本書涉及的飛行器主要包括慣性彈頭、再入機動彈頭、返回式衛星、近地飛船、探月飛船、可重復使用飛行器、運載火箭一子級等再入器，主要討論上述再入器進入地球大氣層前后的運動規律，主要包括再入運動建模、再入運動方程的解析解、再入機動彈頭彈道的優化設計、再入機動彈頭的導引規律和速度控制、航天器離軌軌道設計和制導律研究、飛船(近地飛船和探月飛船)、可重復使用飛行器和運載火箭一子級的軌道設計與制導規律、飛行器六自由度彈道仿真和精度分析等內容。
目錄
主要符號表 xv
第1章 緒論 1
1.1 飛行力學與再入飛行動力學 1
1.1.1 飛行力學的定義與分類 1
1.1.2 飛行力學的作用 4
1.1.3 飛行力學的主要研究手段 5
1.1.4 再入飛行動力學 6
1.2 飛行器再入時的特點 7
1.2.1 彈道導彈彈頭再入的特點 8
1.2.2 航天器再入大氣層的特點 9
1.3 本書的主要內容 22
第2章 再入飛行器運動方程及其簡化 26
2.1 再入運動環境與矢量運動方程 26
2.1.1 地球的運動及形狀 26
2.1.2 地球大氣 30
2.1.3 再入飛行器矢量形式的動力學方程 38
2.2 常用坐標系及其轉換關系 40
2.2.1 坐標系間轉換關系的表示法 40
2.2.2 坐標系間矢量導數的關系 46
2.2.3 常用坐標系的定義 47
2.2.4 各坐標系間的轉換關系 50
2.3 在返回坐標系建立運動方程 60
2.3.1 返回坐標系中的質心動力學方程 60
2.3.2 飛行器體坐標系中的繞質心動力學方程 68
2.3.3 返回坐標系中的運動方程組 73
2.4 在半速度坐標系建立運動方程 81
2.4.1 半速度坐標系中的質心動力學方程 82
2.4.2 飛行器體坐標系下的繞質心動力學方程 88
2.4.3 半速度坐標系下的運動方程組 89
2.5 運動方程的簡化 94
2.5.1 質心的空間運動方程 94
2.5.2 質心的平面運動方程 100
2.5.3 瞬時平衡狀態下飛行器姿態角的確定 103
第3章 再入飛行器運動方程的近似解 104
3.1 彈頭再入時運動方程的近似解 105
3.1.1 不考慮重力作用時運動方程的近似解 107
3.1.2 考慮重力作用時運動方程的近似解 116
3.2 人造衛星和載人飛船再入時運動方程的近似解 119
3.2.1 小傾角和小升阻比再入時運動方程的簡化 119
3.2.2 升阻比等于零時的彈道特性分析 127
3.2.3 升阻比等于常數時的彈道特性分析 128
3.3 羅赫的再入運動近似解理論 131
3.3.1 升阻比為常數時運動方程的近似解 131
3.3.2 再入運動方程的一階近似解 135
3.3.3 跳躍式再入運動的近似解 140
3.4 升阻比為變數時運動方程的近似解 144
3.5 平衡滑翔彈道運動特性分析 149
3.5.1 飛行狀態變量之間的關系 149
3.5.2 飛行彈道特性隨速度的變化規律 152
3.5.3 常升阻比下平衡滑翔彈道參數的近似關系 156
3.5.4 小擾動條件下平衡滑翔彈道特性的定性分析 159
第4章 再入飛行器的最佳彈道 163
4.1 平面最佳再入機動彈道的數學模型 164
4.1.1 末速為最大時的數學模型 164
4.1.2 總吸熱量為最小時的數學模型 168
4.2 空間最佳再入機動彈道的數學模型 172
4.2.1 落速最大的空間再入機動彈道的數學模型 172
4.2.2 橫程最大的空間再入機動彈道的數學模型 181
4.3 最佳彈道的計算方法討論 187
4.3.1 末速最大的平面再入機動彈道的計算方法 188
4.3.2 總吸熱量為最小時平面再入機動彈道的計算方法 193
