《飞行控制系统2012年研究生课程》第一章 飞行力学基础

航空航天工程中的飞行力学基础知识与应用讲解航空航天工程在现代社会中扮演着重要的角色，它涉及到各个领域的研究与应用，其中飞行力学是航空航天工程中的核心基础知识之一。

本文将对飞行力学的基础知识进行讲解，并探讨其在航空航天工程中的应用。

一、飞行力学的基本概念飞行力学是研究飞行器在空气中运动的力学原理和规律的学科。

它涉及到气动力、力的平衡、轨迹和稳定性等多个方面的内容。

1.1 气动力气动力是指空气对飞行物体施加的力。

它由升力、阻力和推力等组成。

升力是垂直于飞行器前进方向的力，支持飞行器产生和维持飞行。

阻力是指与飞行器运动方向相反的力，是飞行器的阻碍力。

推力是飞行器发动机所产生的向前推动力。

1.2 力的平衡在飞行过程中，飞行器需要保持力的平衡才能保持稳定飞行。

力的平衡包括重力、升力、阻力和推力之间的平衡关系。

当升力等于重力时，飞行器可以保持在一定的高度上。

当阻力等于推力时，飞行器可以保持恒定的速度。

1.3 轨迹和稳定性飞行器的轨迹是指其在空中的航线。

轨迹的形状和特点与飞行器的设计和控制有关。

稳定性是指飞行器在平衡状态下受到扰动后能够快速恢复到平衡状态的能力。

稳定性与飞行器的结构和控制系统密切相关。

二、飞行力学的应用飞行力学的应用广泛涉及到航空航天工程的各个方面。

以下是其中几个具体的应用领域：2.1 飞行器设计与改进飞行力学的基础知识是进行飞行器设计和改进的重要依据。

通过对飞行力学的研究，可以确定飞行器所需的气动特性以及力的平衡关系，从而优化飞行器的设计和性能。

2.2 飞行控制与导航飞行力学对飞行控制与导航系统的设计和优化起到关键作用。

根据飞行力学的原理和规律，可以设计出稳定的控制系统和准确的导航系统，确保飞行器的安全飞行。

2.3 气动外形研究飞行力学的研究对于气动外形的设计和优化具有重要意义。

气动外形的优化可以减少阻力、提高升力，从而降低飞行器的能耗和提高性能。

2.4 飞行器性能评估通过飞行力学的分析和计算，可以对飞行器的性能进行评估。

航空航天工程师的飞行力学知识航空航天工程师是一个极具挑战性和技术要求高的职业，在他们的日常工作中需要掌握深入的飞行力学知识。

飞行力学是研究飞行器在大气中运动和控制的科学，对于航空航天工程师来说，它是必不可少的基础。

一、空气动力学力的作用在飞行力学中，空气动力学力的作用极为重要。

空气动力学力包括升力、阻力、推力和重力等等。

升力使得飞行器在大气中上升，阻力抵抗飞行器的前进方向，推力则通过推进剂提供动力，而重力是飞行器受到的地球引力。

飞行器的升力源于机翼的空气动力学特性。

机翼的形状和斜角会影响到飞行器产生的升力。

同时，附着到机翼上的襟翼和襟翼的操作也会对升力产生影响。

阻力则是飞行器前进时受到的空气阻碍，从而抑制了其速度的增加。

推力是由发动机提供的动力，足够大的推力可以克服阻力，使飞行器加速前进。

重力则是飞行器受到的地球引力，必须通过升力和推力来克服。

二、飞行器的运动学除了力的作用，航空航天工程师还需要了解飞行器的运动学知识。

在飞行力学中，飞行器的运动是三维的，并且受到外在力和力矩的影响。

外在力是指由空气动力学力所产生的力，如升力、阻力和推力等。

这些力会对飞行器产生推动、阻挡和转向的效果。

飞行器的外在力的大小和方向将直接影响到其运动状态。

此外，飞行器还会受到力矩的作用。

力矩会使得飞行器发生转动，并影响到其姿态和稳定性。

飞行器的推力和阻力分布、重心位置以及控制面的操作都会对力矩产生影响。

