自动驾驶仪对有人和无人驾驶飞机的重要性是不言而喻的,近年来随着美国和以色列等国家在局部战争中大量使用无人机,而引发了国际和国内无人机研制的热潮。本书正是一本关于研究“飞行稳定性和自动控制”的专著,书中的特点就在于它把飞机的飞行力学、飞行自动控制和自动驾驶仪设计的整个过程系统综合在一起,而又相当简练,体现出了一种工程实用性。
本书的目标是作为本科高年级和研究生第一年的飞机飞行动力学的教科书,本书的内容包括静态稳定性、飞机运动方程、动态稳定性、飞行或操控品质、自动控制原理及控制理论在自动飞行控制系统综合中的应用。第1章回顾了空气动力学的基本概念、大气特性、几个重要的飞行仪表和一些术语。第2章提出飞机静稳定性和控制的概念,并讨论一些要求的特性可以综合到飞机的设计中,以便提供静态的稳定和足够的控制力。第3章推导刚性飞机的运动方程,讨论对作用在飞机上的空气动力和力矩建立数学模型的方法,使用气动稳定性导数的概念为气动力和力矩建立数学模型。在这章给出估算这些导数的方法,以及一个计算sTOL运输机纵向导数的详细例子。第4章和第5章给出了飞机的动力学特性以及自由和强制响应,第4章讨论纵向动力学,而第5章给出横向动力学。在这两章中解释了刚体运动和驾驶员对飞机操纵难易观点之间的关系。操控或飞行品质是一些控制和动力学特性,它们能够制约驾驶员能否很好地完成特定飞行任务。第6章讨论在任意操纵输入和大气扰动下的运动方程的解。本书的第7章至第10章包含了第2版的主要修改,第7章提供了古典控制理论的回顾,讨论了控制系统的综合和设计。根轨迹方法用于设计控制系统,以便满足给定的时间和频率域性能要求。在第8章中应用古典控制理论设计各种飞行自动控制系统,这些自动控制系统可以用于保持飞机的倾斜角、俯仰角、高度和速度。此外还定性地分析了全自动着陆系统。第9章是对现代控制理论概念和设计方法的概述。通过状态反馈的设计,设计者可以定位闭环系统的根,从而得到任何希望的性能;讨论了任意根放置的实际约束以及实现状态反馈控制的必要要求。最后,第10章介绍现代控制的设计方法在飞机自动飞行控制系统设计中的应用。
第1章 引言
1.1 大气中的飞行力学
1.2 基本定义
1.2.1 流体
1.2.2 压强
1.2.3 温度
1.2.4 密度
1.2.5 黏度
1.2.6 马赫(Maeh)数和声速
1.3 空气静力学
1.3.1 静止流体中压强的变化
1.4 伯努利方程的推导
1.4.1 不可压缩流体的伯努利方程
1.4.2 可压缩流体的伯努利方程
1.5 大气
1.6 空气动力学的一些术语
1.7 飞机仪表
1.7.1 气压数据系统
1.7.2 空速表
1.7.3 高度表
1.7.4 爬升速率表
1.7.5 马赫表
1.7.6 迎角(攻角)指示器
1.8 总结
习题
参考文献
第2章 静态稳定性和控制
第3章 飞机的运动方程
第4章 纵向运动(定杆)
第5章 横向运动(定杆)
第6章 对控制或空气输入的响应
第7章 自动控制原理——古典方法
第8章 古典控制理论在飞机自动驾驶仪设计中的应用
第9章 现代控制理论
第10章 现代控制理论在飞机自动驾驶仪设计中的应用
附录A 大气数据表(ICAO标准大气)
附录B 几种飞机的几何、质量和空气动力特性
参考文献
附录C 拉普斯变换和矩阵代数
附录D 控制系统分析方法