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符号表 1

绪论 1

§0—1 飞机飞行操纵系统的分类 1

§0—2　飞机飞行主操纵系统的发展和展望 1

目录 1

§0—3　飞机飞行辅助操纵系统 5

第一篇　空气动力学及飞行力学 8

第一章　空气动力学基础 8

§1—1　引言 8

§1—2　空气的基本性质 8

一、空气的状态参数与状态方程 8

二、国际标准大气（ISA） 9

二、连续方程（质量守恒方程） 10

§1—3　低速空气动力学的基本方程 10

一、流线和流管 10

三、伯努利方程 11

§1—4 高速空气动力学的基本概念 13

一、音速和马赫数 13

二、弱扰动的传播区 14

三、可压缩流流速与流管截面积的关系 15

四、激波 16

五、膨胀波 18

六、临界马赫数 19

§1—5　飞机在空间运动的坐标系、运动参数和操纵机构的参数 20

一、常用坐标轴系 20

三、飞机操纵机构的参数 21

二、飞机的运动参数 21

§1—6　空气动力和空气动力系数 22

§1—7　飞机的升力，Y 23

一、机翼的几何形状和几何参数 23

二、机翼的升力 25

三、平尾的升力 27

四、机身的升力 28

§1—8　飞机的阻力，Q 28

一、附面层、摩擦阻力、压差阻力 28

二、底部阻力 29

三、零升波阻 30

四、升致阻力 30

五、整个飞机的阻力及极曲线 32

§2—1　引言 35

第二章　飞机作对称定直平飞时作用在飞机上的力和力矩 35

§2—2　由飞机迎角α和平尾偏转角？产生的气动力 36

一、由α产生的升力Y？＝0，升力系数Cy？=0和导数C？＝0 36

二、由？产生的附加升力△Y？、升力系数△Cy？和导数C？ 37

三、全机的升力Y、升力系数Cy和导数C？ 38

§2—3　飞机的空气动力焦点 38

§2—4　纵向稳定力矩M？α 39

一、纵向静稳定性m？ 39

二、纵向静稳定裕度m？ 40

§2—5　纵向配平力矩M？与平尾操纵效能m？ 41

§2—6　零升力矩Mz0与零升力矩系数mz0 41

二、飞机定直平飞时，所需平尾偏转角ψ的计算公式 42

一、飞机总升力线斜率C？的计算公式 42

§2—7　飞机俯仰力矩（m？α、m？、mz0） 42

三、纵向静稳定性应具备的条件 43

§2—8　平尾偏度？的平衡曲线 44

一、速度影响 45

二、高度影响 46

§2—9　飞机的速度静稳定性 47

第三章　飞机作纵向非定常曲线飞行时作用在飞机上的力和力矩 51

§3—1　引言 51

§3—2 曲线飞行时的法向过载ny和俯仰角速度ωz 51

§3—3 曲线飞行时作用在飞机上附加的气动力和力矩 53

§3—4 由于ωz引起的纵向阻尼力矩？ 54

§3—5 由于迎角α随时间的变化率α引起的纵向阻尼力矩M？·？ 56

§3—6　单位（剩余）过载的平尾偏度？ny 57

§3—7　机动点 60

§3—8　操纵面的铰链力矩 62

第四章 飞机纵向动稳定性与操纵性 68

§4—1　引言 68

§4—2　飞机纵向运动方程的建立和条件假设 70

§4—3　小扰动原理 71

§4—4　纵向小扰动运动方程的建立 72

一、纵向扰动运动方程及其线化处理 72

二、纵向小扰动运动方程的矩阵形式 75

三、纵向小扰动运动方程简化及拉氏变换 77

§4—5　纵向操纵运动的传递函数与频率特性 79

一、纵向操纵全量运动传递函数 79

二、典型示例——纵向传递函数与频率特性 82

三、纵向传递函数和频率特性分析 84

§4—6　两种运动模态的物理成因 86

一、短周期运动模态的物理成因 86

二、长周期运动模态的物理成因 86

§4—7　短周期运动的近似传递函数 87

一、近似传递函数的建立和典型示例 87

二、近似传递函数的进一步简化和过载系数的响应曲线 90

