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第1章 绪论1

1.1 飞行动力学起源1

1.2 飞行力学与控制的关系1

1.3 飞行力学与飞行控制的发展历史2

1.3.1 航空飞行器的发展2

1.3.2 飞行控制的发展8

1.4 飞行控制基本概念12

1.5 飞行控制的应用及未来发展趋势16

1.6 飞行动力学与控制基本内容18

练习题19

参考文献19

第2章 飞行动力学基础20

2.1 空气动力学基本知识20

2.1.1 基本概念21

2.1.2 空气的基本特性和国际标准大气21

2.1.3 低速空气动力学基本方程25

2.1.4 高速空气动力学的基本概念27

2.2 飞机几何形状和参数30

2.2.1 飞机的布局与尺寸30

2.2.2 机翼的几何形状和参数30

2.3 飞机运动分析33

2.3.1 飞机运动的自由度33

2.3.2 操纵机构34

2.3.3 飞机运动空气动力计算37

练习题39

参考文献39

第3章 飞机的飞行性能40

3.1 飞行过程中受力分析及角度定义40

3.1.1 飞机常用的坐标系41

3.1.2 飞行角度分析45

3.1.3 飞机受力分析45

3.2 定常直线飞行性能54

3.2.1 定直平飞性能55

3.2.2 定直上升性能61

3.2.3 定直下滑性能66

3.3 飞机的续航与起降性能67

3.3.1 航程和航时的基本关系式67

3.3.2 航程与航时计算68

3.3.3 上升与下降段的续航性能分析72

3.3.4 风对续航性能的影响73

3.3.5 超声速飞机续航性能的特点74

3.3.6 起飞和着陆性能75

3.4 飞机的机动飞行性能83

3.4.1 机动的定义83

3.4.2 机动类型84

3.4.3 机动性能84

3.4.4 水平平面内的机动性能85

3.4.5 飞机机动飞行性能综合分析88

练习题90

参考文献90

第4章 飞机的静稳定和控制91

4.1 纵向定直飞行飞机力平衡和力矩平衡91

4.1.1 运动形式及其性能指标92

4.1.2 飞机的俯仰平衡93

4.2 纵向曲线飞行中飞机的附加气动力矩及其平衡109

4.2.1 平尾的阻尼力矩110

4.2.2 下洗时差阻尼力矩111

4.2.3 拉升运动中的平衡问题113

4.3 升降舵的铰链力矩和驾驶杆力115

4.3.1 压力分布与铰链力矩116

4.3.2 定直平飞的平衡杆力116

4.3.3 平衡杆力曲线117

4.3.4 松杆问题118

4.3.5 拉升运动的附加杆力119

4.3.6 重心前后限120

4.4 横侧向静稳定及力矩平衡121

4.4.1 侧力和横侧向力矩122

4.4.2 横侧向静稳定性123

4.4.3 侧滑产生的侧力125

4.4.4 影响滚转静稳定性导数的因素126

4.4.5 影响航向稳定性导数的因素131

4.4.6 副翼产生的横侧向力矩133

4.4.7 方向舵产生的横侧向力矩135

4.5 定常直线侧滑飞行中飞机的侧力平衡和力矩平衡135

4.5.1 定常侧滑的力与力矩平衡135

4.5.2 不对称动力飞行138

4.6 定常曲线飞行中飞机的侧力平衡和力矩平衡139

4.6.1 阻尼力、阻尼力矩与交感力矩139

4.6.2 定常曲线飞行的力矩平衡140

4.6.3 稳定横滚运动141

4.6.4 正常盘旋运动的受力平衡141

4.6.5 定常飞行中副翼和方向舵的平衡杆力142

练习题143

参考文献144

第5章 刚体飞行器的运动方程145

5.1 飞机运动假设145

5.2 动力学方程的建立145

5.2.1 质心动力学145

5.2.2 刚体转动动力学146

5.2.3 刚体转动动力学方程推导147

5.3 运动学方程148

5.3.1 运动学方程推导148

5.3.2 飞机运动学方程组150

5.3.3 动力学方程组讨论150

5.4 飞机运动的纵横分离151

5.4.1 纵横分离151

5.4.2 纵向运动方程151

5.4.3 横侧向运动156

5.4.4 飞行速度与机体速度转换关系157

5.4.5 稳定轴系质心动力学方程158

5.5 小扰动线性化动力学方程158

