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第1章 基本空气动力学原理回顾1

1.1引言1

1.2流过机翼和机身的流体介质2

1.2.1流动分离4

1.2.2圆柱绕流6

1.3阻力9

1.4机翼参数10

1.4.1截面参数10

1.4.2机翼平面形状参数12

1.5机翼截面的气动特性14

1.5.1气动中心16

1.5.2气动中心和压力中心之间的关系18

1.5.3机翼截面的失速18

1.5.4增升装置19

1.6有限翼展机翼的气动特性22

1.7减少诱导阻力的方法26

1.8翼尖涡的形成和危害27

1.9可压缩流29

1.10超声速流动中的气动力31

1.11临界马赫数34

1.11.1薄翼型37

1.11.2小展弦比机翼38

1.11.3超临界翼型38

1.11.4斜掠机翼38

1.11.5后掠机翼43

1.11.6三角翼45

1.11.7前掠翼46

1.11.8斜置翼47

1.12面积律48

1.13总结51

参考文献52

习题53

第2章 飞机性能55

2.1引言55

2.2铅垂平面内的飞行运动方程57

2.3滑翔60

2.4水平飞行66

2.4.1螺旋桨飞机水平飞行的解析解69

2.4.2喷气式飞机的解析解71

2.5爬升飞行75

2.5.1定常爬升75

2.5.2静升限和实用升限79

2.5.3能量爬升法79

2.6航程与航时85

2.6.1喷气式飞机的航程86

2.6.2螺旋桨飞机的航程88

2.6.3风对航程的影响89

2.6.4巡航高度的估算89

2.6.5巡航爬升中上升高度的近似估计90

2.7航时91

2.7.1喷气式飞机的航时91

2.7.2螺旋桨飞机的航时92

2.8盘旋飞行97

2.8.1盘旋飞行的运动方程97

2.8.2水平面内盘旋飞行98

2.8.3水平面内的协调盘旋飞行99

2.8.4一般盘旋飞行107

2.9起飞和着陆116

2.9.1起飞116

2.9.2着陆121

2.10起飞和着陆时的危险：风切变和微暴流124

2.11小结126

参考文献127

习题127

第3章 静稳定性与操纵性132

3.1引言132

3.2平衡与稳定性的概念132

3.3纵向静稳定性135

3.3.1机身的贡献135

3.3.2机翼的贡献139

3.3.3翼身组合体的贡献149

3.3.4平尾的贡献157

3.3.5动力的影响162

3.3.6全机纵向稳定性163

3.3.7握杆中性点164

3.3.8平尾的配平升力166

3.3.9纵向操纵169

3.3.10重心前限175

3.3.11重心的允许范围176

3.3.12地面效应176

3.3.13松杆纵向稳定性178

3.3.14气动补偿179

3.3.15松杆中性点187

3.3.16松杆裕度187

3.3.17配平调整片188

3.3.18确定飞行中的中性点189

3.3.19稳定平飞中的杆力190

3.4机动飞行中的稳定性205

3.4.1垂直拉升206

3.4.2水平盘旋211

3.5航向稳定性214

3.5.1航向稳定性判据216

3.5.2航向静稳定性估算217

3.5.3动力的影响231

3.5.4方向舵固定时的航向稳定性232

3.5.5航向操纵232

3.5.6松舵航向稳定性235

3.5.7脚蹬力237

3.5.8自动上舵237

3.6横向稳定性243

3.6.1横向稳定性判据244

3.6.2横向稳定性估算245

3.6.3总横向静稳定性255

3.6.4横向操纵255

3.7小结260

参考文献260

习题261

第4章 运动方程与稳定性导数估算267

4.1引言267

4.2坐标轴系267

4.2.1惯性系（Oxiyizi）268

4.2.2地面固定坐标系（OxEyEzE）268

4.2.3航迹坐标系（Oxeyeze）268

4.2.4机体轴系（Oxbybzb）269

4.2.5坐标变换269

4.2.6欧拉角速度276

4.2.7方向余弦矩阵方法283

4.2.8四元数法290

4.3运动方程与动轴系的概念303

4.3.1动轴定理304

4.3.2速度与加速度的表达式305

4.3.3飞机动力学方程309

4.3.4小扰动运动方程315

4.3.5气动力与力矩估算318

4.4稳定性导数估算330

4.4.1纵向系数的估算331

4.4.2横航向导数的估算343

4.5总结374

参考文献374

习题375

第5章 线性系统、理论及设计：简要回顾378