4.3.3 落速最大的空間再入機動彈道的計算方法 195
4.3.4 橫程最大空間再入機動彈道的計算方法 197
4.4 再入機動彈道的工程設計法 200
4.4.1 射程不受限制時末速最大的工程設計法 200
4.4.2 工程設計法得到的彈道與最佳彈道計算結果的比較 210
4.4.3 射程受限制的工程設計法 211
第5章 機動彈頭的彈道設計和制導方法 215
5.1 概述 215
5.1.1 彈頭概述 215
5.1.2 機動彈頭的特點及組成 220
5.2 再入機動彈頭速度方向的控制 225
5.2.1 坐標系及其相互間的關系 225
5.2.2 機動彈頭的質心運動方程 227
5.2.3 機動彈頭的最優導引規律 231
5.2.4 機動彈頭速度方向控制的三自由度仿真分析 240
5.3 再入機動彈頭落速大小的控制 242
5.3.1 理想速度曲線的設計 243
5.3.2 速度大小控制問題 244
5.4 再入機動彈頭速度方向與大小控制的三自由度彈道仿真 248
5.4.1 三自由度彈道仿真的數學模型 248
5.4.2 三自由度彈道仿真計算和分析 251
5.5 再入機動彈頭速度方向與大小控制的六自由度彈道仿真 253
5.5.1 六自由度彈道仿真的數學模型 253
5.5.2 六自由度彈道仿真及精度分析 270
第6章 航天器離軌制動段及衛星返回軌道設計 277
6.1 航天器返回再入概述 277
6.1.1 航天器的返回過程 278
6.1.2 航天器再入走廊 284
6.2 航天器離軌制動段軌道設計 288
6.2.1 圓軌道運行且速度沖量最小時推力方向的確定 289
6.2.2 橢圓軌道運行且速度沖量最小時推力方向的確定 294
6.2.3 返回航程最小時推力方向的確定 297
6.2.4 可返回圈的確定 299
6.2.5 離軌制動點的計算 304
6.3 航天器離軌制動制導方法 308
6.3.1 攝動制導方案 308
6.3.2 閉路制導方案 311
6.4 人造地球衛星返回軌道設計 328
6.4.1 軌道設計對衛星總體設計的要求 328
6.4.2 衛星標準返回軌道設計 330
6.4.3 返回軌道誤差量和落點誤差計算 331
第7章 近地載人飛船返回軌道設計與制導方法 335
7.1 載人飛船返回軌道設計 335
7.1.1 載人飛船軌道設計對總體設計的要求 335
7.1.2 載人飛船的配平飛行 338
7.1.3 載人飛船標準返回軌道的設計原則 341
7.1.4 標準返回軌道設計的數學模型 346
7.1.5 載人飛船標準返回軌道設計 355
7.2 載人飛船返回再入標準軌道制導方法 358
7.2.1 載人飛船返回再入制導方法分類 358
7.2.2 無再入制導時開傘點位置誤差和飛船機動能力分析 359
7.2.3 飛船再入的標準軌道制導方法 369
7.2.4 縱向制導律最佳反饋增益系數的確定 372
7.2.5 飛船再入標準軌道制導方法精度分析 382
7.3 載人飛船六自由度軌道仿真及精度分析 385
7.3.1 載人飛船從制動段到著陸段的飛行程序 385
7.3.2 返回再入段姿態控制系統簡介 385
7.3.3 返回再入段六自由度軌道仿真的數學模型 394
7.3.4 返回再入段六自由度軌道仿真及精度分析 402
7.4 載人飛船返回再入預測制導方法 405
7.4.1 縱程和橫程同時控制的預測制導方法 406
7.4.2 縱程和橫程分開的預測制導方法 409
第8章 探月飛船跳躍式返回軌道設計與制導方法 412
8.1 跳躍式返回再入簡介 412
8.1.1 跳躍式再入的概念 412
8.1.2 “阿波羅”飛船的再入制導方案 414
8.1.3 “獵戶座”飛船的再入制導方案 417