航空航天工程师通过研究飞行器的力矩，可以预测并控制飞行器的飞行轨迹和姿态。

三、飞行控制与稳定性在飞行力学中，航空航天工程师需要掌握飞行器的控制和稳定性。

飞行器的控制涉及到飞行器运动状态的改变，如姿态的调整和位置的变化。

而稳定性则是指飞行器在受到外界干扰后能够自动调整，并保持平稳飞行的能力。

飞行器的控制和稳定性主要依靠控制面实现。

控制面是飞行器上用于调整运动状态的活动部件，如副翼、方向舵和升降舵等。

航空航天工程师需要研究控制面的操纵和运动对飞行器的影响，以实现飞行器的精确控制和良好的稳定性。

飞行设计基础知识点归纳飞行设计是一门关于航空器设计和性能的学科。

在飞行器的设计过程中，涉及到许多基础知识点，这些知识点对于设计出高性能、安全可靠的飞行器至关重要。

本文将对飞行设计中的一些基础知识点进行归纳，帮助读者了解飞行设计的重要概念与原理。

一、飞行器气动力学（1）气动力学基础气动力学研究空气在物体表面周围流动时产生的力的作用。

涉及到的基本概念包括升力、阻力、升阻比等。

升力是垂直向上的力，阻力是阻碍物体运动的力，而升阻比则是升力和阻力之间的比值。

在飞行器设计中，了解气动力学基础原理，能够帮助设计者优化飞行器的气动性能，提高升阻比，减小阻力。

（2）空气动力学空气动力学是研究飞行器在空气中运动时所受到的力和力矩的学科。

其中包括了气动力学、航空气动力学和宇航气动力学等领域。

在飞行器设计中，空气动力学的理论和方法被广泛应用于飞行器的气动外形设计、机翼的结构设计和整体飞行性能分析等方面。

二、飞行器结构设计（1）飞行器结构材料飞行器结构设计是指在确定飞行器尺寸、形状和布局之后，进行材料选择和结构设计的过程。

飞行器的结构材料需要具备一定的强度、刚度和耐久性，常见的结构材料包括金属材料、复合材料、聚合物材料等。

设计者需要根据飞行器的要求，选择适合的材料，进行材料的计算和结构的设计。

（2）飞行器布局设计飞行器的布局设计是指确定飞行器的外形和内部布置。

包括机身、机翼、机尾、起落架等部分的布置。

布局设计需考虑飞行器的外形美观、结构合理以及发动机和其他设备的安装等因素。

设计者需要根据飞行器的用途和性能要求，进行布局设计，并考虑飞行器的制造和维护方便性。

三、飞行器性能参数（1）飞行器性能基础参数飞行器性能基础参数包括最大起飞重量、最大载荷能力、最大爬升率、最大速度等。

这些参数是评价飞行器性能的重要指标。

设计者需要根据飞行器的用途和任务要求，确定这些基础参数，并进行性能计算和优化。

（2）飞行器稳定性和操纵性飞行器的稳定性和操纵性是指飞行器在各种飞行状态下的稳定性和操纵性能。

《飞行控制系统》课程教学研究《飞行控制系统》是民航电子电气工程专业一门非常重要的专业课程，是学生从事本专业科研、工作必需的专业知识，学习飞行控制系统需要飞行力学和空气动力学。

“伯努利方程及其应用”是空气动力学的重要内容，它在航空航天及人们的日常生活等领域都有非常广泛的应用。

本文以“伯努利方程及其应用”环节为例，具体探讨《飞行控制系统》课程教学。

1.教学目标明确教学是老师与学生通过互动实现教学目标的活动。

美国教育心理学家布鲁姆说：“有效的学习始于准确地知道实现的目标是什么。

”所以，教学目标是教学活动的重要前提和贯穿始终的灵魂。

伯努利方程及其应用的教学目标定位是通过情景引入、课堂讲授、仿真演示、问题设计等环节，使学生获得伯努利方程的基本理论、基本知识，培养学生分析问题和解决问题的能力，为以后深入学习飞行力学打下良好的基础。

