空天科学与工程系列教材·行动力学与控制：远程火箭飞行动力学与制导 [Launch Vehicle Flight Dynamics and Guidance] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈克俊，刘鲁华，孟云鹤 著

图书标签:

• 火箭动力学
• 飞行动力学
• 制导与控制
• 航天工程
• 空天科学
• 运载火箭
• 飞行器控制
• 轨道力学
• 姿态控制
• 弹道设计

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118091236

版次：1

商品编码：11439361

包装：平装

丛书名： 空天科学与工程系列教材·行动力学与控制

外文名称：Launch Vehicle Flight Dynamics and Guidance

开本：16开

出版时间：2014-01-01

用纸：胶版纸

页数：347###

内容简介

　　《空天科学与工程系列教材·行动力学与控制：远程火箭飞行动力学与制导》深入分析了弹道导弹和运载火箭及其有效栽荷的运动状态，建立了其运动微分方程，揭示了飞行器运动的客观规律，研究了飞行器制导的基本原理，并对飞行动力学与制导有关的工程实际问题如总体设计参数的选择、飞行弹道设计、制导方法等进行了介绍。
　　《空天科学与工程系列教材·行动力学与控制：远程火箭飞行动力学与制导》适用于航空宇航科学与技术专业教学，可作为远程火箭总体设计、自动控制等相关专业高年级本科生和研究生专业基础课程教材，对从事飞行器飞行力学、总体设计及控制系统的科技工作者及试验、使用部队也有参考价值。

作者简介

　　陈克俊，男，1956年生，湖南常德人，1981年毕业于国防科技大学，现任国防科技大学航天科学与工程学院教授。长期从事飞行器飞行动力学与制导方面的教学与研究工作，近些年来主要从事载人飞船、可重复使用跨大气层飞行器、临近空间高超声速飞行器和机动弹头的轨道设计、导引规律和制导方法的研究。为本科生和研究生讲授过“飞行力学基础”、“飞行力学”、“飞行器制导原理”、“飞行器导航制导与控制”、“导弹飞行动力学与控制”、“航天器最优控制理论与方法”等多门课程。发表学术论文90余篇。出版教材有《远程火箭弹道学》、《远程火箭飞行动力学与制导》和《空天飞行力学》。

内页插图

目录

第1章 飞行动力学的基础知识
1.1 地球的运动及形状
1.1.1 地球的运动
1.1.2 地球的形状
1.2 地球大气
1.2.1 地球大气分层
1.2.2 标准大气
1.3 坐标系间的方向余弦阵及矢量导数的关系
1.3.1 坐标系之间的方向余弦阵
1.3.2 坐标系转换矩阵的欧拉角表示法
1.3.3 坐标系间矢量导数的关系
1.4 常用坐标系及其相互转换
1.4.1 常用坐标系
1.4.2 各坐标系间转换关系
1.4.3 常用欧拉角的联系方程
1.5 变质量力学基本原理
1.5.1 变质量质点的基本方程
1.5.2 变质量质点系的运动方程

第2章 远程火箭飞行的力学环境
2.1 附加力、附加力矩及火箭发动机特性
2.1.1 附加力和附加力矩
2.1.2 火箭发动机特性
2.2 引力与重力
2.2.1 引力
2.2.2 重力
2.3 空气动力及气动力矩
2.3.1 空气动力
2.3.2 空气动力矩
2.4 控制系统、控制力和控制力矩
2.4.1 火箭状态参数的测量
2.4.2 姿态控制系统
2.4.3 控制力和控制力矩

第3章 空间运动方程的建立
3.1 远程火箭矢量形式的动力学方程
3.1.1 质心动力学方程
3.1.2 绕质心转动的动力学方程
3.2 地面发射坐标系中的空间弹道方程
3.2.1 地面发射坐标系中的质心动力学方程
3.2.2 绕质心动力学方程在箭体坐标系的分解
3.2.3 补充方程
3.2.4 空间运动方程
3.3 地面发射坐标系中的空间弹道方程的简化
3.3.1 空间运动方程简化假设条件
3.3.2 空间弹道计算方程
3.3.3 弹道参数计算
3.4 速度坐标系中的空间弹道方程与简化
3.4.1 速度坐标系申的质心动力学方程
3.4.2 速度坐标系中的空间弹道方程
3.4.3 简化的弹道方程

