航天器飞行力学0
航天器飞行力学试卷及答案
航天器飞行力学试卷及答案一、名词解释（20分）1、平太阳2、过载3、二体轨道4、轨道摄动5、星下点6、太阳同步轨道7、逆行轨道8、轨道机动9、弹道再入10、配平攻角二、简述（20分）1、直接反作用原理2、刚化原理3、瞬时平衡假设4、开普勒三大定律三、简答题（40分）1、变质量系统在运动时受哪些力和力矩作用？写出各自的计算公式。
2、火箭姿态控制系统的功能、组成？并画出控制系统原理框图、写出控制方程。
3、研究自由飞行段的运动时，常作哪些基本假设？自由飞行段的运动有哪些基本特征？4、轨道要素有哪些，其意义和作用是什么？5、卫星轨道的摄动因素有那些？6、Hohmann轨道机动的特征速度的确定方法？7、说明运用状态转移矩阵的双脉冲轨道机动的过程？并写出特征速度的求解方法。
8、再入段的运动有什么特点？四、推导题（20分）1、推导变质量质点基本方程（密歇尔斯基方程）2、推导近距离相对运动C-W方程参考答案一、名词解释（20分，每题2分）1、平太阳：设想一个假太阳，它和真太阳一样以相同的周期和运行方向绕地球作相对运动。
但有两点不同：（1）它的运动平面是赤道面而不是黄道面；（2）它的运行速度是真太阳的平均速度。
这个假太阳就是平太阳。
2、过载：把火箭飞行中除重力以外作用在火箭上的所有其他外力称作过载。
3、二体轨道：在卫星轨道的分析问题中，常假定卫星在地球中心引力场中运动，忽略其他各种摄动力的因素（如地球形状非球形、密度分布不均匀引起的摄动力和太阳、月球的引力等）。
这种卫星轨道称为二体轨道。
4、轨道摄动：航天器的实际运动相对于理想轨道（即Kepler 轨道）运动的偏差称为轨道摄动。
5、星下点：就是卫星位置矢量与地球表面的交点。
6、太阳同步轨道：如选择轨道半长轴和倾角使得，则轨道进动方向和速率与地球绕太阳周年转动的方向和速率相同，此特定设计的轨道称为太阳同步轨道。
0.9856/d ΔΩ=D 7、逆行轨道：如轨道倾角，则90i >D 0Ω> ，为东进轨道，又称为逆行轨道。
火箭运动的力学分析与优化
火箭运动的力学分析与优化火箭作为一种载人航天器和人造卫星发射工具，已经成为现代航天事业的重要组成部分。
在火箭工程领域，力学分析和优化是非常重要的研究内容，它能够有效提高火箭的运行效率和载荷能力。
本文将从力学的角度对火箭运动进行分析与优化。
首先，我们来看一下火箭的基本原理。
火箭运动是通过质量喷射原理实现的。
当火箭引擎喷出高速燃气时，由于动量守恒定律，喷出气体的反冲力会推动火箭向前运动。
这个过程涉及到力和加速度的关系。
根据牛顿第二定律，火箭所受到的推力等于其质量乘以加速度，推力与火箭质量的比值被称为比冲，是衡量火箭推进器性能的重要指标。
然而，火箭的运动受到多种因素的影响。
首先是重力的作用。
重力产生的阻力对火箭的加速度有所影响，我们需要优化火箭的结构和降低其质量才能减小重力的阻力。
其次是空气动力学的影响。
高速飞行中，空气的阻力会对火箭产生阻碍，因此我们需要考虑火箭的空气动力学性能，包括减小火箭的阻力系数和优化火箭的外形等。
此外，火箭燃料的选择以及火箭的运行轨迹等因素也会对火箭的运动产生重要影响。
为了解决这些问题，我们可以运用力学原理进行优化。
首先，我们可以通过优化火箭的结构和材料，减小其质量，以降低重力的影响。
在减重的同时，还需要保持火箭的结构稳定和强度。
其次，通过改变火箭的运行轨迹，可以减小空气动力学阻力。
例如，采用弧线轨迹绕过大气层的稠密部分，可以减小阻力的影响。
此外，优化火箭的外形，减小阻力系数，也是一种有效的方法。
最后，对火箭燃料和推进系统进行优化，可以提高火箭的比冲，从而提高火箭的推进能力。
另外，我们还可以运用数学模型进行火箭运动的力学分析。
通过建立火箭的数学模型，可以研究火箭的运动规律和参数变化规律。
在模型中，我们可以考虑到重力、空气阻力和推力等因素，进一步分析它们之间的相互作用。
利用数学方法，可以求解出火箭的运动方程和关键参数，从而对火箭的力学性能进行定量分析和优化。
最后，我们还需要注意火箭的安全性。
航天科技应用的物理学原理
航天科技应用的物理学原理1.力学：力学是研究物体运动和相互作用的物理学分支，对于航天器的轨道计算和飞行控制至关重要。
