ 机控制权限分配技术

4.2 单机自主飞行控制技术

4.2.1 技术需求分析

4.2.2 多源数据融合技术

4.2.3 航路规划技术

4.2.4 精确轨迹跟踪控制技术

4.3 协同自主飞行控制技术

4.3.1 技术需求分析

4.3.2 任务分配与重构技术

4.3.3 人机交互技术

4.3.4 集群协同控制技术

4.4 本章小结

参考文献

第 5 章 飞行控制系统的设计验证流程与安全性评估

5.1 系统设计流程

5.1.1 联合定义阶段

5.1.2 需求分析阶段

5.1.3 系统需求设计阶段

5.1.4 软硬件需求设计阶段

5.1.5 软硬件详细设计阶段

5.1.6 软硬件综合阶段

5.2 系统安全性评估

5.2.1 安全性评估过程介绍

5.2.2 系统功能危害性评估

5.2.3 初步系统安全性评估

5.2.4 失效模式及影响分析

5.2.5 共模故障分析

5.3 系统验证

5.3.1 验证方法

5.3.2 验证工具

5.3.3 验证流程

5.4 本章小结

参考文献

第 6 章 总结与展望

6.1 本书工作总结

6.2 后续工作展望

6.2.1 人在回路中

6.2.2 人在回路上

6.2.3 人在回路外

参考文献