第4章 自由飞行段弹道特性分析
4.1 自由飞行段的弹道方程
4.2 弹道方程的分析
4.2.1 e，P的意义及其确定
4.2.2 圆锥截线形状与主动段终点参数的关系
4.2.3 椭圆的几何参数与主动段终点参数的关系
4.2.4 成为人造卫星或导弹的条件
4.3 射程与主动段终点参数的关系
4.3.1 被动段射程的计算
4.3.2 自由段射程的计算
4.3.3 已知rk，vk求被动段的□及□
4.3.4 已知rA、βc求□、Vk·min
4.4 导弹被动段飞行时间的计算
4.4.1 面积速度和周期
4.4.2 开普勒方程
4.4.3 开普勒方程的近似解算
4.4.4 飞行时间Tc与主动段终点参数的关系
4.5 误差系数
4.5.1 射程误差系数
4.5.2 侧向误差系数
4.5.3 飞行时间误差系数
4.6 相对于旋转地球的自由段参数
4.6.1 物理景象分析
4.6.2 运动学方法的计算步骤
4.7 考虑地球旋转的误差系数
4.8 扁形地球下自由飞行段弹道

第5章 再入段运动特性分析与弹道设计
5.1 再人段运动方程
5.1.1 矢量形式的再入段动力学方程
5.1.2 地面发射坐标系中再入段空间运动方程
5.1.3 以总攻角、总升力表示的再入段空间弹道方程
5.1.4 简化的再入段平面运动方程
5.2 零攻角再人弹道特性分析
5.2.1 再入段最小负加速度的近似计算
5.2.2 热流的近似计算
5.2.3 运动参数的近似计算
5.2.4 有空气阻力作用的被动段弹道特性
5.2.5 被动段弹道运动参数的特性分析
5.3 有升力再人弹道特性分析
5.3.1 问题的提出及技术途径
5.3.2 再入走廊的确定
5.3.3 有升力再入时，运动参数的近似计算
5.4 再人机动弹道的工程设计