§4—8　短周期运动的近似传递函数的无因次形式和过载系数的稳态值 92

§4—9　飞行条件和气动参数对短周期模态特性的影响，举例 94

§4—10　长周期运动的近似传递函数 97

一、近似传递函数的建立与典型示例 97

二、长周期运动的稳定性 99

三、长周期运动的固有频率ωn2和阻尼比ξ2的近似表示式 100

第五章　飞机侧力及压力中心，横侧气动力矩和横向、航向的静稳定性 102

§5—1　横侧力矩及其导数 102

§5—2　飞机的侧力及压力中心 104

§5—3　横向和航向静稳定性 104

一、横向静稳定性 104

二、航向静稳定性 105

§5—4 由于ωx和ωy引起的横侧力矩及导数 106

一、由于ωx引起的横侧力矩及其导数 106

二、由于ωy引起的横侧力矩及其导数 107

§5—5　副翼和方向舵偏转所引起的力矩 108

一、副翼偏转所引起的力矩 108

二、方向舵偏转所引起的力矩 108

§5—7　横向静操纵性指标F？的分析 110

§5—6　横侧气动导数随M数的变化曲线 110

§5—8　侧向静操纵性指标F？的分析 115

第六章 飞机横侧动稳定性与操纵性 121

§6—1　横侧运动方程的建立 121

§6—2　横侧小扰动运动方程的建立 121

一、横侧扰动运动方程及其线化处理 121

二、横侧小扰动运动方程的矩阵形式 124

三、横侧小扰动运动方程简化及拉氏变换 125

§6—3　横侧操纵运动的传递函数及频率特性 126

一、横侧操纵全量运动传递函数 126

二、典型示例——横侧传递函数与频率特性 129

一、三种运动模态的特性与特征参数 133

§6—4　横侧传递函数与频率特性分析 133

二、三种运动模态的特征根 134

三、横侧频率特性分析 136

四、脉冲响应曲线分析 136

§6—5　横侧操纵运动的近似传递函数 137

一、二自由度荷兰滚运动的近似传递函数 137

二、三自由度全量运动的近似传递函数 138

三、一自由度滚转运动的近似传递函数 139

§6—6　横侧小扰动运动三种运动模态的物理成因 140

一、滚转模态的物理成因 140

二、螺旋模态的物理成因 140

三、荷兰滚模态的物理成因 142

一、引言 146

二、惯性交感力矩 146

§6—7　飞机急滚惯性交感运动 146

三、偏航与俯仰临界滚转角速度 147

四、急滚惯性交感运动发散现象 147

五、影响临界滚转角速度大小的因素 148

第七章　有人驾驶飞机飞行操纵系统和操纵品质规范简介 150

§7—1　飞行操纵系统和操纵品质规范概述 150

§7—2　操纵品质规范的基本体制 152

一、飞机分类 152

二、飞行任务阶段的种类 152

三、操纵品质的等级 153

四、规范的基本体制 155

§7—3　飞行操纵系统类型及其工作状态分类 155

一、按速度的纵向稳定性（又称速度稳定性） 156

§7—4　飞机纵向操纵品质 156

二、纵向机动特性 158

§7—5　飞机横侧向操纵品质 164

一、横侧向模态特性 164

二、横侧运动的动态反应 166

三、滚转操纵效能 169

§7—6　等效系统 169

一、等效系统的提出 169

二、等效系统的概念 171

三、纵向频域等效系统 171

四、横侧向频域等效系统 174

§7—7　C准则 175

§7—8　驾驶员-飞机闭合回路的操纵品质准则 177

§8—2　对飞机主操纵系统的要求 183

§8—1　引言 183

第二篇 飞机飞行机械操纵系统 183

第八章　简单机械操纵系统 183

§8—3　飞机主操纵系统的组成和工作原理 185

一、中央操纵机构的构造和工作原理 185

1．手操纵机构 185

2．脚操纵机构 187

二、传动机构的构造和工作原理 189

1．传动机构的构造型式 189

2．硬式传动机构的主要构件 189

3．软式传动机构的主要构件 194

