第1章 概述 1
1.1 从有人驾驶飞行到自动驾驶飞行 1
1.2 飞机飞行的物理基础 5
1.3 自动飞行控制系统的描述和工作模式 6
1.4 自动飞行控制系统的研制 9
1.5 自动飞行控制系统的理论设计和数学仿真方法 10
第2章 空气动力学基础 13
2.1 空气的物理属性 13
2.2 流场 18
2.3 低速一维流的基本方程 19
2.4 航空空间和标准大气特性 21
2.5 飞机几何参数 26
第3章 飞行动力学基础 30
3.1 飞机运动的表示 30
3.1.1 参考坐标系 30
3.1.2 飞机运动变量定义 32
3.1.3 坐标系变换 34
3.1.4 飞机运动物理量在常用坐标系下的表示和符号 36
3.1.5 操纵机构极性定义 38
3.2 飞机运动自由度和分类 39
3.3 飞机的气动力和力矩 40
3.3.1 升力 40
3.3.2 阻力 43
3.3.3 侧力 45
3.3.4 俯仰力矩 46
3.3.5 滚转力矩 47
3.3.6 偏航力矩 49
3.3.7 铰链力矩 51
3.3.8 飞机的基本操纵方式 51
3.4 飞机的平衡、静稳定性和静操纵性 55
3.4.1 必要的历史回顾 55
3.4.2 静稳定性和运动稳定性 55
3.4.3 纵向运动的平衡、静稳定性和操纵 56
3.5 刚体飞机运动方程 60
3.5.1 刚体飞机的假设条件 60
3.5.2 刚体飞机运动的一般方程推导 61
第4章 纵向和横侧向运动的线性方程 68
4.1 刚体飞机运动的线性方程推导 68
4.1.1 线性化方法和假设条件 68
4.1.2 小扰动线性化的一般方法 71
4.1.3 非线性运动方程的小扰动线性化处理 72
4.1.4 机体坐标系下飞机小扰动线性化运动方程 81
4.1.5 速度坐标系下飞机小扰动线性化运动方程 86
4.1.6 飞机小扰动线性化运动方程在近似水平飞行时的简化 93
4.1.7 示例飞机小扰动线性运动方程的计算——巡航飞行状态 95
4.1.8 示例飞机小扰动线性运动方程的计算——着陆飞行状态 103
4.1.9 飞机运动的传递函数模型 112
4.2 飞机线性运动方程的分析和简化处理 114
4.2.1 特征值和运动模态 115
4.2.2 纵向运动模态 116
4.2.3 纵向短周期运动近似模型和特性 122
4.2.4 纵向长周期运动的近似模型——升降舵作用下的动力学响应 129
4.2.5 纵向长周期运动方程和传递函数——油门杆作用下的动力学响应 135
4.3 纵向线性运动近似模型的应用可靠性 141
4.3.1 短周期运动近似模型的误差分析 141
4.3.2 长周期运动近似模型的误差分析 143
4.4 横侧向运动分析和线性运动方程简化 144
4.4.1 横侧向运动模态 144
4.4.2 横侧向线性运动方程的简化 148
4.5 发动机动力学模型 150
第5章 风作用下的飞机运动模型 152
5.1 风场特性和模型 152
5.1.1 航空飞行高度内的风场特性 152
5.1.2 典型风的描述 154
5.1.3 突风和紊流速度数学模型 156
5.2 有风时的飞机动力学模型 160
5.2.1 风对飞行的影响和基本分析原理 161
5.2.2 飞机对风的响应特性 162
5.2.3 风作用下的飞机线性运动模型 165
5.2.4 握杆（舵面不动）条件下飞机对常值风的响应 167
第6章 自动飞行控制系统的控制模式和性能 172
6.1 一般性的描述 172
6.2 各个飞行阶段的性能设计原则 173
6.3 自动飞行控制系统的控制模式 174
6.4 自动飞行控制系统的性能要求 176
6.4.1 规范所要求的系统性能指标 177
6.4.2 姿态回路的一般设计指标 179
6.5 自动飞行控制系统的接通和断开 181
第7章 纵向自动飞行控制系统的设计 184
7.1 一般性问题 184
7.2 俯仰角控制系统 187
7.2.1 俯仰角控制系统的需求分析和组成 187
7.2.2 俯仰角速度控制回路设计 188
7.2.3 俯仰角控制回路设计 193
7.2.4 飞行状态对俯仰角控制系统性能的影响和改善 195
7.2.5 俯仰角控制系统的抗干扰能力分析和计算 200
7.3 垂直速度控制系统 210
7.3.1 垂直速度控制系统的模型 210
