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第1章 绪论 1

1.1 飞行动力学起源 1

1.2 飞行力学与控制的关系 1

1.3 飞行力学与飞行控制的发展历史 2

1.3.1 航空飞行器的发展 2

1.3.2 飞行控制的发展 8

1.4 飞行控制基本概念 12

1.5 飞行控制的应用及未来发展趋势 16

1.6 飞行动力学与控制基本内容 18

练习题 19

参考文献 19

第2章 飞行动力学基础 20

2.1 空气动力学基本知识 20

2.1.1 基本概念 21

2.1.2 空气的基本特性和国际标准大气 21

2.1.3 低速空气动力学基本方程 25

2.1.4 高速空气动力学的基本概念 27

2.2 飞机几何形状和参数 30

2.2.1 飞机的布局与尺寸 30

2.2.2 机翼的几何形状和参数 30

2.3 飞机运动分析 33

2.3.1 飞机运动的自由度 33

2.3.2 操纵机构 34

2.3.3 飞机运动空气动力计算 37

练习题 39

参考文献 39

第3章 飞机的飞行性能 40

3.1 飞行过程中受力分析及角度定义 40

3.1.1 飞机常用的坐标系 41

3.1.2 飞行角度分析 45

3.1.3 飞机受力分析 45

3.2 定常直线飞行性能 54

3.2.1 定直平飞性能 55

3.2.2 定直上升性能 61

3.2.3 定直下滑性能 66

3.3 飞机的续航与起降性能 67

3.3.1 航程和航时的基本关系式 67

3.3.2 航程与航时计算 68

3.3.3 上升与下降段的续航性能分析 72

3.3.4 风对续航性能的影响 73

3.3.5 超声速飞机续航性能的特点 74

3.3.6 起飞和着陆性能 75

3.4 飞机的机动飞行性能 83

3.4.1 机动的定义 83

3.4.2 机动类型 84

3.4.3 机动性能 84

3.4.4 水平平面内的机动性能 85

3.4.5 飞机机动飞行性能综合分析 88

练习题 90

参考文献 90

第4章 飞机的静稳定和控制 91

4.1 纵向定直飞行飞机力平衡和力矩平衡 91

4.1.1 运动形式及其性能指标 92

4.1.2 飞机的俯仰平衡 93

4.2 纵向曲线飞行中飞机的附加气动力矩及其平衡 109

4.2.1 平尾的阻尼力矩 110

4.2.2 下洗时差阻尼力矩 111

4.2.3 拉升运动中的平衡问题 113

4.3 升降舵的铰链力矩和驾驶杆力 115

4.3.1 压力分布与铰链力矩 116

4.3.2 定直平飞的平衡杆力 116

4.3.3 平衡杆力曲线 117

4.3.4 松杆问题 118

4.3.5 拉升运动的附加杆力 119

4.3.6 重心前后限 120

4.4 横侧向静稳定及力矩平衡 121

4.4.1 侧力和横侧向力矩 122

4.4.2 横侧向静稳定性 123

4.4.3 侧滑产生的侧力 125

4.4.4 影响滚转静稳定性导数的因素 126

4.4.5 影响航向稳定性导数的因素 131

4.4.6 副翼产生的横侧向力矩 133

4.4.7 方向舵产生的横侧向力矩 135

4.5 定常直线侧滑飞行中飞机的侧力平衡和力矩平衡 135

4.5.1 定常侧滑的力与力矩平衡 135

4.5.2 不对称动力飞行 138

4.6 定常曲线飞行中飞机的侧力平衡和力矩平衡 139

4.6.1 阻尼力、阻尼力矩与交感力矩 139

4.6.2 定常曲线飞行的力矩平衡 140

4.6.3 稳定横滚运动 141

4.6.4 正常盘旋运动的受力平衡 141

4.6.5 定常飞行中副翼和方向舵的平衡杆力 142

练习题 143

参考文献 144

第5章 刚体飞行器的运动方程 145

5.1 飞机运动假设 145

5.2 动力学方程的建立 145

5.2.1 质心动力学 145

5.2.2 刚体转动动力学 146

5.2.3 刚体转动动力学方程推导 147

5.3 运动学方程 148

5.3.1 运动学方程推导 148

5.3.2 飞机运动学方程组 150

5.3.3 动力学方程组讨论 150

5.4 飞机运动的纵横分离 151

5.4.1 纵横分离 151

5.4.2 纵向运动方程 151

5.4.3 横侧向运动 156

5.4.4 飞行速度与机体速度转换关系 157

5.4.5 稳定轴系质心动力学方程 158

5.5 小扰动线性化动力学方程 158

