绪论 1
第一部分 背景资料 7
1 单自由度系统振动 9
1.1 单自由度系统运动方程的建立 9
1.2 单自由度系统自由振动 11
1.3 单自由度系统强迫振动 12
1.4 谐和强迫振动——频率响应函数 13
1.5 瞬态／随机强迫振动——时域解 16
1.6 瞬态强迫振动——频域解 19
1.7 随机强迫振动——频域解 21
1.8 习题 22
2 多自由度系统振动 24
2.1 运动方程的建立 24
2.2 无阻尼自由振动 26
2.3 阻尼自由振动 30
2.4 模态坐标的变换 32
2.5 “自由-自由”系统 36
2.6 谐和强迫振动 36
2.7 瞬态／随机强迫振动——时域解 38
2.8 瞬态强迫振动——频域解 39
2.9 随机强迫振动——频域解 39
2.10 习题 39
3 连续系统振动——假设形态法 42
3.1 RAYLEIGH-RITZ假设形态法 43
3.2 广义运动方程——基本方法 44
3.3 广义运动方程——矩阵方法 48
3.4 根据“分支”模态建立飞机“自由-自由”模态 50
3.5 全机“自由-自由”模态 53
3.6 习题 55
4 连续系统振动——离散法 57
4.1 有限元法（FE）简介 57
4.2 弯曲梁元公式 59
4.3 梁元结构的组装和求解 62
4.4 扭转元 67
4.5 弯曲／扭转组合元 68
4.6 关于建模的意见 68
4.7 习题 70
5 定常空气动力学导论 72
5.1 标准大气 72
5.2 空气速度对气动特性的影响 73
5.3 对称翼型的绕流和压力 75
5.4 作用在翼型上的力 77
5.5 翼型具有攻角时的升力变化 77
5.6 俯仰力矩变化和气动中心 78
5.7 三维机翼上的升力 79
5.8 三维机翼上的阻力 83
5.9 操纵面 84
5.10 超声速空气动力学——活塞理论 85
5.11 跨声速流 85
5.12 习题 85
6 载荷导论 87
6.1 运动定律 87
6.2 D'ALEMBERT原理——惯性力和惯性力偶 90
6.3 外载荷／反作用载荷 93
6.4 自由体图 94
6.5 内载荷 95
6.6 连续模型结构的内载荷 95
6.7 离散模型结构的内载荷 99
6.8 部件间载荷 101
6.9 由内载荷确定应力——具有简单载荷路径的结构构件 101
6.10 习题 101
7 控制导论 105
7.1 开环和闭环系统 105
7.2 LAPLACE变换 106
7.3 开环、闭环系统在Laplace域和频域内的模型化 108
7.4 系统稳定性 109
7.5 PID控制 115
7.6 习题 116
第二部分 气动弹性力学和载荷导论 117
8 静气动弹性力学——机翼弹性对升力分布和发散的影响 119
8.1 具有弹簧约束二维刚体翼型的静气弹特性 120
8.2 根部固支弹性机翼的静气弹特性 122
8.3 配平对静气弹特性的影响 125
8.4 机翼后掠对静气弹特性的影响 129
8.5 习题 134
9 静气动弹性力学——机翼弹性对操纵效率的影响 135
9.1 弹性机翼的滚转操纵效率——定常滚转情况 135
9.2 弹性机翼的滚转操纵效率——根部固支机翼情况 140
9.3 操纵面展向位置的影响 143
9.4 全机模型下的操纵效率分析 143
9.5 配平对反效速度的影响 144
9.6 习题 145
10 非定常空气动力学导论 146
10.1 准定常空气动力学 146
10.2 非定常空气动力学 147
10.3 谐和振荡翼型的气动力和气动力矩 151
10.4 振荡气动导数 152
10.5 气动阻尼和气动刚度 153
10.6 与突风有关的非定常气动力学 154
10.7 习题 158
11 动气动弹性力学——颤振 159
11.1 非定常气动力简化模型 159
11.2 二元气弹模型 161
11.3 气动弹性方程的一般形式 163
11.4 颤振方程的特征值求解 163