5.5.1 动力学方程组简化159

5.5.2 纵横分离的小扰动方程组161

5.5.3 稳定轴系的方程及其线性化161

5.5.4 力和力矩线性化162

5.5.5 稳定轴系的纵向耦合方程163

5.5.6 气动力和力矩线性化163

5.5.7 稳定轴系切向动力学方程线性化164

5.5.8 稳定轴系法向动力学方程线性化164

5.5.9 俯仰运动动力学方程线性化166

5.5.10 稳定轴系的横航向耦合方程166

5.5.11 质心动力学方程线性化169

5.5.12 质心运动方程的线性化169

5.5.13 力和力矩导数170

5.5.14 飞机的运动配平171

5.5.15 飞机线性状态方程分组182

5.5.16 横侧向小扰动的简化形式188

5.5.17 风扰条件下飞机线性模型188

练习题194

参考文献194

第6章 飞机的运动稳定和控制195

6.1 定常线性常微分系统的稳定性195

6.2 纵向运动模态与稳定性分析198

6.2.1 纵向小扰动的两种典型运动模态207

6.2.2 飞机的纵向操纵运动213

6.2.3 飞行条件和气动参数对纵向动稳定性的影响218

6.3 横侧向运动模态与稳定性分析219

6.3.1 横侧小扰动方程219

6.3.2 横侧扰动运动的典型模态分析223

6.3.3 气动参数的影响和稳定性边界的简略分析226

6.3.4 飞机的横侧向操纵运动227

6.3.5 纵横交感运动233

练习题234

参考文献235

第7章 古典飞行控制系统设计理论237

7.1 飞行控制系统的任务和设计目标237

7.2 飞行品质规范238

7.2.1 飞行品质等级239

7.2.2 飞行品质要求241

7.2.3 飞行品质的评价方法247

7.3 古典飞行控制系统的设计方法254

7.3.1 Routh标准设计方法258

7.3.2 控制系统时域分析法260

7.3.3 根轨迹技术262

7.3.4 频域法268

7.4 增稳控制系统设计291

7.4.1 纵向运动增稳控制291

7.4.2 横侧向运动增稳控制301

7.5 PID控制303

7.5.1 PID控制设计303

7.5.2 Ziegler-Nichols规则调节PID控制器306

练习题313

参考文献314

第8章 现代飞行控制系统设计理论315

8.1 状态空间法315

8.1.1 状态空间表示315

8.1.2 系统能控性316

8.1.3 普通状态方程变换为可控标准型316

8.1.4 系统能观性317

8.2 状态反馈极点配置法321

8.3 特征结构配置法328

8.4 线性二次型最优控制法338

8.4.1 极小值原理338

8.4.2 线性二次型调节器339

8.4.3 加权矩阵Q,R对控制性能的影响342

8.4.4 非零指令点的渐近跟踪控制347

8.4.5 输出调节器（LQRY）352

8.4.6 线性二次型高斯调节器353

8.5 观测器与滤波设计354

练习题363

参考文献364

第9章 纵向运动自动飞行控制系统设计365

9.1 典型飞行控制系统组成365

9.2 纵向运动自动控制系统设计369

9.2.1 俯仰阻尼器371

9.2.2 增稳系统与控制增稳377

9.2.3 俯仰控制系统设计387

9.2.4 外回路自动驾驶／导航控制408

练习题442

参考文献444

第10章 横侧向运动自动飞行控制系统设计445

10.1 横侧向阻尼器445

10.1.1 滚转阻尼器445

10.1.2 偏航阻尼器451

10.2 横侧向增稳与控制增稳系统457

10.2.1 偏航增稳系统457

10.2.2 横侧增稳系统459

10.2.3 横航向控制增稳系统460

10.3 横侧向自动控制463

10.3.1 横侧向姿态稳定与控制463

10.3.2 航向指令跟踪控制470

10.3.3 侧向偏离自动控制476

10.3.4 侧向导引自动着陆系统480

练习题487

参考文献488

附录489

A 缩写符号489

B 矢量代数489

C 矩阵代数490

D 单位换算491

E 典型飞机气动数据表492

F 常用的Matlab函数500

索引507