航空飛行器飛行動力學(xué)

前言

本書是為飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)本科生編寫的教材，也可作為航空飛行器設(shè)計(jì)單位、工廠和部隊(duì)從事飛行力學(xué)研究工作的科研人員的參考書。飛行動力學(xué)是應(yīng)用力學(xué)的一個(gè)分支，是研究飛行器在大氣層內(nèi)運(yùn)動規(guī)律的學(xué)科，是以空氣動力學(xué)、剛體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、控制理論和計(jì)算數(shù)學(xué)等作為主要理論基礎(chǔ)，對飛行器動力學(xué)特性進(jìn)行綜合的學(xué)科。它是直接為飛行器設(shè)計(jì)和使用服務(wù)的。由于涉及的研究對象不同，所研究的飛行動力學(xué)問題性質(zhì)也不完全相同，因而有飛機(jī)飛行動力學(xué)、直升機(jī)飛行動力學(xué)和導(dǎo)彈飛行動力學(xué)等研究學(xué)科。這里考慮飛機(jī)和有翼導(dǎo)彈運(yùn)動原理是基本相同的；目前航空技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)自動化飛行程度的提高，面對稱導(dǎo)彈機(jī)動能力的發(fā)展，使這類飛行器特點(diǎn)更趨接近，故合在一起編寫，書名取為《航空飛行器飛行動力學(xué)》。當(dāng)然對于兩者相異的一些特點(diǎn)，則另立章節(jié)單獨(dú)予以介紹。根據(jù)教材編寫宗旨，對于本科生教材，仍然本著“少而精”的原則，以基礎(chǔ)知識和基本原理為主，結(jié)合工程實(shí)踐，突出重點(diǎn)。同時(shí)，增加因采用新氣動布局、先進(jìn)的飛控技術(shù)給飛行器動力學(xué)特性帶來新變化、新特點(diǎn)的內(nèi)容，以擴(kuò)充知識面，適應(yīng)航空事業(yè)發(fā)展需要。其中有一小部分內(nèi)容，是為實(shí)施因材施教，滿足不同學(xué)生要求而編入的，可不作為必讀內(nèi)容。全書分兩大部分。前5章為第一部分，著重分析在已知外力作用下飛行器質(zhì)心的運(yùn)動規(guī)律，即確定飛行器的性能和軌跡特性。這類問題常將飛行器作為一可操縱質(zhì)點(diǎn)處理。其中第1章介紹作用在飛行器上的外力特性和飛行操縱原理；建立飛行器質(zhì)心運(yùn)動數(shù)學(xué)模型。第2章確定飛機(jī)的飛行性能，包括基本飛行性能、續(xù)航性能和起落性能等，并分析其主要影響因素。第3章研究飛機(jī)的非定常運(yùn)動飛行性能，討論飛機(jī)的機(jī)動性及其綜合評價(jià)指標(biāo)，介紹飛機(jī)的敏捷性及其評價(jià)尺度。第4章和第5章分別敘述方案飛行導(dǎo)彈和導(dǎo)引導(dǎo)彈的彈道特性，以及相應(yīng)的彈道設(shè)計(jì)方法。后7章為本書的第二部分，著重分析在外界擾動和操縱作用下飛行器的動力學(xué)特性，即飛行器保持和改變飛行狀態(tài)的能力，常稱之為飛行器的穩(wěn)定性和操縱性。這類問題必須考慮飛行器繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動運(yùn)動，需將飛行器作質(zhì)點(diǎn)系——剛體或彈性體來處理。其中第6章建立剛性飛行器運(yùn)動數(shù)學(xué)模型，是研究后面章節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)。第7章和第8章分別介紹作用在飛行器上縱向、橫側(cè)向的外力矩，討論飛行器定常飛行平衡特性、靜穩(wěn)定性和靜操縱性。第9章和第10章則分別討論飛機(jī)固有的縱、橫向模態(tài)特性，飛控系統(tǒng)的功能和效果，縱、橫向飛行品質(zhì)指標(biāo)等。第11章介紹飛機(jī)空間運(yùn)動中各類非線性耦合因素，典型非線性運(yùn)動機(jī)理、穩(wěn)定判據(jù)及相應(yīng)的飛控系統(tǒng)。第12章探討導(dǎo)彈的動態(tài)特性，包括導(dǎo)彈的固有特性，傾斜、俯仰穩(wěn)定回路特性，導(dǎo)彈控制回路特性和命中準(zhǔn)確度分析等。全書由三位作者共同編寫，第1～3章和6～8章由方振平執(zhí)筆；第4，5，12章由陳萬春執(zhí)筆；第9～11章由張曙光執(zhí)筆。最后統(tǒng)稿由方振平完成。限于作者水平，書中出現(xiàn)的不妥和錯誤之處，歡迎讀者批評指正，以使本書逐步完善。