本次讲解内容旨在加强理论联系实际、虚拟实验进课堂，通过日常现象引出知识点，课堂讲授辅以直观形象的软件仿真，提高课堂效率，使学生可以生动直观地掌握伯努利方程的意义和内涵。

本次课程具体目标如下：（1）理解并掌握伯努利方程的推导过程；（2）掌握伯努利方程的物理意义；（3）掌握伯努利方程的应用，会使用伯努利方程解释常见的现象。

2.重点难点突出教学过程中教师在明确教学内容的基础上突出教学重点。

在教学中抓住主要问题，讲清基础知识，挖掘学生的潜能。

本文涉及的主要内容有：（1）伯努利方程的研究对象――理想流体。

（2）理想流体的重要性质――连续方程，对其进行推导，并利用软件进行仿真实验。

（3）以理想流体和连续方程为基础，推导伯努利方程，阐述其物理意义，利用软件进行仿真实验。

（4）利用伯努利方程，解释日常中的现象。

其中理想流体伯努利方程的推导过程为难点；伯努利方程的物理意义及利用伯努利方程解释相关现象为重点。

在此认知的基础上，进行教学方法设计，借助实验手段、教学媒体、教育技术解决难点知识，保证重点知识学习。

航空航天工程师的飞行力学知识航空航天工程师是一个综合性较强的职业，需要具备相关的专业知识和技能。

其中，飞行力学是航空航天工程师所必备的核心知识之一。

本文将介绍航空航天工程师在飞行力学方面需要了解的内容，以及其在工程设计和飞行控制中的应用。

一、飞行原理飞行力学研究的基础是飞行原理。

在航空航天领域，飞行原理包括气动力学、重力学和运动学等方面的知识。

气动力学研究空气对飞机的作用力和运动产生的影响，重力学研究地球引力对飞机的作用力，而运动学则研究飞机的运动状态和路径。

二、飞行力学模型为了研究飞行器的运动，需要建立相应的力学模型。

常用的飞行力学模型有单刚体模型和多刚体模型等。

单刚体模型适用于研究简单、对称的飞行器，如常见的飞机。

多刚体模型适用于研究非对称、复杂的飞行器，如卫星和航天飞机等。

根据实际需求，航空航天工程师可以选择合适的模型进行分析和计算。

三、飞行力学方程为了描述飞行器的运动，需要建立相应的运动方程。

在飞行力学中，最常用的方程是牛顿第二定律和欧拉运动方程。

牛顿第二定律描述了物体的质量和加速度之间的关系，欧拉运动方程描述了物体的力矩和角加速度之间的关系。

通过这些方程，可以计算飞行器在不同飞行状态下的运动轨迹和力学参数。

四、飞行器稳定性与操纵性飞行器的稳定性与操纵性是设计飞行器的重要考虑因素。

稳定性是指飞行器在受到干扰后能够自动恢复到平衡状态的能力，而操纵性是指飞行器在操纵员的控制下能够按照预期进行操纵的能力。

航空航天工程师需要通过飞行力学的知识，设计出满足稳定性和操纵性要求的飞行器结构和控制系统。

五、飞行动力学飞行动力学研究飞行器的动力学特性，包括加速度、速度、高度和姿态等方面的运动。

通过飞行动力学的分析，可以优化飞行器的设计，提高其性能和安全性。

此外，飞行动力学还研究飞行器的机动性能和航迹控制等问题，为飞行员提供飞行操作指导。

六、飞行力学在航空航天工程中的应用飞行力学在航空航天工程中有广泛的应用。

总复习第一章 飞行动力学一、概念：1、体轴系纵轴ox 在飞机对称平面内；速度轴系纵轴a ox 不一定在飞机对称平面内；稳定轴系纵轴ox 在飞机对称平面内，与体轴系纵轴ox 相差一个配平迎角0α。