5.1引言378

5.2拉普拉斯变换378

5.3传递函数383

5.4系统响应384

5.4.1一阶系统响应384

5.4.2二阶系统响应386

5.4.3最小相位系统与非最小相位系统390

5.5单位反馈系统的稳态误差390

5.6频域响应393

5.7闭环系统的稳定性397

5.7.1劳斯稳定判据400

5.7.2根轨迹法402

5.7.3奈奎斯特稳定判据408

5.7.4增益裕量与相位裕量414

5.8时域与频域参数间的关系417

5.9补偿器设计420

5.9.1比例积分补偿器421

5.9.2比例微分补偿器423

5.9.3超前—滞后补偿器423

5.9.4比例—积分—微分控制器425

5.9.5反馈补偿425

5.10状态空间分析与设计437

5.10.1状态变量的概念437

5.10.2状态空间表达式437

5.10.3状态变换矩阵438

5.10.4可控性与可观性441

5.10.5相变量形式442

5.10.6由微分方程到相变量形式的变换443

5.10.7由通用状态空间表达式到相变量形式的变换444

5.10.8由传递函数到相变量形式的变换445

5.10.9极点配置方法446

5.10.10对偶相变量形式448

5.10.11由传递函数到对偶相变量形式的变换448

5.10.12状态观测器设计449

5.11小结458

参考文献458

习题458

第6章 飞机响应与闭环控制462

6.1引言462

6.2纵向响应462

6.2.1短周期近似469

6.2.2长周期近似471

6.2.3短周期和长周期模态近似的准确性473

6.2.4静态稳定性对纵向响应的影响477

6.2.5纵向传递函数479

6.2.6纵向频率响应485

6.3横航向响应487

6.3.1横航向近似494

6.3.2横航向近似的准确性497

6.3.3横航向传递函数502

6.3.4横航向频率响应508

6.4飞行品质511

6.4.1纵向飞行品质512

6.4.2横航向飞行品质513

6.5闭环飞行控制514

6.5.1俯仰增稳系统514

6.5.2纵向增稳系统的全状态反馈设计516

6.5.3偏航阻尼器522

6.5.4横航向增稳系统的全状态反馈设计523

6.5.5自动驾驶仪529

6.6总结539

参考文献539

习题539

第7章 惯性耦合和尾旋542

7.1引言542

7.2惯性耦合542

7.2.1滚转运动中的偏航和俯仰发散543

7.2.2飞机稳定滚转的运动方程545

7.2.3预防惯性耦合551

7.3机翼和机身的自转554

7.3.1机翼自转554

7.3.2机身自转555

7.4飞机尾旋558

7.5稳定尾旋的运动方程561

7.5.1稳态尾旋的力平衡565

7.5.2力矩平衡566

7.6尾旋改出572

7.7通过修形提高抗尾旋能力574

7.7.1机翼修形574

7.7.2机身修形576

7.8总结579

参考文献579

习题581

第8章 大迎角稳定性和控制问题583

8.1引言583

8.2简要历史概述583

8.3大迎角问题概述584

8.4大迎角下的三角翼586

8.4.1涡破裂和失速589

8.4.2涡破裂的控制594

8.5前缘延伸595

8.6大迎角下的前机身597

8.6.1雷诺数的影响599

8.6.2前机身几何形状的影响600

8.6.3前机身和机翼涡流场的相互作用600

8.7迎角、侧滑角、滚转角的关系602

8.8机翼摇晃602

8.8.1三角翼模型的机翼摇晃606

8.8.2流动机理607

8.8.3涡破裂的影响613

8.8.4侧滑的影响614

8.9三角翼的滚转吸引子614

8.10前机身诱发的机翼摇晃616

8.10.1前机身几何形状的影响618

8.10.2前机身诱发机翼摇晃的物理流动机理618

8.11机翼摇晃抑制624

8.11.1被动的气动方法624

8.11.2机翼摇晃的主动控制627

8.12副翼操纵反效和航向偏离631

8.12.1副翼操纵反效631

8.12.2航向偏离631

8.12.3偏离准则的运用632

8.13大迎角的控制思想634

8.13.1抬头634

8.13.2绕速度矢滚转634

8.13.3低头635

8.13.4前机身涡控制637

8.13.5推力矢量控制644

8.14总结645

参考文献646

附录1标准大气651

附录2拉普拉斯变换表655

附录3克拉默法则656

附录4美国惯用单位制和国际单位制的转换658

参考文献659