绪论 1
0.1 飞行原理研究的内容 1
0.1.1 飞行力学模型建立 2
0.1.2 飞行控制系统设计 2
0.1.3 未来发展趋势 2
0.2 飞行力学若干基础问题探讨 3
0.2.1 大气扰动建模和抑制问题 3
0.2.2 非线性飞行动力学问题 3
0.2.3 平流层飞艇动力学与控制 4
0.2.4 异类控制效应复合控制技术 4
0.3 本书编写特点与内容 5
0.3.1 编写特点 5
0.3.2 章节安排 5
1 大气飞行基础 6
1.1 地球大气层 6
1.1.1 大气层的分布 6
1.1.2 标准大气表达式 7
1.1.3 空气的物理性质 7
1.1.4 风场的分布 9
1.2 空气动力飞行器 11
1.2.1 飞机的组成 11
1.2.2 飞机的升力 12
1.3 空气静力飞行器 14
1.3.1 飞艇的组成 14
1.3.2 飞艇的浮力 15
1.4 飞行器的阻力 15
1.4.1 压差阻力 16
1.4.2 诱导阻力 17
1.4.3 阻力计算 18
2 飞行器的运动学 20
2.1 飞行器的速度 20
2.2 飞行器的姿态 20
2.3 直角坐标系变换 22
2.3.1 位置变换 23
2.3.2 角速度变换 25
2.3.3 常用坐标系变换 26
2.4 飞行器的运动学方程 27
2.5 姿态的四元数表达 28
3 飞行器的飞行性能 31
3.1 稳态飞行性能 31
3.1.1 稳态平飞 31
3.1.2 稳态滑行 33
3.1.3 稳态爬升 34
3.1.4 平飞包线 35
3.2 续航性能 37
3.2.1 航程和航时 37
3.2.2 最佳巡航 39
3.3 机动飞行性能 40
3.3.1 过载 40
3.3.2 平飞加速和减速 41
3.3.3 跃升 42
3.3.4 盘旋 43
3.4 滑跑起飞和着陆性能 45
3.4.1 起飞滑跑段距离和时间 46
3.4.2 上升段水平距离和时间 47
3.4.3 着陆段水平距离和时间 47
3.4.4 着陆滑跑段距离和时间 48
3.5 飞艇的垂直起降性能 49
3.5.1 最小氦气质量和最大飞行高度 49
3.5.2 热环境和热力学模型 50
3.5.3 起降性能数值仿真 52
4 飞行器的静稳定性和静操纵性 57
4.1 飞行器的平衡 57
4.2 运动的稳定性 58
4.2.1 运动稳定性定义 58
4.2.2 飞行器的稳定性 59
4.3 飞机的静稳定性 60
4.3.1 飞机的重心、压心和焦点 60
4.3.2 纵向静稳定性和升降舵操纵 62
4.3.3 横侧向静稳定性和副翼操纵 71
4.3.4 方向静稳定性和方向舵操纵 73
4.4 飞艇的静稳定性 75
4.4.1 飞艇的纵向静稳定性 75
4.4.2 飞艇的横侧向静稳定性 76
5 飞行器的动力学方程 78
5.1 飞行器的受力分析 78
5.1.1 流体惯性力、惯性力矩及附加质量 79
5.1.2 空气动力和空气动力矩 81
5.1.3 推力和推力矩 81
5.1.4 重力、浮力和力矩 82
5.2 刚体动力学方程 83
5.3 模型解耦和线性化 86
5.3.1 稳态飞行和扰动运动 87
5.3.2 参数小扰动线性化 88
5.3.3 力和力矩线性化和模型解耦 89
5.3.4 力和力矩的无量纲导数 94
5.3.5 数值小扰动线性化 99
6 飞行器的动稳定性和动操纵性 100
6.1 定常线性常微分系统通解 100
6.1.1 齐次微分方程组求解 100
6.1.2 非齐次微分方程组求解 103
6.2 运动模态和模态参数 104
6.3 拉普拉斯变换和传递函数 105
6.4 线性系统的时域分析 107
6.4.1 阶跃响应性能指标 107
6.4.2 二阶系统的时域分析 108
6.5 飞机的纵向动稳定性和操纵性 111
6.5.1 纵向运动模态分析 111
6.5.2 纵向运动模态近似 114
6.5.3 纵向运动传递函数 115
6.6 飞机的横侧向动稳定性和操纵性 117
6.6.1 横向运动模态分析 117
6.6.2 横向运动模态近似 122
6.6.3 横向运动传递函数 123
6.7 飞艇的动稳定性和操纵性 125
6.7.1 飞艇纵向模态分析 125
6.7.2 飞艇横侧向模态分析 127
6.7.3 飞艇纵向操纵响应 128
6.7.4 飞艇横侧向操纵响应 129
7 飞行控制系统设计 132
7.1 飞行控制系统组成 132
7.2 基于根轨迹的控制器设计 133
7.3 PID控制器 134
7.3.1 PD控制器对响应性能的影响 134
7.3.2 PI控制器对稳态误差的影响 135
7.4 俯仰控制器设计 135
7.4.1 比例控制 136
7.4.2 微分控制 137
7.4.3 比例微分控制 137
7.4.4 闭环性能设计 139
7.5 偏航控制器设计 139
7.6 滚转控制器设计 141
7.7 协调转弯运动控制 142
8 多矢量推力飞艇复合控制系统设计 144
8.1 飞艇执行机构模型 144
8.2 控制系统方案 146
8.2.1 水平位置跟踪 146
8.2.2 高度位置跟踪 147
8.3 增量式PID控制器设计 148
8.4 力矩分配模块设计 148
8.5 可重构控制系统设计 149
8.5.1 多舵面的重构分配算法设计 149
8.5.2 多螺旋桨的重构分配算法设计 149
8.6 自主重构控制系统仿真 151
8.6.1 无故障下轨迹跟踪仿真 151
8.6.2 多个螺旋桨故障下仿真 153
8.6.3 舵面和螺旋桨共同故障下仿真 155
附录 158
附录一 概念习题 158
附录二 计算习题 159
附录三 课程设计 165
参考文献 172
索引 173