飛行力學(xué)教學(xué)大綱

1、教學(xué)大綱課程編號(hào)：05Z8511課程名稱：飛行力學(xué)(Flight Mechanics)學(xué)時(shí)學(xué)分：44+4學(xué)時(shí)，2.5學(xué)分先修課程：高等數(shù)學(xué)（微積分、常微分方程、線性代數(shù)），理論力學(xué)，空氣動(dòng)力學(xué)，自動(dòng)控制原理，航空航天概論.一、 課程教學(xué)目標(biāo)飛行力學(xué)是飛行器設(shè)計(jì)和工程力學(xué)專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。通過本門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生：1. 掌握飛行器飛行的受力特點(diǎn)，了解其基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律；2. 建立飛行器飛行力學(xué)分析和設(shè)計(jì)的正確思路、概念和方法；3. 培養(yǎng)學(xué)生從飛行現(xiàn)象和實(shí)際工程中提出問題、分析問題和解決問題的興趣和能力；4. 初步了解研究飛行力學(xué)的工具和方法。從而提高與航空器設(shè)計(jì)及應(yīng)用相關(guān)的必要的理論素質(zhì)

2、和實(shí)踐應(yīng)用能力，為進(jìn)一步的航空專業(yè)學(xué)習(xí)和研究，或從事與飛行器設(shè)計(jì)及應(yīng)用有關(guān)的工作如布局選型選參、總體方案性能檢驗(yàn)等奠定基礎(chǔ)。二、 教學(xué)內(nèi)容及基本要求基本要求1. 掌握飛行器飛行的受力特點(diǎn)，了解其基本飛行規(guī)律；2. 掌握飛行性能分析和設(shè)計(jì)的基本方法；3. 對飛行的穩(wěn)定性和操縱性分析和設(shè)計(jì)具有準(zhǔn)確的基本概念和思路；4. 具備初步的飛行器運(yùn)動(dòng)建模及對模型合理簡化的能力；5. 對自動(dòng)飛行控制的力學(xué)機(jī)理有一定了解；6. 對飛行模擬試驗(yàn)手段有基本的認(rèn)識(shí)。側(cè)重于對基本概念、方法的定性認(rèn)識(shí)和基本的定量分析。講授內(nèi)容1. 緒論（1學(xué)時(shí)）課程內(nèi)容；歷史簡介；飛行性能概念；操縱性穩(wěn)定性概念；制導(dǎo)飛行器的導(dǎo)引；飛行力

3、學(xué)研究方法。2. 飛行器的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程（3學(xué)時(shí)）升阻特性。動(dòng)力特性；飛行操縱原理；飛行器質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程及其簡化。3. 基本飛行性能（10學(xué)時(shí)）定常平飛需用推力曲線（組成及其物理含義，隨飛行速度、高度的變化）；定常平飛性能的確定及飛行包線。定常上升和下滑性能的確定；非定常上升性能；定常飛行狀態(tài)及其與操縱的關(guān)系（飛行包線的劃分，平飛狀態(tài)與操縱的關(guān)系）。定常飛行狀態(tài)的主要因素分析；航程和航時(shí)的基本關(guān)系式；等高等速巡航時(shí)的航程和航時(shí)。最佳續(xù)航性能；風(fēng)對續(xù)航性能的影響。起飛性能；著陸性能；單發(fā)停車故障的對策；改善起落性能的措施。*螺旋槳飛機(jī)的飛行性能。4. 機(jī)動(dòng)性和敏捷性（4學(xué)時(shí)）機(jī)動(dòng)飛行過載；鉛垂平面內(nèi)

4、的機(jī)動(dòng)性能；水平平面內(nèi)的機(jī)動(dòng)性能。機(jī)動(dòng)性能的綜合分析（能量機(jī)動(dòng)性，空戰(zhàn)周期，綜合機(jī)動(dòng)性指標(biāo)）；敏捷性概念和尺度；過失速機(jī)動(dòng)（尾沖，眼鏡蛇，過失速轉(zhuǎn)彎）。5. 剛性飛行器的一般運(yùn)動(dòng)方程（4學(xué)時(shí)）坐標(biāo)軸系（地面系，機(jī)體系，氣流系，航跡系）及其相互關(guān)系；剛性飛行器動(dòng)力學(xué)方程；剛性飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。作用在飛行器上的外力和外力矩特點(diǎn)；運(yùn)動(dòng)方程的線化；平衡、穩(wěn)定性、操縱性基本概念。6. 縱向平衡、靜穩(wěn)定性與靜操縱性（6學(xué)時(shí)）縱向靜穩(wěn)定性的概念；飛機(jī)各部件及全機(jī)的縱向力矩；各種因素對縱向力矩特性的影響。舵偏角平衡曲線；鉸鏈力矩和氣動(dòng)補(bǔ)償；松桿靜穩(wěn)定性與松桿中立點(diǎn)。駕駛桿力平衡曲線；曲線飛行中的縱向力矩；單位

