本书是一部以运载火箭/弹道导弹的飞行动力学与制导为主题的教材。基本内容包括：地球与大气基础知识、坐标系及其坐标转换、变质量力学原理；飞行器飞行过程中所受作用力、力矩的定义和表示；飞行器空间运动方程及其简化；弹道导弹自由飞行段弹道方程、弹道参数计算及特性分析；再入段运动方程、运动特性分析与机动弹道工程设计；主动段运动方程、运动特性分析与弹道设计；主动段摄动原理及摄动制导方法；主动段显式制导原理及显式制导方法；再入制导原理及再入制导方法。
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飞行器设计长期从事飞行器飞行动力学与制导方面的教学与研究工作，近些年来主要从事载人飞船、可重复使用跨大气层飞行器、临近空间高超声速飞行器和机动弹头的轨道设计、导引规律和制导方法的研究。为本科生和研究生讲授过“飞行力学基础”、“飞行力学”、“飞行器制导原理”、“飞行器导航制导与控制”、“导弹飞行动力学与控制”、“航天器最优控制理论与方法”等多门课程。发表学术论文90余篇。出版教材有《远程火箭弹道学》、《远程火箭飞行动力学与制导》和《空天飞行力学》。
目录
丛书序
前言
第1章 飞行动力学的基础知识 001
1.1 地球的运动及形状 002
1.1.1 地球的运动 002
1.1.2 地球的形状 004
1.2 地球大气 004
1.2.1 地球大气分层 005
1.2.2 标准大气 006
1.3 坐标系间的方向余弦阵及矢量导数的关系 011
1.3.1 坐标系之间的方向余弦阵 011
1.3.2 坐标系转换矩阵的欧拉角表示法 012
1.3.3 坐标系间矢量导数的关系 013
1.4 常用坐标系及其相互转换 014
1.4.1 常用坐标系 014
1.4.2 各坐标系间转换关系 016
1.4.3 常用欧拉角的联系方程 021
1.5 变质量力学基本原理 023
1.5.1 变质量质点的基本方程 024
1.5.2 变质量质点系的运动方程 025
第2章 远程火箭飞行的力学环境 030
2.1 附加力、附加力矩及火箭发动机特性 030
2.1.1 附加力和附加力矩 030
2.1.2 火箭发动机特性 035
2.2 引力与重力 038
2.2.1 引力 038
2.2.2 重力 044
2.3 空气动力及气动力矩 047
2.3.1 空气动力 047
2.3.2 空气动力矩 052
2.4 控制系统、控制力和控制力矩 055
2.4.1 火箭状态参数的测量 055
2.4.2 姿态控制系统 058
2.4.3 控制力和控制力矩 060
第3章 空间运动方程的建立 064
3.1 远程火箭矢量形式的动力学方程 064
3.1.1 质心动力学方程 064
3.1.2 绕质心转动的动力学方程 064
3.2 地面发射坐标系中的空间弹道方程 065
3.2.1 地面发射坐标系中的质心动力学方程 065
3.2.2 绕质心动力学方程在箭体坐标系的分解 070
3.2.3 补充方程 071
3.2.4 空间运动方程 074
3.3 地面发射坐标系中的空间弹道方程的简化 076
3.3.1 空间运动方程简化假设条件 076
3.3.2 空间弹道计算方程 077
3.3.3 弹道参数计算 079
3.4 速度坐标系中的空间弹道方程与简化 082
3.4.1 速度坐标系中的质心动力学方程 082
3.4.2 速度坐标系中的空间弹道方程 084
3.4.3 简化的弹道方程 085
第4章 自由飞行段弹道特性分析 088
4.1 自由飞行段的弹道方程 088
4.2 弹道方程的分析 091
4.2.1 e、 P的意义及其确定 091
4.2.2 圆锥截线形状与主动段终点参数的关系 093
4.2.3 椭圆的几何参数与主动段终点参数的关系 095
4.2.4 成为人造卫星或导弹的条件 096
4.3 射程与主动段终点参数的关系 098
4.3.1 被动段射程的计算 098
4.3.2 自由段射程的计算 101
4.3.3 已知rk、νk求被动段的k.opt及βc.max 102
4.3.4 已知rk、βc求k.opt、νk.min 104
4.4 导弹被动段飞行时间的计算 106
4.4.1 面积速度和周期 107
4.4.2 开普勒方程 107
4.4.3 开普勒方程的近似解算 112
4.4.4 飞行时间Tc与主动段终点参数的关系 113
4.5 误差系数 117
4.5.1 射程误差系数 117
4.5.2 侧向误差系数 122
4.5.3 飞行时间误差系数 125
4.6 相对于旋转地球的自由段参数 127
4.6.1 物理景象分析 128
4.6.2 运动学方法的计算步骤 128
4.7 考虑地球旋转的误差系数 132
4.8 扁形地球下自由飞行段弹道 138
第5章 再入段运动特性分析与弹道设计 140
5.1 再入段运动方程 140
5.1.1 矢量形式的再入段动力学方程 140
5.1.2 地面发射坐标系中再入段空间运动方程 141
