北航飞行力学
北航飞行力学
小
结
飞行动力学是研究飞机受力与运动间相互关系 的科学 它与飞机的工程设计和实际应用密切相关 是飞机设计、飞机性能计算、飞行品质分析和 使用（运营和作战）、飞行模拟与仿真和飞行 试验的理论基础 它已发展成为一门多学科（飞机设计、飞行动 力学与飞行控制）交叉的综合性的学科
教学内容
质心运动方程
分析工具
飞 行 性 能
起飞和着陆性能 基本飞行性能 续航性能 机动性能
起降距离、时间？安全性
飞得多高？多快？ 飞得多远？多久？ 改变飞行状态的能力？
教学内容
质心系运动方程 分析工具 纵向静稳定性和静操纵性 趋势和静态比 横侧静稳定性和静操纵性 纵向动稳定性和动操纵性 横侧动稳定性和动操纵性 过程特性
飞 行 品 质
科学的学习方法
从飞机本体出发，提出问题 破除书中的神圣性 大胆地提出自己的见解 多角度、多方位思考，多问为什么？
相关学科
理论力学(刚体力学) 结构力学 控制理论 应用数学 计算机 飞机设计 空气动力学 发动机原理 ……
飞机设
飞 行 动 力 学
飞机 营运
计与试 飞定型
事故调查
驾驶员 训练
国防工业出版社1985小???结?飞行动力学是研究飞机受力与运动间相互关系的科学它与飞机的工程设计和实际应用密切相关是飞机设计飞机性能计算飞行品质分析和使用运营和作战飞行模拟与仿真和飞行试验的理论基础它已发展成为一门多学科飞机设计飞行动力学与飞行控制交叉的综合性的学科
内容提要
教学目标 教学内容 科学的学习方法 相关学科 研究方法 教材与参考资料 小结
研究方法
理论研究
建立数学模型，定性分析、 定量工程计算、仿真计算
风洞试验 模型自由飞试验 地面飞行模拟 空中飞行模拟 飞行试验
北航飞行力学知识点总结
北航飞行力学知识点总结
飞行力学是研究飞行器在空中运动时所受力和运动规律的学科。
作为航空航天
工程的基础，飞行力学涉及到多个重要的知识点。
下面是对北航飞行力学知识点的总结：
1. 空气动力学：空气动力学研究飞行器在空气流动中所受到的气动力。
重要的
概念包括升力、阻力、推力和侧力。
其中，升力是支撑飞行器在空中飞行的力，阻力是对飞行器运动的阻碍力，推力是提供飞行器前进动力的力，侧力是使飞行器侧向移动的力。
2. 运动学：运动学研究飞行器在空中的运动轨迹和速度。
重要的概念包括速度、加速度、位移和轨迹。
通过运动学分析，可以确定飞行器的位置和速度的变化。
3. 飞行力学平衡：飞行力学平衡是指飞行器在垂直和水平方向上所受到的力平衡。
在水平方向上，重力和阻力平衡。
在垂直方向上，升力和重力平衡。
4. 飞行器的稳定性和操纵性：稳定性是指飞行器自身在飞行中保持平衡和稳定
的能力。
操纵性是指飞行器在飞行过程中对操纵杆或操纵面的指令做出的响应能力。
稳定性和操纵性是设计和控制飞行器的关键要素。
5. 飞行器的气动设计：气动设计是指通过改变飞行器的外形和气动特性来改善
飞行器的性能。
通过优化飞行器的气动外形和控制面的设计，可以减小阻力、增大升力和提高飞行器的稳定性。
总之，北航飞行力学涵盖了空气动力学、运动学、飞行力学平衡、飞行器的稳
定性和操纵性以及气动设计等多个重要知识点。
掌握这些知识可以帮助我们更好地理解和设计飞行器，为航空航天工程的发展做出贡献。
简单介绍一下北航航空飞行器设计专业
简单介绍一下北航航空飞行器设计专业发信站: 水木社区(Fri Jun 12 18:03:07 2009), 站内北航航空学院、系统工程系、宇航学院均有飞行设计专业。
有所区别下面仅就我了解的航空学院飞行器设计专业作简要介绍，仅供参考，尽量简明扼要有不对的地方，欢迎指出<1. 航空学院>全称“航空科学与工程学院”，前身是“飞行器设计与应用力学系”，简称“五系”2003年5月，五系正式成立为航空科学与工程学院，下设几个系别┌─────────┐│航空科学与工程学院│└────┬────┘┌───┬───┬─┴─┬───┬───┐┌┴┐┌┴┐┌┴┐┌┴┐┌┴┐┌┴┐│飞││流││固││人││飞││动││机││体││体││机││行││力││系││所││所││环││力││学│└─┘└─┘└─┘│境││学││与│└─┘└─┘│控││制│└─┘说明：有些系别用的是简称飞行力学专业已划归到北航“交通学院”，但仍有部分老师在五系带学生动力学与控制专业原属北航“理学院”，理学院拆分重组，该专业划归五系目前，航空学院的传统专业主要挂靠在：飞机系、流体所、固体所、人机环<2. 