第6章 主动段运动特性分析与弹道设计
第7章 主动段的摄动制导方法
第8章 主动段的显式制导方法
第9章 再入段的制导方法
参考文献

前言/序言

《航天动力学与控制：远程火箭飞行动力学与制导》 本书作为“空天科学与工程系列教材”的重要组成部分，聚焦于现代航天器设计与运行的核心领域——远程火箭飞行动力学与制导。本书旨在为读者提供一套系统、深入且实用的理论框架与分析工具，以理解和掌握复杂航天器在广袤太空中的运动规律、姿态控制以及精确导航制导的原理与方法。 核心内容概览： 本书将从基础的空气动力学和天体力学出发，循序渐进地展开对火箭飞行过程的深入探讨。 火箭飞行基础理论： 大气层内飞行动力学： 详细阐述火箭在大气层内飞行时所受到的关键力，包括重力、推力、空气动力（升力、阻力、侧向力）以及它们的相互作用。我们将分析这些力如何影响火箭的运动轨迹，并介绍描述这些运动的微分方程。 外大气层与太空飞行： 随着高度增加，大气密度急剧下降，空气动力学效应逐渐减弱，天体力学的影响变得尤为重要。本书将介绍地球引力模型、轨道力学基础，包括开普勒定律、轨道根数、轨道摄动以及多体引力作用等。 火箭推力模型与燃烧过程： 深入分析火箭发动机的工作原理，推力产生的机制，以及如何建立简化的推力模型来模拟不同工况下的推力输出。我们将探讨燃气动力学和化学反应对推力的影响。 飞行动力学方程与分析： 欧拉-拉格朗日方程与牛顿-欧拉方程： 引入描述刚体运动的数学工具，推导火箭的六自由度（3个平动和3个转动）飞行动力学方程。我们将重点关注如何将推进、气动、引力等外部作用量纳入方程，形成完整的动力学模型。 飞行轨迹模拟与分析： 基于建立的动力学方程，本书将介绍数值积分方法，用于模拟火箭的完整飞行轨迹，从发射、大气层穿行到进入预定轨道。我们将分析轨迹的关键参数，如速度、高度、过载等，并探讨影响轨迹的各种因素。 质量变化与推力矢量控制： 突出火箭飞行特有的质量变化问题，分析其对动力学特性的影响。同时，介绍推力矢量控制（TVC）技术，解释如何通过改变发动机喷管方向来控制火箭的姿态和飞行轨迹，这是实现精确制导的关键技术之一。 制导理论与方法： 制导任务与目标： 明确制导的核心任务，即根据预设目标（如进入特定轨道、拦截弹道目标等），计算并发送指令给控制系统，使火箭按照期望的路径飞行。 经典制导律： 详细介绍多种经典的制导律，如比例导引律、比例导航导引律、二阶比例导引律等。我们将分析不同制导律的原理、优缺点以及适用场景。 现代制导技术： 探讨更先进的制导方法，包括最优制导、自适应制导、以及考虑多约束条件的制导技术。我们将介绍如何利用数学优化方法设计高效且鲁棒的制导律。 制导指令生成与解算： 阐述制导系统如何根据导航信息和飞行目标，实时计算出控制指令（如推力方向、推力大小的调整量）。 导航系统与状态估计： 惯性导航系统（INS）： 深入讲解惯性测量单元（IMU）的工作原理，如何通过积分加速度和角速度来推算载体的位置、速度和姿态。分析INS的误差积累特性及其补偿方法。 全球导航卫星系统（GNSS）： 介绍GNSS（如GPS、北斗）的工作原理，以及其在高精度定位方面的作用。 组合导航： 讲解如何将INS和GNSS等多种导航信息进行融合（如使用卡尔曼滤波），以获得更精确、更可靠的导航信息，克服单一导航系统的局限性。 状态估计： 介绍如何利用导航数据和动力学模型，对火箭的真实状态（位置、速度、姿态、角速度等）进行估计。 控制系统设计与实现： 姿态控制理论： 介绍火箭姿态控制的目标与方法，包括力矩发生器（如反作用轮、推气嘴）和控制器的设计。 线性控制方法： 阐述PID控制、状态反馈控制等经典控制理论在姿态控制中的应用。 现代控制理论： 引入最优控制、鲁棒控制等概念，用于设计性能更优、抗干扰能力更强的姿态控制系统。 推力控制： 分析如何通过控制发动机的关断、点火，以及调节推力大小来满足轨道插入、姿态调整等控制需求。 飞行任务剖面与系统集成： 典型飞行任务剖面： 梳理并分析典型的火箭飞行任务，如地球同步转移轨道（GTO）插入、行星际探测器发射、载人航天任务等，理解不同任务对飞行动力学和制导控制提出的具体要求。 系统集成与仿真： 强调将动力学模型、导航系统、制导律和控制律集成起来进行仿真验证的重要性。介绍仿真环境的搭建以及仿真结果的分析评估。 本书特色： 本书以其理论的严谨性、内容的系统性以及应用的针对性而著称。它不仅涵盖了航天器飞行动力学与制导领域的经典知识，也融入了最新的研究进展和工程实践经验。通过大量的数学推导、清晰的图示以及适量的算例分析，读者将能够深刻理解远程火箭复杂飞行过程中的内在规律，并掌握设计、分析和优化火箭飞行动力学与制导控制系统的基本能力。 适用读者： 本书适合于航空航天工程、飞行器控制、自动化以及相关领域的本科生、研究生，以及从事航天器设计、研发、试验和运行的工程师和科研人员。它将成为您深入理解和掌握航天器飞行奥秘的宝贵参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书的最后部分，也是我最感兴趣的部分之一，是对“未来航天技术展望”的讨论。作者并没有仅仅停留在现有技术的介绍，而是大胆地畅想了未来航天领域可能的发展方向。例如，书中提到了关于“新型推进系统”的研发，如核动力推进、电磁推进等，这些技术如果能够实现，将极大地拓展人类的太空探索能力。此外，作者还对“太空殖民”和“星际旅行”等科幻概念进行了科学的解读，并分析了实现这些目标所面临的挑战和机遇。让我印象深刻的是，书中对“航天器自主学习”和“人工智能在航天任务中的应用”进行了深入的探讨。作者认为，随着人工智能技术的不断发展，未来的航天器将具备更强的自主决策和执行能力，能够应对更复杂的太空环境和任务需求。这种前瞻性的讨论，让我对航天事业的未来充满了期待。这本书不仅仅是一本教材，更是一次关于人类探索宇宙未来的思想碰撞，它让我看到了科技发展的无限可能，也让我对人类的未来充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

