航天飞行动力学远程火箭弹道设计
远程火箭弹道学及制导方法智慧树知到答案章节测试2023年哈尔滨工业大学
绪论单元测试1.火箭是一种变质量飞行器。
A:错B:对答案:B第一章测试1.弹道学中，一般常用哪个坐标系作为确定坐标系是动系或静系的基准？（）A:空间惯性坐标系B:体坐标系答案:A2.弹道学中，气动力常在哪个坐标系中描述？（）A:地球固连坐标系B:速度坐标系答案:B3.在计算坐标转换矩阵时，应按照（）的原则求出。
A:先转在前，后转在后B:后转在前，先转在后答案:B4.两个坐标系之间最多需要三次单轴旋转，可实现坐标轴重合。
（）A:错B:对答案:B5.根据选择的旋转轴不同，坐标系之间共有16种旋转次序。
（）A:错B:对答案:A第二章测试1.气动力作用在火箭的（）上。
A:质心B:压心答案:B2.地心纬度和地理纬度相比，哪个数值更大？（）A:地理纬度B:地心纬度答案:A3.根据伯努利原理，流体速度越大，压强越小。
（）A:对答案:A4.密歇尔斯基方程可为推进剂的研制和火箭发动机的设计提供方向。
（）A:错B:对答案:B5.远程火箭自由段受到的主导力是？A:地球引力B:空气动力C:发动机推力答案:A第三章测试1.远程火箭是固、液、气三相变质量连续质点系。
（）A:错B:对答案:B2.发射系下建立的远程火箭变质量系的弹道微分方程中，远程火箭除了受外力，还受到什么力？（）A:牵连惯性力B:附加科氏力C:科氏惯性力D:附加相对力答案:ABCD3.常用的弹道微分方程数值积分有（）。
A:欧拉B:龙格库塔C:阿当姆茨法答案:ABC4.产生惯性力的原因为连续质点系的位置矢量相对惯性系有旋转角速度。
（）A:对B:错答案:A5.发动机推力形式与摆动喷管(或摆动发动机)的布局无关。
（）A:对B:错答案:B第四章测试1.零攻角再入的弹头，受到升力作用（）。
A:错答案:A2.不考虑空气阻力，椭圆弹道上，其升弧段与降弧段，具有相同地心距的对应点上速度相同。
（）A:错B:对答案:B3.考虑空气阻力的情况下，对应速度最小值的点与弹道顶点不重合。
远程火箭飞行轨迹设计
实验一远程火箭飞行轨迹设计姓名：学号：班级：学院：日期：目录一、实验目的（5分） (1)二、实验原理（10分） (1)2.1基本原理 (1)2.2坐标系定义 (1)2.3受力分析 (2)2.4六自由度空间运动方程模型 (4)三、实验系统（10分） (6)3.1计算机系统 (6)3.2实验对象 (7)四、实验方法（40分） (7)4.1 制导设计 (7)4.2简化为三自由度弹道仿真模型 (8)4.3程序设计 (9)4.3.1 符号定义 (9)4.3.2 函数表 (10)4.3.3 程序框图 (10)4.3.4 程序代码 (10)五、实验过程（30分） (14)5.1实验步骤 (14)5.2实验结果分析 (14)六、总结（5分） (17)6.1 实验中的缺陷 (17)6.2 心得体会 (17)实验一 远程火箭飞行轨迹设计实验一、 实验目的（5分）通过建立远程火箭空间运动方程和完成计算机仿真，掌握远程火箭主动段受力分析、飞行动力学建模分析、飞行特性分析和数值求解方法。
二、 实验原理（10分）2.1基本原理➢ 2.1.1变质量质点系运动力学原理当组成物体为变质量质点系时，其中除有一些指点随物体作牵连运动外物体内部还有相对运动，这对物体的运动是有影响的。
要研究连续质点系的运动方程，则将物体考虑成是无数个具有无穷小质量的质点组成的系统。
