Fundamentals of Airplane Flight Mechanics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:David G. Hull

出品人:

页数:298

译者:

出版时间:2010-10-14

价格:GBP 72.00

装帧:Paperback

isbn号码:9783642079870

丛书系列:

图书标签:

• 气动力学
• 数学
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• Control Systems
• Stability
• Performance

翱翔天际的物理奥秘：一本关于空气动力学与飞行控制的探索之旅 本书旨在深入剖析支撑飞机翱翔天际的根本物理原理，为您揭示隐藏在流畅曲线与强大动力背后的严谨数学与工程逻辑。我们并非仅仅描绘飞行器表面的速度与高度，而是着重于其内部动力的源泉、控制的机制以及在复杂环境中稳定飞行的奥秘。这本书将带领您穿梭于流体动力学的奇妙世界，理解空气如何与机翼互动，产生那神奇的升力；探索阻力的本质，以及如何通过精妙的设计将其最小化；同时，还将深入研究推力与重力的相互作用，勾勒出飞机在空中运动轨迹的宏观图景。 第一部分：空气动力学的基石——理解升力与阻力 在本书的开篇，我们将为您奠定扎实的空气动力学基础。首先，我们会从流体力学的基本概念入手，介绍流体的性质，如密度、粘度以及伯努利原理。您将理解，当空气流经机翼时，由于其特定的翼型设计，上下表面的空气流速不同，从而导致压力差的产生。正是这种压力差，造就了将飞机托举上天的关键——升力。我们将详细阐述升力系数、迎角、翼型剖面等重要参数如何影响升力的产生，并解释不同飞行状态下升力是如何被调节的。 与此同时，阻力作为飞行过程中不可避免的另一个力，也将成为我们关注的焦点。我们将区分不同类型的阻力，包括形状阻力（由物体外形引起）、摩擦阻力（由流体与物体表面接触产生）以及诱导阻力（由升力产生）。理解这些阻力来源，对于设计高效的飞机至关重要。您将了解到，通过优化飞机外形、选用光滑的表面材料以及设计高效的机翼，可以有效减小阻力，从而提高燃油效率和飞行性能。 第二部分：飞行的驱动力——推力与重力的平衡 升力与阻力构成了飞机的“横向”运动基础，而推力和重力则决定了飞机的“纵向”运动。我们将深入研究飞机的动力系统，无论是传统的螺旋桨还是现代喷气式发动机，它们如何通过产生强大的推力来克服空气阻力，使飞机向前加速。您将了解不同发动机类型的工作原理、推力特性以及在不同飞行阶段推力是如何被控制和优化的。 重力，作为地球施加于飞机及其载荷的引力，是飞行过程中始终存在的挑战。我们将探讨重力如何与升力相互作用，影响飞机的爬升、下降和巡航。您将理解，飞机之所以能够保持稳定的飞行姿态，是升力与重力、推力与阻力之间精妙平衡的结果。在紧急情况下，如何通过操控这些力来应对，也将是本书探讨的重要内容。 第三部分：控制的艺术——操纵飞机的奥秘 仅仅产生升力和推力不足以让飞机按照预设航线飞行，精密的控制系统是实现精准飞行的关键。本书将带您探索飞机上各种操纵面的作用，包括副翼、升降舵和平尾。您将理解副翼如何控制飞机的滚转，使飞机倾斜转向；升降舵如何控制飞机的俯仰，使飞机抬头或低头；而平尾则负责飞机的偏航，使机头左右摆动。 我们将详细分析这些操纵面是如何与飞行员的指令以及自动驾驶系统协同工作的。您将了解舵面偏转角度、空气动力效应以及它们如何共同改变飞机的姿态和运动轨迹。此外，本书还将触及一些更高级的飞行控制概念，例如飞稳性（stability）和可操纵性（controllability）。飞稳性是指飞机在受到扰动后，是否能够自动恢复到原来的飞行状态；而可操纵性则关乎飞行员是否能够方便有效地控制飞机进行期望的机动。这两者之间的权衡，是飞机设计中至关重要的环节。 第四部分：飞行环境的挑战——风、湍流与气象 现实中的飞行并非总是在理想条件下进行。本书还将引导您认识到，复杂的飞行环境对飞机性能和飞行安全构成的重要影响。我们将探讨不同类型的风，如顺风、逆风、侧风，以及它们如何影响飞机的速度和航向。您将理解，飞行员和导航系统需要实时监测并补偿风的影响，以保持精准的航线。 湍流是另一个不容忽视的挑战。我们将解释湍流的成因，例如气流的不稳定、地形的影响以及不同高度的空气密度差异，并分析湍流对飞机产生的颠簸和可能的风险。您将了解，现代飞机的设计和飞行控制系统如何能够有效地应对不同程度的湍流，确保乘客的舒适和安全。 此外，我们还将简要介绍气象信息在飞行规划和执行中的重要性。天气变化，如云层、降水、雷暴等，都会对飞机的飞行路径和操作带来直接影响。了解并预测这些气象因素，是保障飞行安全和效率的必要条件。 第五部分：飞机的运动学与动力学分析 为了量化和预测飞机的飞行行为，本书将引入必要的数学模型和分析工具。我们将从牛顿运动定律出发，建立描述飞机在三维空间中运动的方程组。您将接触到关于质量、惯性、加速度和力的基本概念，并理解如何将它们应用于分析飞机的直线运动、曲线运动以及姿态变化。 我们将深入探讨飞机的动力学模型，将空气动力学、推力系统和飞机自身的质量分布等因素整合起来，建立一套完整的数学描述。这套模型能够帮助我们预测飞机在不同输入下的响应，例如，当飞行员改变操纵面角度时，飞机会如何加速、转向或改变高度。本书还将介绍一些常用的数值方法和仿真技术，用于求解这些复杂的动力学方程，从而更好地理解和模拟飞机的飞行性能。 本书的价值与读者收益 无论您是一名航空工程专业的学生，一名航空爱好者，还是一名希望更深入理解飞行原理的专业人士，本书都将为您提供宝贵的知识和视角。通过学习本书，您将能够： 深刻理解飞机为何能飞： 不再仅凭直觉，而是能够用严谨的科学原理来解释升力、阻力、推力和重力之间的相互作用。 掌握飞机的控制原理： 理解副翼、升降舵和平尾等操纵面如何实现飞机的姿态控制和航向改变。 认识飞行环境的挑战： 了解风、湍流等因素如何影响飞行，以及如何进行有效的应对。 建立量化的飞行分析框架： 学习运用数学工具和动力学模型来描述和预测飞机的飞行行为。 拓宽航空领域的视野： 为进一步深入研究飞行器设计、航空航天工程或飞行员培训等领域奠定坚实基础。 本书致力于以清晰、系统的方式呈现复杂的技术内容，注重理论与实际应用的结合。我们相信，通过对本书内容的学习，您将能够更加全面、深入地理解翱翔于蓝天的飞机所蕴含的物理奥秘，并对航空科学的魅力有更深刻的体会。

