导弹飞行力学

　　本书面向工程应用，较为系统、全面地阐述了导弹飞行力学的基础理论和设计方法。全书共10章，主要内容包括导弹飞行力学环境、受力分析、运动方程组建立、弹道设计、动态特性分析等。本书内容丰富、全面、工程性强，为了方便读者学习使用，书中以计算实例和习题的形式融入了导弹飞行力学方面较新的研究成果。

　　孙瑞胜，一直从事弹箭类飞行器弹道力学、控制与制导领域的教学科研工作，致力于无人系统动力学建模与系统辨识、多智能无人系统协同控制与制导、复杂无人系统多学科综合优化设计研究。近年来主持和参与了包括重大基础研究项目、国防重点预研和型号任务、国家自然科学基金、中物院重大科技专项、军民融合、国防173基金、航空科学基金、航天创新基金，以及横向合作课题40余项，并获得省部级科技进步一等奖1项、二等奖1项、三等奖5项，工信部首批校企协同育人示范基地1项，江苏省研究生工作站1项，国家发明专利近20项，编写教材2部，在核心期刊发表论文100余篇，SCI、EI收录50多篇。

第1章　概述 1
1.1 导弹飞行力学的研究内容 1
1.2 导弹飞行力学的研究方法 1
习题1 2
第2章　预备知识 3
2.1 坐标系 3
2.1.1 矢量转换 3
2.1.2 线性矢量函数 4
2.1.3 张量 4
2.1.4 坐标系之间的转换关系 5
2.2 四元数及其在飞行力学中的应用 6
2.2.1 四元数及其性质 6
2.2.2 基于四元数的三维坐标转换 7
2.3 积分变换 8
2.3.1 傅里叶变换和拉普拉斯变换 8
2.3.2 傅里叶积分和傅里叶变换 9
2.3.3 拉普拉斯变换 10
2.4 随机数学分析 20
2.4.1 大数定律和中心极限定理 20
2.4.2 随机过程 22
习题2 25
第3章　导弹飞行力学环境 26
3.1 大气环境 26
3.1.1 大气结构 26
3.1.2 主要参数及计算公式 28
3.1.3 标准大气表 31
3.2 风场及其特性 36
3.2.1 风的成因 36
3.2.2 风速、风向 36
3.2.3 风的时空分布 37
3.2.4 风场模型 41
3.3 海浪及其特性 46
3.3.1 海浪概述 46
3.3.2 海浪要素 47
3.3.3 海况 48
3.4 地球模型 49
3.4.1 地球的运动及形状 49
3.4.2 引力和重力 52
3.5 地形模型 59
习题3 61
第4章　作用在导弹上的力和力矩 62
4.1 导弹的气动外形与布局 62
4.1.1 翼面在弹身周侧的布置 62
4.1.2 翼面沿弹身轴向的布置 63
4.1.3 前翼和后翼相对于弹体的安置方式 63
4.1.4 翼身的几何形状 64
4.2 攻角与侧滑角 65
4.3 空气动力 66
4.3.1 空气动力的表达式 66
4.3.2 升力 67
4.3.3 侧向力 69
4.3.4 阻力 69
4.3.5 极曲线与升阻比 71
4.4 空气动力矩 72
4.4.1 空气动力矩的表达式、压力中心和焦点 72
4.4.2 俯仰力矩 73
4.4.3 偏航力矩 79
4.4.4 滚转力矩 79
4.4.5 马格努斯力和马格努斯力矩 82
4.4.6 铰链力矩 84
4.5 推力与推力矩 84
4.6 重力 85
习题4 87
第5章　导弹飞行运动的数学模型 88
5.1 变质量系的动力学基本方程 88
5.2 导弹空间运动方程组 89
5.2.1 常用的坐标系及坐标系之间的转换 90
5.2.2 质心运动的动力学方程 97
5.2.3 绕质心转动的动力学方程 99
5.2.4 质心运动的运动学方程 101
5.2.5 绕质心转动的运动学方程 101
5.2.6 质量变化方程 102
5.2.7 几何关系方程 102
5.2.8 控制关系方程 104
5.2.9 导弹的空间运动方程 108
5.3 导弹的纵向运动和侧向运动 109
5.4 导弹的平面运动 112
5.4.1 导弹在铅垂面内的运动方程组 112
5.4.2 导弹在水平面内的运动方程组 112
5.5 导弹的质心运动 114
5.5.1 瞬时平衡假设 114
5.5.2 导弹质心运动方程组 115
5.5.3 导弹在铅垂面内的质心运动方程组 116
5.5.4 导弹在水平面内的质心运动方程组 117
5.5.5 理想弹道、理论弹道、实际弹道 117
5.6 导弹的机动性及其评价 118
5.6.1 导弹的机动性与过载的概念 118
5.6.2 导弹的运动与过载的关系 120