5、過載舵偏角與握桿機(jī)動(dòng)點(diǎn)。*單位過載桿力增量與松桿機(jī)動(dòng)點(diǎn)。重心范圍的確定。7. 橫航向平衡、靜穩(wěn)定性和靜操縱性（3學(xué)時(shí)）側(cè)滑引起的氣動(dòng)側(cè)力和橫航向力矩；橫航向靜穩(wěn)定性；偏轉(zhuǎn)副翼和方向舵產(chǎn)生的操縱力矩；橫航向阻尼導(dǎo)數(shù)及交叉導(dǎo)數(shù)正常盤旋的平衡和操縱；穩(wěn)定滾轉(zhuǎn)和副翼操縱。8. 縱向動(dòng)穩(wěn)定性和動(dòng)操縱性（7學(xué)時(shí)）典型縱向運(yùn)動(dòng)模態(tài)。模態(tài)近似分析；現(xiàn)代飛機(jī)縱向模態(tài)特點(diǎn)。*縱向軌跡穩(wěn)定性。助力操縱系統(tǒng)；縱向動(dòng)操縱性?？v向阻尼器；增穩(wěn)器；縱向控制增穩(wěn)系統(tǒng)。*實(shí)際控制器動(dòng)力學(xué)特性的影響。*飛機(jī)縱向飛行品質(zhì)。9. 橫航向動(dòng)穩(wěn)定性和動(dòng)操縱性（4學(xué)時(shí)）典型橫航向運(yùn)動(dòng)模態(tài)；模態(tài)近似分析；橫航向靜穩(wěn)定性與動(dòng)穩(wěn)定性關(guān)系。*現(xiàn)代

6、飛機(jī)橫航向模態(tài)特點(diǎn)。*橫航向軌跡穩(wěn)定性。橫航向動(dòng)操縱性；橫航向阻尼器；副翼方向舵交聯(lián)系統(tǒng)。*飛機(jī)橫航向飛行品質(zhì)。重點(diǎn)說明本課程上述講授內(nèi)容中帶“”的部分，即基本飛行性能、靜操穩(wěn)性、縱向動(dòng)操穩(wěn)性是重點(diǎn)內(nèi)容，對其它內(nèi)容作一般了解。帶“*”者則為機(jī)動(dòng)內(nèi)容，選學(xué)。其 它觀看錄像（1學(xué)時(shí)）：美國空軍基地及試飛；現(xiàn)代飛行模擬技術(shù)發(fā)展。實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）：飛行特性模擬實(shí)驗(yàn)，2次。內(nèi)容為：1) 基本航線飛行，并觀察不同定常飛行條件下的駕駛桿和油門操縱特性。2) 分別操縱升降舵，方向舵和副翼，激發(fā)飛機(jī)的縱向和橫航向模態(tài)，并觀察重心移動(dòng)的影響。復(fù)習(xí)（1學(xué)時(shí)）。三、 教學(xué)安排及方式課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合（課

7、件已經(jīng)上網(wǎng)）。課后作業(yè)與綜合練習(xí)相結(jié)合，每章留50%的課后作業(yè)題。飛行性能與操縱性穩(wěn)定性部分各有一次大作業(yè)。指導(dǎo)學(xué)生多參與其它與飛行器（如小飛機(jī)）設(shè)計(jì)、制作、試驗(yàn)相關(guān)的實(shí)踐環(huán)節(jié)；形成動(dòng)手、動(dòng)腦和積極討論的氛圍。學(xué)時(shí)分配表：內(nèi)容講授學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)上機(jī)學(xué)時(shí)緒 論1飛行器的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程3基本飛行性能102機(jī)動(dòng)性和敏捷性4(4)剛性飛行器的一般運(yùn)動(dòng)方程4縱向平衡、靜穩(wěn)定性與靜操縱性6橫航向平衡、靜穩(wěn)定性和靜操縱性3縱向動(dòng)穩(wěn)定性和動(dòng)操縱性72(4)橫航向動(dòng)穩(wěn)定性和動(dòng)操縱性4觀看錄像1復(fù)習(xí)1總計(jì)444(8) 注：課內(nèi)外學(xué)時(shí)之比1:2。四、 考核方式方式一：平時(shí)作業(yè)、綜合大作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末考試成

8、績作為課程總成績。方式二：如果在其它實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中獨(dú)立發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的飛行力學(xué)問題及現(xiàn)象，并能通過正確途徑進(jìn)行分析研究，完成研究小論文，可以用于課程總成績的評(píng)價(jià)。五、 參考教材 1. 方振平，陳萬春，張曙光編. 航空飛行器飛行動(dòng)力學(xué). 北京航空航天大學(xué)出版社，20032. 熊海泉等編. 飛機(jī)飛行力學(xué). 航空專業(yè)教材編審組，19903. Dole C E, Lewis J E. Flight Theory and Aerodynamics: A Practical Guide for Operational Safety (2nd ed.). John Wiley & Sons, 20004.

