《空间飞行器飞行动力学》课程教学大纲
课程编码： T1180230
课程中文名称：空间飞行器飞行动力学
课程英文名称：SPACECRAFT DYNAMICS
总学时：50 讲课学时：50 实验学时：0
习题学时：0 上机学时：0
学分：3
授课对象：飞行器设计专业、空间环境专业本科生
先修课程：高等数学、普通物理、理论力学、自动控制理论
教材及参考书：《空间飞行器动力学》，刘暾. 赵钧，哈尔滨工业大学出版社
《空间飞行器动力学与控制》，M．H．卡普兰
一、课程教学目的
《空间飞行器动力学》是一门航天工程专业学生的专业基础课。本课程主要研究空间飞行器动力学的基本概念、原理和应用，包括轨道动力学和姿态动力学两大部分，其主要任务是培养学生：建立空间飞行器动力学的基本概念，理解飞行器的运动与受力之间的关系，掌握空间飞行器动力学问题的基本分析方法；掌握应用空间飞行器动力学的基本理论，解决一般的空间飞行器动力学应用问题的基本技能；了解空间飞行器动力学理论、方法及其应用的最新发展；掌握使用相关的参考文献、计算机应用软件进行动力学问题研究分析的能力；
《空间飞行器动力学》是高等工科院校中航天工程类专业的一门主要课程。通过该课程的学习，学生可以初步掌握解决空间飞行器动力学问题的基本方法和技能，并了解其他空间飞行器应用问题的动力学依据，为日后从事空间飞行器的动力学及其他的空间飞行器应用专业的研究工作奠定初步的理论基础。
二、教学内容及基本要求
轨道动力学部分(上篇)
第一章绪论（1学时）
概论，齐奥尔科夫斯基公式，单级火箭的极限速度。
第二章空间飞行器的入轨（1学时）
运载火箭的运动方程式，纵向平面内的动力学方程，运载火箭导引规律。
第三章空间飞行器的轨道（4学时）
两体运动方程的建立、求解，中心引力场中的运动，四种基本轨道的轨道方程、
特性及时间方程。
第四章轨道的建立和星下点轨迹（2学时）
空间飞行器轨道建立的方法，轨道要素与发射参数的关系，星下点轨迹的描述。
第五章轨道机动（2学时）
轨道过渡的概念、分类和方法，脉冲机动，同平面的轨道过渡。
第六章星际航行（2学时）
星际航行，会合周期，发射窗口，影响球与圆锥曲线拼合法；星体的引力摄动。
第七章空间飞行器的相对运动（2学时）
相对运动概念，轨道坐标系中的相对运动方程，视线系中的相对运动方程，交
会对接的概念和方法。
第八章空间飞行器的摄动理论（7学时）
地球的引力摄动，地球势函数模型，干扰力分量引起的摄动，地球扁度引起的
摄动，稀薄大气引起的摄动及轨道的寿命，地球静止轨道卫星的摄动。
第九章空间飞行器的返回（5学时）
返回式空间飞行器的概念、分类，大气层外的飞行，大气中的飞行，气动飞行
中的过载、过热及控制的概念、特点及动力学分析。
姿态动力学部分(下篇)
第一章姿态运动学（4学时）
姿态运动学概述，常用坐标系，欧拉角和坐标变换，姿态角速度及其分解，姿
态动力学的基本数学基础，矢量及其分量间的各种计算，相对、绝对导数。
第二章卫星姿态动力学（2学时）
姿态动力学基本方程式(欧拉方程)的建立：假设、推导、特性以及化简的前提。
第三章轴对称空间飞行器的自由运动（5学时）
轴对称空间飞行器的自由转动特性；非对称空间飞行器的自由转动特性，刚体绕惯性主轴旋转的稳定性；有能量损耗时刚体的自由转动。
第四章重力梯度力矩和重力梯度稳定卫星（3学时）
重力梯度力矩；重力梯度稳定空间飞行器；能量耗散对重力梯度飞行器的影响。
第五章自旋空间飞行器（4学时）
自旋空间飞行器的章动阻尼；自旋轴的指向控制；自旋空间飞行器的重力梯度稳定；双自旋空间飞行器的特性、重力梯度稳定。
第六章带动量轮刚体空间飞行器（2学时）
带动量轮的空间飞行器的姿态问题，装有不同形式动量轮的空间飞行器的动力学方程的建立。第七章带挠性附件的空间飞行器（4学时）
带挠性附件的空间飞行器的姿态动力学：基本概念，基本方程式的导出，动力学方程的求解方法。
三、课程负责人示范性教学设计
1. 内容体系
《空间飞行器动力学》是高等工科院校中航天工程类专业的一门主要课程。课程的主要内容是空间飞行器动力学的基本概念、基本原理及其应用。本课程包括轨道动力学和姿态动力学两部分，主要内容有：两体运动的原理；空间飞行器的轨道的理论与应用；星际航行原理与方法；空间飞行器的相对运动方程；空间飞行器的摄动及地球卫星的摄动。姿态运动学与动力学；欧拉方程；重力梯度卫星、单自旋卫星、双自旋卫星的姿态动力学及稳定性分析；三轴稳定卫星的姿态动力学。
2. 任课教师研究的教材
a.《Spacecraft Attitude Dynamics》, Peter C. Hughes编，该教材从理论上详细分析了各类空间飞行器的姿态动力学，是一本十分优良的专著，但近600页的庞大篇幅，很难让学生在较短
的时间充分阅读。
b.《Modern Spacecraft Dynamics and Control》, Marshall H. Kaplan编，这本教材重点在于姿态控制，有些姿态动力学的基本问题讲解的不透。
c.《航天器姿态动力学》，刘延柱编，作者刘延柱是上海交通大学的著名教授，此书适合力学类学生使用，对于工科的学生可以选阅其中的部分内容。
d.《航天器姿态动力学》，黄圳圭编，此书也是比较好的参考教材，因总的体系和我校的有些不同，因此列到学生的参考读物。
3．关于课堂教学
本课程重点内容为空间飞行器的轨道与姿态的动力学方程式。课堂教学以讲课为主，重点讲授方程式建立的条件，基本过程，方程式的特性。在与工程技术相关的部分，要明确相应理论应用的前提条件，以及具体应用时的实际情况，尽量以实际问题为例，启发学生思考，既能激发学生的学习兴趣，又能做到理论与实际相结合，加深学生对课程内容的理解。对典型的问题进行多人次的课堂提问，活跃学生的思维，督促学生课堂认真听讲，提高课堂学习效率。
4. 关于作业、考试
在每部分结束后给学生留一定量的习题，作为作业，。课程中安排有10学时上机，要求学生认真完成课程的一个大作业，作业成绩占考试成绩的一部分。课程结束后，需要进行正常的笔试考试。
《航天技术概论》课程教学大纲
课程编码：T3180090
课程中文名称：航天技术概论
课程英文名称：INTRODUCTION OF SPACE TECHNICS
总学时：24讲课学时：20实验学时：4
学分：1.5
授课对象：航天工程系、控制科学与工程系、航天科学与力学系、电子科学与技术系本科生
先修课程：工科数学分析大学物理
一、课程教学目的
通过本课程的学习，使学生牢固掌握导弹与航天器的基本概念和基本理论，树立正确的宇宙观，培养航天精神和爱国主义精神，并为相关专业课的学习打下一定的知识基础。
二、教学内容及基本要求
本课程包括第一篇导弹技术（第一章~第七章）和第二篇航天技术（第八章~第十七章）两部分，主要讲授国内外导弹及航天技术的发展概况，介绍导弹及航天技术的基本概念和原理，要求学生掌握有关导弹和航天器的基本概念、系统组成及工作原理，了解导弹和航天技术的发展状况及趋势。