8.1.4 “嫦娥五號”飛船的再入制導方案 420
8.2 跳躍式再入彈道特性分析 423
8.2.1 跳躍式再入飛行階段的劃分 423
8.2.2 跳躍式再入彈道的解析解 423
8.2.3 跳躍式再入彈道特性的數值分析 431
8.3 跳躍式再入標準軌道設計及標準軌道制導方法 435
8.3.1 跳躍式再入的可達域分析 436
8.3.2 標準再入軌道設計 440
8.3.3 開傘點位置誤差分析 444
8.3.4 標準軌道制導方法 446
8.4 跳躍式再入數值預測校正制導方法 451
8.4.1 彈道預測與迭代校正算法 451
8.4.2 橫程控制方法 460
8.4.3 誤差參數辨識方法 465
8.4.4 仿真分析 467
第9章 升力式再入航天器返回軌道設計與制導方法 472
9.1 航天飛機軌道器返回再入情況簡介 472
9.1.1 航天飛機的基本情況 473
9.1.2 航天飛機軌道器的再入特點 479
9.1.3 航天飛機軌道器的控制系統 483
9.2 升力式返回再入段標準軌道設計 487
9.2.1 再入軌道設計的數學模型 489
9.2.2 瞬時平面與側向制導 492
9.2.3 再入走廊的確定 494
9.2.4 再入段的航程估算 497
9.2.5 再入段標準軌道設計 501
9.2.6 再入標準軌道設計仿真 504
9.3 升力式再入標準軌道制導方法 507
9.3.1 標準軌道跟蹤制導律設計 507
9.3.2 考慮攻角調制的飛行控制 511
9.3.3 標準軌道制導方法仿真分析 512
9.4 升力式再入預測校正制導方法 516
9.4.1 初始下降段制導方法 517
9.4.2 平衡滑翔段制導方法 518
9.4.3 預測校正制導方法仿真分析 526
9.5 末端能量管理段制導方法 529
9.5.1 末端能量管理段對制導系統的要求 529
9.5.2 末端能量管理段的分段 530
9.5.3 末端能量管理段的制導方法 532
9.5.4 TAEM的仿真 534
第10章 運載火箭垂直回收著陸返回軌跡設計與制導方法 535
10.1 垂直起降運載火箭及試驗飛行器發展現狀 535
10.1.1 垂直起降運載火箭的工程實踐 535
10.1.2 運載火箭垂直回收的關鍵技術 540
10.2 運載火箭垂直回收返回再入標準軌道設計 542
10.2.1 質心運動方程的建立 543
10.2.2 軌跡設計問題建模 547
10.2.3 仿真分析 552
10.3 運載火箭垂直回收減速段制導方法 554
10.3.1 攝動運動方程的建立 555
10.3.2 軌跡跟蹤制導律設計 559
10.3.3 仿真分析 560
10.4 基于凸優化的運載火箭動力著陸段軌跡規劃方法 562
10.4.1 凸優化方法簡介 563
10.4.2 著陸段軌跡優化問題描述 564
10.4.3 原問題的凸化處理與離散化 566
10.4.4 序列凸優化求解算法 572
10.4.5 仿真分析 574
10.5 基于軌跡在線生成的動力著陸段預測制導方法 578
10.5.1 軌跡在線生成算法設計 579
10.5.2 發動機開機策略的選擇 581
10.5.3 基于視加速度補償的跟蹤制導方法 582
10.5.4 仿真分析 584
參考文獻 592
附錄Ａ 相關常數 599
附錄Ｂ 標準大氣表（0～120km） 600
附錄Ｃ 控制變量為α、β、χ時的偏導數 603
附錄Ｄ 控制變量為η、κ時的偏導數 605
附錄Ｅ 等地心距攝動狀態轉移矩陣的解析解 607
附錄Ｆ 等角攝動狀態轉移矩陣的解析解 609
附錄Ｇ 狀態響應解析解的系數 611
附錄Ｈ 有狀態約束的最優控制問題的最優性條件 614
新書資訊