9、Etkin B. Aircraft Dynamics Stability and Control (3rd ed.). John Wiley & Sons, Inc., 19965. 胡兆豐等編. 飛行動(dòng)力學(xué)飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性. 國防工業(yè)出版社，19856. 金長江等編. 飛機(jī)飛行性能計(jì)算. 國防工業(yè)出版社，19957. 王維軍編. 飛行仿真. 北航自編講義模擬飛行實(shí)驗(yàn)一：基本航線飛行 8一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解地面飛行模擬器及其工作原理2了解教練機(jī)和現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的座艙儀表特點(diǎn)3熟悉基本航線飛行的要點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1 JJ-5儀表飛行模擬臺(tái)2教學(xué)飛行模擬器3數(shù)據(jù)后置處理計(jì)算機(jī) 三、實(shí)驗(yàn)

10、原理參閱：1王維軍編. 飛行仿真課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書. 北航509教研室, 19962王行仁主編. 飛行實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社, 19983王正中等編著. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)及其應(yīng)用. 國防工業(yè)出版社, 19914熊光楞, 彭毅等編著. 先進(jìn)仿真技術(shù)與仿真環(huán)境. 國防工業(yè)出版社, 1997四、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 1 實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)飛行模擬仿真原理； 2 聽取實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師介紹：實(shí)驗(yàn)室設(shè)備功能與原理；本次實(shí)驗(yàn)參數(shù)要點(diǎn)；起飛、著陸、定直平飛模擬操縱技術(shù)特點(diǎn)。 3 擬定基本操縱方案，其中須覆蓋下列任務(wù)要求： 1） 起飛并上升到預(yù)定條件H=5000m, M=0.4； 2） 平緩加速到 M=0.7，

11、又平緩減速到M=0.4，要求高度基本保持不變； 3） 分別在H=5000m, M=0.4和M=0.7，對比縱向操縱特點(diǎn)； 4） 返航并著陸。 （操縱方案需經(jīng)小組充分討論。） 實(shí)驗(yàn)過程 1 加電、開機(jī)，硬件、軟件初始化； 2 仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的演示； 3 分組輪換進(jìn)行模擬飛行實(shí)驗(yàn)，在預(yù)定時(shí)間內(nèi)完成所有要求的任務(wù)，并正確記錄數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)處理 1 根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，提取與任務(wù)要求相關(guān)的模擬飛行段數(shù)據(jù)，并繪制曲線； 2 提取起落關(guān)鍵參數(shù)。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1 簡述本次實(shí)驗(yàn)所用模擬器基本原理和配置；2提交數(shù)據(jù)處理結(jié)果，并進(jìn)行必要的分析；3回答思考題中的問題。六、思考題 1 飛機(jī)起飛有哪些技術(shù)要領(lǐng)和關(guān)鍵

12、參數(shù)？2飛機(jī)著陸有哪些技術(shù)要領(lǐng)和關(guān)鍵參數(shù)？困難在哪里？3 H=5000m, M=0.4和M=0.7的縱向操縱有什么不同特點(diǎn)？為什么？模擬飛行實(shí)驗(yàn)二：飛機(jī)典型運(yùn)動(dòng)模態(tài)激發(fā)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握常規(guī)布局飛機(jī)的模態(tài)特點(diǎn)2了解重心后移對穩(wěn)定性的影響二、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1教學(xué)飛行模擬器2數(shù)據(jù)后置處理計(jì)算機(jī)三、實(shí)驗(yàn)原理參閱：1王維軍編. 飛行仿真課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書. 北航509教研室, 19962方振平，陳萬春，張曙光編. 航空飛行器飛行動(dòng)力學(xué). 北京航空航天大學(xué)出版社，20033熊海泉等編. 飛機(jī)飛行力學(xué). 航空專業(yè)教材編審組，19904 Etkin B. Aircraft Dynamics Stability

13、and Control (3rd ed.). John Wiley & Sons, Inc., 1996四、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 1 實(shí)驗(yàn)前復(fù)習(xí)有關(guān)飛機(jī)典型運(yùn)動(dòng)模態(tài)的內(nèi)容； 2 聽取實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師介紹：模擬控制臺(tái)參數(shù)設(shè)置方法；階躍、脈沖、倍脈沖等操縱方式特點(diǎn)；模態(tài)參數(shù)的模擬飛行實(shí)驗(yàn)提取方法； 3 擬定模擬狀態(tài)點(diǎn)和基本操縱方案，其中須覆蓋下列任務(wù)要求： 1） 分別在低空低速、低空高速、中空中速、高空高速激發(fā)典型的縱向運(yùn)動(dòng)和橫航向運(yùn)動(dòng)典型模態(tài)； 2） 對比重心后移后，縱向模態(tài)特點(diǎn)的變化。 （狀態(tài)點(diǎn)和操縱方案需經(jīng)小組充分討論。） 實(shí)驗(yàn)過程 1 加電、開機(jī)，硬件、軟件初始化； 2 仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的演示； 3 分組輪換進(jìn)