主要章节有：
第一篇导弹技术
第一章绪论（1学时）
火箭和导弹的概念；火箭和导弹的发展史；导弹的分类和组成；反作用飞行原理。
第二章动力装置（1.5学时）
动力装置的分类；空气喷气发动机；化学火箭发动机。
第三章导弹飞行力学基础（2.5学时）
空气动力学基本知识；导弹飞行动力学方程；导弹的机动性、稳定性和操纵性；导引规律。
第四章导弹的的制导（3学时）
导弹制导系统的分类和组成；自主式制导系统；遥控式制导系统；自寻的式制导系统；复合制导。第五章导弹的外形与结构（1学时）
有翼导弹的外形及基本组成；弹翼结构；弹体结构
第六章战斗部系统（1学时）
战斗部系统的组成；战斗部的工作原理；引信和保险装置。
第二篇航天技术
第一章绪论（1学时）
航天技术发展史；航天技术的内容；航天器分类；航天技术系统的特殊性；航天器飞行环境。第二章航天器的轨道（2学时）
人造地球卫星的发射；中心力场中质点的运动；三个宇宙速度和地球静止轨道卫星发射速度；人造地球卫星轨道根数；轨道控制；星下点轨迹。
第三章航天器的姿态动力学与控制(1学时)
姿态运动学和动力学的基本概念；几种姿态控制原理。
第四章人造地球卫星结构(0.5学时)
卫星的结构形式；对结构的主要要求；结构设计程序；结构分析；结构材料；结构试验。
第五章航天器的温度控制(1学时)
航天器的热能平衡；航天器的温度控制方法；热真空模拟实验。
第六章航天器的遥测遥控及测控地面站（1学时）
航天器的测控原理，包括遥测、遥控和跟踪测轨；测控地面站。
第七章航天器的返回（1学时）
返回过程；返回型航天器的分类；着陆；防热结构。
第八章载人航天器（1.5学时）
载人飞船；登月与阿波罗飞船；航天飞机；空间站。
第九章空间探测（1学时）
空间探测器的轨道；月球探测；金星探测。
三、课程负责人指导性课程设计
1. 内容体系
《航天技术概论》是航天学院飞行器设计与工程专业、工程力学专业、飞行器环境与生命保障专业、自动化专业、电子科学与技术专业本科生的技术基础选修课。本课程分为导弹技术和航天技术两大部份，阐述有关导弹和航天器的基本概念、系统组成、工作原理以及导弹和航天技术的发展概况和趋势。此课程的特点是突出导弹和航天技术的基本概念和基本原理这一主线，导弹技术部分围绕导弹的4大组成部分展开，航天技术部分主要介绍与航天器上重要的分系统（轨道和姿态控制系统、温度控制系统）有关的基本原理和方法以及载人航天技术。
2. 任课教师研究的教材
?《航天技术概论》，褚桂柏主编，中国宇航出版社，2002年11月
此书是航天专业国家级重点教材，主要介绍航天技术方面的基本知识和发展概况，内容包括近地空间环境、飞行力学、空间运输系统、空间推进、各类航天器、姿态动力学与控制、空间电源、热控制、测控网、发射场和着陆场以及航天技术的应用。
?《导弹与航天技术概论》金永德等编著，哈尔滨工业大学出版社，2002年8月
此书为现使用的“航天技术概论”课程教材，是以1991年编写、1998年修订的哈工大校内讲义《航天技术概论》为基础，根据20年本课程的教学体会，参考国内外的新发表的相关资料及最新发展状况而编写的。内容包括导弹技术和航天技术两大部分，系统全面、图文并茂，既可作为导弹及航天相关专业的航天技术概论课的教材，也可作为其它非航天专业本科生了解航天的一本入门书。
3．关于课堂教学
课堂教学以讲课为主，以多媒体课件为辅助的教学手段。教学中穿插我国航天人的生动事例，宣扬航天精神，使学生在学习知识的同时，得到正确的宇宙观、爱国主义的教育。
4. 关于作业、考试
考试权重：平时成绩20%，实验10%，期末成绩70%。
实验项目明细表
序号实验项目名称学时实验
要求
实验
类型
每组
人数
1 观看影视录像资料片
2 必修演示
2 参观航天展品 2 必修演示8 https://www.doczj.com/doc/fa3750856.html,:88/jiaoxueguangli/jiaoxuedagan/mulu1.htm
1. 卫星轨道六要素是哪些P2-7 ),,,,,(p t i e a ωΩ，其中a 半长轴，e 偏心率，i 轨道倾角，Ω升交点赤经，ω近地点幅 角，p t 卫星经过近地点时刻。 2. 卫星发射三要素是什么P17-18 ),,(L t A ?，其中?发射场L 的地心纬度，A 发射方位角，L t 发射时刻。 3. 什么是太阳同步轨道P23 选择轨道半长轴a 和倾角i 的组合使d /)(9856.0?=?Ω，则轨道进动方向和速率，与地球绕太阳周年转动的方向和速率相同（即经过365.24平太阳日，地球完成一次360°的周年运动），此特定设计的轨道称为太阳同步轨道。 4. 什么是临界轨道、冻结轨道P24-25 若远地点始终处在北极上空，即拱线不得转动，轨道倾角满足02sin 5.22 =-i ，即 ?=43.63i 或?=57.116i 。此值的倾角称为临界倾角，此类轨道称为临界轨道。若选择合 适的偏心率及合适的近地幅角，使0==e ω ，近地点幅角ω被保持，或称被冻结在90°。轨道的倾角和高度可以独立选择，此类轨道称作冻结轨道。 5. 回归轨道的回归系数是什么P26 轨道经过N 天回归一次，在回归周期内共转R 圈，每天的轨道圈数（非整数）Q 称为回归系数。R C Q I N N ==±，+表示轨迹东移，-表示轨迹西移。I 为接近一天的轨道圈数， 为正整数。 6. 静止轨道的特点、三要素是什么P28 （1） 轨道的周期与地球自旋周期一致 （2） 轨道的形状为圆形，偏心率0e = （3） 轨道处在地球赤道平面上，倾角0i = 7. 星座轨道的全球覆盖公式 相邻卫星星下点之间的角距为2b ，覆盖带宽度为2c ，
第3章习题课答案 3-1 设单位反馈系统的开环传递函数为4 ()(s 5) G s s =+，试求该系统的单位阶跃响应和单位脉冲响应。 解：系统闭环传递函数为 24 (s)44(s 5) 4(s)54(s 1)(s 4) 1(s 5) o i X s X s s s +===++++++ (1)当()1()i x t t =时，1()i X s s = 41 ()411 33()()()(4)(1)14 o o i i X s X s X s X s s s s s s s ===-+++++g 则 441()1()1()1()33 t t o x t t e t e t --=-?+? (2)当()()i x t t δ=时，()1i X s = 44(s)4 33(s)(s)1(s)(s 4)(s 1)14 o o i i X X X X s s ==?=-++++ 则 44()()1()3 t t o x t e e t --= -? 3-2 系统结构图如图3-70所示。已知系统单位阶跃响应的超调量σ%3.16=%，峰值时间1=p t s 。 (1)求系统的开环传递函数)(s G ； (2)求系统的闭环传递函数)(s Φ； (3)根据已知的性能指标σ%、p t 确定系统参数K 及τ； (4)计算等速输入s t t r )(5.1)(?=时系统的稳态误差。 解 （1） )110(10) 1(101)1(10 )(++=++ +=ττs s K s s s s s K s G
