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出版者:

作者:严冬超 编

出品人:

页数:311

译者:

出版时间:2010-1

价格:55.00元

装帧:

isbn号码:9787118064148

丛书系列:

图书标签:

• 飞机供电系统
• 航空电气系统
• 电力电子
• 飞行器电气设备
• 电源技术
• 航空工程
• 电气工程
• 供电系统
• 航空电子设备
• 嵌入式系统

飞行动力学基础：空气、结构与控制的精密耦合 图书名称：飞行动力学基础：空气、结构与控制的精密耦合 图书简介： 本书深入剖析了现代航空器飞行性能背后的核心物理原理与工程实现，聚焦于空气动力学、结构动力学以及飞行控制系统的三位一体耦合效应。本书旨在为航空航天工程、机械工程、控制科学等领域的学生、研究人员及专业工程师提供一套全面、系统且深入的理论框架和实践指导。 第一部分：空气动力学基石 本部分从流体力学基本原理出发，构建了理解飞机与空气相互作用的数学模型。 第一章：流体力学基础与气动概念 详细阐述了连续介质假设、纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）的推导与简化，重点关注了可压缩流动的特性，如马赫数（Mach Number）的概念、激波的形成与传播。引入了升力、阻力、力矩的基本定义，并基于伯努利原理（Bernoulli's Principle）和动量守恒原理对这些力进行了初步的定性分析。 第二章：二维翼型理论 深入探讨了翼型（Airfoil）的气动特性。从经典的库塔-茹科夫斯基定理（Kutta-Joukowski Theorem）出发，解析了圆柱绕流到具有后缘尖点的翼型流动的数学处理。详细介绍了薄翼型理论（Thin Airfoil Theory），包括计算升力系数和力矩系数的数学方法，并引入了边界层理论（Boundary Layer Theory），分析了粘性效应对气动性能的影响，特别是有关气流分离（Stall）的机制。随后，探讨了厚翼型和超音速翼型（如双凸翼型）的设计原则及其在不同马赫数下的性能差异。 第三章：三维机翼与干扰效应 将二维理论拓展至三维机翼。重点分析了有限机翼效应，如翼尖涡流（Wingtip Vortices）的产生及其对诱导阻力（Induced Drag）的贡献。详细阐述了环量分布理论（Lifting Line Theory/Lifting Surface Theory）及其在计算升力、阻力以及力矩分配中的应用。此外，还涵盖了机翼-机身干扰、高展弦比机翼（如滑翔机翼型）的设计考量，以及在不同迎角和侧滑角下的升阻力特性。 第二部分：结构动力学与气动弹性 本部分关注飞机结构对气动载荷的响应，以及气动载荷对结构稳定性的反馈作用。 第四章：结构动力学基础 回顾了经典梁理论和板壳理论在航空结构分析中的应用。建立了单自由度及多自由度（MDOF）系统的振动方程，重点求解了飞机的固有频率和振型（Mode Shapes），包括弯曲、扭转及剪切模态。引入了结构阻尼的概念及其对振动衰减的影响。 第五章：气动弹性力学导论 气动弹性力学是连接气动与结构的桥梁。本章详细阐述了气动载荷、结构惯性力与弹性恢复力三者之间的耦合关系。深入分析了三种经典的气动弹性现象：颤振（Flutter）、发散（Divergence）和抖振（Buffet）。通过特征值分析法，推导了颤振的判据和速度范围，为结构设计提供了关键的安全裕度依据。 第六章：气动载荷的分布与疲劳分析 分析了不同飞行阶段（起飞、爬升、巡航、机动）下作用于机翼、尾翼和机身的瞬态和周期性气动载荷分布。在此基础上，引入了结构载荷谱（Load Spectrum）的概念，结合材料的S-N曲线，探讨了疲劳损伤的累积模型，如Miner法则，以及如何通过结构冗余设计和材料选择来延长飞机的使用寿命。 第三部分：飞行控制系统与稳定性 本部分聚焦于如何通过操纵面实现对气动力的精确控制，并保证飞机的固有稳定性。 第七章：静稳定性和操纵性 定义了飞机的静态稳定性（Static Stability）的必要条件，包括静偏航力矩导数、静俯仰力矩导数和静滚转力矩导数。详细分析了水平尾翼、垂直尾翼以及机翼自身对静稳定性的贡献。通过中性点（Neutral Point）的概念，定量评估了静稳定性裕度。同时，阐述了操纵性（Maneuverability）与稳定性的平衡，以及如何通过操纵面（副翼、升降舵、方向舵）的合理布局实现有效的控制。 第八章：小扰动模型与动态响应 采用小扰动理论（Linearized Perturbation Theory）将非线性飞行方程线性化，推导出状态空间模型。将纵向运动（俯仰和高度控制）与横侧运动（滚转和偏航控制）解耦或耦合分析。深入研究了不同特征值（如短周期模态、长周期模态、荷兰滚等）对飞行品质（Handling Qualities）的影响，并给出了相应的稳定裕度要求。 第九章：先进飞行控制律设计 本章介绍了现代飞行控制系统的核心理论。从经典的PID控制（比例-积分-微分）开始，逐步过渡到现代控制方法，如状态反馈控制（State Feedback Control）和观测器设计（如卡尔曼滤波器，用于状态估计）。重点讨论了增稳系统（Stability Augmentation Systems, SAS）的设计原理，包括如何利用传感器反馈信号来主动抑制不利的动态模态，确保即使在气动布局不稳定的飞机（如高后掠翼或无人机）上也能安全飞行。最后，简要介绍了先进的鲁棒控制和自适应控制技术在应对气动参数不确定性时的应用。 总结与展望 全书通过严谨的数学推导、清晰的物理图像和丰富的工程案例，展示了航空器从空气中获取升力、承受载荷、实现精确飞行的复杂系统工程。本书强调了空气动力学设计必须与结构强度和控制系统的响应速度相互协调，以期达到最优的性能、安全性和经济性。未来的研究方向，如高超音速飞行器、复杂气动布局的优化控制，将在结论部分进行展望。