专业划分>学院涉及的一级学科力学、航空宇航科学与技术、动力工程及工程热物理学院涉及的二级学科流体力学（国家重点学科）、固体力学（国家重点学科）工程力学（国家重点学科）、飞行器设计（国家重点学科）人机与环境工程（国家重点学科）、制冷与低温工程本科专业飞行器设计与工程、飞行器环境控制与生命保障工程、工程力学注：上面三个本科专业，前两年都在一起上课，所修的基础课也基本一样在第三年才涉及专业方向选择，到时候还有选择的机会所以，对于高考填报志愿来说，这三个专业本科阶段没有本质区别<3. 本科的飞设专业>飞行器设计专业，以力学背景为基础，并接受航空方面的专业基础知识培养重要的课程：高等数学、线性代数、工程数学等- 数学基础材料力学、理论力学、空气动力学、结构力学、振动学基础等- 力学基础飞行动力学、飞行器结构设计、总体设计等- 专业基础航空航天概论、航空实践课程- 科普当然，课程远不止这些，上述只是跟飞设专业相关的一些基础课大三暑假有下厂实习的环节；大三、大四有课设和实践环节，比如设计制作小飞机等学校有冯如杯科技竞赛，有些项目是老师出题目，招本科学生来做也算是一个本科阶段接触科技实践的机会<4. 本科毕业去向>读研。
1 北航飞行力学_飞机性能计算的原始数据和质心运动方程
xh
G d V Y Pky sin( P ) G cos g dt
北航 509
0
G
§1-3 飞机质心运动方程
几种特殊形式
•直线飞行(直线上升、下降等)
const , d / dt 0
•水平直线飞行(平飞加减速等)
G dV Pky Q G sin g dt Y G cos G dV Pky Q g dt Y G
喷气式发动机性能参数以及其高度特性、速度 特性、转速特性、特定油门状态 能画出铅垂平面内质心运动受力图，并推出各 种特殊运动状态下的质心运动方程
北航 509
2)最大状态：对应于最大许用转速(nmax)的发动机状态 。推力为非加力时的最 大值。只能连续工作5-10min，通常用于起飞、短时加速、爬升、空中机动等。 3)额定状态：对应于最大转速97% ，推力为最大状态的85-90%，可较长时间 工作(半小时～1小时)，用于平飞、爬升、远航飞行等。
4)巡航状态：n巡90% n额，Pf巡 80%Pf额，耗油率最小，不限时，用于巡航。
最大可配平升力
Ymax
Y' LT ( ) max xA
Y2max Y1max
超音速时平尾平衡能力剧降形成飞行限制
C ymax
Cy
C ymax
最大允许升力系数
C ysx C yyx
C ydd C y max
C yyx min{ C ysx , C y max }
M
北航 509
f 0, 0 f 0, 0 一 般 f 0, 0 ( 0 f 0 0 0
0
Y 0
f 0, 0 0
北航 飞力实验课实验报告
课程代码：051709研究生课程试卷2017－2018学年第一学期期末《飞行力学实验I》飞行原理实验报告考试时间2018年 11月 1日姓名：苏雨学号：ZY1805316专业：飞行器设计指导教师：王维军北京航空航天大学航空科学与工程学院2018年11月飞机失速尾旋现象研究第一章：失速尾旋现象介绍在我从事航模生涯这些年以来，有一种十分危险的飞行现象，导致了我多架模型飞机坠毁。
这就是在飞行中有时会出现飞机突然失去控制，一边下坠，一边偏侧翻转，操纵无效直到坠地。
经查阅资料，了解到这种飞行现象称为失速尾旋。
失速：失速是当机翼攻角（迎角）增大到一定的程度（临界迎角）后，机翼上表面气流分离，导致升力减小所发生的现象。
飞机将低头下沉，直至获得足够升力飞行。
在高度低时发生失速是危险的，高度足够高时，可以练习失速的改出，改出失速的基本操作是迅速推杆到底采用俯冲姿态，等速度大于等于1.3倍失速速度时，缓慢向后拉杆改出至平飞。
尾旋（螺旋）：当一侧机翼先于另一侧机翼失速时，飞机会朝先失速的一侧机翼方向沿飞机的纵轴旋转，称为螺旋或尾旋。
发生螺旋式非常危险的事情，有些飞机在设计制造时是禁止飞机进入螺旋的，这样的飞机进入螺旋姿态后，很难改出。
可以改出的飞机改出尾旋的基本方法是推杆到底，并向相反方向拉杆，如果发动机以高速运转，必须立即收油门到慢车，向螺旋相反方向蹬满舵，螺旋停止后，使用失速改平的方法。
成功的关键是飞行员的技术和飞机的性能。
全世界每年飞机事故中因失速发生的占事故总数约30%～40%，如果飞行员认知不清、处置不及时准确，飞机很可能在极短时间内进入失速尾旋，若在低空小高度时飞机进入失速尾旋处置不当，很可能会造成机毁人亡的等级事故，研究失速与尾旋的预防措施与改出方法，对考核飞机边界飞行的操控性、安全性，挖掘飞机的机动性能以及保证战斗生存率与飞行安全意义重大。