（2） 2 2 22210)110(10)(1)()(n n n s s K s s K s G s G s ωξωωτ++=+++=+=Φ （3）由 ?? ???=-===--113.16212ξωπσ?ξπn p o o o o t e 联立解出 ?????===263.063.35.0τωξn 由（2） 18.1363.31022 ===n K ω，得出 318.1=K 。 （4） 63.31263.01018 .1311010)(lim 0=+?=+= =→τK s sG K s v 413.063 .35 .1===v ss K A e 3-3 设图（a ）所示系统的单位阶跃响应如图（b ）所示。试确定系统参数,1K 2K 和a 。 解 由系统阶跃响应曲线有 ??? ??=-===∞o o o o p t h 3.333)34(1.03)(σ 系统闭环传递函数为 2 2 2 2122 12)(n n n s s K K as s K K s ωξωω++=++=Φ （1） 由 ????? ===-=--o o o o n p e t 3.331.012 12 ξξπσωξπ 联立求解得 ?? ?==28.3333.0n ωξ 由式（1）???====22 21108 2 1n n a K ξωω 另外 3lim 1 )(lim )(21 22100 ==++=? Φ=∞→→K K as s K K s s s h s s 5.21 )(lim )(0 =? Φ=∞→s s s h s
自动控制原理本科教学要求 自动控制专业的自动控制原理课程包括自动控制原理Ⅰ和现代控制理论两部分，分两个学期讲授。 《自动控制原理I》教学大纲 课程编号：T1043010 课程中文名称：自动控制原理 课程英文名称： Automatic Control Theory 总学时： 100 讲课学时：88 实验学时：16 习题课学时：0 上机学时： 学分：6.0 授课对象：自动控制专业本科生 先修课程：电路原理、电子技术和电机方面的有关课程；复变函数和线性代数 教材：《自动控制原理》（第三版）李友善主编，国防工业出版社，2005年 参考书：《自动控制原理》（第四版）胡寿松主编，科学出版社，2001年 《Linear Control System Analysis and Design》（第四版）清华大学出版社，2000年 一、课程教学目的： 自动控制原理是控制类专业最重要的一门技术基础课。这门课主要讲解自动控制的基本理论、自动控制系统的分析方法与设计方法。 本课程的主要任务是培养学生掌握自动控制系统的构成、工作原理和各件的作用;掌握建立控制系统数学模型的方法。掌握分析与综合线性控制系统的三种方法：时域法、根轨迹法和频率法。掌握计算机控制系统的工作原理以及分析和综合的方法。了解非线性控制系统的分析和综合方法。建立起以系统的概念、数学模型的概念、动态过程的概念。 通过课程的学习使学生掌握分析、测试和设计自动控制系统的基本方法。结合各种实践环节，进行自动控制领域工程技术人员所需的基本工程实践能力的训练。从理论和实践两方面为学生进一步学习自动控制专业的其他专业课如:过程控制、数字控制、飞行器控制、智能控制、导航与制导、控制系统设计等打下必要的专业技术基础。自动控制原理课程是自动控制专业学生培养计划中承上启下的一个关键环节，因此该课程在自动控制专业的教学计划中占有重要的位置。 二、教学内容及基本要求 第一章控制系统的一般概念（2学时） 本课程的目的及讲授内容，自动控制的基本概念和自动控制系统，开环控制与闭环控制，控制系统的组成，控制系统的基本要求。 第二章控制系统的数学模型（12学时） 控制系统微分方程的建立，传递函数的基本概念和定义，传递函数的性质，基本环节及传递函数，控制系统方框图及其绘制，方框图的变换规则，典型系统的方框图与传递函数，方框图的化简，用梅森增益公式化简信号流图。 第三章线性系统的时域分析（14学时） 典型输入信号，一阶系统的瞬态响应，线性定常系统的重要性质，二阶系统的标准型及其特点，二阶系统的单位阶跃响应，二阶系统的性能指标，二阶系统的脉冲响应，二阶系统的单位速度响应，初始条件不为零时二阶系统的过渡过程。 闭环主导极点的概念，高阶系统性能指标的近似计算。稳定的基本概念和定义，线性系统的稳定条件，劳斯稳定判据。控制系统的稳态误差，稳态误差的计算：泰勒级数法和长除法，控制系统的无静差度，用终值定理计算稳态误差，减小稳态误差的方法 第四章根轨迹法（12学时） 控制系统的根轨迹，绘制根轨迹的基本规则，控制系统的根轨迹分析，参数根轨迹，闭环系统的零极点分布域性能指标 第五章线性系统的频域分析（14学时） 频率特性的概念，典型环节频率特性的极坐标图表示，典型环节频率特性的对数坐标图表示，开环系统的对数频率特性，最小相位系统。v=0、1、2时开环系统的极坐标图，Nyquist稳定判据，用开环系统的Bode图判定闭环系统的稳定性，控制系统的相对稳定性。控制系统的性能指标，二阶系统性能指标间的关系，高阶系统性能指标间的关系，开环对数频率特性和性能指标的关系。 第六章控制系统的综合与校正（14学时） 控制系统校正的基本方法，基本控制规律。相位超前校正网络，用频率特法确定相位超前校正参数，按根轨迹法确定相位超前校正参数。相位滞后网络，用频率特性法确定相位滞后校正参数，按根轨迹法确定相位滞后校正参数。相位滞后-超前校正网络，控制系统的期望频率特性，控制系统的固有频率特性，根据期望频率特性确定串联校正参数。
姓名：学号： 课程名称：机电系统控制基础实验 实验序号： 1 实验日期： 实验室名称： 同组人： 实验成绩：总成绩： 教师评语： 教师签字： 年月日
机电系统控制基础原理性仿真实验 一、实验目的 通过仿真实验，掌握在典型激励作用下典型机电控制系统的时间响应特性，分析系统开环增益、系统阻尼、系统刚度、负载、无阻尼自振频率等机电参数对响应、超调量、峰值时间、调整时间、以及稳态跟踪误差的影响；掌握系统开环传递函数的各参数辨识方法，最后，学会使用matlab 软件对机电系统进行仿真，加深理解系统动态响应特性与系统各参数的关系。 二、实验原理 1．一阶系统的单位脉冲响应 惯性环节（一阶系统）单位脉冲响应simulink 实现图，如图2-1 所示 (a)可观测到输出曲线 (b)输入、输出曲线均可观测到 图2-1 惯性环节（一阶系统）单位脉冲响应simulink 实现图 2．一阶系统的单位阶跃响应 一阶系统的单位阶跃响应simulink 实现图如图2-2 所示。 图2-2 一阶系统的单位阶跃响应simulink 实现图 3．二阶系统的单位脉冲响应 二阶系统的单位脉冲响应simulink 实现图，如图2-3 所示。 图2-3 二阶系统的单位脉冲响应simulink 实现图
