有控弹箭飞行力学

目录

前言

第1章 概论 1

1.1 有控弹箭的基本范畴 1

1.2 有翼有控弹箭和旋转有控弹箭 2

1.3 有控弹箭飞行力学的研究内容 7

1.4 有控弹箭飞行力学的研究方法 8

1.5 有控弹箭飞行力学的描述与符号体系 10

1.5.1 空气动力和力矩常用符号 10

1.5.2 弹道参数及其符号 15

1.5.3 弹箭结构参数 15

1.5.4 发动机参数符号 16

1.5.5 某些下标的规定 16

1.5.6 其他符号 16

思考题 16

第2章 有控弹箭空气动力学基础知识 17

2.1 空气动力学概述 17

2.2 空气的物理属性 17

2.2.1 空气的连续性假设与相对性原理 17

2.2.2 空气的状态参数与状态方程 18

2.2.3 黏性 19

2.2.4 层流和紊流 20

2.2.5 附面层 20

2.2.6 可压缩性 21

2.3 标准大气 22

2.4 低速流的基本特性 23

2.4.1 连续方程 23

2.4.2 能量方程 24

2.4.3 雷诺数与流动状态 25

2.4.4 附面层对阻力的影响 27

2.4.5 绕翼型的低速流动 28

2.5 高速流的基本特性 30

2.5.1 声速 30

2.5.2 马赫数 31

2.5.3 高速流动的连续方程 32

2.5.4 激波 33

2.5.5 膨胀波 35

2.5.6 弹箭高超声速与高空飞行的特性 36

思考题 37

第3章 有控弹箭气动特性与获取方法 38

3.1 概述 38

3.2 有控弹箭的气动布局 38

3.2.1 翼面沿弹身周向布置形式 39

3.2.2 翼面沿弹身轴向配置形式与性能特点 40

3.3 有控弹箭典型气动布局 46

3.3.1 炮射制导/末制导炮弹的典型气动布局 46

3.3.2 航空制导炸弹的典型气动布局 50

3.3.3 反坦克导弹的典型气动布局 52

3.4 有控弹箭气动特性预测方法 53

3.4.1 工程计算方法 54

3.4.2 数值计算方法 54

3.4.3 风洞试验方法 56

思考题 58

第4章 有控弹箭飞行力学基本方程与坐标系统 59

4.1 弹箭运动的建模基础 59

4.1.1 基本定理 59

4.1.2 弹箭运动建模的简化处理 59

4.2 有翼弹箭飞行力学坐标系及其变换 60

4.2.1 坐标系定义 61

4.2.2 坐标系变换 63

4.3 滚转弹箭飞行力学坐标系及其变换 70

4.3.1 滚转弹箭常用坐标系和坐标系间的转换 70

4.3.2 坐标系之间的关系及其转换 71

4.3.3 角参数之间的关系 74

思考题 75

第5章 有控弹箭飞行的力学环境 76

5.1 空气动力 76

5.1.1 空气动力的表达式 76

5.1.2 升力 77

5.1.3 侧向力 78

5.1.4 阻力 79

5.2 空气气动力矩、压力中心和焦点 80

5.2.1 气动力矩的表达式 80

5.2.2 压力中心和焦点 81

5.3 俯仰力矩 82

5.3.1 定常直线飞行时的俯仰力矩 83

5.3.2 纵向平衡状态 83

5.3.3 纵向静稳定性 84

5.3.4 俯仰操纵力矩 86

5.3.5 俯仰阻尼力矩 87

5.3.6 下洗延迟俯仰力矩 87

5.4 偏航力矩 88

5.5 滚转力矩 89

5.5.1 滚转力矩 89

5.5.2 横向静稳定性 90

5.5.3 滚动阻尼力矩 92

5.5.4 交叉导数 92

5.5.5 滚动操纵力矩 93

5.6 铰链力矩 94

5.7 推力 95

5.8 重力 96

5.9 滚转弹箭的马格努斯力和力矩 97

5.9.1 单独弹身的马格努斯力和力矩 97

5.9.2 弹翼的马格努斯力矩 98

5.10 滚转弹箭的操纵力和操纵力矩 99

思考题 102

第6章 有翼弹箭运动方程组 104

6.1 弹箭运动方程组 104

6.1.1 动力学方程 104

6.1.2 运动学方程 109

6.1.3 弹箭的质量方程 110

6.1.4 角度几何关系方程 111

6.1.5 操纵飞行原理与操纵关系方程 113

6.1.6 弹箭运动方程组 115

6.2 弹箭运动方程组的简化与分解 116

6.2.1 弹箭的纵向运动和侧向运动 116

6.2.2 弹箭的平面运动 119

6.3 弹箭的质心运动 121

6.3.1 瞬时平衡的概念 121

6.3.2 弹箭质心运动方程组 123

6.3.3 理想弹道、理论弹道和实际弹道 125

6.4 过载 125

6.4.1 机动性与过载的概念 125

6.4.2 过载的投影 126

6.4.3 运动与过载 127

6.4.4 弹道曲率半径与法向过载的关系 129

6.4.5 需用过载、极限过载和可用过载 130

思考题 132

第7章 滚转弹箭的运动方程组 133