5.1.3 以总攻角、总升力表示的再入段空间弹道方程 143
5.1.4 简化的再入段平面运动方程 149
5.2 零攻角再入弹道特性分析 151
5.2.1 再入段最小负加速度的近似计算 152
5.2.2 热流的近似计算 155
5.2.3 运动参数的近似计算 159
5.2.4 有空气阻力作用的被动段弹道特性 163
5.2.5 被动段弹道运动参数的特性分析 165
5.3 有升力再入弹道特性分析 166
5.3.1 问题的提出及技术途径 166
5.3.2 再入走廊的确定 170
5.3.3 有升力再入时，运动参数的近似计算 172
5.4 再入机动弹道的工程设计 184
第6章 主动段运动特性分析与弹道设计 192
6.1 用于方案论证阶段简化的纵向方程 192
6.2 主动段运动特性分析 193
6.2.1 切向运动特性分析 193
6.2.2 主动段转弯过程及运动特性分析 195
6.2.3 法向运动特性分析 199
6.3 主动段终点运动参数及全射程估算 199
6.3.1 设计参数 199
6.3.2 主动段终点速度的估算 201
6.3.3 主动段终点位置参数近似计算 205
6.3.4 全射程估算 207
6.3.5 设计参数的选择 209
6.4 主动段弹道设计的作用及原则 213
6.5 飞行程序设计的工程方法 216
6.5.1 大气层内飞行程序设计 216
6.5.2 真空段飞行程序的设计 220
6.6 飞行程序优化设计方法 232
6.6.1 目标函数 233
6.6.2 优化自变量的选取 233
6.6.3 约束条件的处理 234
6.6.4 随机方向法的原理 235
6.7 远程固体火箭的能量管理 235
6.7.1 大气层内飞行程序设计 236
6.7.2 真空段飞行程序的设计 236
第7章 主动段的摄动制导方法 243
7.1 弹道摄动的基本原理 243
7.1.1 摄动法的基本思想 243
7.1.2 用摄动法研究扰动因素对导弹落点偏差的影响 244
7.1.3 主动段摄动方程的建立 245
7.1.4 弹体结构参数偏差对主动段弹道的影响 247
7.2 摄动制导的基本原理 251
7.2.1 弹头落点偏差控制原理 251
7.2.2 弹头落点偏差控制方法 252
7.3 按速度关机的射程控制方案 252
7.3.1 速度关机方程 252
7.3.2 方法误差分析 254
7.4 按视速度关机的射程控制方案 256
7.4.1 视速度关机方程 256
7.4.2 方法误差分析 258
7.4.3 带补偿的视速度关机方案 261
7.5 按射程关机的射程控制方案 262
7.5.1 带补偿的视速度关机方法误差分析 262
7.5.2 射程关机方程 264
7.6 横向导引与法向导引 265
7.6.1 横向导引 265
7.6.2 法向导引 268
第8章 主动段的显式制导方法 269
8.1 显式制导的基本原理 269
8.1.1 r、r？的确定 269
8.1.2 根据ra、 r？a产生控制信号Uψ 271
8.1.3 βc和β*c的确定 273
8.2 增益速度制导方法 274
8.2.1 增益速度制导的基本原理 274
8.2.2 需要速度的概念 275
8.2.3 需要速度的确定 275
8.2.4 闭路导引控制信号的确定 279
8.2.5 虚拟目标的确定与需要速度的修正 280
8.3 迭代制导方法 281
8.3.1 迭代制导的基本原理 281
8.3.2 由vk控制到v～k确定实际关机时间t*k 282
8.3.3 由rk、vrk控制到r～k、v～rk确定控制规律φ（t） 287
8.4 E制导方法 292
8.4.1 E制导的基本原理 292
8.4.2 E制导算例分析 294
第9章 再入段的制导方法 297
9.1 再入制导的基本原理 297
9.1.1 标准轨道再入制导方法 297
9.1.2 再入轨道预测制导方法 299
9.1.3 广义的标准轨道再入制导方法 301
9.2 标准轨道再入制导方法 303
9.2.1 纵向制导 303
9.2.2 侧向制导 304
9.2.3 纵平面运动方程的线性化 305
9.2.4 最佳反馈增益系数的求解 309
9.3 广义的标准轨道再入制导方法 311
9.3.1 简化的再入运动数学模型 311
9.3.2 广义的再入标准轨道制导原理 312
9.3.3 再入纵向制导 312
9.3.4 再入制导的航程更新 318
9.3.5 再入机动的侧向制导 319
9.4 最优再入机动末制导方法 320
9.4.1 相对运动方程 320
9.4.2 俯冲平面内最优导引规律 321
9.4.3 转弯平面内最优导引规律 324
9.4.4 速度控制方法 325
9.4.5 导引参数确定 329
参考文献 330
附录标准大气表 333
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