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第1章 引言 1

1.1 大气中的飞行力学 1

1.2 基本定义 3

1.2.1 流体 3

1.2.2 压强 3

1.2.3 温度 4

1.2.4 密度 4

1.2.5 黏度 4

1.2.6 马赫（Mach）数和声速 6

1.3 空气静力学 7

1.3.1 静止流体中压强的变化 7

1.4 伯努利方程的推导 9

1.4.1 不可压缩流体的伯努利方程 10

1.4.2 可压缩流体的伯努利方程 11

1.5 大气 12

1.6 空气动力学的一些术语 19

1.7 飞机仪表 22

1.7.1 气压数据系统 23

1.7.2 空速表 23

1.7.3 高度表 26

1.7.4 爬升速率表 27

1.7.5 马赫表 29

1.7.6 迎角（攻角）指示器 30

1.8 总结 33

习题 33

参考文献 35

第2章 静态稳定性和控制 36

2.1 历史回顾 36

2.2 引言 41

2.2.1 静态稳定性 42

2.2.2 动态稳定性 42

2.3 静态稳定性和控制 44

2.3.1 纵向静态稳定性的定义 44

2.3.2 飞机各部分的贡献 45

2.3.3 机翼的贡献 46

2.3.4 尾翼的贡献——后尾翼 48

2.3.5 鸭翼——前置尾翼表面 54

2.3.6 机身的贡献 54

2.3.7 动力影响 57

2.3.8 定杆中性点 58

2.4 纵向控制 63

2.4.1 升降舵效率 64

2.4.2 配平时升降舵角度 66

2.4.3 XNP的飞行测量 69

2.4.4 升降舵铰链力矩 70

2.5 操纵杆力 73

2.5.1 配平调整片 74

2.5.2 操纵杆力梯度 74

2.6 方向稳定性定义 76

2.6.1 飞机各部分的贡献 77

2.7 方向控制 80

2.8 滚动稳定性 82

2.9 滚动控制 84

2.10 总结 87

习题 88

参考文献 99

第3章 飞机的运动方程 100

3.1 概述 100

3.2 刚体运动方程的推导 101

3.3 飞机的朝向和位置 105

3.4 重力和推力 108

3.5 小扰动原理 110

3.6 空气动力的力和力矩的表达 113

3.6.1 对前向速度的导数 115

3.6.2 对俯仰速度q的导数 117

3.6.3 对迎角的时间变化率的导数 118

3.6.4 对滚动速率p的导数 120

3.6.5 对偏航速率r的导数 123

3.7 总结 132

习题 132

参考文献 134

第4章 纵向运动（定杆） 135

4.1 历史回顾 135

4.2 二阶微分方程 137

4.3 纯俯仰运动 142

4.4 定杆纵向运动 151

4.4.1 运动方程的状态变量表示 152

4.5 纵向近似 157

4.5.1 短周期近似 158

4.6 稳定性导数对纵向运动模式的影响 166

4.7 飞行品质 168

4.7.1 驾驶员的看法 170

4.8 飞行模拟器 174

4.9 总结 176

习题 179

参考文献 184

第5章 横向运动（定杆） 186

5.1 引言 186

5.2 纯滚动运动 187

5.2.1 机翼摇摆 190

5.2.2 滚动控制逆转 192

5.3 纯偏航运动 194

5.4 横向运动方程 199

5.4.1 螺旋近似 203

5.4.2 滚动近似 204

5.4.3 荷兰滚动近似 205

5.5 横向飞行品质 209

5.6 惯性的耦合 212

5.7 总结 213

习题 213

参考文献 218

第6章 对控制或空气输入的响应 219

6.1 引言 219

6.2 非一致大气中的运动方程 222

6.3 纯垂直运动或颠簸运动 226

6.4 大气湍流 234

6.5 谐波分析 235

6.5.1 湍流模型 237

6.6 风切变 238

6.7 总结 241

习题 242

参考文献 243

第7章 自动控制原理——古典方法 244

7.1 概述 244

7.2 劳斯判据 247

7.3 根轨迹法 252

7.3.1 增加极点和零点 257

7.4 频率域技术 260

7.5 时间域和频率域规格 261

7.5.1 从根轨迹得到增益和相位裕度 264

7.5.2 高阶系统 267

7.6 稳态误差 269

7.7 控制系统设计 273

7.7.1 补偿 275

7.7.2 前向通路补偿 277

7.7.3 反馈路径补偿 279

7.8 PID控制器 282

7.9 总结 286

习题 287

参考文献 291

第8章 古典控制理论在飞机自动驾驶仪设计中的应用 293

8.1 概述 293

8.2 飞机的传递函数 294

8.2.1 短周期运动 295

8.2.2 长周期运动 297

8.2.3 滚动运动 299

8.2.4 荷兰滚动近似 299

8.3 控制舵面的执行机构 304

8.4 位移量自动驾驶仪 306

8.4.1 俯仰位移量自动驾驶仪 307

8.4.2 滚动姿态自动驾驶仪 312

8.4.3 高度保持控制系统 316

8.4.4 速度保持控制系统 322

8.5 稳定性增强 326

8.6 仪表着陆 328

8.7 总结 332

习题 333

参考文献 336

第9章 现代控制理论 337

9.1 概述 337

9.2 状态空间模型 337

9.2.1 状态转移矩阵 343

9.2.2 状态方程的数值解 348

9.3 规范型变换 352

9.3.1 不相同实数特征值 353

9.3.2 重复特征值 356

9.3.3 复数特征值 359

9.4 可控性和可观测性 363

9.5 状态反馈设计 367

9.5.1 确定反馈增益的数值方法 370

9.5.2 多输入—输出系统 374

9.5.3 特征值的位置 375

9.6 状态变量重构：状态观测器 376

9.7 最优状态空间控制系统的设计 380

9.8 总结 384

习题 384

参考文献 389

第10章 现代控制理论在飞机自动驾驶仪设计中的应用 391

10.1 引言 391

10.2 稳定性增强 391

10.2.1 纵向稳定性增强 391

10.2.2 横向稳定性增强 400

10.3 自动驾驶仪设计 405

10.4 状态观测器 411

10.5 最优控制 414

10.6 总结 420

习题 420

参考文献 424

附录A 大气数据表（ICAO标准大气） 426

附录B 几种飞机的几何、质量和空气动力特性 432

参考文献 447

附录C 拉普拉斯变换和矩阵代数 448

附录D 控制系统分析方法 458