內(nèi)容概要

　　本書系統(tǒng)地介紹航空飛行器（飛機(jī)、有翼導(dǎo)彈）的飛行動力學(xué)特性，內(nèi)容結(jié)合工程實(shí)際，反映現(xiàn)代飛行動力學(xué)的一些新現(xiàn)象、新特點(diǎn)。全書分兩大部分。前5章著重分析飛行器質(zhì)心運(yùn)動規(guī)律，確定飛機(jī)的基本飛行性能、機(jī)動性能、敏捷性和導(dǎo)彈的軌跡特性。后7章著重分析剛性飛行器的運(yùn)動特性，討論飛行器的平衡、靜穩(wěn)定性和靜操縱性、動穩(wěn)定性和動操縱性；飛行器+自動器系統(tǒng)動力學(xué)特性；飛機(jī)飛行品質(zhì)和導(dǎo)彈命中準(zhǔn)確度分析等。
　　本書可作為飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)大學(xué)本科生的教材，對于飛行器設(shè)計(jì)和使用部分的工程技術(shù)人員也有參考價(jià)值。

書籍目錄

第1章 飛行器質(zhì)心運(yùn)動方程
　1.1 作用在飛行器上的外力
　1.1.1 升阻特性
　1.1.2 發(fā)動機(jī)推力
　1.2 飛行器飛行操縱概念
　1.2.1 常規(guī)飛機(jī)的飛行操縱
　1.2.2 現(xiàn)代飛機(jī)的飛行操縱
　1.2.3 導(dǎo)彈的飛行操縱
　1.3 常用的坐標(biāo)軸系及其轉(zhuǎn)換
　1.3.1 常用的坐標(biāo)軸系
　1.3.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣
　1.3.3 常用坐標(biāo)系之間的關(guān)系
　1.4 飛行器質(zhì)心運(yùn)動方程
　1.4.1 一般動坐標(biāo)系中質(zhì)心動力學(xué)方程
　1.4.2 航跡坐標(biāo)系中質(zhì)心動力學(xué)方程
　1.4.3 飛行器質(zhì)心運(yùn)動學(xué)方程
　1.4.4 飛行器質(zhì)心運(yùn)動方程討論
　1.4.5 質(zhì)心在鉛垂平面內(nèi)的運(yùn)動方程
　1.4.6 質(zhì)心在水平面內(nèi)的運(yùn)動方程
　復(fù)習(xí)思考題
　
第2章 飛機(jī)的飛行性能
　2.1 平飛性能
　2.1.1 定常平飛時(shí)的運(yùn)動方程
　2.1.2 最大平飛速度Vmax
　2.1.3 最小平飛速度Vmin
　2.1.4 平飛速度范圍
　2.2 上升、下滑性能
　2.2.1 定常直線上升運(yùn)動方程
　2.2.2 定常直線上升運(yùn)動性能
　2.2.3 非定常上升運(yùn)動性能
　2.2.4 定常下滑運(yùn)動性能
　2.3 定常飛行狀態(tài)及其與操縱的關(guān)系
　2.3.1 平飛范圍的劃分
　2.3.2 飛行狀態(tài)與操縱的關(guān)系
　2.3.3 定常飛行狀態(tài)的主要因素分析
　2.4 續(xù)航性能
　2.4.1 航程和航時(shí)的基本關(guān)系式
　2.4.2 等高等速巡航時(shí)的航程和航時(shí)
　2.4.3 飛機(jī)的最佳續(xù)航性能
　2.4.4 最大活動半徑
　2.4.5 風(fēng)對續(xù)航性能的影響
　2.5 起落性能
　2.5.1 起飛性能
　2.5.2 著陸性能
　2.5.3 單發(fā)停車故障的對策
　2.5.4 改善起落性能的措施
　2.5.5 風(fēng)切變下的起落過程
　2.6 渦輪螺槳飛機(jī)的飛行性能
　2.6.1 平飛和上升性能
　2.6.2 渦輪螺槳飛機(jī)的續(xù)航性能
　2.7 滑翔性能
　復(fù)習(xí)思考題
　
第3章 飛機(jī)的機(jī)動性和敏捷性
　3.1 機(jī)動飛行時(shí)的過載
