Introduction to Aircraft Flight Dynamics – Louis V. Schmidt – 1st Edition

Descripción

Este libro está destinado a ser un texto introductorio relacionado con la mecánica de vuelo de los vehículos aeroespaciales para su uso en un programa de ingeniería aeronáutica de nivel de pregrado o primer año. Se supone que el estudiante tiene familiaridad con la mecánica de fluidos, el rendimiento de la aeronave y la estabilidad y el control estático. Aunque deseable como temas de fondo, estos sujetos no se consideran requisitos previos absolutos para comprender el contenido de este texto. Se utilizan métodos de análisis contemporáneos mientras se desarrollan detalles tópicos, incluido 1) un estudio de la aerodinámica involucrada en el movimiento del vehículo de vuelo para eliminar el misterio de lo que significa un coeficiente de influencia en un conjunto de ecuaciones, 2) el uso de conceptos de álgebra lineal con diversos grados de detalle para desarrollar una justificación para modelar y resolver problemas relacionados en la dinámica de la aeronave, 3) una introducción a los métodos de teoría de control modernos y 4) problemas y ejemplos que ilustran el uso de las potentes herramientas computacionales de escritorio que están actualmente disponibles Para resolver problemas previamente considerados manejables para la solución solo por computadoras analógicas o de mainframe.

Los principios derivados de estabilidad se describen brevemente en el Capítulo 2 debido a su importación al desarrollar las relaciones de gobierno para la dinámica del fuselaje. Para dar reconocimiento al hecho de que la estabilidad y los derivados de control implican otros factores, como la dependencia aerodinámica de la amortiguación o los términos dependientes de la velocidad y las influencias de la aeroeiasticidad estática en la aerodinámica del cuerpo rígido, una sección en el Capítulo 2 se dedica a la teoría de la carga del tramo de ala. Es la sensación del autor que los analistas de ingeniería con resuelven un problema de dinámica de aeronaves mediante principios de aumento de estabilidad sin darse cuenta de que las opciones pueden existir para obtener resultados similares mediante una modificación de configuración de fuselaje. Los modos de vuelo longitudinales y laterales direccionales se consideran en el Capítulo 3 durante una revisión de la estabilidad estática y los conceptos de control. Los métodos de análisis lineal se utilizan con énfasis en los enfoques de matriz en la configuración de los problemas como un preludio de las consideraciones más exigentes involucradas con las ecuaciones diferenciales dependientes del tiempo, acopladas.

Otra razón para comenzar la cobertura del material de esta manera es que los resultados de la estabilidad estática y el control pueden reconocerse correspondientes a la parte de frecuencia cero de un análisis dinámico de respuesta a la frecuencia o la respuesta en estado estacionario en un análisis de respuesta de historia de tiempo después de todo Los transitorios se han disipado. Las ecuaciones de movimiento de gobierno se desarrollan en el Capítulo 4 con una gran dependencia del uso de álgebra lineal aplicada a los primeros principios de la mecánica de ingeniería (es decir, la conservación del momento lineal y angular). Posteriormente, las ecuaciones de gobierno están linealizadas por pequeños supuestos de perturbación al establecer las relaciones dinámicas longitudinales y laterales desacopladas. Los derivados de estabilidad dimensional se emplean para que los resultados tengan lugar en tiempo real. Las para resolver las ecuaciones de movimiento se describen en el Capítulo 5, comenzando con una revisión de los métodos de transformación de Laplace y terminando con una introducción a los fundamentos del espacio de estado.

La dinámica longitudinal y lateral-direccional del fuselaje se tratan por separado en los capítulos 6 y 7 con los objetivos 1) para identificar comportamientos modales, 2) para desarrollar aproximaciones simplificadoras para describir los modos individuales y 3) para determinar la respuesta del avión. para controlar las entradas. Las entradas de control armónico se ven en el dominio de frecuencia, mientras que otras entradas de control, como y dobletes, se ven en el dominio del tiempo. Los conceptos de la teoría de control moderno hacen que el análisis sea conveniente en la frecuencia o en el dominio del tiempo. El uso de controles de fuselaje para fines de aumento de estabilidad se ilustra para algunas situaciones seleccionadas después de una introducción al concepto de controlabilidad. Se proporciona una idea de la forma no lineal de la dinámica de la fuselaje al considerar el conjunto completo de ecuaciones de movimiento acopladas. Las técnicas de análisis aplicables para describir el acoplamiento inercial de la cáscara de pitch de fuselaje, la roca del ala del fuselaje y la dinámica de la puesta en el puesto se analizan en el Capítulo 8. Se proporcionan ejemplos para ilustrar que un ciclo límite (por ejemplo, roca de ala y/o margen de puesta en marcha) representa un sistema estable en La sensación de Lyapunov. Finalmente, el vuelo no siempre es una situación ideal en aire suave. Los efectos de turbulencia atmosférica en la dinámica del fuselaje se tratan en el Capítulo 9. Una introducción a variables aleatorias y procesos estocásticos se incluye en la presentación porque la turbulencia se ve mejor como un proceso aleatorio que actúa como entrada al movimiento de un vehículo aeronave. Se proporcionan apéndices que se ocupan de conceptos matemáticos seleccionados que respaldan el material de texto. Se espera que la presencia del material actúe como un repaso para algunos lectores y como un estímulo para una mayor consideración por parte de otros lectores.