第二章：失速尾旋现象原理分析2.1失速现象原理分析飞机在飞行时，机翼翼型中心与气流来流方向的夹角为迎角，当迎角增加到抖振迎角时，机翼上气流开始分离，机翼开始出现了抖振，此时机翼升力系数还在上升，当迎角增加到临界迎角时，机翼表面气流分离出现了严重分离，飞机升力系数急剧下降，可见失速根源是由于机翼表面气流分离造成，失速也包括平尾、鸭翼等控制翼面的气流分离，导致机翼和飞机其它控制翼面失去部分或全部效能,在失速过程中如果飞机升力支撑不了飞机重量，飞机就会掉高度（图1、图2），临界迎角表征着飞机抗失速能力，飞机临界迎角越大，飞机抗失速能力越大，其中一代、二代战机临界迎角约为10°～25°、三代战机约为25°～50°、四代战机约为50°～70°,飞行中仰角，其中θ为俯仰角、φ为偏航角、γ为滚转角（下同）。
北航飞行力学先导基础
北航飞行力学先导基础
北航飞行力学先导基础是指在学习飞行力学之前，需要掌握的基础知识和技能。
这些基础包括但不限于以下几个方面：
1.数学基础：包括向量、矩阵、微分方程等数学工具的基础知识。
飞行力学中经常会涉及到复杂的数学运算，因此熟练掌握这些数学工具是非常重要的。
2.力学基础：包括质点力学、刚体力学、流体力学等基本力学理论。
学习飞行力学需要对物体在空中运动的力学性质有一定的理解和掌握。
3.航空航天基础知识：包括对航空航天器的基本结构和原理有一定的了解。
了解飞机的结构和组成部分，以及飞机在空中的运行原理，对学习飞行力学很有帮助。
4.基本物理学知识：包括几何光学、热力学、电磁学等基础物理学知识。
这些知识在飞行力学的学习中有时会被应用到。
学习飞行力学需要对以上基础知识有一定的了解和掌握，并且在学习过程中不断加强和深化。
同时，还需要具备较强的实践操作能力和分析问题的能力，这些是学习飞行力学所必备的素质。
北航,飞行器设计与工程,培养计划
北航,飞行器设计与工程,培养计划：飞行器北航培养计划工程北航飞行器与动力工程北航研究生院北航飞行器动力去向篇一：北航飞行器设计考研：学习计划北航飞行器设计考研：学习计划第一阶段：基础复习阶段(开始复习—6月)1)学习目标目标1：通读该专业阶段的核心课程：《自动控制原理》《静力学》的相关知识框架或者《理论力学》《材料力学I》、《材料力学II》的知识目标2：掌握专业技能、培养兴趣爱好，基本了解改专业的知识框架和理念，为下一阶段的复习夯实基础;平时每周一份南方周末了解社会热点和动向，学会运用所学知识分析社会问题。
2)学习任务①泛读教材分析这两门核心课程，建构力学基础的理论框架。
②学习每本教材，需在结合自己的理解绘制知识理论框架图构，建知识体系。
③学生遇到不理解的问题及时记录，上报教务老师，并与教务教师沟通请教。
④扩展知识面所需书籍3)复习进度安排由于自动控制原理或者力学方面的知识涵盖的内容很广。
以力学基础为例，相对而言，理论力学较抽象、重理解，材料力学内容更细、也更具体和繁杂，所以该计划是根据数学一进行制定的。
一般而言，可以先复习理论力学，注重理解，材料力学因要点较多，复习太早知识点又容易忘记，故安排如下：《理论力学》或《自动控制原理》：4月5日-5月31日《材料力学》或《静力学》：6月1日-7月31日这段时间主要是熟悉参考教材，结合专业课考纲，把握重难点，力争将每一个考点都过一遍。
这是第一遍，不求将每一个点都弄懂弄透。
争取能把握教材的知识脉络和整体结构。
注重重要的物理公式的推导，适用条件等。
第二阶段：强化提高阶段(7月—9月)1)学习目标：2)学习任务：3)详细备考方案一、阶段目标：对指定参考书进行深入复习，加强知识点的前后联系，建立整体框架结构。
分清、整理、掌握重难点，完成参考书配有的习题训练。
做历年真题，弄清考试形式、题型设置和难易程度等内容，整理真题答案。
[page]二、注意事项1. 将参考书中的概念、原理要注意理解记忆,书中的例题要做一遍。
飞行力学知识点总结
飞行力学知识点总结一、飞行力学的基本概念1. 飞行力学的定义飞行力学是研究飞机在大气环境中的运动规律和飞行性能的科学学科。
它包括飞行动力学、飞行静力学和航向稳定性等内容。
2. 飞机的运动状态飞机的运动状态包括静止状态、匀速直线运动状态和加速直线运动状态等多种状态。
在进行飞机设计与分析时，需要充分考虑飞机在不同运动状态下的特性和性能。
3. 飞机的坐标系飞机通常采用本体坐标系和地理坐标系进行描述和分析。