牛顿运动定律是力学的基础，其中最重要的是第二定律：物体的加速度等于受到的净外力除以质量。
在航天器中，利用力学定律计算加速度、速度和位置变化，从而实现航天器的轨道控制和航行。
2.电磁学：电磁学研究电荷和电磁场之间的相互作用。
在航天科技应用中，电磁学的原理被广泛应用于电力系统、通信系统和导航系统中。
例如，电力系统中利用电磁学原理，通过电力传输和控制实现航天器的电力供应和控制。
通信系统则利用电磁学原理，通过电磁波传播实现航天器与地面站的通信。
导航系统中的卫星导航利用电磁波的传播和接收原理，实现航天器的定位和导航。
3.热学：热学研究热量和能量之间的转化和传递。
在航天科技应用中，航天器在太空中的工作环境与地球上的环境差异很大，需要进行热平衡控制。
热学原理包括传热、热辐射、热传导等，这些原理被应用于航天器的热量分配和冷却系统设计，以保证航天器各部件的工作温度在安全范围内，并合理利用热量资源。
4.光学：光学研究光的传播、反射、折射和干涉等现象。
在航天科技应用中，光学原理广泛应用于制造望远镜、光电子设备和激光技术等方面。
望远镜利用光学原理收集和聚焦远处的星体光线，实现观测和探测。
光电子设备则利用光学原理，将光能转化为电信号，用于图像传感、通信等应用。
激光技术则利用光学原理实现精确的测量、定位和通信。
此外，还有其他物理学原理在航天科技应用中起着重要作用，如量子力学、相对论、磁学等。
这些原理与航天器的设计、制造和操作密切相关，为实现航天科技应用提供了重要的理论和技术支持。
航天科技的不断发展和创新离不开物理学原理的应用和进一步研究，有助于推动航天科技的进步和发展。
航空飞行器飞行动力学
航空飞行器飞行动力学航空飞行器飞行动力学是研究飞行器在空气中运动的力学原理和规律的学科。
它涉及到飞行器的姿态稳定、操纵性能、飞行性能以及空气动力学等方面的内容。
本文将从航空飞行器的基本原理、力学模型、飞行动力学方程和相关应用等方面进行介绍。
一、航空飞行器的基本原理航空飞行器的基本原理是以牛顿运动定律为基础的。
根据牛顿第一定律，飞行器如果没有外力作用，将保持静止或匀速直线运动。
而根据牛顿第二定律，飞行器所受的合力等于质量乘以加速度，即F=ma。
根据牛顿第三定律，任何作用力都会有相等大小、方向相反的反作用力。
二、航空飞行器的力学模型航空飞行器的力学模型可以分为刚体模型和弹性模型。
刚体模型假设飞行器是一个刚体，不考虑其变形和挠曲；弹性模型考虑飞行器的变形和挠曲，可以更准确地描述飞行器的运动。
三、飞行动力学方程飞行动力学方程是描述飞行器运动的重要工具。
常用的飞行动力学方程包括牛顿定律、欧拉角运动方程、质心动力学方程等。
牛顿定律可以描述飞行器的平动运动，欧拉角运动方程可以描述飞行器的转动运动，质心动力学方程可以描述飞行器的整体运动。
四、航空飞行器的飞行性能航空飞行器的飞行性能包括速度性能、高度性能、加速性能等。
其中速度性能是指飞行器的最大速度、巡航速度和爬升速度等；高度性能是指飞行器的最大飞行高度、最大升限和最大下降高度等；加速性能是指飞行器的爬升率、加速度和制动性能等。
五、航空飞行器的操纵性能航空飞行器的操纵性能是指飞行器在各种操作条件下的控制性能。
它包括飞行器的稳定性、操纵性和敏感性等。
稳定性是指飞行器在受到扰动后能够自动恢复到平衡状态的能力；操纵性是指飞行器在操纵杆或操纵面的控制下实现各种机动动作的能力；敏感性是指飞行器对操纵输入的敏感程度。
六、航空飞行器的空气动力学航空飞行器的空气动力学是研究飞行器在空气中运动的力学学科。
它涉及到飞行器的升力、阻力、侧向力和滚转力等。
升力是飞行器在垂直方向上的支持力，阻力是飞行器在运动过程中受到的阻碍力，侧向力是飞行器在横向方向上的支持力，滚转力是飞行器的转动力。
飞行力学部分作业答案(1)
+
Lga
−D
C
−L
+
0 0 mg
cosθ cosψ
Lgb
=
cosθ
sinψ
− sinθ
sinθ sinφ cosψ − cosφ sinψ sinθ sinφ sinψ + cosφ cosψ
sinφ cosθ
sinθ cosφ cosψ + sinφ sinψ