我之所以会被这本书吸引，还有一个很重要的原因在于它将理论知识与实际应用紧密结合。书中并没有将“远程火箭”这个概念束之高阁，而是将其作为贯穿全书的核心案例，让读者能够直观地理解抽象的理论概念是如何在现实世界中发挥作用的。例如，在讲解火箭的发射准备阶段时，书中详细描述了发射前的检查流程、燃料加注过程以及发射窗口的选择，这些细节让我感觉自己仿佛置身于发射现场，亲眼目睹火箭腾空的壮观景象。随后，在讨论火箭的上升段时，作者结合了具体的飞行数据和轨迹图，分析了不同阶段空气阻力的变化、发动机推力的调整以及重力加速度的影响。让我印象深刻的是，书中还引用了一些历史上著名的火箭发射失败案例，并对其原因进行了深入剖析，这让我深刻认识到航天工程的复杂性和高风险性，也更加体会到科学家们在克服重重困难时所付出的努力。在讲解火箭的入轨和变轨操作时，书中也提供了详细的计算方法和轨道力学原理，让我理解了为何精确的轨道控制对于航天任务至关重要。这本书的这种“理论+实践”的教学方式，极大地激发了我对航天工程的探索欲望，也让我对那些默默为航天事业奋斗的工程师和科学家们充满了敬意。

评分☆☆☆☆☆

我一直对宇宙探索充满好奇，而这本书则满足了我对火箭飞行动力学和制导的种种疑问。书中对“轨道力学”的讲解让我大开眼界，我之前只知道卫星可以围绕地球转，但并不知道其中的精确计算和原理。作者以清晰的图示和简洁的语言，解释了开普勒定律在航天器轨道设计中的应用，以及如何通过变轨机动来实现航天器的精确变轨。让我印象深刻的是，书中对“霍曼转移轨道”的详细分析，这种节省燃料的轨道设计方案，让我在惊叹之余，也对航天工程师们的智慧有了更深的认识。在讲解“空间姿态控制”时，书中详细介绍了各种控制策略，包括力矩控制、推力控制以及磁力矩控制等，并分析了它们在不同场景下的适用性。我特别喜欢书中对“稳定平台”的解释，这种通过陀螺仪维持稳定性的技术，对于精确的导航至关重要。此外，书中还对“轨道保持”和“空间对接”等复杂操作进行了深入探讨，让我了解到航天器在太空中并非一成不变，而是需要持续的控制和调整才能完成任务。总的来说，这本书为我描绘了一个生动而精确的宇宙运行图景，让我对航天器在太空中的每一个动作都充满了好奇和敬畏。

评分☆☆☆☆☆

这本书在结构设计上也非常值得称赞，它循序渐进，层层递进，让读者能够逐步建立起对火箭飞行动力学和制导的系统性认知。开篇部分对航天历史和基本概念的介绍，为后续深入学习打下了坚实的基础。随后，作者开始讲解基础的动力学方程，并逐步引入空气动力学、推进系统等关键要素。我尤其欣赏书中对“飞行姿态控制”部分的论述，这部分内容涉及到了飞机的姿态传感器、执行机构以及控制算法。作者以清晰的逻辑，解释了如何通过操纵火箭的姿态来实现精确的轨道控制和轨迹修正。让我印象深刻的是，书中对“多级火箭”的设计原理进行了详细的介绍，分析了每一级火箭在整个任务中的作用以及它们之间的分离机制。这种结构安排，不仅逻辑严谨，而且能够有效地帮助读者理解火箭作为一个复杂系统的整体运作方式。此外，书中还穿插了许多案例研究，例如载人航天任务、卫星发射任务等，这些案例都选取了具有代表性的工程问题，并从动力学和制导的角度进行了深入分析，让我能够将所学知识应用于实际场景。总的来说，这本书的结构安排是经过深思熟虑的，它为读者提供了一个非常清晰的学习路径，让人在不知不觉中掌握了复杂的航天知识。