本体坐标系是以飞机为参考物体建立的坐标系，用于描述和分析飞机内部的运动规律；地理坐标系是以地球表面为参考物体建立的坐标系，用于描述和分析飞机在大气中的运动规律。
4. 飞机的运动参数飞机的运动参数包括速度、加速度、位移、航向、倾角等多个参数，这些参数直接影响着飞机的飞行状态和性能。
二、风阻和升力1. 风阻的概念和特性风阻是飞机在飞行中受到的空气阻力，它随飞机速度和气动外形等因素变化。
风阻的大小直接影响飞机的燃油消耗和续航力。
2. 风阻的计算方法风阻的计算一般采用实验测定和理论计算相结合的方法，通过气动力学原理和风洞试验等手段来确定飞机在不同速度下的风阻系数和风阻大小。
3. 升力的概念和特性升力是飞机在飞行过程中所受到的向上的气动力，它是飞机能够在大气中持续飞行的重要保障。
升力的大小取决于飞机的气动外形、机翼面积和攻角等因素。
4. 升力的计算方法升力的计算一般采用理论推导和数值模拟相结合的方法，通过气动力学公式和实验数据来确定飞机在不同状态下的升力大小和升力系数。
三、飞机的稳定性和控制1. 飞机的平衡状态飞机的平衡状态包括静态平衡和动态平衡两种状态。
静态平衡是指飞机在静止状态下所处的平衡状态，动态平衡是指飞机在运动过程中所处的平衡状态。
2. 飞机的稳定性飞机的稳定性是指飞机在受到外界扰动时能够自动恢复到原来的平衡状态的能力。
飞机的稳定性直接影响着其飞行过程中的安全性和舒适性。
3. 飞机的控制系统飞机的控制系统包括飞行操纵系统、引擎控制系统和动力控制系统等多个部分，它们协同工作来保证飞机在飞行中能够保持稳定的运动状态和实现各种飞行任务。
飞行力学教学大纲概要
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。
北航宇航学院飞行动力学考试大纲五篇
北航宇航学院飞行动力学考试大纲五篇第一篇：北航宇航学院飞行动力学考试大纲飞行动力学基础课程教学大纲第一章绪论（1学时）了解：飞行动力学在飞行器设计学科中的地位；本课程的任务、内容，讲述方法和特点。
第二章矢量与坐标变换（3学时）1．坐标变换及表示方法2．运动坐标系中矢量导数的描述方法3.坐标变换的变化率4.四元数理论及应用理解：坐标变换的作用。
掌握：姿态描述方法，坐标变换表示方法。
第三章质点系的动力学方程（4学时）1.质点系的运动方程2.刚体的运动方程3.质点相对运动的动力学方程理解：描述刚体运动的方法；建立刚体动力学方程的力学原理。
掌握：刚体运动的特点。
第四章分析力学基础（4学时）1.动力学普遍方程2.拉格朗日方程3.罗斯方程4.拟拉格朗日方程5.哈密顿正则方程理解：建立不同形式动力学方程的力学原理，各种方程的特点。
第五章凯恩方程（3学时）理解：建立凯恩方程的所基于的力学原理和方法，凯恩方程的优点和使用中存在的问题。
第六章空间运动几何与时间（1学时）1.地球的运动2.时间系统3.相关坐标系4.地球参考模型理解：基本概念。
第七章有翼导弹的运动方程（4学时）1.坐标系和运动变量的定义2.作用在导弹上的力和力矩3.导弹运动方程4.分析与求解流程掌握：常用姿态描述方法，建立动力学方程的方法，求解导弹运动的一般过程。
第八章滚转导弹的运动方程（2学时）1.坐标系和运动变量的定义2.作用在滚转导弹上的力和力矩3.滚转导弹的运动方程4.分析与求解流程掌握：滚转导弹姿态描述方法，建立动力学方程的方法，求解导弹运动的一般过程。
第九章运载火箭(弹道导弹)的运动方程（2学时）1.坐标系和运动变量的定义2.作用在火箭上的力和力矩3.质心运动方程4.姿态运动方程5.其它方程6.分析与求解流程掌握：坐标系的定义，火箭姿态描述方法，建立动力学方程的方法，求解导弹运动的一般过程。
第十章人造地球卫星的运动方程（5学时）1.中心引力运动2.二体问题3．Kepler轨道及其描述4．轨道摄动方程5．卫星的姿态运动方程拟拉格朗日方程的具体形式；刚体卫星的姿态运动；刚体+飞轮组合体卫星的姿态运动；刚体+单框架力矩陀螺组合体卫星的姿态运动；刚体+双框架力矩陀螺组合体卫星的姿态运动。
飞行力学部分作业答案(1)
− sinα
0
cosα
1 Lak = 0
0
0 cosφa − sinφa
0
sin
φa
cosφa
cosα cos β
Lbk
=
sin β
sinα cos β
− cosα sin β cosφa + sinα sin φa cos β cosφa
R3=166.7km, Q3=300kg