这种情况下有：{F s=∫d 2r dt 2dm M s =∫r ×d 2r dt 2dm上式积分可得：连续质点系的质心运动方程 m d 2r c.m dt =F s +F ′k +F ′rel连续质点系的转动方程 I ∙dωTdt+ωT ×(I ∙ωT )=M c.m +M ′k +M ′rel➢ 2.1.2刚化原理在一般情况下，任意一个变质量系统在t 瞬时的质心运动方程和绕质心转动方程，能用如下这样一个刚体的相应方程来表示，这个刚体的质量等于系统在t 瞬时的质量，而它受的力除了真实的外力和力矩外，还要加两个附加力和附加力矩，即附加哥氏力、附加相对力和附加哥氏力矩、附加相对力矩。
火箭设计入门知识点
火箭设计入门知识点火箭作为一种重要的推进器，被广泛应用于现代航天工程中。
火箭设计是一门复杂而高级的技术，它涉及到许多知识点和理论基础。
本文将介绍火箭设计入门所需的几个关键知识点。
一、火箭基础概念和组成火箭是一种能够在没有大气阻力的真空环境中进行推进的航天器。
它主要由发动机、燃料系统、导航控制系统和结构组成。
其中发动机是火箭的核心部件，通过燃烧燃料产生大量的热能和气体推动火箭前进。
二、火箭推进原理火箭推进原理基于牛顿第三定律，即每个作用力都有一个相等大小、方向相反的反作用力。
火箭通过将产生的推力通过发射喷口排出来，从而推动火箭向前运动。
推力的大小与燃料的燃烧速率、喷口面积以及喷口推力系数等因素有关。
三、火箭结构设计火箭的结构设计需要考虑许多因素，包括受力情况、重量和空气动力学等。
结构的设计应该合理分配载荷，使用适当的材料，并进行可靠性和安全性评估。
四、火箭的稳定性和控制火箭的稳定性和控制是设计中非常重要的考虑因素。
为了确保火箭能够稳定飞行，需要进行几何稳定性和动力稳定性分析。
此外，导航控制系统也需要精确计算和控制火箭的姿态、速度和轨迹。
五、火箭燃料选择和性能评估火箭的燃料选择直接影响其性能和推进效率。
常见的火箭燃料包括液体燃料和固体燃料。
对于液体燃料火箭，需要考虑供应、储存和燃烧等方面的问题。
对于固体燃料火箭，需要选择合适的燃料配方和点火方式，并评估其性能参数。
六、火箭发动机设计和优化火箭发动机是火箭的核心部件，其设计和优化对整个火箭的性能影响至关重要。
发动机设计包括喷嘴形状选择、燃烧室设计和燃烧过程控制等方面。
发动机的效率和推力特性需要进行详细的评估和优化。
七、火箭轨道设计与导航火箭的轨道设计和导航是实现任务目标的关键步骤。
通过精确计算和控制火箭的速度和轨迹，可以使火箭达到预定的目标区域。
在轨道设计中，还需要考虑引力、大气阻力和空气动力学效应等影响因素。
八、火箭安全性和可靠性火箭设计中安全性和可靠性是至关重要的方面。
航空航天领域中的飞行动力学与控制系统设计
航空航天领域中的飞行动力学与控制系统设计飞行动力学和控制系统设计是航空航天领域中至关重要的技术方向。
在飞行器的设计和运行过程中，飞行动力学研究飞行器的运动原理和特性，掌握其稳定性和操纵性；而控制系统设计则负责通过操纵设备和相关算法，稳定和控制飞行器的姿态和运动。
本文将对航空航天领域中飞行动力学与控制系统设计的重要性、技术要点和未来发展方向进行探讨。
一、飞行动力学的重要性飞行动力学是研究飞行器运动的学科，对于飞行器的稳定性和操纵性至关重要。
在飞行器的设计和制造过程中，飞行动力学研究可以帮助工程师们预测和分析飞行器的各种运动特性，包括升力、阻力、攻角、滚转、俯仰和偏航等。
这些数据将为工程师们提供重要的参数和依据，用于指导飞行器的设计和改进工作。
此外，飞行动力学还可以帮助工程师们理解飞行器的稳定性和操纵性，从而提供更安全和可靠的飞行体验。
通过研究飞行动力学，工程师们可以优化飞行器的结构和性能，提高其操纵灵活性和稳定性，减少事故发生的可能性。
二、控制系统设计的技术要点在航空航天领域中，控制系统设计是实现飞行器稳定控制和精确操纵的关键技术。
控制系统设计的技术要点如下：1. 姿态控制：飞行器的姿态控制是指通过控制其俯仰、滚转和偏航等参数，使飞行器保持稳定的飞行姿态。