5.5.1 动力学方程组简化 159

5.5.2 纵横分离的小扰动方程组 161

5.5.3 稳定轴系的方程及其线性化 161

5.5.4 力和力矩线性化 162

5.5.5 稳定轴系的纵向耦合方程 163

5.5.6 气动力和力矩线性化 163

5.5.7 稳定轴系切向动力学方程线性化 164

5.5.8 稳定轴系法向动力学方程线性化 164

5.5.9 俯仰运动动力学方程线性化 166

5.5.10 稳定轴系的横航向耦合方程 166

5.5.11 质心动力学方程线性化 169

5.5.12 质心运动方程的线性化 169

5.5.13 力和力矩导数 170

5.5.14 飞机的运动配平 171

5.5.15 飞机线性状态方程分组 182

5.5.16 横侧向小扰动的简化形式 188

5.5.17 风扰条件下飞机线性模型 188

练习题 194

参考文献 194

第6章 飞机的运动稳定和控制 195

6.1 定常线性常微分系统的稳定性 195

6.2 纵向运动模态与稳定性分析 198

6.2.1 纵向小扰动的两种典型运动模态 207

6.2.2 飞机的纵向操纵运动 213

6.2.3 飞行条件和气动参数对纵向动稳定性的影响 218

6.3 横侧向运动模态与稳定性分析 219

6.3.1 横侧小扰动方程 219

6.3.2 横侧扰动运动的典型模态分析 223

6.3.3 气动参数的影响和稳定性边界的简略分析 226

6.3.4 飞机的横侧向操纵运动 227

6.3.5 纵横交感运动 233

练习题 234

参考文献 235

第7章 古典飞行控制系统设计理论 237

7.1 飞行控制系统的任务和设计目标 237

7.2 飞行品质规范 238

7.2.1 飞行品质等级 239

7.2.2 飞行品质要求 241

7.2.3 飞行品质的评价方法 247

7.3 古典飞行控制系统的设计方法 254

7.3.1 Routh标准设计方法 258

7.3.2 控制系统时域分析法 260

7.3.3 根轨迹技术 262

7.3.4 频域法 268

7.4 增稳控制系统设计 291

7.4.1 纵向运动增稳控制 291

7.4.2 横侧向运动增稳控制 301

7.5 PID控制 303

7.5.1 PID控制设计 303

7.5.2 Ziegler-Nichols规则调节PID控制器 306

练习题 313

参考文献 314

第8章 现代飞行控制系统设计理论 315

8.1 状态空间法 315

8.1.1 状态空间表示 315

8.1.2 系统能控性 316

8.1.3 普通状态方程变换为可控标准型 316

8.1.4 系统能观性 317

8.2 状态反馈极点配置法 321

8.3 特征结构配置法 328

8.4 线性二次型最优控制法 338

8.4.1 极小值原理 338

8.4.2 线性二次型调节器 339

8.4.3 加权矩阵Q,R对控制性能的影响 342

8.4.4 非零指令点的渐近跟踪控制 347

8.4.5 输出调节器（LQRY） 352

8.4.6 线性二次型高斯调节器 353

8.5 观测器与滤波设计 354

练习题 363

参考文献 364

第9章 纵向运动自动飞行控制系统设计 365

9.1 典型飞行控制系统组成 365

9.2 纵向运动自动控制系统设计 369

9.2.1 俯仰阻尼器 371

9.2.2 增稳系统与控制增稳 377

9.2.3 俯仰控制系统设计 387

9.2.4 外回路自动驾驶／导航控制 408

练习题 442

参考文献 444

第10章 横侧向运动自动飞行控制系统设计 445

10.1 横侧向阻尼器 445

10.1.1 滚转阻尼器 445

10.1.2 偏航阻尼器 451

10.2 横侧向增稳与控制增稳系统 457

10.2.1 偏航增稳系统 457

10.2.2 横侧增稳系统 459

10.2.3 横航向控制增稳系统 460

10.3 横侧向自动控制 463

10.3.1 横侧向姿态稳定与控制 463

10.3.2 航向指令跟踪控制 470

10.3.3 侧向偏离自动控制 476

10.3.4 侧向导引自动着陆系统 480

练习题 487

参考文献 488

附录 489

A 缩写符号 489

B 矢量代数 489

C 矩阵代数 490

D 单位换算 491

E 典型飞机气动数据表 492

F 常用的Matlab函数 500

索引 507