4．二阶系统的单位阶跃响应 二阶系统的单位阶跃响应实验simulink 实现图如图2-4 所示。 图2-4 二阶系统的单位阶跃响应实验simulink 实现图 三、实验要求 1. 掌握在典型激励作用下典型机电控制系统的时间响应特性。 2. 掌握系统开环传递函数的各参数辨识方法。 3. 使用matlab 软件对机电系统进行仿真 四、实验结果 1. 一阶系统的单位脉冲响应 Simulink 模型图如图4-1 图4-1 一阶系统单位脉冲响应模型图 单位脉冲函数波形图如图4-2 图4-2 单位脉冲函数波形图
《飞行器结构动力学》 2019年-2020年第二学年度 大作业要求 一、题目： 1.题目一：请围绕一具体动力学结构，给出其完整的动力学研究报告， 具体要求： （1）作业最终上交形式为一个研究报告。 （2）所研究结构应为实际科学发展或生产生活中的真实结构，可对其进行一定程度的简化，但不应过分简化，不可以为单自由度 系统，若为多自由度系统，其自由度应不少于5。 （3）所研究内容应当围绕本学期所讲授的《飞行器结构动力学》课程内容展开，可以包含但不限于：不同研究方法的对比，对结 构动力学响应的参数影响研究，针对结构动力学响应的结构优 化设计，动力学研究方法的改进，结构动力特性影响机理分析 等。 （4）研究报告应至少包含8部分内容：摘要，关键词，引言，问题描述，分析方法，研究结果，结论，参考文献等，正文字号为 小四，1.5倍行距，篇幅不短于3页，字数不少于1500字。 2.题目二：请拟出一份《飞行器结构动力学试卷》并给出正确答案和评 分标准，具体要求： （1）作业最终上交形式为一份考试卷答案及评分标准，具体形式及格式参考附件。 （2）题目应当围绕本学期所讲授的《飞行器结构动力学》课程内容展开，且明确合理无歧义。 （3）卷面总分100分。其中，考察单自由度系统知识点题目应占总分值的30%~40%；考察多自由度系统知识点题目应占总分值的 15%~30%；考察连续弹性体系统知识点题目应占总分值的 15%~30%。考察结构动力学的有限元方法及数值解法占
15%~30%。 （4）试卷可以包含的题目类型为：单选题，填空题，简答题和计算题四类，题目类型应不少于2种，不多于这4种。其中计算题 为必含题目，且分值应不少于40%。 （5）每道题均应给出分值、标准答案和评分标准。 分值的安排应当合理并清晰，需针对每道具体题目给出。 标准答案应当正确无误，且清晰明确，包含整个分析或计算的流程步骤。针对概念或问答等类型题目，应当给出该问题及 答案的来源，并附图以证实。针对计算类型题目，应给出至少 两种不同计算方法及其相应的计算步骤和结果，以证实该结果 的正确性。 评分标准应当合理并清晰地给出标准答案和分值的对应关系，例如：填空题应给出每一空格的分值；简答题应细化给出 题目内所有的关键内容，并给出所有关键内容各自所对应的评 判标准及分值；计算题应依据计算步骤给出每一关键步骤对应 的评判标准及分值。 二、要求 1.大作业题目有两道，请自选其一完成。 2.大作业上交截止时间为2020年6月2日晚12点，逾期则认定为缺考 无成绩。 3.大作业评定分为5个等级，分别为：优（90~100分），良（80~90分）， 中等（70~80分），及格（60~70分）和不及格（60分以下）。其中由于 题目难易关系，若无抄袭情况出现，选择题目一的学生可以寻求任课 老师指导，且等级至少为良。 4.抄袭判定：上交作业若出现重复率超过30%情况则判定为抄袭，有7 天时间可以修改，修改后若仍旧为抄袭，则涉及学生均按照不及格处 理。 5.大作业相关参考资料见附件。
3-1 题图3-1所示的阻容网络中，i ()[1()1(30)](V)u t t t =--。当t =4s 时，输出o () u t 值为多 少？当t 为30s 时，输出u o (t )又约为多少？ 解：661(s)111 1(s)1110410141o i U sC U RCs s R sC -====+???+++ (4)0.632(V)o u ≈，(30)1(V) o u ≈ 3-2 某系统传递函数为21 ()56 s s s s +Φ= ++，试求其单位脉冲响应函数。 解： 2(s)112 (s)5623 o i X s X s s s s +-==+++++ 其单位脉冲响应函数为 23(t)(e 2e )1() t t x t δ--=-+? 3-3 某网络如图3-3所示，当t ≤0-时，开关与触点1接触；当t ≥0+时，开关与触点2接触。 试求输出响应表达式，并画出输出响应曲线。 1V 题图3-1 题图3-3 解： 1(s)1 1(s)2121()o i R U RCs s sC U RCs s R R sC + +===++++ 01(t)1(2)1()(V)i i i u u u t =+=+-? 1111212 (s)(s)121212 o i s s U U s s s s s ++-= ==-+++ 则
2 1(t)(e 2)1()(V) t o u t - =-? 12 01(t)1(e 2)1()(V) o o o u u u t -=+=+-? 其输出响应曲线如图3-3所示 图3-3 题图3-4 3-4 题图3-4所示系统中，若忽略小的时间常数，可认为 1d 0.5()d y B s x -=?。其中，ΔB 为阀芯位移，单位为cm ，令a =b （ΔB 在堵死油路时为零）。 (1) 试画出系统函数方块图，并求(s)(s) Y X 。 (2) 当i ()[0.51()0.51(4)1(40)]cm x t t t s t s =?+?---时，试求t =0s,4s,8s,40s,400s 时的y (t )值，()B ?∞为多少？ (3) 试画出x (t )和y (t )的波形。 解：（1）依题意可画出如图3-4所示的系统函数方块图， 图3-4-1 则