5.6.3 法向过载与弹道曲率半径的关系 122
5.6.4 过载的分类 122
5.7 低速滚转导弹的运动方程 125
5.8 远程火箭的运动方程 135
5.8.1 远程火箭矢量形式的动力学方程与常用坐标系及其转换 135
5.8.2 发射坐标系中的空间运动方程 145
5.8.3 发射坐标系中的空间运动方程的简化 154
5.8.4 速度坐标系中的空间运动方程与简化 160
5.9 运动方程的数值计算与仿真 164
5.9.1 微分方程的数值积分 165
5.9.2 运动方程组的数值积分举例 167
习题5 168
第6章　方案飞行与方案弹道 169
6.1　铅垂面内的方案飞行与方案弹道 169
6.1.1　铅垂面内的导弹运动方程组 170
6.1.2　几种典型的飞行方案 170
6.1.3　爬升弹道的实现问题 172
6.1.4　直线弹道的实现问题 173
6.1.5　等高平飞弹道问题 174
6.1.6　下滑弹道问题 177
6.2　水平面内的方案飞行与弹道 177
6.2.1　水平面内的导弹运动方程组 177
6.2.2　无倾斜的机动飞行 179
6.2.3　无侧滑的机动飞行 182
习题6 184
第7章　导引方法与导引弹道 185
7.1　弹-目相对运动方程 186
7.1.1　自动瞄准制导的弹-目相对运动方程 186
7.1.2　遥控制导的弹-目相对运动方程 187
7.1.3　弹-目相对运动方程的解 188
7.2　经典导引规律 189
7.2.1　速度追踪法 189
7.2.2　平行接近法 196
7.2.3　比例导引法 198
7.2.4　三点法 209
7.2.5　前置量法 221
7.3　最优制导规律 228
7.4　选择导引方法的基本要求 231
习题7 232
第8章　导弹动态特性研究方法 234
8.1　干扰力与干扰力矩 234
8.2　基准运动与扰动运动 240
8.2.1　基准运动与扰动运动的概念 240
8.2.2　运动稳定性和操纵性 242
8.3　扰动运动的研究方法 243
8.3.1　数值积分法 243
8.3.2　小扰动法 244
8.4　扰动运动方程组的建立方法 245
8.4.1　扰动运动线性化方法 245
8.4.2　扰动运动分解：纵向扰动运动和侧向扰动运动 254
8.5　系数冻结法 256
习题8 257
第9章　导弹的纵向扰动运动动态特性分析 258
9.1　纵向扰动运动方程组 258
9.1.1　纵向扰动运动方程组的建立 258
9.1.2　动力系数的物理意义 259
9.1.3　动力系数的确定 261
9.1.4　以矩阵形式表示扰动运动方程组 261
9.2　导弹的自由扰动运动特性分析 263
9.2.1　自由扰动运动方程组 263
9.2.2　特征方程及其根的特性 263
9.2.3　稳定性准则 267
9.2.4　飞行弹道的稳定性 267
9.2.5　振荡周期及衰减程度 268
9.2.6　短周期运动和长周期运动 269
9.2.7　特征方程根的近似计算 269
9.3　导弹弹体的传递函数 272
9.3.1　纵向扰动运动的传递函数 272
9.3.2　短周期纵向扰动运动的传递函数 275
9.4　操纵机构阶跃偏转时的纵向动态特性分析 278
9.4.1　稳定性分析 278
9.4.2　操纵机构阶跃偏转时的过渡过程 283
9.4.3　导弹的传递系数 285
9.4.4　过渡过程时间 287
9.4.5　过渡过程中输出量的最大偏量和超调量 288
9.5　弹体的频率特性 291
习题9 297
第10章　导弹侧向扰动运动动态特性分析 298
10.1　侧向扰动运动方程组 298
10.2　侧向自由扰动运动的一般性质 301
10.2.1　特征方程及其根的形态 301
10.2.2　侧向自由扰动运动的一般性质 303
10.3　侧向扰动运动的稳定性 305
10.3.1　侧向稳定边界图 305
10.3.2　侧向扰动运动稳定性分析 307
10.3.3　气动外形对侧向稳定性的影响 308
10.3.4　飞行状态对侧向稳定性的影响 309
10.3.5　对侧向稳定性的要求 310
10.4　侧向扰动运动方程组的简化 311
10.4.1　面对称导弹做接近水平飞行时侧向扰动运动方程组的简化 311
10.4.2　轴对称导弹做接近水平飞行时侧向扰动运动方程组的简化 311
10.5　侧向传递函数 312
习题10 315
参考文献 316