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第1章 概述1

1.1 从有人驾驶飞行到自动驾驶飞行1

1.2 飞机飞行的物理基础5

1.3 自动飞行控制系统的描述和工作模式6

1.4 自动飞行控制系统的研制9

1.5 自动飞行控制系统的理论设计和数学仿真方法10

第2章 空气动力学基础13

2.1 空气的物理属性13

2.2 流场18

2.3 低速一维流的基本方程19

2.4 航空空间和标准大气特性21

2.5 飞机几何参数26

第3章 飞行动力学基础30

3.1 飞机运动的表示30

3.1.1 参考坐标系30

3.1.2 飞机运动变量定义32

3.1.3 坐标系变换34

3.1.4 飞机运动物理量在常用坐标系下的表示和符号36

3.1.5 操纵机构极性定义38

3.2 飞机运动自由度和分类39

3.3 飞机的气动力和力矩40

3.3.1 升力40

3.3.2 阻力43

3.3.3 侧力45

3.3.4 俯仰力矩46

3.3.5 滚转力矩47

3.3.6 偏航力矩49

3.3.7 铰链力矩51

3.3.8 飞机的基本操纵方式51

3.4 飞机的平衡、静稳定性和静操纵性55

3.4.1 必要的历史回顾55

3.4.2 静稳定性和运动稳定性55

3.4.3 纵向运动的平衡、静稳定性和操纵56

3.5 刚体飞机运动方程60

3.5.1 刚体飞机的假设条件60

3.5.2 刚体飞机运动的一般方程推导61

第4章 纵向和横侧向运动的线性方程68

4.1 刚体飞机运动的线性方程推导68

4.1.1 线性化方法和假设条件68

4.1.2 小扰动线性化的一般方法71

4.1.3 非线性运动方程的小扰动线性化处理72

4.1.4 机体坐标系下飞机小扰动线性化运动方程81

4.1.5 速度坐标系下飞机小扰动线性化运动方程86

4.1.6 飞机小扰动线性化运动方程在近似水平飞行时的简化93

4.1.7 示例飞机小扰动线性运动方程的计算——巡航飞行状态95

4.1.8 示例飞机小扰动线性运动方程的计算——着陆飞行状态103

4.1.9 飞机运动的传递函数模型112

4.2 飞机线性运动方程的分析和简化处理114

4.2.1 特征值和运动模态115

4.2.2 纵向运动模态116

4.2.3 纵向短周期运动近似模型和特性122

4.2.4 纵向长周期运动的近似模型——升降舵作用下的动力学响应129

4.2.5 纵向长周期运动方程和传递函数——油门杆作用下的动力学响应135

4.3 纵向线性运动近似模型的应用可靠性141

4.3.1 短周期运动近似模型的误差分析141

4.3.2 长周期运动近似模型的误差分析143

4.4 横侧向运动分析和线性运动方程简化144

4.4.1 横侧向运动模态144

4.4.2 横侧向线性运动方程的简化148

4.5 发动机动力学模型150

第5章 风作用下的飞机运动模型152

5.1 风场特性和模型152

5.1.1 航空飞行高度内的风场特性152

5.1.2 典型风的描述154

5.1.3 突风和紊流速度数学模型156

5.2 有风时的飞机动力学模型160

5.2.1 风对飞行的影响和基本分析原理161

5.2.2 飞机对风的响应特性162

5.2.3 风作用下的飞机线性运动模型165

5.2.4 握杆（舵面不动）条件下飞机对常值风的响应167

第6章 自动飞行控制系统的控制模式和性能172

6.1 一般性的描述172

6.2 各个飞行阶段的性能设计原则173

6.3 自动飞行控制系统的控制模式174

6.4 自动飞行控制系统的性能要求176

6.4.1 规范所要求的系统性能指标177

6.4.2 姿态回路的一般设计指标179

6.5 自动飞行控制系统的接通和断开181

第7章 纵向自动飞行控制系统的设计184

7.1 一般性问题184

7.2 俯仰角控制系统187

7.2.1 俯仰角控制系统的需求分析和组成187

7.2.2 俯仰角速度控制回路设计188

7.2.3 俯仰角控制回路设计193

7.2.4 飞行状态对俯仰角控制系统性能的影响和改善195

7.2.5 俯仰角控制系统的抗干扰能力分析和计算200

7.3 垂直速度控制系统210