R2=1100, Q2=990kg
R = R1 + R2 + R3 = 1341.7km
航空飞行器飞行动力学
2.11
∫ tcr
=
−
W2 W1
ηK dW
gc f W
∫ Rcr
=
−
W2 W1
ηVK dW gc fW
补充题： 两架外形完全一样的滑翔机，一架飞机 A 上坐了一名运动员，另一架飞机 B
= 0.1019
2
2
CD = 0.014 + 0.08CL2
CD = 0.0152
D = 8771N
代入方程求得T = 38771N
3.5
χɺ = V R
得：
R
=
V ω
=
300 / 3.6 3.14 /15
=
398m
R= 1 g
V2 nn2 −1
得： nn
=
V4 R2g2
+1
=
2.042
<
nn.max
Ta
=
D
=
CD
1 2
ρV
2S
= 13133N
飞行力学课程实验报告
航空科学与工程学院《飞行力学》课程实验模拟飞行实验：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，20051．熊海泉等编. 飞机飞行力学. 航空专业教材编审组，19902．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；脉冲操纵方式的特点；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）在某巡航状态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、数据处理及分析（1）纵向短周期t-q图像t-Δθ图像t-ΔV图像分析：根据以上图像分析可得出纵向短周期模态的特点为：迎角和俯仰角速度变化，而速度基本不变，周期短（一般为数秒量级），衰减快。
其主要原因是：一般飞机均具有较大的静稳定力矩（恢复力矩），Mα会引起飞机较大的角加速度，使飞机的迎角和俯仰角迅速变化。
另一方面，飞机的阻尼力矩M q q也比较大，在震荡运动会产生较大的阻尼作用，使飞机的旋转运动很快的衰减下来，飞机的力矩在前几秒钟内基本恢复到原来的平衡状态。
6 北航飞行力学_飞机的运动方程
Ax'dy'dz'd: 固定于地表, Ax'dz'd为水平面, Ay'd垂直向上。 Oxdydzd: O为飞机质心, 轴向平行于Ax'dy'dz'd。 航迹轴系Oxhyhzh
机体轴系Oxtytzt
气流轴系Oxqyqzq 轴系间关系
右手正交系
北航 509
航迹轴系
纵向和横航向扰动运动可以分别讨论 第 六 章 ： 小 扰 动 线 化 方 程 和 气 动 导 数北航 5ຫໍສະໝຸດ 9小扰动方程纵 向
V [ Pky m V cos( 0 P ) QV ]V [ Pky0 sin( 0 P ) Q ] G cos 0 V V mV ( ) [ P sin( ) Y ]V 0 ky 0 P 其中： [ Pky0 cos( 0 P ) Y ] G sin 0 d( ) Y z z () dt V V I ( M M ) V M M zP z z z z z z z M M z z z z z 纵向扰动运动变量：
北航 509
气动导数分类
, Mx , My 静稳定性导数： M z
阻尼导数：
y x Mz z , M x , My
x 交叉阻尼导数： M x y , M y
操纵导数：
y x Mz z , M , M x y
x y 交叉操纵导数： M , M x y
洗流时差导数： Mz 其它导数：
垂直于Q ,Y， 对称面内垂直于速度 沿速度方向， 指向右为正 方向，指向座舱为正 指向后为正
北航航空学院研究生培养计划
航空科学与工程学院飞行器设计（082501）学术学位硕士研究生培养方案一、适用学科航空宇航科学与技术（0825）飞行器设计（082501）飞机适航设计（99J1）飞行动力学与飞行安全(0825Z1)旋翼飞行器设计（0825Z2）二、培养目标1．坚持党的基本路线，热爱祖国，遵纪守法，品行端正，诚实守信，身心健康，具有良好的科研道德和敬业精神。
2．适应科技进步和社会发展需要，在飞行器设计领域掌握坚实的基础理论和系统的专门知识，有较宽的知识面和较强的自学能力，掌握飞行器总体设计、结构设计、气动弹性、飞行力学及飞行安全等方面的知识，具有从事科学研究或独立担负专门技术工作的能力，掌握一门外国语，造就一批高层次、复合型、具有一定国际视野和竞争力的航空航天领域的工程技术研究型人才。
3．具有创新精神、创造能力和创业素质。