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这本书的排版和插图简直是一场视觉灾难，让人对阅读产生强烈的抵触情绪。图表的设计充满了上个世纪八十年代的风格，线条生硬，坐标轴的标记拥挤不堪，许多关键的飞行包线图，如果不借助放大镜，根本无法分辨出不同曲线所代表的物理状态。更糟糕的是，图注常常与正文描述脱节，有时图表中的符号甚至没有在正文中得到明确的定义，使得读者必须在不同页面间反复跳转，试图拼凑出作者想要表达的完整逻辑链。比如，关于侧滑角影响升力的那一节，配图中的向量箭头方向混乱，让人一度怀疑自己对科里奥利力的理解是否出现了根本性的错误。这种对细节和用户体验的漠视，极大地降低了学习效率，使得原本就具有一定难度的专业知识，被这些低劣的呈现方式进一步雪上加霜。

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让我感到最沮丧的是本书的索引和术语一致性问题。书中经常出现术语的混用现象，比如“静稳定裕度”和“静稳定裕度系数”有时被当作同一个概念使用，这在需要精确定义的力学领域是绝对不能容忍的错误。更甚者，我发现一些关键的定义在不同的章节中有着微妙但重要的差异，这迫使我不得不花费大量时间去追溯和比对，以确定作者在特定上下文中使用哪个定义。索引部分也做得极为粗糙，许多重要的公式和概念，比如“马赫数效应下的阻力模型”，在索引中找不到明确的条目，或者指向的页码是错误的。这种缺乏严谨的编辑和校对，让每一次尝试快速查阅特定知识点的努力都变成了徒劳的碰运气游戏，极大地损害了这本书作为一本参考工具的可靠性。

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该书的习题设计也存在着明显的问题，它们似乎完全脱离了实际工程应用的背景。大多数习题都是纯粹的解析计算题，要求读者对一个简化的、理想化的模型进行繁琐的代数操纵，这固然能检验对公式的掌握程度，但却完全不能培养解决真实世界问题的能力。例如，有一整章的练习题都围绕着求解一个五阶微分方程组的解析通解，这在实际飞行控制系统调试中几乎是不可能遇到的场景。一个更实用的练习，应该是要求读者使用给定的实验数据，建立一个简化的六自由度模型，并预测特定扰动下的响应轨迹，但这本书里没有这样的“建模与仿真”导向的实践环节。因此，读完这本书，我感觉自己更像一个合格的数学计算器，而不是一个能将理论应用于实践的飞行力学工程师。

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这本书的书名是《Fundamentals of Airplane Flight Mechanics》，但我看到的这本书内容实在令人费解。开篇就直接跃入复杂的数学模型，仿佛作者默认读者已经掌握了高等流体力学和微分方程的全部知识。我试图理解第一章关于气动中心和稳定性的讲解，但作者似乎热衷于使用晦涩难懂的术语，缺乏清晰直观的物理图像来辅助理解。那些关于非线性飞行动力学方程的推导过程，写得如同给专业研究人员准备的参考手册，完全没有顾及初学者或者希望建立直观认识的工程师。例如，书中在讨论俯仰力矩系数变化时，仅仅给出了一个复杂的高阶多项式拟合，却从未用心地解释这个拟合背后的物理意义是如何随攻角变化的。读完前几章，我感觉自己像是直接被扔进了一个充满符号和矩阵的迷宫，对“飞机是如何飞起来的”这个最基本的问题，并没有得到一个令人满意的、渐进式的解释。如果不是为了完成某个特定的课程作业，我恐怕早就将它束之高阁了。

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我购买这本书的初衷是希望它能涵盖现代飞行器设计中的一些新颖概念，比如先进的控制律设计或者涉及高超声速飞行的气动弹性效应。然而，这本书的深度似乎停滞在了上世纪中叶。内容的选择显得极其保守和陈旧，重点过多地集中在传统的刚体空气动力学假设下，对巡航和亚音速机动性的讨论占据了绝大部分篇幅。对于当前许多军用和商用飞机所依赖的先进气动布局——比如翼身融合、可变几何翼面等带来的非线性气动效应，书中几乎没有涉及，最多只是在脚注中一笔带过。这使得这本书对于正在从事前沿航空研究的人来说，参考价值非常有限。它更像是一份对经典理论的详尽复述，缺乏将历史知识与当前工程挑战相结合的洞察力，读起来总觉得有点“老生常谈”，无法激发任何创新思维的火花。

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