姿态控制通常涉及陀螺仪、加速度计和其他传感器的使用，实时监测飞行器的姿态信息，并通过执行机构（如舵面、推力偏向器等）的控制，调整飞行器的姿态。
2. 路径跟踪：路径跟踪是指使飞行器按照指定的航路和航迹飞行。
对于无人飞行器和自动驾驶飞行器来说，路径跟踪是实现自主飞行的重要技术。
路径跟踪通常涉及GPS、惯性导航系统和其他导航传感器的使用，通过控制飞行器的推力、舵面和其他执行机构，使其按照预定的航路和航迹飞行。
3. 飞行性能优化：控制系统设计在飞行器的性能优化中起到关键作用。
通过优化控制系统的参数和算法，可以提高飞行器的操纵性能、燃料效率和飞行速度，进一步提高飞行器的性能指标。
曲面地表对远程火箭弹弹道影响的计算方法
Ａ ｌ ｕ ａ ｉ ｎ Ｍ ｅ ｈ ｄ ｆ ｒ Ｉ ｌ ｅ ｅ ｏ ｒ ｅ ｒ ｈ Ｓ ｒ ａ ｅ Ｃａ ｃ ｌ ｔｏ ｔ ｏ ｏ ｎｆ ｕ ｎｃ ｆ Ｃｕ ｖ ｄ Ｅａ ｔ ｕ ｆ ｃ
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ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅｓ ｈ ｒ ａ ｔ ｄ ｌｂ ｓ ｄｏ ｈ ｅ ｔｎ ｔ ｎｃ ｏ ｄ ｎ ｔ ｙ ｔ ｍ ｓｓｍ ｐｅ ｎ ｒ ｃ ｕ ａ ｅ ｈ ｗｓ ｔ ａ ｈ ｐ ｅ ｅｅ ｒｈｍｏ ｅ ａ ｅ ｎｔ ｅｄ ｓｉａ ｉ ｏ ｒ ｉａ ｅｓ ｓ ｅ ｉ ｉ ｌｒａ ｄ ｍｏ ｅａ ｃ ｒ ｔ ｏ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｗ ｉ ｈ ｈ ｒ ｃｅｉｔ ｆｌｎ ｌ ｉｇ ｔ ｏ ａ ａ ｇ ｏ ｋ ｔｐ ｏｅ ｔｌ ，ｔ ｅ ｉ ｆｕ ｎ ｅ ｏ ｓｒ ｃ ： ｔ ｔ ｅｃ ａ ａ ｔ ｒ ｉ ｏ ｏ ｇ ｆｙｎ ｉ ｆ ｒｆ ｒｒ ｎ ｅ ｒ ｃ ｅ ｒ ｊｃｉ ｈ ｓｃ ｍｅ ｅ ｈ ｎ ｌ ｅ ｃ ｆ
Ｗ ｉ ｅｄ ｎ ｍｉ ｍｏ ｅ ｏ ｎ －ａ ｇ ｏ ｋ ｔ ｒ ｊ ｔｅ ａｃｌｕａｉｇｔａｅ ｔｒ ｔｏ ｉ ａｅ ｎ ｔ ｔ ｙ ａ ｃ ｄ ｌ ｆ ｏ ｇｒｎ ｅｒｃ ｅ ｏｅ ｉ ， ａｃ ｌｔ ｒｊｃｏｙｍｅｈ ｄｗｈｃ ｉ ｂ ｓ ｄｏ ｈｈ ｌ ｐ ｃｌ ｎ ｈｓ
Ｖｏ ＿ ３ Ｎｏ ８ ｌ ７。 ．
Ａｕ ２ ２ ｇ， ０１
火 力 与 指 挥 控 制
Ｆ ｒ ｏ ｔｏ ＆ Ｃ ｍｍａ ｄ Ｃ ｎ ｒ ｌ ｉ Ｃ ｎｒｌ ｅ ｏ ｎ ｏ ｔｏ
第 ３ ７卷 第 ８期 ２１ ０ ２年 ８月
文章 编 号 ｌ ０ ２ Ｏ ４ （ Ｏ ２ Ｏ — ０ ４ ０ １ ０一６ Ｏ ２１ ）８０４ —３
_远程火箭弹滑翔增程技术研究
: v SmCx dv = F cos - m g sin , dt 2
2 2
m
v Sm C y mv d = F sin + - m cos , dt 2 dx = v cos , dt dy = v sin , dt d m = - m, dt 式中: F 为发动机推力 ; 函数, 即 C x = F x (M a, 为导弹攻角 ; C x , Cy 为阻力 ), C y = F y (M a, ), 通过查表 系数和升力系数对攻角的导数 , 其为攻角和速度的 插值函数可以求其值; Sm 为弹的特征面积 , 这里取 导弹的最大横截面积作为特征面积; m 为导弹推进 剂的秒流量。 1 . 2 滑翔增程段弹道模型分析 火箭弹滑翔段由于舵偏角按照滑翔要求控制不 同的角度, 其弹道模型
[ 10]
( 1)