三、培养方向飞行器总体设计1．航空器总体综合设计与优化2．临近空间飞行器系统综合设计3．飞行器隐身技术4．飞行器效能评估与战斗生存力设计5．微小型飞行器6．飞行器发展战略7．飞行载荷与静气动弹性修正8．气动弹性优化飞行器结构设计1.结构优化设计2.结构可靠性3.复合材料结构设计4.智能结构与结构控制5.飞行器结构与机构动力学设计及试验6.颤振设计7.气动伺服弹性与主动控制8.耐久性与损伤容限设计9.结构热设计与防护10.主动控制起落装置设计11.飞机适航符合性验证飞行动力学与控制1.航空器操纵与稳定性2.航空器飞行动力学与控制3.飞行品质与飞行模拟4.临近空间飞行器动力学与控制5.大迎角飞行动力学6.非线性飞行动力学与控制。
飞行安全1.适航性2.飞行环境与模拟3.空中交通管理4.飞行安全与飞行事故分析5.驾驶策略与飞行训练新技术6.飞行试验技术7.试飞取证技术四、培养模式及学习年限为保证培养质量，飞行器设计学科硕士研究生培养实行导师负责制，或以导师为主的指导小组制。
导师（组）负责制订硕士研究生个人培养计划、组织开题报告、指导科学研究和学位论文等。
北航飞行力学试卷及答案
Cc Cc r r CL sin 0 Cl Cl a a Cl r r ClL 0 Cn Cn r r 0
得： r
（5 分）
Cn Cn r
； a
ClL Cl r Cn Cl Cn r （5 分） Cl a Cl a Cn r
答案
一、解释下列概念： 极曲线： 反映飞行器阻力系数与升力系数之间的关系的曲线。 （4 分） 机体坐标系： 平行于机身轴线或机翼的平均气动 原点位于飞机的质心；Oxb 轴在飞机的对称平面内， 弦线，指向前； Ozb 轴也在对称面内，垂直于 Oxb 轴，指向下； Oyb 轴垂直于对称面，指向 右。 （4 分） 翼载荷： 飞机重力与机翼面积的比值。 （4 分） 纵向静稳定力矩： 由迎角引起的那部分俯仰力矩称之为纵向静稳定力矩。 （4 分） 航向静稳定性： 飞行器在平衡状态下受到外界非对称干扰而产生侧滑时，在驾驶员不加操纵的条件下， 飞行器具有减小侧滑角的趋势。 （4 分） 二、 （1）解： 1） 若飞机等速上升，可假设飞机的上升角较小，有： cos 1 ，
（10 分）
引起飞机的自动俯冲现象 飞机跨声速区相应的平衡曲线如图所示：
2 1 0 -1 -2
A B
C
e
-3 -4 -5 -6 -7 -8
0
0.2
0.4
0.6 Ma
0.8
1
1.2
当飞机在跨声速区定直平飞时，如在平衡曲线中的 A 点，对应的平衡舵面偏角为 e. A ， 由于外界扰动使得飞机的速度增加到 B 点，飞机的舵面偏角并没有改变，仍然保持在 e. A ， 而 B 点所需的平衡偏角从图中看出应减小， 需要在原来的位置上向上偏转， 结果飞行器存在 有不平衡的低头力矩，这使得飞行器进入俯冲，速度进一步增加，直到 C 点，此时的
航空航天中的数值模拟与飞行力学研究
航空航天中的数值模拟与飞行力学研究航空航天领域一直是科学技术的前沿领域之一，其中数值模拟与飞行力学研究是至关重要的方向。
随着计算机技术和仿真软件的飞速发展，数值模拟技术在航空航天领域的应用越来越广泛。
本文将就航空航天中的数值模拟与飞行力学研究展开探讨。
一、数值模拟在航空航天中的应用数值模拟在航空航天领域的应用是非常重要的，它可以模拟飞机、火箭等飞行器的各种物理现象和特性，从而为设计和改进飞行器提供重要的参考依据。
下面我将从飞行器气动力学、结构力学和燃烧动力学三个方面介绍数值模拟在航空航天中的具体应用。
1. 飞行器气动力学数值模拟在飞行器气动力学方面的应用广泛且深入，可以通过模拟空气流动来得到飞行器的气动性能。
例如，可以通过数值模拟来评估飞行器的升力、阻力、空气动力学力矩等参数，从而优化飞行器的设计，提升飞行器的飞行性能。
同时，数值模拟还可以预测和研究飞行器在不同工况和气候条件下的飞行特性，为飞行员提供准确的飞行指导。
2. 结构力学结构力学是研究飞行器在加速度、气动、重力等外力作用下结构应力、变形、破坏等问题的学科。
数值模拟可以模拟飞行器在飞行过程中承受的各种载荷，例如飞行器的升降、滚转、俯仰运动等。
通过数值模拟，可以更好地了解飞行器在不同工况下的结构响应，进而改进飞行器的结构设计，提高飞行器的安全性和可靠性。
3. 燃烧动力学燃烧动力学是研究燃烧过程中物质转化和能量释放的学科。
在航空航天领域，燃烧动力学的研究非常重要，因为火箭、喷气发动机等飞行器都依靠燃烧来产生推力。