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说实话，我带着一种近乎挑剔的眼光翻开了这本书，因为我对航空电子设备的可靠性有近乎偏执的关注。我的专业背景要求我对任何涉及安全关键部分的描述都抱有极高的标准。这本书的章节安排逻辑性很强，从最基础的电磁学原理讲起，逐步过渡到电源转换器的设计原则，这对于建立一个扎实的理论框架无疑是有帮助的。但是，在讨论冗余和故障保护机制时，我发现描述得有些轻描淡写了。航空系统最核心的挑战之一就是“万无一失”，任何一个单点故障都可能导致灾难性后果。书中对“N+1”或“2oo3”投票机制的提及，仅仅停留在概念层面，没有深入探讨在实际的高频开关电源拓扑中如何实现无缝切换和快速故障隔离。我花了很多时间去寻找关于电磁兼容性（EMC）的详细章节，毕竟在金属机身内，高功率密度的电子设备之间产生的干扰是致命的，但相关内容寥寥无几，这让这本书的实用性大打折扣。对于一个关注系统健壮性的工程师来说，这种理论与实践之间的鸿沟是难以接受的。

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这本书的语言风格，初读起来相当平易近人，作者似乎非常擅长用通俗易懂的方式来解释复杂的工程概念。这一点值得称赞，特别是对于刚接触这个领域的新手小白而言，它提供了一个相对友好的学习入口。我特别欣赏其中穿插的一些历史背景介绍，比如早期的直流系统是如何一步步演化到现代交流和混合系统的，这有助于理解技术演进的必然性。不过，随着阅读深入，这种“浅尝辄止”的倾向变得愈发明显。例如，在涉及到半导体器件的选择和热管理策略时，书中只是泛泛地提到了碳化硅（SiC）技术的优势，却没有提供任何关于热界面材料（TIMs）的选择标准，或者详细的散热片设计流程。这就像是提供了一张地图的轮廓，但关键的交通信息和地标性建筑全都不见了。我更希望看到的是那种需要戴着放大镜才能看清的图表，那种充满数学公式和计算参数的严谨性，而不是这种过于温和的叙述方式。它更像是一本面向大众科普的读物，而不是一本严谨的工程参考手册。

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这本书的封面设计得非常引人注目，充满了科技感和速度感。我第一时间就被那些流线型的图案和深邃的蓝色调吸引住了。拿到手里的时候，能感觉到纸张的质感很不错，印刷的清晰度也令人满意，细节处理得很到位。从书名来看，我原本期望能深入了解现代航空器中复杂的电力分配和管理系统，比如如何应对高负荷需求下的稳定性，或是新型能源在机载系统中的应用前景。然而，这本书的内页内容似乎更多地偏向于理论基础的讲解，而不是我所期待的，针对具体机型或系统架构的深度剖析。比如，关于功率因数校正的章节，虽然讲解细致，但使用的案例似乎过于简化，缺乏真实工程环境下的复杂性。如果能加入更多实际案例分析，比如在极端温度或高海拔环境下的性能表现，对于我们这些真正想从事相关领域工作的读者来说，价值会大上许多。整体而言，这是一本视觉效果优秀的入门读物，但在技术深度上，似乎未能完全满足我对于“系统”二字所蕴含的复杂性和工程挑战的期待。我希望未来的版本能够在实际工程应用和系统集成方面提供更详尽的论述。

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我购买这本书的初衷是希望找到一些关于新能源技术在航空应用中的前沿信息，比如固态电池与高压直流母线系统的集成挑战。这本书的目录中确实提到了“未来趋势”那一章，我满怀期待地翻到了那里，但遗憾的是，这部分内容更像是一种对未来美好愿景的描绘，缺乏实质性的技术路线图和当前正在攻克的难点分析。书中对锂离子电池的能量密度和循环寿命的讨论，引用了相对过时的标准，这在快速迭代的储能技术领域是一个明显的时间滞后。我期待看到的是关于下一代更高电压等级（如548V或更高的HVDC总线）的断路器技术选择，以及在机载环境模拟器中进行寿命测试的协议。这本书似乎更专注于对当前主流技术的梳理，像是一个扎实的回顾总结，而不是一个指向未来的灯塔。因此，如果读者期待从中获取任何关于突破性创新的信息，可能会感到失望，它更像是一份对现有技术状态的“快照”，而不是一份“动态发展报告”。

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从装帧和排版的角度来说，这本书的质量无可挑剔。纸张的抗反射涂层做得非常好，即使在强光下阅读，屏幕上的反光也几乎可以忽略不计，这对于长时间工作的人来说是一个巨大的加分项。书中的插图和流程图设计得十分精美，层次分明，很多复杂的信号流或功率路径，通过图示能立刻清晰起来，这极大地提高了阅读效率。然而，这本书的索引部分做得非常不友好。当我试图快速定位关于“瞬态响应控制”的具体内容时，我发现索引的关键词设置得过于宽泛，或者干脆遗漏了一些关键术语。这使得我不得不依赖目录和全文搜索功能来查找特定信息，这无疑打断了连续的思绪流。一本优秀的工具书，其检索效率是衡量其价值的重要标准之一。清晰的图表搭配混乱的索引，就像拥有了一台顶配跑车却没有一个好用的导航系统，速度再快，也容易迷失方向。希望出版社能在后续修订中，对索引的粒度和准确性进行一次彻底的优化和重构。

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