　3.1.1 運(yùn)動與過載的關(guān)系
　3.1.2 過載限制
　3.2 鉛垂平面內(nèi)的機(jī)動性能
　3.2.1 平飛加減速
　3.2.2 躍升
　3.2.3 俯沖
　3.3 水平平面內(nèi)的機(jī)動性能
　3.3.1 正常盤旋
　3.3.2 最優(yōu)盤旋
　3.3.3 非定常盤旋
　3.4 飛機(jī)的空間機(jī)動飛行
　3.4.1 常見的空間機(jī)動飛行
　3.4.2 空間機(jī)動軌跡的一般計(jì)算方法
　3.5 機(jī)動性能的綜合分析
　3.5.1 能量機(jī)動性
　3.5.2 定?；驑O限角速度
　3.5.3 定?；蛩矐B(tài)轉(zhuǎn)彎半徑
　3.5.4 綜合機(jī)動性指標(biāo)
　3.6 飛機(jī)的敏捷性
　3.6.1 敏捷性概念
　3.6.2 敏捷性分類
　3.6.3 瞬態(tài)敏捷性尺度
　3.6.4 功能敏捷性尺度
　3.6.5 敏捷性潛力
　3.7 過失速機(jī)動
　3.7.1 尾沖和眼鏡蛇機(jī)動
　3.7.2 Herbst機(jī)動
　復(fù)習(xí)思考題
　
第4章 方案飛行與彈道
　4.1 按給定迎角或俯仰角的方案飛行
　4.1.1 按給定迎角的方案飛行
　4.1.2 按給定俯仰角的方案飛行
　4.2 按給定彈道傾角的方案飛行
　4.2.1 直線飛行彈道
　4.2.2 垂直上升彈道
　4.2.3 等高飛行彈道
　復(fù)習(xí)思考題
　
第5章 導(dǎo)引飛行與彈道
　5.1 導(dǎo)彈的相對運(yùn)動方程
　5.1.1 自動導(dǎo)引相對運(yùn)動方程
　5.1.2 遙控導(dǎo)引相對運(yùn)動方程
　5.2 平行接近法
　5.2.1 直線彈道問題
　5.2.2 彈道法向加速度特性
　5.3 比例導(dǎo)引法
　5.3.1 直線彈道的條件、條數(shù)
　5.3.2 直線彈道的穩(wěn)定性
　5.3.3 彈道需用法向加速度
　5.3.4 一般情況下的導(dǎo)引彈道特性
　5.4 三點(diǎn)法
　5.4.1 導(dǎo)引彈道的一般特性
　5.4.2 彈道需用法向加速度
　5.5 角度法
　5.5.1 前置量法（矯直系數(shù)法）
　5.5.2 半前置量法（半矯直系數(shù)法）
　5.6 選擇導(dǎo)引方法的一般原則
　5.7 攻擊區(qū)
　復(fù)習(xí)思考題
　
第6章 剛性飛行器運(yùn)動方程
　6.1 剛性飛行器動力學(xué)方程
　6.1.1 飛行器質(zhì)心移動的動力學(xué)方程
　6.1.2 飛行器繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動的動力學(xué)方程
　6.2 剛性飛行器運(yùn)動學(xué)方程
　6.2.1 飛行器質(zhì)心運(yùn)動學(xué)方程
　6.2.2 飛行器繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動運(yùn)動學(xué)方程
　6.3 剛性飛行器運(yùn)動方程討論
　6.3.1 “機(jī)體機(jī)體體系”運(yùn)動方程組
　6.3.2 “航跡機(jī)體體系”運(yùn)動方程組
　6.3.3 飛行力學(xué)的幾類主要問題
　6.3.4 多操縱機(jī)構(gòu)情況
　6.4 運(yùn)動方程組線性化
　6.4.1 小擾動法
　6.4.2 外力和外力矩的線性化
　6.4.3 運(yùn)動方程的線性化
　6.5 縱向小擾動運(yùn)動方程組
　6.5.1 縱向小擾動方程的自然形式
　6.5.2 縱向小擾動方程的矩陣形式
　6.5.3 縱向小擾動方程的簡化形式
　6.6 橫側(cè)小擾動運(yùn)動方程組
　6.6.1 橫側(cè)小擾動方程的自然形式