数值模拟可以模拟燃烧室内的燃烧过程，研究燃烧过程中的温度、压力等参数的变化规律。
通过数值模拟，可以改进燃烧室的设计，优化燃烧过程，提高飞行器的推力和燃烧效率。
二、飞行力学研究的意义和方法飞行力学研究是航空航天领域中的重要研究方向，它可以为飞行器的设计、控制和运行提供科学依据。
在飞行力学研究中，我们主要关注飞行器的运动和姿态控制两个方面。
2018年北京航空航天大学宇航学院航天飞行器动力学原理试题
航天飞行器动力学原理A 卷一、轨道力学的定义是什么,简述主要的研究内容。
二、什么是轨道要素，典型的轨道要素如何描述航天器的轨道特性，给出典型轨道的定义，并用图示方法具体说明。
三、简述太阳同步轨道，地球同步轨道，地球静止轨道，临界轨道以及回归轨道的定义，说明上述各种对应轨道要素应满足的数学条件。
四、根据322RR dt R d μ-=,说明L E H ,,三个积分常量及其具体含义（物理意义）。
五、什么是霍曼转移轨道，试求平面内霍曼轨道转移所需的两次轨道增量和变轨作用时间（包括轨道转移和轨道交会的时间条件）。
六、弹道导弹弹道一般由哪几段组成，各段有什么特点？七、弹道导弹自由飞行段的最大射程弹道是惟一的，，已知关机点速度0q ，试根据开普勒方程给出自由飞行段最大射程角ϕ，最大射程对应的关机点当地弹道倾角0ε的表达式（利用半通径0,εq 的关系）。
八、忽略地球转动并假设地球为圆球形，设导弹以常值当地弹道倾角再入，已知再入点高度e h 和当地弹道倾角e ε，再入段射程如何计算？九、分析垂直上升段飞行时间计算公式()1//40001-=G P t 的物理意义。
十、什么是比力，加速度计感受到的是什么量，导引惯性加速度和比力的关系？航天飞行器动力学原理B 卷(补考)一、轨道力学定义，内容二、瞬时轨道要素，平均轨道要素，开普勒轨道要素的定义，区别三、太阳同步轨道定义，数学条件，特点 四、根据322RR dt R d μ-=,说明L E H ,,三个积分常量及其具体含义（物理意义） 五、轨道平面转移相关（一次脉冲和三次脉冲的分界点）六、主动段氛围哪几段，要求是是什么。
七、已知关机点的r,v ,从发射坐标系转换到当地铅锤坐标系。
八、求q,e,a 和000,,εv r 的关系利用()θcos 1/e p r +=说出为什么会有高低轨道 （20分）九、推导再入段方程组力垂直于速度方向的方程（原题给出了方程，我懒得写了）。
北京航空航天大学交通科学与工程飞行器适航工程系简介
北京航空航天大学交通科学与工程开设有飞行器适航工程系。
一、系的历史沿革北京航空航天大学交通科学与工程的飞行器适航工程系，以飞行器适航技术为特色，由航空科学与工程学院的载运工具运用工程学科发展而来。
其前身为飞行力学，是我校（北航）建校初期的四个航空专业之一，是我国首批具有硕士、博士学位授权的学科点，也是首批博士后流动站；1978年开始招收硕士研究生，1981年被国务院学位办首批批准为博士学科点；1997年学科调整，飞行力学博士点转为载运工具运用工程学科点；1998年，为了扩大该学科的服务面向，和新增车辆工程学科交叉，增加了地面载运工具的运用专业；2000年，获得交通运输工程一级学科博士学位授予权；2003年7月，在第二次教育部学位中心一级学科评估工作中，我校交通运输工程学科排名第二。
2007年10月成立交通科学与工程学院，进一步强化飞行器运用工程学科方向的发展。
2009年教育部获批增设航空器适航技术本科专业。
我校的飞行器适航工程具有综合性强、国防特色突出和相关学科雄厚等特点，形成了相对稳定、学科框架完善、综合性强、国防特色突出的研究方向，飞行器结构疲劳可靠性、空天装置热科学与排放控制、飞行力学等为优势研究方向、民机适航性是在优势方向基础上通过跨院系合作、并与民航、国防科工委联合而发展的新方向。
目前，我校的飞行器适航工程系由一批具有行业知名度和认可度的中青年学术带头人带队，现有教师14人，均具有博士学位，现有教授3人，兼职教授3人，副教授1人，讲师6人，博士后人员1人，其中新世纪人才1人、全国百篇优秀博士论文获得者1人。
我系本着开放、包容的思想和锐意进取的精神，努力将飞行器适航工程学科方向推向新的高端。
大气飞行力学第2-1章补充基本性能
上升性能
适用方程
P ky = P px + G sin θ ⎫ ⎬ Y = G ⎭ (θ , [α + ϕ p ]不大 )
适用方法
简单推力法
大气飞行力学－－基本性能
一、上升角θ和最大上升角θmax
Pky = Ppx + G sin θ ⇒