导弹在飞到预定的弹道点时根据控制策略开始 弹道的滑翔控制, 这里采用 2 种控制策略: 过启控 点时保持直线弹道飞行, 当升力不足以克服重力法 向分量时制导系统开始保持满舵 , 即保持最大舵偏 角下滑; ! 根据方案弹道优化理论在过启控点后使 控制飞行弹道的升阻比保持最优。 1 . 3 . 1 法向分量控制滑翔飞行 根据滑翔弹道模型式 ( 2 ) 可知 , 为实现升力与 重力法 向分 量 相等 的滑 翔 飞行 需 满足 : mg cos = = 0 , 即 1 2 ! v Sm C y ! ( 1+ A ), 对于直线滑翔弹道 : 2 v ! =
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收稿日期 : 2010- 10- 10 ; 修回日期 : 2010- 12- 06 作者简介 : 杨泗智 ( 1981- ), 男 , 江苏赣榆人。工程师 , 硕士 , 主要从事飞行器总体设计工作。 通信地址 : 710043 陕西省西安市幸福南路 1 号东方集团有限公司设计一所 E mai: l yangsizh i00124@ 163. com 电话 : 029- 82632958
远程火箭弹道学与航天器再入弹道学部分复习分考题一、基本概念
远程火箭弹道学与航天器再入弹道学部分复习分考题一、基本概念1、 公转、自传、极移、进动、章动2、真太阳日、平太阳、平太阳日3、 重力4、 比冲（比推力）5、 过载6、 第一宇宙速度（环绕速度）、第二宇宙速度（逃逸速度）、双曲线剩余速度7、总攻角、总升力、总攻角平面8、弹道再入（零攻角再入、零升力再入）9、升力式再入10、杀伤区11、再入走廊12、配平攻角二、基本原理和假设1、直接反作用原理2、刚化原理（关于变质量物体质心运动方程和绕质心转动方程的描述）3、瞬时平衡假设三、基本现象、规律和特性1、变质量系统在运动时受那些力和力矩作用？写出各自的计算公式。
2、火箭有那些类型？3、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。
4、火箭产生控制力和控制力矩的方式有那些？写出各自的控制力和控制力矩计算公式。
5、地面发射坐标系中一般空间弹道方程是怎么推出来的，由那几类方程组成，各有几个方程？6、在什么条件下，一般空间弹道方程可以分解成纵向运动方程和侧向运动方程？7、研究自由飞行段的运动时，常作哪些基本假设？8、自由飞行段的运动有那些基本特征、轨迹是什么形状、特征参数有哪些、特征参数与主动段终点参数有什么关系？9、成为人造卫星和导弹的条件是什么？10、再入段的运动有什么特点？11、再入有哪些类型？？各有什么特点？12、再入段设计分析分析中主要考虑的因素有哪些？如何确定？13、航天器再入轨道有哪些类型，各有什么特点？14、再入航天器有哪些类型，各有什么特点？四、基本方法1、 推导变质量质点基本方程（密歇尔斯基方程）2、推导齐奥尔柯夫斯基公式（理想速度与质量变化的关系）3、推导变质量质点系的质心运动方程和绕质心转动方程。
火箭动力学与飞行力学分析
火箭动力学与飞行力学分析火箭动力学和飞行力学是航空航天领域中的两个重要概念。
火箭动力学研究火箭的推进原理和动力系统，而飞行力学则研究火箭在空气中的运动和飞行轨迹。
本文将分别对火箭动力学和飞行力学进行分析，以深入了解火箭的工作原理和飞行特性。
第一部分火箭动力学分析火箭动力学是研究火箭推进原理和动力系统的科学。
火箭的推进力是由燃料的燃烧产生的喷射气流产生的反作用力。
火箭的推进剂可以是液体燃料、固体燃料或混合推进剂。
其中，液体燃料火箭常见于航天器，固体燃料火箭则广泛应用于导弹和发射器。
对于一个火箭的动力系统而言，最重要的参数之一就是推力。