自动化专业本科生培养方案 一、培养目标 本专业培养知识、能力、素质，德、智、体、美全面发展，在较宽的科技领域（包括控制理论与工程应用、系统分析设计与仿真、运动控制、过程控制、飞行器导航制导与控制以及系统工程技术、电子工程技术、计算机技术与应用等）掌握坚实的基础理论和系统的专业知识，并具备在高等院校、科研院所及工业企业等部门和行业从事与控制系统相关的分析、设计、开发、集成、管理及维护的高素质、复合类、创新型高级科技人才。 本专业注重宽基础、强适应性，注重基础理论及其与工程实际相结合，面向国家现代化建设，并具有紧密结合航天、宇航与国防工业现代化建设需求的人才培养特色。 二、培养要求 本专业学生主要学习自动化领域的基本理论和基本知识，接受自动化领域的基本方法及其解决实际工程问题等方面的基本训练，具有自动化工程设计与研究方面的基本能力。 （一）毕业生应在思想和情感方面具备以下主要素质： 1.政治品质。热爱祖国，关心国家大事、时事政治，有较强的法制法规观念； 2.思想品质。树立积极向上的人生观、正确的价值观和辩证唯物主义的世界观； 3.道德品质。具备良好的道德修养和文明的行为准则，具有敬业精神和职业道德。 （二）毕业生应获得以下主要方面的知识和技能： 1.掌握数理等基础理论的原理和方法； 2.具备较扎实的外语综合能力，能够顺利地阅读本专业外文文献； 3.掌握计算机、电气等关联学科的相关原理、方法及相应实验仪器的使用技能； 4.身心健康，具有较好的人文社会科学基础以及军事训练方面的基本知识； 5.掌握自动控制原理、控制系统分析和综合（设计）等专业知识和方法，具有较好的工程实践能力； 6.掌握科学计算、系统仿真、软硬件开发等实验方法和技术； 7.具有辩证的、逻辑的、形象的和创造的科学思维方式和对事物进行统计、分析、综合、归纳的技能，并具备基本的发现问题、分析问题和解决问题的能力。 （三）毕业生应在意识和意志方面具备以下主要素质： 1.协作意识。具备与同学同事协同工作、协调配合的能力； 2.创新竞争意识。崇尚科学，求真务实，具有较强的创新意识和竞争意识； 3.坚毅意志。具备勇于面对困难并善于克服困难的心理素质。 三、主干学科 控制科学与工程。 四、专业主干课程 电路I、模拟电子技术基础II、数字电子技术基础II、自动控制原理I、现代控制理论基础、自动控制元件及线路I、计算机控制、控制系统设计、导航原理、飞行器控制与制导、过程控制系统、运动控制系统。
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Spacecraft Dynamics and Control Teacher：Han-qing Zhang College of Astronautics
Spacecraft Dynamics and Control Text book: Spacecraft Dynamics and Control：A Practical Engineering Approach https://www.doczj.com/doc/fa3750856.html,/s/1o6BF32U (1) Wertz, J. R. Spacecraft Orbit and Attitude Systems, Springer. 2001 (2) 刘墩.空间飞行器动力学，哈尔滨工业大学出版社，2003. (3) 章仁为.卫星轨道姿态动力学与控制，北京航空航天大学出版社，2006. (4) 基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用，清华大学出版社，2002。 2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and Control
Spacecraft Dynamics and Control 1. Introduction Space technology is relatively young compared to other modern technologies, such as aircraft technology. In only forty years this novel domain has achieved a tremendous level of complexity and sophistication. The reason for this is simply explained: most satellites, once in space, must rely heavily on the quality of their onboard instrumentation and on the design ingenuity of the scientists and engineers. 2014年4月22日星期二Spacecraft Dynamics and Control
一、实验题目 卫星姿态控制物理仿真实验 二、实验目的 1、掌握飞行器姿态控制系统的光纤陀螺传感器和喷气执行机构、飞行器姿态模拟单轴气浮实验转台、数字信号处理器DSP控制器的功能、性能及应用方法； 2、通过演示实验，掌握飞行器姿态控制物理仿真实验原理； 3、掌握控制算法和DSP软件开发技术及用C语言在飞行器姿态控制物理仿真专业技术中的应用编程及实验方法。 三、实验任务 1、以喷气装置作为执行机构，编写C语言，进行软件设计、编程和实验调试。 2、完成单轴陀螺定姿的转台闭环控制实验，进行姿态角机动20°的控制。 四、实验控制系统原理及框图 图1 飞行器姿态控制实验转台系统框图 单轴气浮实验转台控制系统原理主要是通过敏感器件（如陀螺，码盘等）测量转台姿态角及角速度等
信息，通过DSP 控制系统软件计算与理想（设定）状态的误差，并形成控制信息，操纵执行机构（如喷气装置，飞轮等），使转台回到设定位置。 五、控制算法及说明： 喷气控制单回路姿态控制动力学方程为： d j T T J +=θ ，()0 0θθ=t ，()00θθ =t 式中，0θ、0θ 为姿态角、姿态角速度的初值，且0 0θθ =。 喷气推力器取为理想继电特性，并以线性姿态角θ作为反馈信号，当不计姿态角给定量（0=r θ）时，有控制方程 0,0>-θj T ()=t T j 0,0<+θj T 式中，0j T 为()t T j 的幅值。 系统的方框图如图2所示。 图2 喷气推理器取为理想继电特性的单回路姿态稳定系统方框图 研究非线性控制系统常用的一种分析方法是相平面法，即在有姿态角θ和姿态角速度θ 构成的直角坐标平面（相平面）上，研究θ与θ 间的运动轨迹（相轨迹），进而可获得关于系统过渡过程时间、超调量、极限环等主要姿控指标。
设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动机参数为： 额定功率200W ； 额定转速48V ； 额定电流4A ； 额定转速=500r/min ； 电枢回路总电阻8=R Ω； 允许电流过载倍数λ=2； 电势系数=e C 0.04Vmin/r ； 电磁时间常数=L T 0.008s ； 机电时间常数=m T 0.5； 电流反馈滤波时间常数=oi T 0.2ms ； 转速反馈滤波时间常数=on T 1ms ； 要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压==* *im nm U U 10V ； 两调节器的输出限幅电压为10V ； PWM 功率变换器的开关频率=f 10kHz ； 放大倍数=s K 4.8。 试对该系统进行动态参数设计，设计指标： 稳态无静差； 电流超调量≤i σ5%； 空载起动到额定转速时的转速超调量σ ≤ 25%； 过渡过程时间=s t 0.5 s 。