7.3.1 垂直速度控制系统的模型210

7.3.2 垂直速度控制系统的设计212

7.3.3 飞行状态对垂直速度控制系统的影响216

7.4 高度控制系统220

7.4.1 高度控制系统的设计220

7.4.2 扰动对高度控制系统的影响222

7.4.3 飞行状态对高度控制系统的影响224

7.5 下滑波束控制系统226

7.5.1 下滑信标和下滑航道226

7.5.2 下滑波束控制系统的模型228

7.5.3 下滑波束控制系统的设计231

7.5.4 下滑波束控制系统对扰动的响应235

7.5.5 基于垂直速度控制系统的波束下滑控制系统设计239

7.6 速度控制系统245

7.6.1 速度控制的动力学问题246

7.6.2 自动油门系统一般性问题246

7.6.3 自动油门系统的模型和设计247

7.6.4 俯仰角控制系统工作时的自动油门系统设计250

7.6.5 风对自动油门系统的干扰和推力平静252

7.6.6 由升降舵控制的速度控制系统设计256

第8章 横侧向自动飞行控制系统的设计260

8.1 一般性问题260

8.2 协调转弯的运动学分析和数学模型261

8.3 滚转角控制系统的设计265

8.4 侧滑角控制系统设计269

8.4.1 侧滑角控制系统的描述269

8.4.2 侧滑角控制系统的设计269

8.4.3 侧滑角控制系统的扰动及不利因素272

8.5 航向控制系统设计273

8.5.1 问题描述273

8.5.2 航向控制系统的设计274

8.6 LOC/VOR导引控制系统设计276

8.6.1 LOC/VOR信标276

8.6.2 LOC/VOR导引模型277

8.6.3 LOC/VOR导引控制的程序279

8.6.4 LOC/VOR导引控制系统的设计280

8.6.5 LOC导引控制系统设计实例282

8.6.6 VOR导引控制系统设计实例285

8.7 横侧向航迹控制系统289

8.7.1 横侧向航迹控制系统分析289

8.7.2 横侧向运动和航迹间的运动学模型290

8.7.3 横侧向轨迹控制系统的设计291

第9章 纵向自动飞行控制系统的数学仿真294

9.1 问题描述294

9.2 纵向自动飞行控制系统数学仿真中的模型295

9.3 俯仰角控制系统数学仿真296

9.3.1 数学仿真设计296

9.3.2 数学仿真结果及分析297

9.4 垂直速度控制系统数学仿真299

9.4.1 数学仿真设计299

9.4.2 数学仿真结果及分析300

9.5 高度保持控制系统数学仿真302

9.5.1 数学仿真设计302

9.5.2 数学仿真结果及分析302

9.6 垂直导航模式（VNAV）数学仿真304

9.6.1 数学仿真设计304

9.6.2 数学仿真结果及分析305

9.7 速度控制系统（自动油门系统）数学仿真306

9.7.1 数学仿真设计306

9.7.2 数学仿真结果及分析307

9.8 控制升降舵的速度控制系统数学仿真308

9.8.1 数学仿真设计308

9.8.2 数学仿真结果及设计309

9.9 下滑导引控制过程的数学仿真312

9.9.1 数学仿真设计312

9.9.2 控制律及数学仿真结果和分析313

第10章 横侧向自动飞行控制系统的数学仿真317

10.1 问题描述317

10.2 滚转角控制系统数学仿真318

10.2.1 数学仿真设计318

10.2.2 数学仿真结果及分析319

10.3 侧滑角控制系统数学仿真321

10.3.1 数学仿真设计321

10.3.2 数学仿真结果及分析322

10.4 航向角控制系统数学仿真323

10.4.1 数学仿真设计323

10.4.2 数学仿真结果及分析324

10.5 LOC导引控制系统数学仿真326

10.5.1 数学仿真设计326

10.5.2 数学仿真结果及分析327

10.6 VOR导引控制系统数学仿真328

10.6.1 数学仿真设计328

10.6.2 数学仿真结果及分析329

10.7 横侧向航迹控制系统数学仿真331

附录A 大气参数随高度的分布333

附录B 根轨迹的绘制方法335

附录C 二阶传递函数的时域指标337

附录D 纵向气动系数的计算341

参考文献344