§8—4　主操纵系统的传动系数和传动比 197

一、主操纵系统的传动系数 197

二、主操纵系统的传动比 198

§8—5　操纵系统运动模线的计算 199

一、编制典型机构的计算子程序 201

1．单摇臂机构 201

2．平面四杆机构 202

3．导向杆系 204

二、编制计算主程序 207

第九章　不可逆助力机械操纵系统 210

§9—1　引言 210

§9—2　可逆助力机械操纵系统 210

§9—3　不可逆助力机械操纵系统 212

§9—4　液压助力器 213

一、液压助力器的构造及其工作原理 213

二、液压助力器的静态特性 215

三、助力器的选择 216

1．助力器轴线与平尾转轴垂直的布置情况 216

2．助力器轴线与平尾转轴不垂直的布置情况 219

3．选择助力器时需要考虑的其它一些问题 221

§9—5　后掠式全动平尾的顺气流偏度计算公式 221

§9—6　载荷感觉器 222

§9—7　调整片效应机构 224

§9—8　力臂自动调节器 225

一、力臂自动调节器的功用 225

二、力臂自动调节器的工作原理 226

三、力臂自动调节装置的组成 228

四、力臂自动调节器的调节规律 231

五、变臂偏度（引动量） 232

§9—9　杆力与杆位移曲线 235

一、零杆力位置 235

二、杆力梯度和最大杆力 237

§9—10　主操纵系统传动线路的布置 239

§9—11　主操纵系统传动比分配和确定 240

第十章　飞机机械操纵系统动态模型 244

§10—1　机械操纵系统的线性模型 244

§10—2　助力器-舵面系统的降阶处理 247

§10—3　机械杆系（前段）的线性分析 250

§10—4　机械操纵系统的非线性模型 253

§10—5　机械操纵系统的等效线性模型 256

§10—6　算例 263

§10—7　结论 265

第十一章　非线性传动机构 267

§11—1　引言 267

§11—2　四杆非线性机构 267

§11—3　六杆非线性机构 269

§11—4　连杆齿轮式非线性机构 272

一、连杆齿轮式非线性机构的组成和传动分析 272

二、连杆齿轮式非线性机构的设计 275

第十二章　机械合成装置 276

§12—1　引言 276

§12—2　复合摇臂式合成装置 276

一、复合摇臂式合成装置的组成 276

二、复合摇臂式合成装置的传动分析 277

三、复合摇臂式合成装置的受力分析 280

1．复合摇臂式合成装置的受力分析 280

2．力反传与功率反传 281

§12—3　平行四边形式合成装置 282

一、平行四边形式合成装置的组成与类型 282

二、平行四边形式合成装置的传动分析 283

三、平行四边形式合成装置的受力分析 284

§12—4　机械转换合成装置 286

一、机械转换合成装置的组成原理 286

二、机械转换合成装置的传动分析 288

三、液压转换机构转换过程分析 291

§12—5　齿轮式合成装置 292

一、振动的主要特性参数 295

§13—2　传动杆的振动和翼面颤振 295

第十三章　飞机颤振与副翼反效，结构承力与传力，操纵系统的强度与刚度 295

§13—1　引言 295

二、传动杆的振动 297

三、机翼与尾翼颤振的现象 297

四、机翼弯扭颤振 298

五、机翼弯曲-副翼偏转颤振 300

六、尾翼颤振 302

§13—3　副翼反效 303

§13—4　作用在飞机结构上的集中力——承力和传力问题 305

一、简单平面梁的组成、元件的功用和传力 305

二、机身和机翼结构的承力和传力问题 306

三、示例 307

§13—5　飞机主操纵系统的强度和刚度 310

第三篇　近代飞机飞行操纵系统 313

第十四章　近代飞机操纵系统中的敏感元件 313

§14—1　陀螺仪 313

一、陀螺仪的用途和种类 313

