《水下運載器性能的分析與設計》是2008年國防工業出版社出版的圖書，作者是榮建德。本書講述了運載器一般運動方程及運載器運動方程的線性化等知識。
基本介紹
- 書名：水下運載器性能的分析與設計
- 作者：榮建德
- ISBN：9787118051957
- 出版社：國防工業出版社
基本信息,內容簡介,目錄,書摘,
基本信息
作者： 榮建德
出版社：國防工業出版社
ISBN：9787118051957
出版日期：2008 年1月
內容簡介
本書旨在研究並建立無動力運載器運動性能的設計理論，其內容由三部分(分十章)構成。第一部分用矢量矩陣方法嚴格地建立描述運載器一般運動的數學模型，這是研究運載器運動的理論基礎；第二部分系統地建立運載器性能的理論分析方法和簡捷分析方法，進而揭示運載器的運動規律及其物理本質並建構運載器構型設計原理；第三部分提出運載器性能設計原理，包括彈道與流體動力布局的設計原理。
本書可供從事水下航行器研究、設計、試驗、使用的科技人員和有關專業的高校師生參考，也可供航空、航天部門的相關科技人員參考。
目錄
導論
第一章 運載器一般運動方程
1.1 坐標系和坐標變換
1.1.1坐標系的定義
1.1.2運載器運動參數的定義
1.1.3 各坐標系之間的幾何關係
1.1.4 矢量運算同矩陣運算的關係
1.1.5 坐標變換與坐標變換矩陣
1.1.6 矢量導數的坐標變換
1.1.7 張量的坐標變換
1.2 作用在運載器上的外力
1.2.1 流體動力
1.2.2 浮力
1.2.3 重力
1.2.4 波浪干擾力和折翼展開力
1.3 運載器一般運動方程
1.3.1 運載器動力學方程
1.3.2 運載器運動學方程
1.3.3 幾何關係方程
1.3.4 b-b體系運載器一般運動方程
. 1.3.5 h-b體系運載器一般運動方程
第二章 運載器運動方程的線性化
2.1 概述
2.2 建立兩組小擾動方程的條件、方法及步驟
2.2.1 運動方程線性化的條件及方法
2.2.2 小擾動方程分離成兩組的條件
2.2.3 係數“凍結”法
2.2.4 推導兩組小擾動方程的步驟
2.3 運載器縱向小擾動方程
2.3.1 從h-b體系運載器一般運動方程分離出姿態運動方程
2.3.2 縱向姿態運動方程
2.3.3 縱向小擾動方程
2.4 運載器橫側向小擾動方程
2.4.1 從b-b體系運載器一般運動方程分離出姿態運動方程
2.4.2 橫側向姿態運動方程
2.4.3 橫側向小擾動方程
2.5 狀態方程
2.5.1 縱向小擾動狀態方程
2.5.2 橫側向小擾動狀態方程
第三章 運載器的平衡特性與機動性
3.1 運載器的定常直線運動方程
3.2 運載器定常直線運動的解
3.3 運載器的平衡特性和深水發射構型設計原理
3.3.1 平衡特性
3.3.2 深水發射構型設計原理
3.4 運載器的機動性
3.4.1 運載器的機動性與過載的概念
3.4.2 鉛垂平面內機動的航行原理
3.4.3 法向過載同運動參數的關係
3.4.4 彈道曲率半徑同法向過載的關係
3.4.5 運載器在鉛垂平面內機動的法向過載和彈道曲率半徑
3.4.6 運載器的需用法向過載和可用法向過載
3.4.7 彈道曲率半徑的估算
第四章 分析運載器運動穩定性的方法
4.1 研究運動穩定性的意義
4.2 運動穩定性的定義
4.2.1 平衡狀態運動穩定性的定義
4.2.2 運動穩定性的定義
4.3 運動穩定性的一些基本概念
4.4 李雅普諾夫第一方法(間接法)
4.5 李雅普諾夫第二方法(直接法)
4.5.1 李雅普諾夫穩定性基本定理
4.5.2 判斷穩定和不穩定的定理
4.5.3 漸近穩定的附加條件
4.5.4 李雅普諾夫第二方法的一些基本概念
4.6 運動穩定性的一種數值分析方法
4.6.1 方法概述
4.6.2 運載器姿態運動方程及其求解方法
4.6.3 運載器姿態擾動方程及其求解方法
4.6.4 姿態擾動運動的動能t(t)和運動穩定性計算
4.6.5 運載器姿態小擾動方程及其求解
4.7 分析運載器運動穩定性的方法
第五章 運載器的縱向運動穩定性
5.1 縱向自由擾動運動
5.2 縱向自由擾動運動的求解
5.2.1 縱向自由擾動運動的拉普拉斯變換解法
5.2.2 由狀態方程求解縱向自由擾動運動
5.3 特徵值及特徵矢量
5.3.1 縱向特徵值
5.3.2 縱向特徵矢量
5.4 縱向自由擾動運動的兩個階段
5.5 實例
5.6 快衰減運動的簡捷分析
5.6.1 快衰減運動擾動運動方程
5.6.2 快衰減運動擾動運動方程的簡化
5.6.3 快衰減模態特徵值的表達式
5.7 快衰減運動穩定性判據和縱向構型設計原理
5.7.1 快衰減運動模態的穩定性判據——q]o
5.7.2 運載器縱向構型設計原理
第六章 運載器的橫側向運動穩定性