1.计算电流和转速反馈系数 电流反馈系数：）（A V I U nom im /25.14210 *=?==λβ 转速反馈系数：)/min (02.0500 10 *r V n U nom nm === α 2.电流环的设计 （1）确定时间常数 电流反馈滤波时间常数s ms T oi 0002.02.0==， 调制周期s f T s 0001.01000 1011=?== ， 按电流环小时间常数的近似处理方法，取 s T T T oi s i 0003.00002.00001.0=+=+=∑ （2）选择电流调节器结构 电流环可按Ⅰ型系统进行设计。电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为 s s K s G i i i ACR ττ1 )(+= （3）选择调节器参数 超前时间常数：s T l i 008.0==τ。 电流环按超调量%5≤i σ考虑，电流环开环增益：取5.0=∑i I T K ，因此 6667.16660003 .05 .05.0=== ∑i I T K 于是，电流调节器的比例系数为 .7778718 .425.18 008.06667.1666=???==s i I i K R K K βτ （4）检验近似条件 电流环的截止频率1/s 6667.1666==I ci K ω。
第三章 - 飞行空气动力学 飞行空气动力学介绍作用于飞机上的力的相互关系和由相关力产生的效应。作用于飞机的力 至少在某些方面，飞行中飞行员做的多好取决于计划和对动力使用的协调以及为改变推力，阻力，升力和重力的飞行控制能力。飞行员必须控制的是这些力之间的平衡。对这些力和控制他们的方法的理解越好，飞行员执行时的技能就更好。 下面定义和平直飞行(未加速的飞行)相关的力。 推力是由发动机或者螺旋桨产生的向前力量。它和阻力相反。作为一个通用规则，纵轴上的力是成对作用的。然而在后面的解释中也不总是这样的情况。 阻力是向后的阻力，由机翼和机身以及其他突出的部分对气流的破坏而产生。阻力和推力相反，和气流相对机身的方向并行。 重力由机身自己的负荷，乘客，燃油，以及货物或者行礼组成。由于地球引力导致重量向下压飞机。和升力相反，它垂直向下地作用于飞机的重心位置。 升力和向下的重力相反，它由作用于机翼的气流动力学效果产生。它垂直向上的作用于机翼的升力中心。 在稳定的飞行中，这些相反作用的力的总和等于零。在稳定直飞中没有不平衡的力(牛顿第三定律)。无论水平飞行还是爬升或者下降这都是对的。也不等于说四个力总是相等的。这仅仅是说成对的反作用力大小相等，因此各自抵消对方的效果。这点经常被忽视，而导致四个力之间的关系经常被错误的解释或阐明。例如，考虑下一页的图3－1。在上一幅图中的推力，阻力，升力和重力四个力矢量大小相等。象下一幅图显示的通常解释说明(不保证推力和阻力就不等于重力和升
力)推力等于阻力，升力等于重力。必须理解这个基本正确的表述，否则可能误解。一定要明白在直线的，水平的，非加速飞行状态中，相反作用的升力和重力是相等的，但是它们也大于相反作用的推力和阻力。简而言之，非加速的飞行状态下是推力和阻力大小相等，而不是说推力和阻力的大小和升力重力相等，基本上重力比推力更大。必须强调的是，这是在稳定飞行中的力平衡关系。总结如下： ?向上力的总和等于向下力的总和 ?向前力的总和等于向后力的总和 对旧的“推力等于阻力，升力等于重力”公式的提炼考虑了这样的事实，在爬升中，推力的一部分方向向上，表现为升力，重力的一部分方向向后，表现为阻力。在滑翔中，重力矢量的一部分方向向前，因此表现为推力。换句话说，在飞机航迹不水平的任何时刻，升力，重力，推力和阻力每一个都会分解为两个分力。如图3－2
至学年第二学期飞行器结构动力学期末考试试题2008西北工业大学2007诚信保证 本人知晓我校考场规则和违纪处分条例的有关规定，保证遵守考场本人签字：规则，诚实做人。 编号：成西北工业大学考试试题（卷）绩 学年第二学期2007-2008 飞行器结构动力学学时开课学院航天学院课程 考试日期2008年6月考试时间小时考试形式（）（）卷 名姓号考生班级学 一、填空题（共20分） 1、振动系统的固有频率，当刚度一定时，随质量的增大而________；当质量一定时，随刚度的增大而________。 2、系统的初始条件和外激励对系统的固有频率________影响。 β_________时隔振才3．对于弹簧阻尼隔振系统，不论阻尼大小，只有当频率比有效果，弹簧阻尼隔振器在低频区（相对系统固有频率）对隔振________；当频率比ββ_________；但在频率比以后，传递率曲线无穷大时，传递率趋于________βζ增大而________。；__________ 当频率比_________时，传递率随阻尼比 二、简答题（共10分） 1、（5分）简述影响结构动力学分析模型的主要因素及有限元模型的常见模型。
2、（5分）简述位移展开定律。 yYωt，，前轮轴上下运动sin=飞机在跑道上降落滑行的简化模型如图三、（10分）1mkc=5880s·，阻尼系数=294kN/m已知质量N/m=2940kg，弹簧刚度，路面的y=10sin30t（激励cm）（位移），求质量上下振动的振幅。 共3页第1页 图 1 四、（15分）如图2所示导弹头部安装带有减振装置的仪器组件。当垂直发 射时，导弹有随时间直线增加的加速度。其中为常数。如果该组件质量，求发射时组件相对弹体支承板的相对位移和组件的绝对加速度时间函数。为 阻尼忽略不计。 1 仪器组件 2 支承座 图2 带有仪器的弹头示意图 五、（20分）三个质量由两根弹性梁对称的连结在一起，可粗略作为飞机的简 化模型（如图3）。设中间的质量为，两端的质量各为，梁的横向刚度为， 梁本身质量可略去不计，，忽略阻尼。只考虑各个质量沿铅垂方向的运动，初 =[1，0，-1]，=[0，0，0]，求系统的响应，设=。
前言 《机电系统控制基础》既是一门理论性较强、又紧密联系工程实际的实践性较强的课程，本课程的重点在于培养学生对机电系统进行建模、分析与控制的能力。难点在于如何使机电类专业的学生结合工程实际，特别是结合机械工程实际，从整体分析系统的动态行为，理解和掌握略显深奥、难懂的经典控制理论，并应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决机械工程中的实际问题。 通过实验教学环节使学生验证课堂教学的理论，使学生能够建立机电系统控制的整体概念，加深对经典控制论中基本概念和基本方法的理解，并掌握其在分析、研究和解决实际机械工程控制问题中的应用。通过三方面的实验：原理性仿真实验，面向机电系统中典型物理对象/系统的特性测试与分析实验，和典型机电系统的控制三方面实验。将所学的课程内容融会贯通，培养学生分析和解决问题的能力。