二、双自由度陀螺及其基本特性 314

三、单自由度陀螺 319

四、典型陀螺仪举例 322

§14—2　线加速度计 330

一、线加速度计的功用 330

二、简单式线加速度计 330

三、浮子摆式加速度计 333

四、用加速度计近似测量飞机的迎角或侧滑角 336

§14—3　高度和速度的测量 337

一、高度的测量及其传感器 337

二、速度的测量及其传感器 340

§14—4　迎角和侧滑角的测量 344

一、概述 344

二、测量迎角（或侧滑角）的几种方案及其传感器 344

§14—5　大气数据系统简介 349

一、问题提出 349

二、大气数据系统的组成 350

三、大气数据系统的计算公式 351

四、大气数据系统的工作原理 351

§15—1　概述 353

第十五章　增稳操纵系统 353

§15—2　具有纵向阻尼器的操纵系统 356

一、组成方块图 356

二、工作原理 360

三、控制规律 362

四、对飞机稳定性和操纵品质的作用 363

§15—3　具有法向过载（或迎角）稳定器的操纵系统 371

一、组成方块图 371

二、工作原理及控制规律 372

三、对飞机稳定性和操纵品质的作用 373

§15—4　纵向增稳操纵系统 377

一、组成方块图 377

二、工作原理及控制律 377

一、问题提出 381

§15—5　增稳-驾驶仪操纵系统 381

二、自动驾驶仪的组成、功用、工作原理及其控制律 382

三、增稳-驾驶仪操纵系统 387

§15—6　横侧增稳操纵系统 390

一、具有航向阻尼器和横滚阻尼器的操纵系统 390

二、航向增稳操纵系统 395

三、横侧增稳操纵系统 396

第十六章　控制增稳操纵系统 404

§16—1　控制增稳操纵系统的组成、工作原理及其控制律 404

一、增稳操纵系统的缺点 404

二、控制增稳操纵系统的组成、工作原理及其控制律 405

三、控制增稳操纵系统能兼顾飞机稳定性和操纵性 407

一、增加杆力灵敏度MFz值 409

§16—2　控制增稳操纵系统对飞机稳定性和操纵品质的作用 409

二、改善操纵系统的杆力特性 413

三、增加静操纵性系数 416

四、为提高飞机机动性，放宽静稳定度要求提供了可能性 416

§16—3　控制增稳操纵系统的类型 420

一、类型 420

二、中性速度稳定性控制律的物理含义 422

三、实现中性速度稳定性控制律的一种可能方案 424

§16—4　控制增稳操纵系统的优缺点 425

第十七章 电传操纵系统 427

§17—1　电传操纵系统的提出 427

§17—2　电传操纵系统中可靠性与余度技术 428

§17—3　电传操纵系统的组成、工作原理和控制律 430

一、单通道电传操纵系统 431

二、四余度电传操纵系统 438

§17—4　电传操纵系统对飞机稳定性和操纵品质的作用 439

一、提高飞机性能和机动性 440

二、提供大迎角和大过载时较好的操纵稳定性 442

三、提供满意的杆力特性 442

§17—5　电传操纵系统的优点及存在的问题 449

一、电传操纵系统的优点 449

二、电传操纵系统存在的问题 450

§17—6　电传操纵系统是设计随控布局飞机的基础 450

第十八章　随控布局飞机操纵系统简介 452

§18—1　引言 452

§18—2　放宽静稳定性要求及飞行边界控制 452

一、大型飞机的机动载荷控制 453

§18—3　机动载荷控制 453

二、歼击机的机动载荷控制 454

§18—4　直接力操纵 456

一、直接升力操纵 456

1．间接升力操纵 456

2．直接升力操纵系统的组成 457

二、直接侧力操纵 462

1．间接侧力操纵 462

2．直接侧力操纵系统的组成 463

§18—5　阵风减载与乘感控制 467

一、阵风与过载 467

1．垂直阵风引起的法向过载 468

二、阵风减载 469