补充：试解释飞行包线的形状？ 最大平飞速度：
Vmax =
2Ta CD ρ S
Ta 、 ρ 、 CD 都随高度变化
航空飞行器飞行动力学
对于跨音速飞机：可用推力随高度的增加而降低，其主导作用，这样组合参
数
Ta CD ρ
随高度的增加而降低，因而Vmax
随高度的增加一直减小；
对于超音速飞机：通常在对流层内Vmax 随高度的增加而增大，在平流层中则 随高度的增加而减小。原因：对流层中，音速降低，使同一速度所对应的 M
Ta
=
D
=
CD
1 2
ρV
2S
= 13133N
航空飞行器飞行动力学
补充：跃升时间的计算：
dH = V sin γ dt
dt
=
V
dH sin
γ
∫ 积分： ∆t = H1 dH 通过数值积分求
H0 V sin γ
sin θ
cosφ
sinψ
− sinφ
cosψ
cosφ cosθ
Lga
=
ccoossθθaa
cosψ a sinψ a
− sinθa
载人航天飞船飞行原理
载人航天飞船飞行原理一、引言载人航天飞船是人类探索宇宙的重要工具之一。
其飞行原理是基于牛顿力学和空气动力学原理，通过推进剂的喷射和机身的气动力作用实现飞行。
本文将详细介绍载人航天飞船的飞行原理。
二、牛顿力学与载人航天飞船牛顿第三定律指出，任何物体都会对其他物体施加相等而反向的作用力。
在载人航天飞行中，推进剂喷射产生反作用力，使得飞船产生向前的加速度。
根据牛顿第二定律，物体受到的合外力等于其质量乘以加速度，因此推进剂喷射产生的反作用力越大，加速度就越大。
三、推进系统与载人航天飞船推进系统是载人航天飞船最关键的部分之一。
其基本原理是利用化学反应产生高温高压气体，并将其喷出以产生反作用力。
常见的推进剂有液态燃料和固态燃料两种。
1. 液态燃料推进系统液态燃料推进系统包括燃料和氧化剂两个部分。
燃料和氧化剂在推进器内混合后，通过喷嘴喷出，产生高速的气流。
由于牛顿第三定律的作用，喷出的气体会产生反向的作用力，从而推动飞船向前飞行。
2. 固态燃料推进系统固态燃料推进系统是将固体燃料和氧化剂混合后压缩成颗粒或块状，并在点火后产生高温高压气体，从而推动飞船向前飞行。
相比于液态燃料推进系统，固态燃料推进系统具有结构简单、容易控制等优点。
四、空气动力学与载人航天飞船空气动力学是关于流体（空气）在物体表面流动时所产生的力学效应的学科。
载人航天飞行中，空气动力学起着至关重要的作用。
当飞船在大气层内运动时，会受到来自空气分子碰撞的阻力和升力。
1. 阻力阻力是指物体运动时受到来自介质的摩擦力和压力阻力的总和。
载人航天飞行中，飞船在大气层内运动时，会受到空气分子碰撞产生的摩擦力和压力阻力的影响。
为了减小阻力，飞船通常采用流线型设计，并利用热保护材料来降低表面温度。
2. 升力升力是指物体在流体中运动时所受到的垂直于运动方向的向上的合外力。
在载人航天飞行中，升力可以帮助飞船克服重力并保持稳定飞行。
为了增加升力，飞船通常采用翼型设计，并利用控制面来调整升降平衡。
航天的原理
航天的原理
航天技术是指人类利用航天器在地球大气层之外进行探索、科研、应用和开发的领域。
而实现航天的原理主要涉及以下几个关键方面：
1. 空气动力学原理：航天器的离地运行需要战胜地球引力，并在大气层外进行飞行。
利用空气动力学原理，通过提供足够的推力，航天器能够克服重力并建立加速度，将自身推向太空。
2. 火箭推进原理：航天器通常采用火箭发动机作为主要推进装置。
火箭发动机通过排放燃料和氧化剂的喷射，根据牛顿第三定律反作用原理提供巨大的推力。
燃料和氧化剂的燃烧释放了大量的热能和高速气体，产生巨大的喷射速度。
3. 物体运动定律：航天器运动的基本原理符合牛顿运动定律。
航天器在太空中运动时，受到引力、空气阻力等外力的作用，同时也具有自身的惯性。
借助这些力和动量的平衡，航天器可以在空间中保持稳定的飞行轨迹。
4. 轨道力学原理：为了实现航天任务，航天器需要进入特定的轨道。
航天器的运行必须满足天体力学中的几个基本定律，例如开普勒定律和牛顿引力定律。
通过合理调整航天器的初始速度和方向，可以使其进入特定的轨道，实现各种科学探测和运输任务。
综上所述，航天的实现离不开空气动力学、火箭推进、物体运
