飞行力学教学大纲概要.doc

教学大纲课程编号：05Z8511课程名称：飞行力学(Flight Mechanics)学时学分：44+4学时，2.5学分先修课程：高等数学（微积分、常微分方程、线性代数），理论力学，空气动力学，自动控制原理，航空航天概论.一、 课程教学目标飞行力学是飞行器设计和工程力学专业的主要专业基础课程之一。通过本门课程的学习，使学生：1. 掌握飞行器飞行的受力特点，了解其基本运动规律；2. 建立飞行器飞行力学分析和设计的正确思路、概念和方法；3. 培养学生从飞行现象和实际工程中提出问题、分析问题和解决问题的兴趣和能力；4. 初步了解研究飞行力学的工具和方法。从而提高与航空器设计及应用相关的必要的理论素质和实践应用能力，为进一步的航空专业学习和研究，或从事与飞行器设计及应用有关的工作如布局选型选参、总体方案性能检验等奠定基础。二、 教学内容及基本要求基本要求1. 掌握飞行器飞行的受力特点，了解其基本飞行规律；2. 掌握飞行性能分析和设计的基本方法；3. 对飞行的稳定性和操纵性分析和设计具有准确的基本概念和思路；4. 具备初步的飞行器运动建模及对模型合理简化的能力；5. 对自动飞行控制的力学机理有一定了解；6. 对飞行模拟试验手段有基本的认识。侧重于对基本概念、方法的定性认识和基本的定量分析。讲授内容1. 绪论（1学时）课程内容；历史简介；飞行性能概念；操纵性稳定性概念；制导飞行器的导引；飞行力学研究方法。2. 飞行器的质心运动方程（3学时）升阻特性。动力特性；飞行操纵原理；飞行器质心运动方程及其简化。3. 基本飞行性能（10学时）定常平飞需用推力曲线（组成及其物理含义，随飞行速度、高度的变化）；定常平飞性能的确定及飞行包线。定常上升和下滑性能的确定；非定常上升性能；定常飞行状态及其与操纵的关系（飞行包线的划分，平飞状态与操纵的关系）。定常飞行状态的主要因素分析；航程和航时的基本关系式；等高等速巡航时的航程和航时。最佳续航性能；风对续航性能的影响。起飞性能；着陆性能；单发停车故障的对策；改善起落性能的措施。*螺旋桨飞机的飞行性能。4. 机动性和敏捷性（4学时）机动飞行过载；铅垂平面内的机动性能；水平平面内的机动性能。机动性能的综合分析（能量机动性，空战周期，综合机动性指标）；敏捷性概念和尺度；过失速机动（尾冲，眼镜蛇，过失速转弯）。5. 刚性飞行器的一般运动方程（4学时）坐标轴系（地面系，机体系，气流系，航迹系）及其相互关系；刚性飞行器动力学方程；刚性飞行器运动学方程。作用在飞行器上的外力和外力矩特点；运动方程的线化；平衡、稳定性、操纵性基本概念。6. 纵向平衡、静稳定性与静操纵性（6学时）纵向静稳定性的概念；飞机各部件及全机的纵向力矩；各种因素对纵向力矩特性的影响。舵偏角平衡曲线；铰链力矩和气动补偿；松杆静稳定性与松杆中立点。驾驶杆力平衡曲线；曲线飞行中的纵向力矩；单位过载舵偏角与握杆机动点。*单位过载杆力增量与松杆机动点。重心范围的确定。7. 横航向平衡、静稳定性和静操纵性（3学时）侧滑引起的气动侧力和横航向力矩；横航向静稳定性；偏转副翼和方向舵产生的操纵力矩；横航向阻尼导数及交叉导数正常盘旋的平衡和操纵；稳定滚转和副翼操纵。8. 纵向动稳定性和动操纵性（7学时）典型纵向运动模态。模态近似分析；现代飞机纵向模态特点。*纵向轨迹稳定性。助力操纵系统；纵向动操纵性。纵向阻尼器；增稳器；纵向控制增稳系统。*实际控制器动力学特性的影响。*飞机纵向飞行品质。9. 横航向动稳定性和动操纵性（4学时）典型横航向运动模态；模态近似分析；横航向静稳定性与动稳定性关系。*现代飞机横航向模态特点。*横航向轨迹稳定性。横航向动操纵性；横航向阻尼器；副翼方向舵交联系统。*飞机横航向飞行品质。重点说明本课程上述讲授内容中带“”的部分，即基本飞行性能、静操稳性、纵向动操稳性是重点内容，对其它内容作一般了解。带“*”者则为机动内容，选学。其 它观看录像（1学时）：美国空军基地及试飞；现代飞行模拟技术发展。实验（4学时）：飞行特性模拟实验，2次。内容为：1) 基本航线飞行，并观察不同定常飞行条件下的驾驶杆和油门操纵特性。2) 分别操纵升降舵，方向舵和副翼，激发飞机的纵向和横航向模态，并观察重心移动的影响。复习（1学时）。三、 教学安排及方式课堂教学、实验教学与网络教学相结合（课件已经上网）。课后作业与综合练习相结合，每章留50%的课后作业题。飞行性能与操纵性稳定性部分各有一次大作业。指导学生多参与其它与飞行器（如小飞机）设计、制作、试验相关的实践环节；形成动手、动脑和积极讨论的氛围。学时分配表：内容讲授学时实验学时上机学时绪 论1飞行器的质心运动方程3基本飞行性能102机动性和敏捷性4(4)刚性飞行器的一般运动方程4纵向平衡、静稳定性与静操纵性6横航向平衡、静稳定性和静操纵性3纵向动稳定性和动操纵性72(4)横航向动稳定性和动操纵性4观看录像1复习1总计444(8) 注：课内外学时之比1:2。