7.3.2 垂直速度控制系统的设计 212
7.3.3 飞行状态对垂直速度控制系统的影响 216
7.4 高度控制系统 220
7.4.1 高度控制系统的设计 220
7.4.2 扰动对高度控制系统的影响 222
7.4.3 飞行状态对高度控制系统的影响 224
7.5 下滑波束控制系统 226
7.5.1 下滑信标和下滑航道 226
7.5.2 下滑波束控制系统的模型 228
7.5.3 下滑波束控制系统的设计 231
7.5.4 下滑波束控制系统对扰动的响应 235
7.5.5 基于垂直速度控制系统的波束下滑控制系统设计 239
7.6 速度控制系统 245
7.6.1 速度控制的动力学问题 246
7.6.2 自动油门系统一般性问题 246
7.6.3 自动油门系统的模型和设计 247
7.6.4 俯仰角控制系统工作时的自动油门系统设计 250
7.6.5 风对自动油门系统的干扰和推力平静 252
7.6.6 由升降舵控制的速度控制系统设计 256
第8章 横侧向自动飞行控制系统的设计 260
8.1 一般性问题 260
8.2 协调转弯的运动学分析和数学模型 261
8.3 滚转角控制系统的设计 265
8.4 侧滑角控制系统设计 269
8.4.1 侧滑角控制系统的描述 269
8.4.2 侧滑角控制系统的设计 269
8.4.3 侧滑角控制系统的扰动及不利因素 272
8.5 航向控制系统设计 273
8.5.1 问题描述 273
8.5.2 航向控制系统的设计 274
8.6 LOC/VOR导引控制系统设计 276
8.6.1 LOC/VOR信标 276
8.6.2 LOC/VOR导引模型 277
8.6.3 LOC/VOR导引控制的程序 279
8.6.4 LOC/VOR导引控制系统的设计 280
8.6.5 LOC导引控制系统设计实例 282
8.6.6 VOR导引控制系统设计实例 285
8.7 横侧向航迹控制系统 289
8.7.1 横侧向航迹控制系统分析 289
8.7.2 横侧向运动和航迹间的运动学模型 290
8.7.3 横侧向轨迹控制系统的设计 291
第9章 纵向自动飞行控制系统的数学仿真 294
9.1 问题描述 294
9.2 纵向自动飞行控制系统数学仿真中的模型 295
9.3 俯仰角控制系统数学仿真 296
9.3.1 数学仿真设计 296
9.3.2 数学仿真结果及分析 297
9.4 垂直速度控制系统数学仿真 299
9.4.1 数学仿真设计 299
9.4.2 数学仿真结果及分析 300
9.5 高度保持控制系统数学仿真 302
9.5.1 数学仿真设计 302
9.5.2 数学仿真结果及分析 302
9.6 垂直导航模式（VNAV）数学仿真 304
9.6.1 数学仿真设计 304
9.6.2 数学仿真结果及分析 305
9.7 速度控制系统（自动油门系统）数学仿真 306
9.7.1 数学仿真设计 306
9.7.2 数学仿真结果及分析 307
9.8 控制升降舵的速度控制系统数学仿真 308
9.8.1 数学仿真设计 308
9.8.2 数学仿真结果及设计 309
9.9 下滑导引控制过程的数学仿真 312
9.9.1 数学仿真设计 312
9.9.2 控制律及数学仿真结果和分析 313
第10章 横侧向自动飞行控制系统的数学仿真 317
10.1 问题描述 317
10.2 滚转角控制系统数学仿真 318
10.2.1 数学仿真设计 318
10.2.2 数学仿真结果及分析 319
10.3 侧滑角控制系统数学仿真 321
10.3.1 数学仿真设计 321
10.3.2 数学仿真结果及分析 322
10.4 航向角控制系统数学仿真 323
10.4.1 数学仿真设计 323
10.4.2 数学仿真结果及分析 324
10.5 LOC导引控制系统数学仿真 326
10.5.1 数学仿真设计 326
10.5.2 数学仿真结果及分析 327
10.6 VOR导引控制系统数学仿真 328
10.6.1 数学仿真设计 328
10.6.2 数学仿真结果及分析 329
10.7 横侧向航迹控制系统数学仿真 331
附录A 大气参数随高度的分布 333
附录B 根轨迹的绘制方法 335
附录C 二阶传递函数的时域指标 337
附录D 纵向气动系数的计算 341
参考文献 344