动定律和轨道力学等基本原理。
通过合理应用这些原理，人类可以征服太空，实现太空探索和利用。
关于航空航天的资料
关于航空航天的资料航空航天是现代科技的重要组成部分，涉及很多领域。
以下是关于航空航天的一些基本知识和有趣的事实。
一、航空技术航空技术是用于设计和制造飞机、导弹、火箭等航空器的技术，它包括以下几个主要部分：1.飞行力学：与航空器在空中运动有关的力学原理，如空气动力学、飞行控制等。
2.材料科学：研究不同材料的特性、性能和用途，用于机身、引擎、螺旋桨等部件的制造。
3.制造技术：制造航空器所需的各种零部件、系统和设备，包括机身、发动机、舱门等。
4.电子技术：用于航空器的导航、控制、通信等方面，如雷达、GPS等。
二、航天技术航天技术是用于设计、制造和操作人造卫星、载人航天器和火箭等飞行器的技术，它包括以下几个主要部分：1.航天动力学：与航天器在轨道上运动有关的力学原理，如万有引力、轨道计算等。
2.材料科学：与航天器在太空中遭受各种环境影响下的材料性能有关，如高温、低温、辐射等。
3.制造技术：用于制造各种空间器和航天器部件的技术，跨越了很多领域，如电子技术、机械技术等。
4.控制技术：用于控制轨道运动和发射的各种设备和系统，如航天器姿态控制、火箭推进系统等。
三、航空航天的发展历程航空和航天技术的发展历程是一个漫长而充满创新的过程。
以下是一些重要的历史事件：1.1903年，莱特兄弟为飞机的发明做出了突出的贡献。
2.1957年，苏联发射了第一颗人造卫星“斯普特尼克一号”。
3.1961年，苏联宇航员加加林成为第一个进入太空的人类。
4.1969年，美国宇航员阿姆斯特朗踏上了月球。
5.1986年，挑战者号航天飞机发生事故，造成7名宇航员死亡。
6.2019年，中国成功发射“长征五号”运载火箭和嫦娥四号探测器。
航空和航天领域有许多值得追溯和研究的事件和故事，这些故事中蕴藏着人类的智慧和勇气。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
结合图1来介绍本课程的研究对象
自由运行段 远程火箭轨道
星际探测轨道
200km
主动段 再入段
星球 地球 停泊轨道 200km 大气层 100~120km >200km 卫星运行轨道
图 1 航天器轨道
2 航天器飞行力学
• 航天器飞行力学是以数学、力学和控制理论等为基 础，研究航天器在各飞行阶段运动规律的一门学科。 • • 分质心运动和绕质心的转动运动两类来研究。 • 远程火箭和导弹类似，由于有空气动力作用，这两种 运动耦合强，不能分开来研究。 • 卫星则不同，气动作用极弱，这两种运动耦合较弱， 可以分开来研究，即轨道动力学和姿态动力学。我们 只介绍前者。
补充：
• 随着航天技术与应用的发展，在空 间任务中，变轨操作越来越多，需 要研究火箭动力学。 • 即轨道+姿态联立求解。
3 航天器飞行力学主要课程
• 分远程火箭弹道学与卫星轨道力学两部分，共 10 章, 共48学时。
• • • • • • • • • • • 绪论（1学时） 第一章 常用坐标系与变质量力学原理（4学时） 第二章 火箭的力学环境（8学时） 第三章 火箭的运动方程（4学时） 第四章 火箭载荷自由飞行段的运动（4学时） 第五章 卫星轨道基本理论（4学时） 第六章 卫星轨道摄动理论（8学时） 第七章 星－地空间几何（2学时） 第八章 常用卫星轨道（4学时） 第九章 卫星轨道的调整与转移（6学时） 第十章 再入段弹道（3学时）
4 学习这门课程的和研制等不可缺少的理论基础。
5 学习要求
熟练掌握基本概念、基本原理、基本方 法等 能推导有关基本方程 能进行一些轨道设计或仿真计算，解决 某些实际问题
航天器飞行力学
本科生课程 48学时
第六版讲稿（2008）
主讲：王志刚
教材：西北工业大学出版社，2006.10 远程火箭与卫星轨道力学基础
王志刚 施志佳 编
航天器飞行力学教学大纲
航天器飞行力学教学日历
绪 论
1 一般知识
大家在前面已经学习了“导弹飞 行力学”（飞机与之相比有人驾驶外， 类似），现在我们来学习远程火箭 （包括弹道导弹、运载火箭等）和卫 星的飞行力学——航天器飞行力学。