面空飛彈飛行動力學

《面空飛彈飛行動力學》是2021年中國宇航出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：面空飛彈飛行動力學
• 作者：高慶豐
• 出版社：中國宇航出版社
• 出版時間：2021年11月
• 開本：16 開
• 裝幀：精裝
• ISBN：9787515919812

內容簡介

隨著面空飛彈技術的發展，面空飛彈飛行動力學理論也在不斷發展。本書專門針對面空飛彈，系統總結了面空飛彈飛行動力學的相關理論。建立了考慮複雜地球模型的飛行動力學模型。完整推導了基於氣動固聯坐標系的剛性彈體和彈性彈體狀態方程和傳遞函式。對於遙控指令制導和尋的制導迴路結構的研究是本書作為飛行動力學專業書籍的特色，方便讀者更深入理解制導律及其實現方法。在三自由度彈道模型中，直接在氣動固聯坐標下計算平衡攻角和平衡舵偏角，避免了氣動數據在氣動固聯坐標系和彈體坐標系之間的轉換。不同於傳統基於典型彈道特徵點的性能分析方法，本書提出了基於飛行包線的性能分析方法，確保覆蓋全部飛行空域。另外，本書介紹了氣動力基礎、載荷基礎和氣動熱環境基礎理論知識，以便讀者了解與飛行動力學密切相關的專業。