1 机电系统控制基础原理性仿真实验 1.1 实验目的 通过仿真实验，掌握在典型激励作用下典型机电控制系统的时间响应特性，分析系统开环增益、系统阻尼、系统刚度、负载、无阻尼自振频率等机电参数对响应、超调量、峰值时间、调整时间、以及稳态跟踪误差的影响；掌握系统开环传递函数的各参数辨识方法，最后，学会使用matlab软件对机电系统进行仿真，加深理解系统动态响应特性与系统各参数的关系。 1.2系统典型输入的响应实验 1.2.1 实验原理 1．一阶系统的单位脉冲响应 惯性环节（一阶系统）单位脉冲响应simulink实现图，如图1-1所示 (a)可观测到输出曲线 (b)输入、输出曲线均可观测到 图1-1惯性环节（一阶系统）单位脉冲响应simulink实现图 2．一阶系统的单位阶跃响应 一阶系统的单位阶跃响应simulink实现图如图1-2所示。
哈尔滨工业大学航天学院 控制科学与工程系 生产实习报告 班级： 学号： 108041XXX 姓名： 实习地点：哈工大及航天科技 实习时间： 2011.7.4 —— 2011.7.15 带队教师：周乃馨林玉荣 2011年8 月4日
生产实习报告 在大三下学期期末我们航天学院四系组织了为期两周的生产实习，参观了哈工大的控制与仿真中心，控制理论与制导技术研究中心，惯导中心，汽车电子联合实验室以及航天科技风华股份有限公司，并听了各位专家的报告和系学科科研介绍。 第一周的实习主要在校内进行，上午听报告，下午参观，可以说每一天都过的很充实。前两天安排的是控制与仿真中心的实习，在这里我们了解了系统仿真的概念和分类，并对仿真的作用有了更直观的认识。专家们还对气浮台做了具体的介绍，并在中心里让我们近距离接触，给我们留下了深刻的印象。老师们还介绍了现在仿真中存在的问题和研究方向，比如功能拦截器的制导问题，BBT导弹的制导控制问题等。在最后给我们介绍了仿真中心的概况及研究方向，并且展示了部分研究成果，还对研究团队的成员做了大致的介绍。接下来，我们又参观了控制理论与制导技术研究中心，首先分别由黄显林教授，段广仁教授，宋申民副教授给我们介绍了中心的概况与团队简介，并着重介绍了中心的研究领域，如：复杂系统控制与滤波，飞行器导航与控制，惯性技术，计算机网络控制等。中心不仅在科研方面有着杰出贡献，对本科及硕士生教学也有着不小的功劳，主要体现在航天器飞行控制与GPS应用与原理方面。 在这周的最后两天，我们参观了学校的空间控制与惯性技术研究中心。中心创立于1990年，是“211”，“985”工程重点建设部门之一，曾获多个国家科技进步奖，并发表学术论文300多篇，科研队伍由主任王常虹率领，其中高会军教授使我们学校新一代科学技术人才。中心在国际上交流也颇多，并参加了不少重要国际学术会议。中心主要研究的是转台，在实习中专家对转台做了详细的介绍，并对转台研究的发展进行了阐述，当然我们现在的技术与美国还落后很多，所以需要我们更加努力地去学习。接着老师们又对转台系统的研究主要控制技术问题进行了剖析，如：角位置和角速度测量精度，带宽的扩展，低速性能问题，各框架间的动力学耦合，元件的死区、饱和非线性问题，系统的可能性和电测兼容性等。最后屈桢深老师又介绍了视觉技术，并对此技术给了一个很艺术的解释：从梦想到现实。这是一门新兴学科，主要应用于生产线自动检测与装配，空间探测，医学化验、检测与治疗，视觉信息压缩与传输，天文学，地理学等，应用广泛。目前我们学校实验室主要研究方向为：智能交通监控，为了解决改善路况和道路安全与事件监测问题。 第二周我们开始了为期两天的校外实习，实习地点在航天科技风华股份有限公公司。刚开始，先由王老师对公司进行了系统的介绍。公司总部迁于北京，主要法人股东是三院，总资产3.2亿元，净产2.37亿元。主营业务是汽车电子产品，精密加工产品。有员工744人，技术人员121人。主要产品：汽车电子式组合仪表，汽车行驶记录仪，汽车网络系统，汽车保护断路器，铝合金组件，叶轮等。 在研产品：电动汽车电机控制系统，汽车信息服务产业链，各种雷达座体等。 在经营业绩方面也有着不错的成绩，仪表供应方面是一汽汽车最大的客户。主要硬件资源为SMT生产线，组合仪表U形生产线，五轴五联动磨加工中心，实验设备为电波暗室。王老师还特意介绍了一下2010年经营情况介绍，收入22，820万元，并成为一汽集团首批核心供应商。 同时我们对风华公司汽车电子十二五发展规划有了了解，如：主要产品产量
西北工业大学2005至2006学年第二学期飞行器结构动力学期末考试试题 诚信保证 本人知晓我校考场规则和违纪处分条例的有关规定，保证遵守考场规则，诚实做人。 本人签字： 编号： 西北工业大学考试试题（卷） 2005 －2006 学年第二学期 开课学院 航天学院 课程 飞行器结构动力学 学时 考试日期 2006年6月 考试时间 小时 考试形式（）（）卷 考生班级 学 号 姓 名 一、填空题（共20分） 1．如图1所示是一简谐振动曲线，该简谐振动的频率为 Hz ，从A 点算起到曲线上 点表示为完成一次全振动。 图 1 2．一弹簧振子，周期是0．5s ，振幅为2cm ，当振子通过平衡位置向右运动时开始计时，那么2秒内振子完成_________次振动，通过路程_________cm 。 3．单自由有阻尼系统的自由振动中，当阻尼因子ζ_____时，系统为衰减的简谐振动；当阻尼因子ζ_____时，系统为振动与否的临界状态，称为_________情况；当阻尼因子ζ_____时，系统__________________，称为_________情况。 教务处印制 共2页 第1页 成绩
二、问答题：（共20分） 1、（10分）简述子空间迭代法的主要步骤和求解特征值的具体作法? 2、（5分）飞行器结构动态固有特性分析的作用与特点？ 3、（5分）飞行器结构动态响应分析的时间域方法主要有哪些？选用它们时主要考虑的问题？ 三、（20分）求图2所示系统在右支承端有简谐振动的振动微分方程，并求其稳态响应表达式。 图 2 四、（20分）估算导弹轴向频率的简化模型如图3所示，求图示系统的频率和振型（提示半定系统）。 图 3 五、（20分）如图4一端固定一端自由的纵向杆，杆的抗拉刚度为EA，质量 密度为ρ，长度为L,求解： 1、写出杆的纵向振动方程和边界条件； 2、已知杆的单元刚度矩阵为：，用集中质量方法（两 个质点），求杆的纵向振动频率（两阶频率）。 图 4 教务处印制共 2 页第 2 页
姓名：学号： 课程名称： 实验序号：实验日期： 实验室名称： 同组人： 实验成绩：总成绩： 教师评语： 教师签字： 年月日