　6.6.2 橫側(cè)小擾動方程的矩陣形式
　6.6.3 橫側(cè)小擾動方程的簡化形式
　復(fù)習(xí)思考題
　
第7章 飛行器的縱向平衡、靜穩(wěn)定和靜操縱
　7.1 靜穩(wěn)定力矩
　7.1.1 靜穩(wěn)定力矩的組成
　7.1.2 定速靜穩(wěn)定性
　7.1.3 定載靜穩(wěn)定性
　7.2 操縱力矩
　7.2.1 氣動操縱力矩
　7.2.2 推力矢量操縱力矩
　7.3 定常直線飛行時(shí)的飛行器平衡特性
　7.3.1 升降舵平衡曲線
　7.3.2 舵面靜操縱性指標(biāo)
　7.3.3 飛行器的自動俯沖現(xiàn)象
　7.4 阻尼力矩
　7.5 洗流時(shí)差力矩
　7.6 定常拉升飛行時(shí)的飛行器平衡特性
　7.6.1 升降舵偏轉(zhuǎn)變化規(guī)律
　7.6.2 舵面靜操縱性指標(biāo)
　7.7 鉸鏈力矩和桿力特性
　7.7.1 鉸鏈力矩
　7.7.2 桿力特性
　7.8 影響飛行器縱向平衡、靜穩(wěn)定和靜操縱的其他因素
　7.8.1 動力裝置影響
　7.8.2 飛行器構(gòu)形變化的影響
　7.8.3 彈性變形的影響
　7.8.4 大迎角飛行和地面效應(yīng)的影響
　7.9 飛行器質(zhì)心的變化范圍
　7.9.1 常規(guī)飛行器
　7.9.2 放寬靜穩(wěn)定性飛行器
　7.9.3 影響因素討論
　7.10 助力器操縱時(shí)的桿力特性
　7.10.1 助力器操縱系統(tǒng)簡介
　7.10.2 助力操縱時(shí)桿力特性
　復(fù)習(xí)思考題
　
第8章 飛行器的橫航向平衡、靜穩(wěn)定和靜操縱
　8.1 靜穩(wěn)定力矩
　8.1.1 靜穩(wěn)定力矩的組成
　8.1.2 橫航向靜穩(wěn)定性
　8.2 操縱力矩
　8.2.1 滾轉(zhuǎn)操縱力矩
　8.2.2 偏航操縱力矩
　8.3 阻尼力矩和交感力矩
　8.3.1 滾轉(zhuǎn)角速度p引起的橫側(cè)力矩
　8.3.2 偏航角速度r引起的橫側(cè)力矩
　8.4 斜吹力矩
　8.5 非對稱定常飛行時(shí)飛行器的平衡
　8.5.1 定常直線側(cè)滑飛行時(shí)的平衡和靜操縱
　8.5.2 正常盤旋飛行時(shí)的平衡和靜操縱
　8.5.3 穩(wěn)定滾轉(zhuǎn)時(shí)的平衡和靜操縱
　8.6 鉸鏈力矩和操縱力特性
　8.6.1 副翼和方向舵鉸鏈力矩
　8.6.2 橫側(cè)操縱力特性
　8.6.3 助力器操縱時(shí)的桿力特性
　8.7 影響飛行器橫航向平衡、靜穩(wěn)定和靜操縱的其他因素
　8.7.1 動力裝置的影響
　8.7.2 構(gòu)形變化的影響
　8.7.3 彈性變形的影響
　8.7.4 大迎角、地面效應(yīng)的影響
　復(fù)習(xí)思考題
　
第9章 飛機(jī)的縱向穩(wěn)定性和操縱性
　9.1 飛機(jī)縱向運(yùn)動穩(wěn)定性
　9.1.1 縱向擾動運(yùn)動方程和基本求解理論
　9.1.2 模態(tài)特性分析方法
　9.1.3 典型的縱向運(yùn)動模態(tài)
　9.1.4 短周期模態(tài)分析
　9.1.5 長周期模態(tài)分析
　9.1.6 現(xiàn)代飛機(jī)縱向模態(tài)特點(diǎn)
　9.2 飛機(jī)縱向動操縱性
　9.2.1 時(shí)域響應(yīng)指標(biāo)
　9.2.2 飛行操縱系統(tǒng)
　9.2.3 縱向動操縱性
　9.3 帶自動器飛機(jī)的縱向操縱性和穩(wěn)定性特性
　9.3.1 俯仰阻尼器
　9.3.2 縱向增穩(wěn)系統(tǒng)
　9.3.3 縱向控制增穩(wěn)系統(tǒng)
　9.3.4 高度穩(wěn)定系統(tǒng)
　9.4 飛機(jī)的縱向飛行品質(zhì)
　
　復(fù)習(xí)思考題
　