四、 考核方式方式一：平时作业、综合大作业、实验报告和期末考试成绩作为课程总成绩。方式二：如果在其它实验环节中独立发现有价值的飞行力学问题及现象，并能通过正确途径进行分析研究，完成研究小论文，可以用于课程总成绩的评价。五、 参考教材 1. 方振平，陈万春，张曙光编. 航空飞行器飞行动力学. 北京航空航天大学出版社，20032. 熊海泉等编. 飞机飞行力学. 航空专业教材编审组，19903. Dole C E, Lewis J E. Flight Theory and Aerodynamics: A Practical Guide for Operational Safety (2nd ed.). John Wiley & Sons, 20004. Etkin B. Aircraft Dynamics Stability and Control (3rd ed.). John Wiley & Sons, Inc., 19965. 胡兆丰等编. 飞行动力学飞机的稳定性和操纵性. 国防工业出版社，19856. 金长江等编. 飞机飞行性能计算. 国防工业出版社，19957. 王维军编. 飞行仿真. 北航自编讲义模拟飞行实验一：基本航线飞行 8一、实验目的 1了解地面飞行模拟器及其工作原理2了解教练机和现代战斗机的座舱仪表特点3熟悉基本航线飞行的要点二、实验仪器和设备1 JJ-5仪表飞行模拟台2教学飞行模拟器3数据后置处理计算机 三、实验原理参阅：1王维军编. 飞行仿真课程实验指导书. 北航509教研室, 19962王行仁主编. 飞行实时仿真系统及技术. 北京航空航天大学出版社, 19983王正中等编著. 现代计算机仿真技术及其应用. 国防工业出版社, 19914熊光楞, 彭毅等编著. 先进仿真技术与仿真环境. 国防工业出版社, 1997四、实验实验准备 1 实验前预习飞行模拟仿真原理； 2 听取实验指导教师介绍：实验室设备功能与原理；本次实验参数要点；起飞、着陆、定直平飞模拟操纵技术特点。 3 拟定基本操纵方案，其中须覆盖下列任务要求： 1） 起飞并上升到预定条件H=5000m, M=0.4； 2） 平缓加速到 M=0.7，又平缓减速到M=0.4，要求高度基本保持不变； 3） 分别在H=5000m, M=0.4和M=0.7，对比纵向操纵特点； 4） 返航并着陆。 （操纵方案需经小组充分讨论。） 实验过程 1 加电、开机，硬件、软件初始化； 2 仔细观察实验指导教师的演示； 3 分组轮换进行模拟飞行实验，在预定时间内完成所有要求的任务，并正确记录数据。 数据处理 1 根据记录数据，提取与任务要求相关的模拟飞行段数据，并绘制曲线； 2 提取起落关键参数。 五、实验报告要求 1 简述本次实验所用模拟器基本原理和配置；2提交数据处理结果，并进行必要的分析；3回答思考题中的问题。六、思考题 1 飞机起飞有哪些技术要领和关键参数？2飞机着陆有哪些技术要领和关键参数？困难在哪里？3 H=5000m, M=0.4和M=0.7的纵向操纵有什么不同特点？为什么？模拟飞行实验二：飞机典型运动模态激发一、实验目的1掌握常规布局飞机的模态特点2了解重心后移对稳定性的影响二、实验仪器和设备1教学飞行模拟器2数据后置处理计算机三、实验原理参阅：1王维军编. 飞行仿真课程实验指导书. 北航509教研室, 19962方振平，陈万春，张曙光编. 航空飞行器飞行动力学. 北京航空航天大学出版社，20033熊海泉等编. 飞机飞行力学. 航空专业教材编审组，19904 Etkin B. Aircraft Dynamics Stability and Control (3rd ed.). John Wiley & Sons, Inc., 1996四、实验实验准备 1 实验前复习有关飞机典型运动模态的内容； 2 听取实验指导教师介绍：模拟控制台参数设置方法；阶跃、脉冲、倍脉冲等操纵方式特点；模态参数的模拟飞行实验提取方法； 3 拟定模拟状态点和基本操纵方案，其中须覆盖下列任务要求： 1） 分别在低空低速、低空高速、中空中速、高空高速激发典型的纵向运动和横航向运动典型模态； 2） 对比重心后移后，纵向模态特点的变化。 （状态点和操纵方案需经小组充分讨论。） 实验过程 1 加电、开机，硬件、软件初始化； 2 仔细观察实验指导教师的演示； 3 分组轮换进行模拟飞行实验，在预定时间内完成所有要求的任务，并正确记录数据。 数据处理 1 根据记录数据，提取与任务要求相关的模拟飞行段数据，并绘制曲线； 2 提取飞机飞行纵向和横航向模态参数。 五、实验报告要求1提交数据处理结果，并进行必要的分析；2回答思考题中的问题。六、思考题1模态参数辨识实验常用的飞行操纵方式有哪些？2常规布局飞机典型扰动运动模态如何随飞行状态变化？3纵向扰动运动模态如何随重心变化？