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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，Y23

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，Q28

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？＝036

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？α39

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mz041

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ωz51

§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？ny57

§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