第10章 飛機(jī)的橫航向穩(wěn)定性和操縱性
　10.1 飛機(jī)橫航向運(yùn)動穩(wěn)定性
　10.1.1 橫航向擾動運(yùn)動方程
　10.1.2 典型的橫航向運(yùn)動模態(tài)
　10.1.3 滾轉(zhuǎn)收斂模態(tài)分析
　10.1.4 螺旋模態(tài)分析
　10.1.5 荷蘭滾模態(tài)分析
　10.1.6 橫航向靜穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性的關(guān)系
　10.1.7 現(xiàn)代飛機(jī)橫航向模態(tài)特性
　10.2 飛機(jī)橫航向動操縱性
　10.2.1 對副翼的操縱反應(yīng)
　10.2.2 對方向舵的操縱反應(yīng)
　10.3 帶自動器飛機(jī)的橫航向操縱性和穩(wěn)定性特性
　10.3.1 滾轉(zhuǎn)阻尼器
　10.3.2 滾轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)
　10.3.3 偏航阻尼器
　10.3.4 偏航增穩(wěn)系統(tǒng)
　10.3.5 副翼方向舵交聯(lián)
　10.3.6 飛行航線穩(wěn)定系統(tǒng)
　10.4 飛機(jī)橫航向飛行品質(zhì)
　復(fù)習(xí)思考題
　
第11章 飛機(jī)空間運(yùn)動穩(wěn)定性和操縱性
　11.1 縱橫向運(yùn)動耦合機(jī)理
　11.1.1 運(yùn)動耦合
　11.1.2 慣性耦合
　11.1.3 陀螺耦合
　11.1.4 氣動耦合
　11.2 急滾動力學(xué)
　11.3 偏離動力學(xué)
　11.3.1 縱向偏離
　11.3.2 橫航向偏離
　11.3.3 偏離預(yù)測判據(jù)
　11.3.4 機(jī)翼搖晃
　11.4 尾旋動力學(xué)
　11.4.1 進(jìn)入尾旋
　11.4.2 定常階段
　11.4.3 改出尾旋
　11.4.4 尾旋運(yùn)動的模擬和試驗(yàn)
　11.5 空間運(yùn)動的自動控制
　11.5.1 飛行邊界限制系統(tǒng)
　11.5.2 尾旋自動防止系統(tǒng)
　11.5.3 放寬靜穩(wěn)定系統(tǒng)
　11.5.4 直接力操縱系統(tǒng)
　復(fù)習(xí)思考題
　
第12章 導(dǎo)彈的飛行控制
　12.1 導(dǎo)彈飛行控制特點(diǎn)
　12.1.1 舵回路
　12.1.2 穩(wěn)定回路
　12.1.3 控制回路
　12.2 滾轉(zhuǎn)穩(wěn)定回路
　12.2.1 無控時(shí)導(dǎo)彈的橫側(cè)擾動運(yùn)動
　12.2.2 滾轉(zhuǎn)角穩(wěn)定回路
　12.2.3 滾轉(zhuǎn)角速度穩(wěn)定回路
　12.3 俯仰和偏航穩(wěn)定回路
　12.3.1 無控時(shí)導(dǎo)彈的俯仰擾動運(yùn)動
　12.3.2 姿態(tài)穩(wěn)定回路
　12.3.3 加速度穩(wěn)定回路
　12.4 導(dǎo)彈控制回路
　12.5 導(dǎo)彈精度分析
　12.5.1 脫靶量模型及其線性化
　12.5.2 干擾及噪聲模型
　12.5.3 蒙特卡洛法
　12.5.4 協(xié)方差分析法
　12.5.5 伴隨分析法
　12.5.6 統(tǒng)計(jì)線性化伴隨法
　復(fù)習(xí)思考題
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：

編輯推薦

《航空飛行器飛行動力學(xué)》：國防科工委“十五”規(guī)劃教材,航空宇航科學(xué)與技術(shù)。

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