6.1 橫側向自由擾動運動特性
6.1.1 橫側向特徵值
6.1.2 橫側向特徵矢量
6.1.3 橫側向自由擾動運動的兩種運動模態
6.2 實例
6.3 橫側向自由擾動運動的簡捷分析
6.3.1 非周期衰減2自由度系統
6.3.2 振盪衰減2自由度系統
6.4 運載器橫側向構型設計原理
第七章 運載器的動態回響特性
7.1 縱向傳遞函式及其簡化
7.1.1 縱向傳遞函式
7.1.2 縱向傳遞函式的簡化
7.2 縱向操縱性
7.2.1 在俯仰舵階躍偏轉下快衰減運動的動態回響
7.2.2 瞬態分量的動態品質
7.2.3 穩態值
7.2.4 快衰減運動中操縱性同穩定性的關係
7.3 縱向干擾運動特性
7.3.1 在階躍俯仰干擾力矩mz(t)作用下快衰減運動的動態回響
7.3.2 在階躍法向干擾力fy(t)作用下快衰減運動的動態回響
7.3.3 在階躍干擾攻角a0(t)作用下快衰減運動的動態回響
7.3.4 快衰減運動中干擾運動特性同穩定性的關係
7.4 橫側向傳遞函式及其簡化
7.4.1 橫側向傳遞函式
7.4.2 橫側向傳遞函式的簡化
7.4.3 標準形式的橫側向簡化傳遞函式
7.5 橫側向干擾運動特性
7.5.1 在階躍干擾側滑角β0(t)作用下橫側向振盪運動的動態回響
7.5.2 在階躍橫滾干擾力矩mx(￡)作用下橫側向振盪運動的動態回響
7.5.3 在階躍側向干擾力fx(t)作用下橫側向振盪運動的動態回響
7.5.4 橫側向干擾運動特性的近似分析
第八章 運載器性能設計的基本要求
8.1 運載器運動性能設計概述
8.2 運載器的戰術技術要求和基本特徵
8.3 運載器性能設計的基本要求
8.3.1 運載器彈道的功能要求與性能要求
8.3.2 運載器性能設計的基本要求
第九章 運載器彈道設計原理
9.1 運載器彈道與四個基本要素的關係
9.2 運載器彈道方案的設計原理
9.2.1 彈道方案的總體構思
9.2.2 彈道方案的設計原理
9.3 運載器彈道控制參數設計
9.4 運載器運動特性設計原理
9.4.1 快速性設計
9.4.2 機動性設計
9.4.3 平衡特性設計
9.4.4 運動穩定性設計
9.4.5 操縱性設計
9.4.6 干擾運動特性設計
第十章 運載器流體動力布局設計原理
10.1 運載器流體動力布局設計的依據與實質
10.2 運載器流體動力布局形式設計原理
10.2.1 運載器繞流的基本形態
10.2.2 運載器流體動力布局形式設計的基本問題
10.2.3 尾翼布局形式設計原理
10.3 運載器部件流體動力外形設計原理
10.3.1 主體外形設計原理
10.3.2 翼型選擇原則
10.3.3 運載器尾翼外形設計原理
書摘
第一章 運載器一般運動方程
運載器一般運動方程是描述運載器(見圖1-1)水下空間運動的數學模型，是運載器運動數值仿真、運動性能分析與設計的基礎，也是推導縱向、橫側向小擾動方程的原始方程。
建立運載器一般運動方程基於下列基本假設：
(1)將大地視為平面，即不考慮大地的曲率及自轉，於是大地就成為慣性參考體。
(2)將運載器視為水下6自由度運動的常質量剛體(不考慮運載器結構的彈性變形，不考慮內部活動機構的影響)。
(3)假定流體介質是平靜的(暫不考慮海流與波浪的影響)無界流。
推導運載器一般運動方程時還作下列假設：
(1)運載器具有一個對稱平面，其外形和質量分布均對稱於縱向對稱平面Oxbyb。
(2)運載器在流體介質中運動是全濕狀態。
(3)作用於運載器的黏性位置力及黏性阻尼力可以採用線性假設。
剛體的一般運動需要有6個獨立的運動變數來描述，即空間的自由剛體具有6個運動自由度。要確定運載器水下一般運動，可以在運載器上取一基點0，並通過基點0裝上運載器固連坐標系——本體坐標系Sb。於是，運載器的水下一般運動就歸結為基點0的運動和本體坐標系Sb繞0點的定點轉動；運載器的一般運動狀態就可用基點0在大地坐標系Sg中的3個空間位移參數和本體坐標系Sb在平動坐標系S'g中的3個空間姿態參數描述。
運載器一般運動方程由運載器基點運動的動力學方程與運動學方程、運載器轉動的動力學方程與運動學方程以及幾何關係方程組成。其中，決定運動變化同外力之間關係的動力學方程是運載器一般運動方程的主體；決定運動變數之間關係的運動學方程是為求解動力學方程所作的必要準備；而幾何關係方程是求解運載器一般運動方程所必需的補充方程。
在當今飛行力學中，用矢量矩陣方法推導航空太空飛行器運動的數學模型。這一方法不僅使運動數學模型的推導與表述十分簡潔，編程過程得到簡化，而且是飛行動力學數值計算的理想方法。矢量矩陣法基於矢量可用來表示獨立於坐標系客觀存在的一些物理量。矢量的分量雖然在坐標變換時要發生變化，但矢量的性質只須用不依賴於坐標系的數字及方向表征。
……