7.1 滚转弹箭质心运动的动力学方程 133

7.2 滚转弹箭绕质心转动的动力学方程 134

7.3 滚转弹箭运动学方程与几何关系方程 135

7.4 滚转弹箭运动方程组 135

思考题 137

第8章 有控弹箭自动寻的导引飞行运动学 138

8.1 导引飞行综述 138

8.2 追踪法 143

8.2.1 弹道方程 143

8.2.2 直接命中目标的条件 144

8.2.3 弹箭命中目标需要的飞行时间 145

8.2.4 弹箭的法向过载 146

8.2.5 允许攻击区 146

8.3 平行接近法 150

8.3.1 平行接近法的相对运动方程组 150

8.3.2 直线弹道问题与弹箭的法向过载 151

8.3.3 平行接近法的图解法弹道 152

8.4 比例导引法 153

8.4.1 比例导引法的相对运动方程组 153

8.4.2 比例导引法的弹道特性 154

8.4.3 比例系数的选择 157

8.4.4 比例导引法的优缺点 158

思考题 158

第9章 有控弹箭遥控导引飞行运动学 160

9.1 三点法导引 160

9.1.1 遥控导引与雷达坐标系 160

9.1.2 三点法导引关系式与运动学方程组 160

9.1.3 弹箭转弯速率 162

9.1.4 攻击禁区 166

9.1.5 三点法的优缺点 167

9.2 前置量法与半前置量法 168

9.2.1 前置量法 168

9.2.2 半前置量法 170

思考题 171

第10章 有控弹箭方案飞行运动学 172

10.1 方案飞行的原理 172

10.2 铅垂平面内的方案飞行 172

10.2.1 弹箭运动基本方程 172

10.2.2 几种典型飞行方案 173

10.2.3 直线弹道问题 178

10.2.4 等高飞行问题 179

10.3 水平面内的方案飞行 182

10.3.1 水平面内飞行的方程组 182

10.3.2 无倾斜的机动飞行 183

10.3.3 无侧滑的机动飞行 185

10.4 方案飞行的应用 188

10.4.1 地-空导弹的垂直上升段 188

10.4.2 中远程空-地导弹的下滑段 189

10.4.3 巡航导弹的爬升段 189

10.4.4 飞航式导弹的平飞段 190

思考题 190

第11章 有翼弹箭飞行的动态特性 191

11.1 引言 191

11.1.1 小扰动法的概念 191

11.1.2 稳定性概念 192

11.1.3 操纵性概念 193

11.2 弹箭运动方程线性化 194

11.2.1 线性化方法 194

11.2.2 作用力和力矩偏量 197

11.2.3 弹箭运动方程组线性化 200

11.2.4 系数冻结法 204

11.3 纵向和侧向扰动运动 205

11.3.1 纵向扰动运动的数学模型 205

11.3.2 纵向动力系数 206

11.3.3 纵向动力系数的计算 207

11.3.4 纵向扰动运动的状态方程 208

11.3.5 纵向扰动运动的传递函数 209

11.3.6 纵向长周期扰动运动的特性 212

11.3.7 侧向扰动运动的数学模型 212

11.3.8 侧向扰动运动的状态方程 216

11.3.9 侧向扰动运动的传递函数 217

11.4 扰动运动的特征根和解析解 219

11.4.1 纵向扰动运动特征根的性质 219

11.4.2 侧向扰动运动特征根的性质 221

11.5 纵向短周期扰动运动的模态 222

11.5.1 短周期扰动运动 222

11.5.2 短周期运动的传递函数 224

11.5.3 短周期的近似传递函数 224

11.5.4 短周期运动的频率特性 228

11.6 侧向扰动运动的模态 229

11.6.1 运动稳定性判据 229

11.6.2 航向扰动运动方程组 233

11.6.3 滚转扰动运动方程组 234

思考题 235

第12章 滚转弹箭飞行的动态特性 237

12.1 引言 237

12.2 滚转弹箭的扰动运动方程组与线性化 237

12.2.1 滚转弹箭的扰动运动方程组 237

12.2.2 滚转弹箭的扰动运动方程组线性化 239

12.3 滚转弹箭弹体的传递函数 242

12.4 滚转弹箭弹体的动态稳定性 245

12.4.1 动态稳定性条件 245

12.4.2 动态稳定区和转速范围的确定 248

思考题 254

第13章 有控弹箭飞行力学发展趋势 255

13.1 有控弹箭气动设计的发展 255

13.2 导引飞行的发展 256

13.2.1 选择导引方法的基本原则 256

13.2.2 复合制导 257

13.2.3 现代制导律 257

13.3 最优制导律的发展 258

13.3.1 弹箭运动状态方程 258

13.3.2 基于二次型的最优制导律 259

思考题 261

主要参考文献 263