推力的大小取决于燃料的燃烧速度以及喷管的结构和形状。
通过合理设计火箭引擎的喷射口和燃烧室，可以提高燃料的燃烧效率，从而获得更大的推力。
除了推力之外，火箭的速度也是极其重要的参数。
火箭的速度是通过动量守恒定律来描述的。
根据动量守恒定律，火箭喷出的燃气的动量与火箭的动量之和保持相等。
因此，火箭的速度将随着燃气的喷射速度和质量的减少而增加。
这也是为什么火箭在发射后，引擎会逐渐减速的原因。
除了速度和推力之外，火箭的燃料消耗率也是需要考虑的因素。
燃料消耗率决定了火箭所能够提供的持续推力的时间。
在航天飞行中，火箭的燃料消耗率需要根据任务的需要进行调整，以实现预定的飞行轨迹和重返地球大气层的目标。
第二部分飞行力学分析飞行力学是研究火箭在空气中的运动和飞行轨迹的科学。
火箭在飞行过程中，会受到多种力的作用，如重力、空气阻力和升力等。
重力是火箭飞行的主要限制因素之一。
火箭需要以足够的速度克服地球的引力，才能进入轨道或完成飞行任务。
为了减小重力对火箭的影响，航天器通常会采用多级火箭的设计，每一级都会在燃料用尽后被丢弃，从而减轻整个系统的负荷。
空气阻力是火箭飞行中的另一个重要因素。
随着火箭速度的增加，空气阻力也会增加。
这会导致火箭所受的净推力减小，从而影响其速度和飞行轨迹。
为了减小空气阻力，火箭通常会采用流线型的外形设计，并在进入大气层时采用热耐受材料保护火箭结构。
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航天飞行动力学远程火箭弹道设计
航天飞行动力学是研究宇宙航行器在大气层和太空中的飞行动力学过程的学科。
远程火箭弹道设计是航天飞行动力学的重要应用之一，关注的是飞行器在大气层中的轨迹、速度和姿态等参数的计算与控制。
本文将着重介绍远程火箭的弹道设计原理和方法。
远程火箭弹道设计的主要目标是实现最优的轨迹和最大的射程。
为了达到这个目标，设计者需要考虑火箭的发射条件、大气层的影响、弹道优化和导引控制等因素。
首先，火箭的发射条件包括起飞姿态、起飞速度和推力控制等。
起飞姿态决定了火箭的初始轨迹，可以选择垂直发射或者倾斜发射，垂直发射可以减少大气层影响，但需要更大的推力；倾斜发射可以利用地球自转速度进行助推，但可能增加大气层干扰。
起飞速度和推力控制需要根据设计要求和发射条件进行调整。
大气层对远程火箭的影响非常大，主要包括空气阻力、重力和气动力等。
空气阻力会使火箭的速度减小，重力会引起火箭的下降，而气动力会产生弯曲力矩和偏航力矩。
为了克服这些干扰，设计者需要通过控制火箭的姿态、速度和控制力矩来使轨迹保持稳定。
弹道优化是远程火箭弹道设计的核心内容，目的是找到最优的轨迹、速度和姿态。
弹道优化可以基于最大射程、最短飞行时间、最小燃料消耗等不同的目标进行。
常用的方法包括分析方法、数值方法和优化算法等。
分析方法主要基于数学模型和物理原理进行推导，可以得到解析解或近似解；数值方法则通过数值计算来求解复杂的非线性问题；而优化算法则可以通过迭代寻找最优解。
导引控制是指对火箭进行实时控制来保持轨迹的稳定和精确度。
导引控制可以通过引导矢量控制、姿态控制和控制力矩调节等方式进行。
引导矢量控制可以调整火箭的推力方向和大小来改变火箭的速度和轨迹；姿态控制可以通过调整火箭的姿态来改变火箭的轨迹；控制力矩调节可以通过引导矢量的调节来改变火箭的姿态和轨迹。
综上所述，远程火箭弹道设计是航天飞行动力学的重要应用之一、通过考虑起飞条件、大气层影响、弹道优化和导引控制等因素，设计者可以实现远程火箭弹道的最优设计，实现最大射程和最佳性能。
在今后的研究中，可以进一步探索新的设计方法和技术，提高远程火箭的飞行效果和性能。