11.5 二元模型的气弹特性 164
11.6 弹性机翼的气弹特性 173
11.7 多模态系统的气弹特性 174
11.8 二元系统颤振速度预测 174
11.9 颤振二次曲线 176
11.10 气弹系统的发散问题 178
11.11 非定常减缩频率影响的计入 180
11.12 操纵面颤振 183
11.13 全机模型——刚性模态的计入 186
11.14 跨声速流中的颤振 186
11.15 超声速流中的颤振问题——机翼颤振和壁板颤振 187
11.16 非线性的影响——极限环振荡 189
11.17 习题 191
12 气动伺服弹性力学 193
12.1 带操纵面简单气弹系统的数学模型化方法 194
12.2 突风项的计入 195
12.3 控制系统的实施 196
12.4 闭环系统稳定性的确定 196
12.5 闭环系统的突风响应 198
12.6 频率依赖的控制率应用于稳定性计算 199
12.7 频域内的响应分析 200
12.8 状态空间的模型化方法 200
12.9 习题 201
13 平衡机动 202
13.1 平衡机动——具有法向加速度的刚性飞机 204
13.2 机动包线 208
13.3 平衡机动——刚性飞机俯仰 209
13.4 平衡机动——弹性飞机俯仰 216
13.5 刚性飞机俯仰导数的弹性修正 229
13.6 平衡机动——飞机滚转和偏航 230
13.7 飞行控制系统（FCS）的模型化 233
13.8 习题 233
14 动力学机动的飞行力学模型 235
14.1 飞机轴系 236
14.2 运动变量 237
14.3 轴系变换 238
14.4 运动轴系中的速度和加速度分量 239
14.5 刚性飞机的飞行力学运动方程 242
14.6 扰动力和扰动力矩的模型化 244
14.7 弹性飞机纵向运动方程 246
14.8 飞行力学方程的求解 251
14.9 飞行控制系统（FCS） 252
15 动力学机动 254
15.1 动力学机动——由升降舵输入产生的刚性飞机沉浮／俯仰 255
15.2 动力学机动——由升降舵输入产生的弹性飞机沉浮／俯仰 261
15.3 纵向运动方程的一般形式 267
15.4 动力学机动——由副翼输入产生的刚性飞机滚转 268
15.5 动力学机动——由副翼输入产生的弹性飞机滚转 272
15.6 飞行力学方程的弹性修正 278
15.7 飞行控制系统（FCS）的模型化 279
15.8 习题 279
16 遭遇突风和湍流 281
16.1 突风和湍流 282
16.2 时域内的突风响应 283
16.3 时域突风响应——刚性飞机沉浮 285
16.4 时域突风响应——刚性飞机沉浮／俯仰 291
16.5 时域突风响应——弹性飞机 295
16.6 时域内运动方程的一般形式 301
16.7 频域内的湍流响应 301
16.8 频域湍流响应——刚性飞机沉浮 304
16.9 频域湍流响应——刚性飞机沉浮／俯仰 308
16.10 频域湍流响应——弹性飞机 310
16.11 频域内运动方程的一般形式 312
16.12 飞行控制系统（FCS）的模型化 313
16.13 习题 313
17 地面机动 315
17.1 起落架 315
17.2 滑行、起飞和着陆滑跑 319
17.3 着陆 326
17.4 刹车 331
17.5 “起旋”和“回弹”条件 334
17.6 转弯 335
17.7 摆振 336
17.8 飞行控制系统（FCS）的模型化 338
17.9 习题 338
18 飞机内载荷 340
18.1 限制载荷和极限载荷 341
18.2 飞机内载荷 341
18.3 内载荷的一般表达式——连续机翼 342
18.4 翼置发动机／起落架的影响 345
18.5 内载荷——连续弹性机翼 345
18.6 内载荷的一般表达式——离散机翼 351
18.7 内载荷——离散机身 354
