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第1章 引言1

1.1 大气中的飞行力学1

1.2 基本定义3

1.2.1 流体3

1.2.2 压强3

1.2.3 温度4

1.2.4 密度4

1.2.5 黏度4

1.2.6 马赫（Mach）数和声速6

1.3 空气静力学7

1.3.1 静止流体中压强的变化7

1.4 伯努利方程的推导9

1.4.1 不可压缩流体的伯努利方程10

1.4.2 可压缩流体的伯努利方程11

1.5 大气12

1.6 空气动力学的一些术语19

1.7 飞机仪表22

1.7.1 气压数据系统23

1.7.2 空速表23

1.7.3 高度表26

1.7.4 爬升速率表27

1.7.5 马赫表29

1.7.6 迎角（攻角）指示器30

1.8 总结33

习题33

参考文献35

第2章 静态稳定性和控制36

2.1 历史回顾36

2.2 引言41

2.2.1 静态稳定性42

2.2.2 动态稳定性42

2.3 静态稳定性和控制44

2.3.1 纵向静态稳定性的定义44

2.3.2 飞机各部分的贡献45

2.3.3 机翼的贡献46

2.3.4 尾翼的贡献——后尾翼48

2.3.5 鸭翼——前置尾翼表面54

2.3.6 机身的贡献54

2.3.7 动力影响57

2.3.8 定杆中性点58

2.4 纵向控制63

2.4.1 升降舵效率64

2.4.2 配平时升降舵角度66

2.4.3 XNP的飞行测量69

2.4.4 升降舵铰链力矩70

2.5 操纵杆力73

2.5.1 配平调整片74

2.5.2 操纵杆力梯度74

2.6 方向稳定性定义76

2.6.1 飞机各部分的贡献77

2.7 方向控制80

2.8 滚动稳定性82

2.9 滚动控制84

2.10 总结87

习题88

参考文献99

第3章 飞机的运动方程100

3.1 概述100

3.2 刚体运动方程的推导101

3.3 飞机的朝向和位置105

3.4 重力和推力108

3.5 小扰动原理110

3.6 空气动力的力和力矩的表达113

3.6.1 对前向速度的导数115

3.6.2 对俯仰速度q的导数117

3.6.3 对迎角的时间变化率的导数118

3.6.4 对滚动速率p的导数120

3.6.5 对偏航速率r的导数123

3.7 总结132

习题132

参考文献134

第4章 纵向运动（定杆）135

4.1 历史回顾135

4.2 二阶微分方程137

4.3 纯俯仰运动142

4.4 定杆纵向运动151

4.4.1 运动方程的状态变量表示152

4.5 纵向近似157

4.5.1 短周期近似158

4.6 稳定性导数对纵向运动模式的影响166

4.7 飞行品质168

4.7.1 驾驶员的看法170

4.8 飞行模拟器174

4.9 总结176

习题179

参考文献184

第5章 横向运动（定杆）186

5.1 引言186

5.2 纯滚动运动187

5.2.1 机翼摇摆190

5.2.2 滚动控制逆转192

5.3 纯偏航运动194

5.4 横向运动方程199

5.4.1 螺旋近似203

5.4.2 滚动近似204

5.4.3 荷兰滚动近似205

5.5 横向飞行品质209

5.6 惯性的耦合212

5.7 总结213

习题213

参考文献218

第6章 对控制或空气输入的响应219

6.1 引言219

6.2 非一致大气中的运动方程222

6.3 纯垂直运动或颠簸运动226

6.4 大气湍流234

6.5 谐波分析235

6.5.1 湍流模型237

6.6 风切变238

6.7 总结241

习题242

参考文献243

第7章 自动控制原理——古典方法244

7.1 概述244

7.2 劳斯判据247

7.3 根轨迹法252

7.3.1 增加极点和零点257

7.4 频率域技术260

7.5 时间域和频率域规格261

7.5.1 从根轨迹得到增益和相位裕度264

7.5.2 高阶系统267

7.6 稳态误差269

7.7 控制系统设计273

7.7.1 补偿275

7.7.2 前向通路补偿277

7.7.3 反馈路径补偿279

7.8 PID控制器282

7.9 总结286

习题287

参考文献291

第8章 古典控制理论在飞机自动驾驶仪设计中的应用293

8.1 概述293

8.2 飞机的传递函数294

8.2.1 短周期运动295

8.2.2 长周期运动297

8.2.3 滚动运动299

8.2.4 荷兰滚动近似299

8.3 控制舵面的执行机构304

8.4 位移量自动驾驶仪306

8.4.1 俯仰位移量自动驾驶仪307

8.4.2 滚动姿态自动驾驶仪312

8.4.3 高度保持控制系统316

8.4.4 速度保持控制系统322

8.5 稳定性增强326

8.6 仪表着陆328

8.7 总结332

习题333

参考文献336

第9章 现代控制理论337

9.1 概述337

9.2 状态空间模型337

9.2.1 状态转移矩阵343

9.2.2 状态方程的数值解348

9.3 规范型变换352

9.3.1 不相同实数特征值353

9.3.2 重复特征值356

9.3.3 复数特征值359

9.4 可控性和可观测性363

9.5 状态反馈设计367

9.5.1 确定反馈增益的数值方法370

9.5.2 多输入—输出系统374

9.5.3 特征值的位置375

9.6 状态变量重构：状态观测器376

9.7 最优状态空间控制系统的设计380

9.8 总结384

习题384

参考文献389

第10章 现代控制理论在飞机自动驾驶仪设计中的应用391

10.1 引言391

10.2 稳定性增强391

10.2.1 纵向稳定性增强391

10.2.2 横向稳定性增强400

10.3 自动驾驶仪设计405

10.4 状态观测器411

10.5 最优控制414

10.6 总结420

习题420

参考文献424

附录A 大气数据表（ICAO标准大气）426

附录B 几种飞机的几何、质量和空气动力特性432

参考文献447

附录C 拉普拉斯变换和矩阵代数448

附录D 控制系统分析方法458