2．交变阵风的频率 469

三、乘感控制 471

§18—6　机动增强 473

§18—7　颤振主动抑制 474

第十九章　近代飞机纵向操纵系统的分析设计 477

§19—1　纵向运动控制中基本反馈信号的分析 477

一、以俯仰角？作为反馈信号时的分析 477

二、以俯仰角及其积分信号作为反馈时的分析 480

三、以俯仰角速率作为反馈信号时的分析 484

四、以俯仰角及其速率信号作为反馈时的分析 487

五、对纵向静不稳定飞机的分析 487

六、俯仰姿态控制的一般形式和增益的调整 489

七、以迎角和迎角速度作为反馈时的分析 493

八、以法向加速度作为反馈时的分析 495

§19—2　俯仰姿态角稳定和控制系统的分析设计实例 502

§19—3　纵向增稳操纵系统分析设计 504

一、具有纵向阻尼器的操纵系统分析设计 504

二、纵向增稳操纵系统分析设计 509

三、实例 512

§19—4　纵向控制增稳操纵系统分析设计 521

一、分析设计时要考虑的问题 521

二、指令模型的确定 523

三、综合校正网络的确定 526

§19—5　纵向电传操纵系统分析设计 528

一、纵向电传与控制增稳操纵系统异同点 528

二、过载限幅器设计 528

三、迎角／过载限制器设计 529

四、结构陷幅滤波器的确定 531

五、控制律分析设计 531

§19—6　纵向控制增稳操纵系统分析设计实例 534

一、飞机-增稳系统分析设计 535

二、指令模型的确定 540

三、具有增稳、控制增稳和电传操纵系统飞机的操稳品质比较 542

第二十章　近代飞机横侧操纵系统的分析设计 546

§20—1　横侧运动控制中基本反馈信号的分析 546

一、以滚转角作为反馈信号时的分析 546

二、以滚转角和滚转速率作为反馈时的分析 548

三、以滚转速率作为反馈时的分析 549

四、以其它量反馈到副翼时的分析 551

五、以偏航角反馈到方向舵时的分析 552

六、以航向速率反馈到方向舵时的分析 553

七、以侧滑角作为反馈信号时的分析 557

八、侧向加速度作为反馈信号时的分析 559

§20—2　横侧增稳、控制增稳操纵系统分析设计实例 563

一、航向增稳操纵系统分析设计实例 563

二、横侧增稳操纵系统分析设计实例 565

三、横侧控制增稳操纵系统分析设计实例 569

第二十一章　飞行控制律近代优化设计 573

§21—1　飞行器状态方程表示法 573

§21—2　最优控制律设计指标 579

§21—3　线性二次型调节器的最优结构 586

一、泛函无条件极值的必要条件——欧拉方程 586

二、标量形式泛函的条件极值 588

三、向量形式泛函的条件极值 590

四、线性二次型调节器问题的最优结构 592

五、稳态线性二次型问题的最优结构 595

§21—4　线性二次型调节器的性能分析 596

一、最优调节器的绝对稳定性 596

二、最优调节器对参数灵敏度的鲁棒性 598

三、最优调节器对稳定性的鲁棒性 599

四、最优调节器的根轨迹 601

五、存在交叉项指标的线性二次型调节器的稳定性问题 607

六、多输入、多输出系统的零点配置问题 608

§21—5　歼击机最优控制律设计 609

一、按元件的特性确定权阵的线性调节器最优控制律设计 609

二、试凑法确定权阵的显式模型跟踪法 613

三、采用比例积分控制的性能指标 618

四、最优极点配置选取权阵 625

五、最优特征值及特征向量配置 633

§21—6　随机估计 635

一、卡尔曼滤波递推方程组 636

二、卡尔曼滤波方程组证明 637

三、卡尔曼滤波的解释 640

四、连续系统的卡尔曼滤波方程组 642

五、连续系统的卡尔曼滤波方程证明 642

六、例：飞机侧向运动的估计 644

七、随机控制问题 645

八、不带输出（测量）噪声的随机控制问题 646

参考文献 650