18.8 内载荷——遭遇连续湍流 357
18.9 临界载荷的产生和筛选 358
18.10 确定飞机尺寸的临界情况 360
18.11 由内载荷求取应力——复杂载荷路径 361
18.12 习题 361
19 势流气动力学 364
19.1 无黏不可压缩流动分析的基本方法 364
19.2 涡的计入 368
19.3 二维薄翼定常气动力的数值模型化 371
19.4 采用面元法的三维机翼定常气动力模型化 373
19.5 谐和运动机翼非定常气动力的模型化 376
19.6 模态空间中的气动影响系数 378
19.7 习题 382
20 结构、气动计算模型的耦合 383
20.1 数学建模——静气弹情况 383
20.2 二维耦合静气弹模型——俯仰 385
20.3 二维耦合静气弹模型——沉浮／俯仰 386
20.4 三维耦合静气弹模型 387
20.5 数学建模——动气弹响应 391
20.6 二维耦合动气弹模型——弯曲／扭转 392
20.7 三维颤振分析 393
20.8 状态空间建模中与频率相关气动力的计入——有理分式逼近方法 394
第三部分 航空航天行业实践导论 399
21 飞机设计和适航审定 401
21.1 飞机设计过程中的气弹和载荷问题 401
21.2 飞机适航审定过程 403
22 气动弹性力学和载荷模型 408
22.1 结构模型 408
22.2 气动模型 413
22.3 飞行控制系统 415
22.4 其他模型问题 416
22.5 载荷变换 416
23 静气动弹性力学和颤振 417
23.1 静气动弹性力学 417
23.2 颤振 419
24 飞行机动和突风／湍流载荷 422
24.1 内载荷计算 422
24.2 平衡飞行机动 422
24.3 动力学飞行机动 425
24.4 突风和湍流 429
25 地面机动载荷 434
25.1 用于地面机动分析的飞机／起落架模型 434
25.2 起落架／机体界面 435
25.3 地面机动——着陆 435
25.4 地面机动——地面操纵 436
25.5 载荷处理 437
26 与气动弹性力学和载荷有关的试验项目 439
26.1 引言 439
26.2 风洞试验 440
26.3 地面振动试验 440
26.4 结构耦合试验 441
26.5 飞行模拟器试验 442
26.6 结构试验 442
26.7 飞行颤振试验 443
26.8 飞行载荷验证 444
附录 447
A 飞机刚性模态 449
A.1 刚性平动模态 449
A.2 刚性转动模态 449
B 纵向气动导数表 451
C 飞机对称弹性模态 453
C.1 飞机模型 453
C.2 对称自由-自由弹性模态 454
D 模态缩聚 461
D.1 引言 461
D.2 静态缩聚 461
D.3 动态缩聚——Guyan减缩法 462
D.4 气弹模型静态缩聚 463
D.5 模态缩聚 463
D.6 模态减缩 463
E 机体固定轴系内的气动导数 464
E.1 纵向导数Zω 464
E.2 侧向导数Lp、Lξ 465
F 飞机反对称弹性模态 468
F.1 飞机模型 468
F.2 反对称自由-自由弹性模态 468
G MATLAB/SIMULINK振动程序 470
G.1 单自由度系统强迫响应 470
G.2 多自由度系统模态求解 475
G.3 有限元法求解 477
H MATLAB/SIMULINK颤振程序 480
H.1 动气弹计算 480
H.2 气动伺服弹性系统 483
I MATLAB/SIMULINK飞行／地面机动以及遭遇突风／湍流程序 488
I.1 刚性飞机数据 488
I.2 弹性飞机数据 489
I.3 飞行情况数据 490
I.4 气动导数计算 490
I.5 平衡机动 492
I.6 动力学机动 493
I.7 时域内的突风响应 496
I.8 频域内的突风响应 498
I.9 地面机动 500
缩略语 505
索引 507
参考文献 513