sin θ = ΔP ΔP ⇒ θ = sin − 1 ( ) G G − 1 Δ Pmax ) ⇒ θ max = sin ( G
图1
推力曲线（H＝5000米）
图2
推力曲线（H＝14000米）
大气飞行力学－－基本性能
1－2 飞机定常平飞性能的确定 定常平飞性能指标 Pf
性能指标
Vmax ( Mmax ) , Vmin, Hmax ,平飞包线
11 km
H
简单推力法 在近似公式的基础上，根据 可用推力和平飞需用推力曲 线确定性能的方法。
飞行参数不 随时间变化
大气飞行力学－－基本性能
1－1 飞机定常平飞需用推力曲线 一、基本定义和计算公式 定义
飞机在一定高度、一定速度作定直平飞时，所需 要的发动机推力，称为定常平飞需用推力Ppx。
Ppx = f ( H , V )
基本公式
平飞需用推力曲线
Kmax 亚音速飞机
先进布局 1 ⎧ 2 经典超音 ⎪ Ppx = Qpf = C x 2 ρV S ⎪ 速飞机 ⎨ ⎪G = Y = C y 1 ρV 2 S M ⎪ ⎩ 2 ∴ K max ↔ Ppx min ↔ Vyl , α yl , C yyl
零升阻力 升致阻力 (诱导阻力)
大气飞行力学－－基本性能
一）平飞需用推力随飞行速度的变化规律
AG 2 1 2 Q0 = C x 0 ρV S , Qi = 1 2 ρV 2 S 2 M < M lj (亚音速范围 )
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小
结
飞行动力学是研究飞机受力与运动间相互关系 的科学 它与飞机的工程设计和实际应用密切相关 是飞机设计、飞机性能计算、飞行品质分析和 使用（运营和作战）、飞行模拟与仿真和飞行 试验的理论基础 它已发展成为一门多学科（飞机设计、飞行动 力学与飞行控制）交叉的综合性的学科
飞 行 品 质
科学的学习方法
从飞机本体出发，提出问题 破除书中的神圣性 大胆地提出自己的见解 多角度、多方位思考，多问为什么？
相关学科
理论力学(刚体力学) 结构力学 控制理论 应用数学 计机设
飞 行 动 力 学
飞机 营运
计与试 飞定型
事故调查
驾驶员 训练
教学内容
质心运动方程
分析工具
飞 行 性 能
起飞和着陆性能 基本飞行性能 续航性能 机动性能
起降距离、时间？安全性
飞得多高？多快？ 飞得多远？多久？ 改变飞行状态的能力？
教学内容
质心系运动方程 分析工具 纵向静稳定性和静操纵性 趋势和静态比 横侧静稳定性和静操纵性 纵向动稳定性和动操纵性 横侧动稳定性和动操纵性 过程特性
教学内容
飞行动力学 ＝ 飞行性能 ＋ ＝ ＝ 飞行品质 操稳特性 动态特性 如何确定飞机的可控飞行包 线范围的大小？
在包线范围内，研究飞 机保持某一定常状态或 改变某一定常飞行状态 的能力。
教学内容
飞行性能
研究在外力作用下飞机质心运动的规律。 此时将飞机视为可控质点。
飞行品质
研究在外界扰动和操纵作用下飞机的运 动特性，即飞机保持和改变飞行状态的能力。 此时将飞机看成可控质点系。
研究方法
理论研究
建立数学模型，定性分析、 定量工程计算、仿真计算
风洞试验 模型自由飞试验 地面飞行模拟 空中飞行模拟 飞行试验
实验方法
教材和参考资料
方振平等. 航空飞行器飞行动力学. 北京航空航天大 学出版社，2005 熊海泉等 . 飞机飞行力学 . 航空专业教材编审组， 1990 Etkin B. Aircraft Dynamics – Stability and Control (3rd ed.). John Wiley & Sons, Inc., 1996 金长江等. 飞机飞行性能计算. 国防工业出版社（第 2版），1990 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，1985
内容提要
教学目标 教学内容 科学的学习方法 相关学科 研究方法 教材与参考资料 小结
教学目标
足够重视对飞机本体的认识！
充分理解、熟练掌握飞行动力学的概念 掌握物理概念，理解有关定义，如坐标系？角度等？ 通过学习和习题练习，具备一定的分析问题和解决问题 的能力 应用飞行力学的基本概念分析有关问题，如构型与飞行 品质的关系？稳定裕度与飞机类型的关系等？ 从物理概念出发推导简单公式，进行计算，如配平计 算？ 掌握一定的科学思考问题的方法 提高从飞机本体出发，发现问题和思考问题的能力，如 新构型飞机（飞翼布局）存在的问题？