2、俯仰角θ的测量轴为地轴系横轴g oy ；滚转角φ（倾斜角）的测量轴为体轴系纵轴ox ；偏航角ψ的测量轴为地轴系铅锤轴g oz 。

3、迎角α：空速向量v 在飞机对称平面内投影与机体纵轴ox 夹角。

以v 的投影在ox 轴之下为正。

4、β（侧滑角）：空速向量v 与飞机对称平面的夹角。

以v 处于对称面右为正。

5、坐标系间的关系机体轴系b S 与地轴系g S 之间的关系描述为飞机姿态角（ψφθ、、）； 速度轴系a S 与机体轴系b S 之间的关系描述为气流角（βα、）；速度轴系a S 与地轴系g S 之间的关系描述为航迹角（χμγ、、）。

6、舵偏角符号升降舵偏角e δ：平尾后缘下偏为正0>e δ，产生低头力矩。

0<M 副翼偏转角a δ：右翼后缘下偏（右下左上）为正0>a δ，产生左滚转力矩0<N 。

方向舵偏角r δ：方向舵后缘左偏为正0>r δ，产生左偏航力矩0<L 。

7、稳定性、操纵性与机动性动稳定性：扰动停止后，飞机能从扰动运动恢复到基准运动。

静稳定性：扰动停止的最初瞬间，运动参数变化的趋势。

操纵性：飞机以相应的运动，回答驾驶员操纵各操纵机构的能力。

机动性：指在一定时间内，飞机改变速度大小，方向和在空间位置的能力。

稳定性与操纵性及机动性矛盾。

过稳则不易操纵，机动性差。

8、在建立飞机方程时考虑牵连运动的原因是：牛顿定律是相对惯性坐标系的，机体坐标系为动坐标系。

9、ip jq kr θφψΩ=++=++ 表示：飞机三个姿态角变化率或绕机体轴的三个角速度分量都能合成飞机总角速度分量Ω。

p 、q 、r 一定正交，但φθψ,,三者不一定正交。

10、纵向短周期运动对应大复根，周期短，频率高，衰减快的运动。

航空器设计中的飞行力学与控制研究航空器设计中的飞行力学与控制研究是航空工程领域的重要组成部分。

飞行力学与控制研究旨在研究飞行器在各种飞行状态下的力学特性，以及如何利用控制系统实现良好的飞行性能和稳定性。

本文将研究航空器设计中的飞行力学与控制，重点介绍飞行力学的基本原理和常用的控制方法。

1. 飞行力学的基本原理飞行力学是研究航空器在空气中受到的各种力和力矩的学科。

在航空器设计中，了解飞行力学的基本原理对实现良好的飞行性能至关重要。

飞行力学主要包括空气动力学、飞行动力学和稳定性分析。

1.1 空气动力学空气动力学是研究航空器在空气中受到的气动力和气动力矩的学科。

它与空气流动的物理过程有关，包括气动力的产生、分析和控制。

空气动力学的研究需要了解机翼、机身、尾翼等部件在不同飞行状态下的气动力特性。

通过分析气动力系数、升力和阻力等参数，可以评估飞行器的飞行性能，并为飞行器的控制系统提供基础数据。

1.2 飞行动力学飞行动力学是研究航空器在飞行过程中受到的动力学力和动力学力矩的学科。

它与航空器的运动学和动力学特性有关，包括航迹控制、俯仰姿态和横滚姿态控制等。

飞行动力学研究的重点在于分析和控制飞行器的姿态和运动状态。

通过研究飞行器的动力学方程和运动学方程，可以设计出满足飞行任务要求的控制系统，并实现良好的飞行性能。

1.3 稳定性分析稳定性分析是研究航空器在不同飞行状态下的稳定性能力的学科。

稳定性分析旨在评估飞行器在飞行过程中的稳定性和操控性。

稳定性分析需要考虑飞行器的静态稳定性和动态稳定性。

静态稳定性关注飞行器在平衡状态下的稳定性特性，动态稳定性则关注飞行器在受到扰动后的回复特性。

2. 控制方法的研究在航空器设计中，控制方法的研究是实现良好飞行性能和稳定性的关键。

常用的控制方法包括PID控制器、模糊控制、自适应控制和优化控制等。

2.1 PID控制器PID控制器是一种常用的经典控制方法，它通过比较目标值和实际值的差异，通过调整比例、积分和微分参数来实现控制器的输出。