面空導彈飛行動力學

目錄




第1章考慮復雜地球模型的面空導彈飛行動力學模型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(guān)于姿態(tài)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(zhuǎn)變換及矢量導數(shù)關(guān)系12

1.4.1坐標系之間的旋轉(zhuǎn)變換12

1.4.2坐標系之間的矢量導數(shù)關(guān)系14

1.5坐標系之間的關(guān)系14

1.6導彈運動方程16

1.6.1質(zhì)心運動微分方程17

1.6.2繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動微分方程25

1.7作用在導彈上的力和力矩29

1.7.1風對導彈運動的影響29

1.7.2作用在導彈上的力32

1.7.3作用在導彈上的力矩33

1.8幾何關(guān)系方程35

1.9關(guān)于模型的分類和對比36

參考文獻38
第2章基于氣動固聯(lián)坐標系的面空導彈剛性彈體狀態(tài)方程和
傳遞函數(shù)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(guān)系41

2.3.1斜置速度坐標系與氣動固聯(lián)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(guān)系42

2.4面空導彈剛性彈體數(shù)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、線性化及系數(shù)固化46

2.6剛性彈體狀態(tài)方程49

2.7剛性彈體動力系數(shù)51

2.8剛性彈體傳遞函數(shù)52

2.8.1俯仰運動傳遞函數(shù)52

2.8.2滾轉(zhuǎn)運動傳遞函數(shù)55

2.9剛性彈體俯仰運動傳遞函數(shù)56

2.9.1傳遞函數(shù)的零點和極點56

2.9.2傳遞函數(shù)簡化57

2.9.3傳遞函數(shù)時域特性分析63

2.9.4傳遞函數(shù)頻域特性分析65

2.9.5傳遞函數(shù)計算注意事項65

參考文獻68
第3章基于氣動固聯(lián)坐標系的面空導彈彈性彈體狀態(tài)方程和
傳遞函數(shù)69

3.1引言69

3.2坐標系定義69

3.3彈性彈體數(shù)學模型70

3.3.1基本假設(shè)70

3.3.2Lagrange方程71

3.3.3系統(tǒng)動能71

3.3.4系統(tǒng)勢能73

3.3.5系統(tǒng)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、線性化及系數(shù)固化91

3.5彈性彈體狀態(tài)方程95

3.6彈性彈體傳遞函數(shù)97

3.6.1彈性彈體傳遞函數(shù)簡化97

3.6.2彈性彈體傳遞函數(shù)分析99

3.6.3彈性彈體傳遞函數(shù)選用101

3.7氣動伺服彈性穩(wěn)定性101

參考文獻103
第4章遙控指令制導面空導彈制導律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(guān)系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(yīng)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應(yīng)用112

4.6遙控指令制導面空導彈制導回路數(shù)學模型113

4.6.1彈道組成113

4.6.2制導回路結(jié)構(gòu)113

4.6.3動態(tài)誤差補償模型121

4.6.4扭角補償模型125

4.6.5制導回路模型126

4.7遙控指令制導面空導彈制導回路分析127

4.8遙控指令制導面空導彈制導回路設(shè)計128

參考文獻129
第5章尋的制導面空導彈制導律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(guān)系131

5.3比例導引制導律132

5.3.1制導回路結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(yōu)制導律150

5.5.1目標常值機動一階動力學最優(yōu)制導律150

5.5.2目標正弦機動一階動力學最優(yōu)制導律154

5.5.3最優(yōu)制導律實現(xiàn)157

5.5.4最優(yōu)制導律簡化157

5.5.5最優(yōu)制導律特性分析158

5.6尋的制導面空導彈制導回路設(shè)計165

參考文獻166
第6章面空導彈三自由度彈道模型167

6.1引言167

6.2質(zhì)心運動的動力學方程167

6.3質(zhì)心運動的運動學方程172

6.4遙控指令制導面空導彈制導方法172

6.5尋的制導面空導彈制導方法174

6.6平衡攻角和平衡舵偏角的計算177

6.6.1遙控指令制導導彈在彈道坐標系下的需用
加速度177

6.6.2尋的制導導彈在彈道坐標系下的需用
加速度181

6.6.3導彈在氣動固聯(lián)坐標系下的需用加速度181

6.6.4導彈在氣動固聯(lián)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章基于飛行包線的面空導彈性能分析186

7.1引言186

7.2面空導彈性能分析186

7.2.1靜穩(wěn)定性分析186

7.2.2動穩(wěn)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(guān)系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基于飛行包線的性能分析192

7.4.1靜穩(wěn)定性分析192

7.4.2動穩(wěn)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基于飛行包線的彈體動力系數(shù)計算194

7.6基于飛行包線的鉸鏈力矩計算195

7.7性能分析結(jié)果表達195

參考文獻197
第8章面空導彈氣動力基礎(chǔ)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(lián)坐標系的分解199

8.3.2氣動力矩在氣動固聯(lián)坐標系的分解200

8.4面空導彈氣動外形200

8.4.1面空導彈氣動布局200

8.4.2面空導彈幾何形狀和參數(shù)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(zhuǎn)角速度產(chǎn)生的俯仰力矩228

8.9偏航力矩229

8.10滾轉(zhuǎn)力矩229

8.10.1斜吹力矩230

8.10.2滾轉(zhuǎn)操縱力矩230

8.10.3滾轉(zhuǎn)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(shù)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章面空導彈載荷基礎(chǔ)245

9.1引言245

9.2載荷的內(nèi)涵及分類245

9.3載荷設(shè)計狀態(tài)247

9.3.1飛行載荷247

9.3.2地面載荷247

9.3.3發(fā)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(shè)計點的選擇248

9.5.1典型彈道選擇248

9.5.2設(shè)計點選擇249

9.6飛行載荷加載情況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(jié)果259

9.9載荷最嚴酷狀態(tài)260

9.10安全系數(shù)和剩余強度系數(shù)260

9.10.1安全系數(shù)260

9.10.2剩余強度系數(shù)261

參考文獻262
第10章面空導彈氣動熱環(huán)境基礎(chǔ)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(shè)計中的降熱考慮268

10.2.6壁面狀態(tài)對氣動熱的影響268

10.2.7氣動熱環(huán)境參數(shù)270

10.2.8氣動加熱中的典型彈道270

10.3面空導彈熱交換規(guī)律271

10.4氣動熱環(huán)境預示方法273

10.4.1工程計算273

10.4.2數(shù)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