圖書目錄

第1章考慮複雜地球模型的面空飛彈飛行動力學模型1

1.1引言1

1.2地球參考模型1

1.2.1坐標系定義1

1.2.2兩類地球參考模型2

1.2.3地球引力加速度模型4

1.2.4地球參考模型選用6

1.3坐標系和角度的定義7

1.3.1坐標系定義7

1.3.2角度定義8

1.3.3關於姿態角定義的說明11

1.3.4舵偏角極性定義11

1.4坐標系之間的旋轉變換及矢量導數關係12

1.4.1坐標系之間的旋轉變換12

1.4.2坐標系之間的矢量導數關係14

1.5坐標系之間的關係14

1.6飛彈運動方程16

1.6.1質心運動微分方程17

1.6.2繞質心轉動微分方程25

1.7作用在飛彈上的力和力矩29

1.7.1風對飛彈運動的影響29

1.7.2作用在飛彈上的力32

1.7.3作用在飛彈上的力矩33

1.8幾何關係方程35

1.9關於模型的分類和對比36

參考文獻38

第2章基於氣動固聯坐標系的面空飛彈剛性彈體狀態方程和

傳遞函式40

2.1引言40

2.2坐標系和角度的定義40

2.2.1坐標系定義40

2.2.2角度定義40

2.3坐標系之間的關係41

2.3.1斜置速度坐標系與氣動固聯坐標系41

2.3.2斜置速度坐標系與速度坐標系41

2.3.3各坐標系之間的綜合關係42

2.4面空飛彈剛性彈體數學模型42

2.4.1氣動力和氣動力矩42

2.4.2剛性彈體動力學方程43

2.4.3剛性彈體耦合性分析44

2.4.4剛性彈體動力學方程簡化45

2.5剛性彈體動力學方程的小擾動、線性化及係數固化46

2.6剛性彈體狀態方程49

2.7剛性彈體動力係數51

2.8剛性彈體傳遞函式52

2.8.1俯仰運動傳遞函式52

2.8.2滾轉運動傳遞函式55

2.9剛性彈體俯仰運動傳遞函式56

2.9.1傳遞函式的零點和極點56

2.9.2傳遞函式簡化57

2.9.3傳遞函式時域特性分析63

2.9.4傳遞函式頻域特性分析65

2.9.5傳遞函式計算注意事項65

參考文獻68

第3章基於氣動固聯坐標系的面空飛彈彈性彈體狀態方程和

傳遞函式69

3.1引言69

3.2坐標系定義69

3.3彈性彈體數學模型70

3.3.1基本假設70

3.3.2Lagrange方程71

3.3.3系統動能71

3.3.4系統勢能73

3.3.5系統阻尼能74

3.3.6作用在彈體上的廣義力74

3.3.7彈性彈體動力學方程79

3.3.8彈體縱軸橫向彈性振動計算90

3.4彈性彈體動力學方程的小擾動、線性化及係數固化91

3.5彈性彈體狀態方程95

3.6彈性彈體傳遞函式97

3.6.1彈性彈體傳遞函式簡化97

3.6.2彈性彈體傳遞函式分析99

3.6.3彈性彈體傳遞函式選用101

3.7氣動伺服彈性穩定性101

參考文獻103

第4章遙控指令制導面空飛彈制導律105

4.1引言105

4.2坐標系和角度的定義105

4.2.1坐標系定義105

4.2.2角度定義106

4.2.3坐標系之間的關係106

4.3遙控指令制導方法107

4.3.1三點法107

4.3.2前置點法107

4.3.3半前置點法108

4.4三種遙控指令制導方法對應的需用加速度109

4.4.1三點法110

4.4.2前置點法111

4.4.3半前置點法111

4.5三種遙控指令制導方法工程套用112

4.6遙控指令制導面空飛彈制導迴路數學模型113

4.6.1彈道組成113

4.6.2制導迴路結構113

4.6.3動態誤差補償模型121

4.6.4扭角補償模型125

4.6.5制導迴路模型126

4.7遙控指令制導面空飛彈制導迴路分析127

4.8遙控指令制導面空飛彈制導迴路設計128

參考文獻129

第5章尋的制導面空飛彈制導律130

5.1引言130

5.2坐標系和角度的定義130

5.2.1坐標系定義130

5.2.2角度定義131

5.2.3坐標系之間的關係131

5.3比例導引制導律132

5.3.1制導迴路結構132

5.3.2初始航向誤差影響134

5.3.3目標機動影響139

5.3.4末制導時間和導航比要求143

5.3.5工程實現144

5.4增強比例導引制導律145

5.4.1無限控制剛度146

5.4.2有限控制剛度148

5.5最優制導律150

5.5.1目標常值機動一階動力學最優制導律150

5.5.2目標正弦機動一階動力學最優制導律154

5.5.3最優制導律實現157

5.5.4最優制導律簡化157

5.5.5最優制導律特性分析158

5.6尋的制導面空飛彈制導迴路設計165

參考文獻166

第6章面空飛彈三自由度彈道模型167

6.1引言167

6.2質心運動的動力學方程167

6.3質心運動的運動學方程172

6.4遙控指令制導面空飛彈制導方法172

6.5尋的制導面空飛彈制導方法174

6.6平衡攻角和平衡舵偏角的計算177

6.6.1遙控指令制導飛彈在彈道坐標系下的需用

加速度177

6.6.2尋的制導飛彈在彈道坐標系下的需用

加速度181

6.6.3飛彈在氣動固聯坐標系下的需用加速度181

6.6.4飛彈在氣動固聯坐標系下的平衡攻角和平衡

舵偏角182

6.7模型中的角度計算公式182

參考文獻185

第7章基於飛行包線的面空飛彈性能分析186

7.1引言186

7.2面空飛彈性能分析186

7.2.1靜穩定性分析186

7.2.2動穩定性分析187

7.2.3快速性分析187

7.2.4操縱性分析188

7.2.5機動性分析188

7.2.6各項性能之間的關係188

7.2.7過載自動駕駛儀對彈體性能的影響189

7.3飛行包線確定189

7.3.1主動段190

7.3.2被動段191

7.4基於飛行包線的性能分析192

7.4.1靜穩定性分析192

7.4.2動穩定性分析193

7.4.3快速性分析193

7.4.4操縱性分析193

7.4.5機動性分析194

7.5基於飛行包線的彈體動力係數計算194

7.6基於飛行包線的鉸鏈力矩計算195

7.7性能分析結果表達195

參考文獻197

第8章面空飛彈氣動力基礎198

8.1引言198

8.2氣動力來源198

8.3氣動力和氣動力矩199

8.3.1氣動力在氣動固聯坐標系的分解199

8.3.2氣動力矩在氣動固聯坐標系的分解200

8.4面空飛彈氣動外形200

8.4.1面空飛彈氣動布局200

8.4.2面空飛彈幾何形狀和參數200

8.5軸向力202

8.5.1摩擦軸向力203

8.5.2壓差軸向力206

8.6法向力和橫向力210

8.6.1法向力210

8.6.2橫向力224

8.7壓力中心224

8.7.1單獨彈翼壓力中心224

8.7.2單獨彈身壓力中心225

8.7.3零舵偏全彈壓力中心226

8.8俯仰力矩226

8.8.1俯仰靜力矩227

8.8.2俯仰操縱力矩228

8.8.3俯仰阻尼力矩228

8.8.4俯仰下洗時差阻尼力矩228

8.8.5舵面偏轉角速度產生的俯仰力矩228

8.9偏航力矩229

8.10滾轉力矩229

8.10.1斜吹力矩230

8.10.2滾轉操縱力矩230

8.10.3滾轉阻尼力矩231

8.11氣動交叉耦合231

8.12鉸鏈力矩231

8.13氣動特性研究方法232

8.13.1工程計算232

8.13.2數值模擬235

8.13.3風洞實驗240

8.14氣動力和氣動力矩的計算和實驗242

參考文獻243

第9章面空飛彈載荷基礎245

9.1引言245

9.2載荷的內涵及分類245

9.3載荷設計狀態247

9.3.1飛行載荷247

9.3.2地面載荷247

9.3.3發射載荷247

9.4飛行載荷計算的輸入及約束條件247

9.4.1飛行載荷計算的輸入247

9.4.2飛行載荷計算的約束條件248

9.5飛行載荷中典型彈道和設計點的選擇248

9.5.1典型彈道選擇248

9.5.2設計點選擇249

9.6飛行載荷載入情況249

9.7飛行載荷計算252

9.7.1彈身飛行載荷252

9.7.2舵面/彈翼飛行載荷258

9.8飛行載荷計算結果259

9.9載荷最嚴酷狀態260

9.10安全係數和剩餘強度係數260

9.10.1安全係數260

9.10.2剩餘強度係數261

參考文獻262

第10章面空飛彈氣動熱環境基礎263

10.1引言263

10.2氣動加熱基本知識263

10.2.1傳熱基本形式263

10.2.2氣動加熱來源265

10.2.3氣動加熱影響因素266

10.2.4氣動加熱重點部位267

10.2.5氣動外形設計中的降熱考慮268

10.2.6壁面狀態對氣動熱的影響268

10.2.7氣動熱環境參數270

10.2.8氣動加熱中的典型彈道270

10.3面空飛彈熱交換規律271

10.4氣動熱環境預示方法273

10.4.1工程計算273

10.4.2數值模擬280

10.4.3地面實驗283

參考文獻289

附錄線性時變微分方程的求解過程292

作者簡介

博士，高級工程師。長期從事飛行器總體設計、飛行器力學和飛行器制導控制的研究，發表論文30餘篇。