二角位置伺服系统频域特性测试与分析实验2.1实验目的 熟悉直流伺服电动机角位置控制系统的组成及各环节工作原理，包括：电机参数、增量式码盘精度、机械负载惯量、信号采样频率、死区、控制方法等与角位置伺服系统控制性能指标的关系，针对该典型机电对象或系统，掌握输入信号的设置与离散方法，输出信号的采集与归一化方法，通过速度阶跃响应进行系统参数辨识，通过扫频法，测试系统的频域特性的相位特性和幅频特性曲线，分析系统的稳定性、快速性并掌握系统PID 控制的离散方法，主要目的是培养学生进行基本性能实验和综合设计实验的能力。 1、掌握各环节的设计方法； 2、掌握机电系统基本调试方法； 3、通过扫频法，绘出系统的对数频率特性曲线，从实验数据曲线上，分析系统的稳定性、稳定裕度、快速性、频带宽、校正环节的形式与基本离散化方法。 2.2 实验原理 2.2.1 直流电动机角位置伺服系统组成 直流电动机角位置伺服系统，由直流减速电机、膜片联轴器、磁滞制动器、增量式空心轴码盘组成的角位置反馈闭环系统。码盘感知的角位置信号通过采集卡的I/O 传给计算机，由计算机的控制模型计算输出位置信号，通过采集卡的DA、驱动电路，使直流电动机转动，组成的计算机控制的角位置伺服系统示意图如图2.2. 2.2.2 电动机及其驱动电路 直流减速电动机采用惠城区日松菱五金电气商行的 Z2D15-24GN，电动机额定电压24V，额定电流1A，额定转速60rpm，额定转矩2.4Nm，减速比为50。直流减速电动机的电枢接驱动电路板，当电动机的电枢电压从1.8v 升高至7.5v 时，电机转速从 4.763671875 度/秒（约0.79rpm）升高至243.28125 度/秒（约40.5rpm），而且呈线性关系y = 42.797* x ? 77.48，式中x 为给定电压（伏），y为电机正转转速（度/秒），死区电压0 ～1.81伏，线性相关系数为 1，用码盘测得电动机正转转速与电枢电压的关系如图2.5
空气动力学及飞行原理课程 飞行力学部分知识要点 第一讲：飞行力学基础 1.坐标系定义的意义 2.刚体飞行器的空间运动可以分为两部分：质心运动和绕质心的转 动。描述任意时刻的空间运动需要六个自由度：三个质心运动和三个角运动 3.地面坐标系, O 地面任意点，OX 水平面任意方向，OZ 垂直地面 指向地心，OXY 水平面（地平面），符合右手规则在一般情况下。 4.机体坐标系, O 飞机质心位置，OX 取飞机设计轴指向机头方向， OZ 处在飞机对称面垂直指向下方，OY 垂直面指向飞机右侧，符合右手规则 5.气流（速度）坐标系, O 飞机质心位置，OX 取飞机速度方向且重 合，OZ 处在飞机对称面垂直指向下方，OY 垂直面指向飞机右侧，符合右手规则 6.航迹坐标系, O取在飞机质心处，坐标系与飞机固连，OX轴与飞 行速度V重合一致，OZ轴在位于包含飞行速度V在内的铅垂面内，与OX轴垂直并指向下方，OY轴垂直于OXZ平面并按右手定则确定 7.姿态角, 飞机的姿态角是由机体坐标系和地面坐标系之间的关系 确定的：
8. 俯仰角—机体轴OX 与地平面OXY 平面的夹角，俯仰角抬头为正； 9. 偏航角—机体轴OX 在地平面OXY 平面的投影与轴OX 的夹角，垂直于地平面，右偏航为正； 10. 滚转角—机体OZ 轴与包含机体OX 轴的垂直平面的夹角，右滚转为正 11. 气流角, 是由飞行速度矢量与机体坐标系之间的关系确定的 12. 迎角—也称攻角，飞机速度矢量在飞机对称面的投影与机体OX 轴的夹角，以速度投影在机体OX 轴下为正； 13. 侧滑角—飞机速度矢量与飞机对称面的夹角 14. 常规飞机的操纵机构主要有三个：驾驶杆、脚蹬、油门杆，常规气动舵面有三个升降舵、副翼、方向舵 15. 作用在飞机上的外力,重力，发动机推力，空气动力 16. 重力，飞机质量随燃油消耗、外挂投放等变化，性能计算中，把飞机质量当作已知的常量 17. 空气动力中，升力，阻力，的计算公式，动压的概念。 18. 随迎角增大，升力曲线非线性，迎角分别经历抖动迎角，失速迎角，临界迎角等过程 19. 喷气发动机工作原理f k p ()P m V V =-， 20. 台架推力Pf ，发动机在试车台上测得的推力 21. 可用推力Pky ，飞行中发动机能够实际供给的用以推动飞机前进的推力 22. 推重比γfd ，耗油量qh ，单位时间消耗的燃油质量
飞行器结构力学理论基础讲义 第一章绪论 1.1 结构力学在力学中的地位 结构力学是飞行器结构计算的理论基础。它研究飞行器在外载荷作用下，结构最合理的组成及计算方法。所谓最合理的结构是指：在满足设计中关于强度与刚度的基本要求下，同时在结构空间允许的情况下，具有最轻的重量。 为了达到以上的目的，对从事结构设计者来说，必须较熟练地掌握结构力学的基本原理与方法。对于本专业的学生来说，结构力学是飞行器强度与刚度计算的基础课程，并且为学习飞行器部件设计及传力分析打下必要的理论基础。 结构力学具体来说由以下四部分组成： （1）研究结构组成是否合理。主要指结构在外力作用下是否几何不变，同时内力与变形又不至于过大。 （2）结构在外载荷作用下，结构内力的计算方法。 （3）结构在外载荷作用下，结构刚度的计算方法。 （4）研究结构中某些元件及组合件的弯曲及稳定性。 1.2 结构力学的研究内容 不同的结构有其不同的结构力学，例如在建筑结构中主要涉及杆系，因此杆系所需的力学知识构成建筑结构力学。船舶结构的设计和制造中，主要涉及开口薄壁杆件，因此开口薄壁杆件的弯曲和扭转便构成船舶结构力学的主要内容。对于航天领域，飞行器结构大多是薄壁结构，薄壁结构力学构成飞行器结构力学的主要内容。 1.3 结构力学的计算模型 工程结构，尤其是飞行器结构往往是很复杂的，要考虑所有的因素来分析其内力和变形
几乎是不可能的，也是没有必要的。为了适应实际计算，首先需要将真实的结构加以简化，保留起主要作用的因素，略去次要因素，用理想化的受力系统代替实际结构，以得到所需要的计算模型。 计算模型选取的原则是： （1）反映实际结构的主要受力和变形特征； （2）便于结构的力学分析。 计算模型的简化大致可分成以下5个方面的内容。 1.外载荷的简化 （1）略去对强度和刚度影响不大的外载荷，着重考虑起主要作用的外载荷。 （2）将作用面积很小的分布载荷简化成集中载荷。 （3）将载荷集度变化不大的分布载荷简化成均布载荷。 （4）将动力效应不大的动力载荷简化成静力载荷。 2.几何形状的简化 飞行器的外形大多由曲线或曲面所构成，计算模型可以简化成用折线代替曲线，用若干平面代替曲面。 3.受力系统的简化 （1）略去结构中不受力或受力不大的元件。 （2）对元件的受力规律或受力类型作某些假设，抽象为理想元件。 4.连接关系的简化 将实际结构中所采用的铆接、螺接或焊接等连接方式，按照其受力及构造特点，可以简化为没有摩擦的铰接或刚接。杆件的汇交点称为结点，其可以简化为图1.1所示的三种形式。 （a）（b）（c） 图1.1 铰结点（见图1.1（a）），特征是被连接的杆件在连接处不能相对移动，但可绕该结点自由转动。铰结点可以传递力，但不能传递力矩。 刚结点（见图1.1（b）），特征是被连接的杆件不能相对移动，且不能相对转动。刚结点既可传递力，也可传递力矩。