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  • Preface
    Chapter 1. Introduction
    1.1 Background
    1.2 Definitions
    1.3 Coordinate Transformations
    1.4 Wing Properties
    1.5 Dimensions and Units
    References
    Problems
    Chapter 2. Aerodynamic Principles
    2.1 Background
    2.2 Longitudinal Stability Derivatives
    2.3 Lateral-Directional Stability Derivatives
    2.4 Wing Theory
    2.5 Stability Derivatives Using Wing Theory
    References
    Problems
    Chapter 3. Static Stability and Control
    3.1 Background
    3.2 Longitudinal Stability and Control
    3.3 Lateral-Directional Stability and Control
    References
    Problems
    Chapter 4. Airframe Equations of Motion
    4.1 Background
    4.2 Euler Angle Transformations
    4.3 Rotation of a Rigid Body
    4.4 Airframe Equations of Motion
    4.5 Linearized Equations of Motion
    4.6 Matrix Formulation of the Equations of Motion
    References
    Problems
    Chapter 5. Dynamic System Principles
    5.1 Background
    5.2 Laplace Transforms
    5.3 First-Order Linear System
    5.4 Second-Order Linear System
    5.5 Stability
    5.6 State-Space Fundamentals
    5.7 Stability in the Sense of Lyapunov
    References
    Problems
    Chapter 6. Longitudinal Dynamics
    6.1 Background
    6.2 Aircraft Longitudinal Dynamics
    6.3 Modal Approximations
    6.4 Control Response
    6.5 Maneuvering Flight
    References
    Problems
    Chapter 7. Lateral-Directional Dynamics
    7.1 Background
    7.2 Pure Rolling Motion
    7.3 Lateral-Directional Dynamics
    7.4 Control Response
    7.5 Design Guidelines
    7.6 Yaw Damper for Stability Augmentation
    7.7 Controllability and Pole Placement
    References
    Problems
    Chapter 8. Nonlinear Dynamics
    8.1 Background
    8.2 Inertia! Cross Coupling
    8.3 Wing Rock
    8.4 Stall Dynamics
    References
    Problems
    Chapter 9. Atmospheric Turbulence
    9.1 Background
    9.2 Discrete Gust Response Solutions
    9.3 Random Processes
    9.4 Random Gust Response
    9.5 Lyapunov Equation Usage for Gust Responses
    References
    Problems
    Appendix A: Atmospheric Table
    Appendix B: Aircraft Stability Derivatives
    B.I U.S. Navy A-4D Attack Aircraft
    B.2 U.S. Navy A-7A Attack Aircraft
    B.3 U.S. Air Force F-4C Fighter Aircraft
    B.4 McDonnell-Douglas DC-8 Jet Transport
    B.5 Convair CV-880M Jet Transport
    B.6 Lockheed Jetstar Utility Jet Transport
    B.7 North American Navion General Aviation Aircraft .
    References
    Appendix C: Span Load Program
    C.I Aerodynamic Influence Coefficients
    C.2 Program Listing
    Appendix D: Linear Algebra Principles
    D.I Linear Algebra Usage
    D.2 Linear Algebra and Vector Concepts
    D.3 Eigenvalue Problem
    D.4 Orthogonality Principles
    D.5 Diagonalization of a Square Matrix
    D.6 Eigenvalue Problem for a Symmetric Matrix
    D.7 Eigenvalue Problem for an Unsymmetric Matrix
    D.8 Cayley-Hamilton Theorem
    D.9 Linear Independence and Rank
    References
    Appendix E: Usage of MATLAB Programs
    E.I Introductory Remarks
    E.2 Elementary Use of MATLAB
    E.3 Use of MATLAB Function Files
    References
    Index
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