评分☆☆☆☆☆

我之所以会选择阅读这本《空天科学与工程系列教材·行动力学与控制：远程火箭飞行动力学与制导》，主要是因为我对航天领域一直怀有浓厚的兴趣，尤其是火箭的发射和运行过程，总是让我感到无比着迷。这本书并没有让我失望，它以一种非常系统和全面的方式，为我揭示了火箭飞行动力学和制导的奥秘。书中对“大气层内飞行”和“大气层外飞行”的区分以及各自的特点都进行了详细的阐述。我了解到，火箭在穿越大气层时，会受到空气动力学和空气阻力的显著影响，而一旦进入太空，则主要受到引力和自身推力的作用。让我印象深刻的是，书中对“姿态稳定”的讲解，这部分内容涉及到了飞机的姿态传感器、执行机构以及控制算法。作者以清晰的逻辑，解释了如何通过操纵火箭的姿态来实现精确的轨道控制和轨迹修正。此外，书中还对“火箭的结构设计”和“推进系统”进行了简要介绍，让我对火箭作为一个整体的构成有了初步的了解。总的来说，这本书为我提供了一个非常扎实的理论基础，让我能够更深入地理解航天器的飞行原理和控制技术。

评分☆☆☆☆☆

我特别喜欢这本书在讲解“制导系统”时所采用的“循序渐进”的方法。作者首先从最简单的开环制导讲起，解释了如何通过预先计算好的指令来控制火箭的飞行。然后，逐步引入了闭环制导的概念，并详细介绍了各种反馈控制算法，例如PID控制器，以及它们在提高制导精度中的作用。让我印象深刻的是，书中对“自适应制导”的阐述，这种能够根据环境变化和自身状态进行调整的制导策略，充分体现了人工智能在航天领域的应用。此外，书中还对“地面站与火箭之间的通信”进行了深入探讨，让我了解到，远程火箭的制导不仅仅是火箭自身的问题，还需要地面控制系统的协同配合。我了解到，地面站负责发送指令、接收遥测数据，并对火箭的飞行状态进行实时监控。这本书为我描绘了一幅复杂而精密的航天控制图景，让我对“制导”这个概念有了全新的认识。它不仅仅是让火箭飞起来，更要让它精确地飞到指定的目标。

评分☆☆☆☆☆

我最近在阅读一本名为《空天科学与工程系列教材·行动力学与控制：远程火箭飞行动力学与制导》的书，说实话，刚拿到这本书的时候，我并没有抱有太高的期望，毕竟“火箭飞行动力学与制导”这个主题听起来就相当专业和枯燥。然而，当我翻开第一页，就被它深深吸引了。这本书并非简单地堆砌公式和理论，而是以一种极其引人入胜的方式，将深奥的航天科学知识娓娓道来。作者在开篇部分就对航天事业的宏伟目标进行了描绘，让我对人类探索宇宙的勇气和智慧产生了由衷的敬意。随后，他们引入了飞行动力学的基本概念，比如空气动力学、重力、推力以及它们如何共同作用于火箭的飞行轨迹。书中对这些概念的解释清晰明了，即使我之前对物理学并没有特别深入的研究，也能很容易地理解。让我印象深刻的是，作者并没有回避复杂的数学模型，而是巧妙地通过实例和直观的图解来辅助理解，这大大降低了阅读门槛。例如，在讲解牛顿运动定律在火箭推进中的应用时，书中详细剖析了不同发动机类型产生的推力如何影响火箭的加速度，并用生动的比喻来解释惯性力的作用。此外，书中还对火箭在不同大气层中的飞行特点进行了深入探讨，例如稀薄空气对空气动力学的影响，以及真空环境下的推力计算。作者在这一部分展现出了其扎实的功底，每一个细节都经过了严谨的推敲。总的来说，这本书为我打开了一扇了解火箭飞行动力学的大门，让我对这一领域产生了浓厚的兴趣，并迫不及待地想继续深入探索。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格也给我留下了深刻的印象。它既保持了学术著作的严谨性，又不失科普读物的趣味性，使得阅读过程轻松而富有启发。作者在讲解枯燥的数学公式时，经常会穿插一些生动形象的比喻，或者引用一些历史上的经典故事，让原本晦涩的理论变得鲜活起来。例如，在讲解角动量守恒定律时，作者将其类比于花样滑冰运动员在旋转时收腿速度加快的现象，这种巧妙的比喻立刻消除了我对于抽象概念的陌生感。书中对火箭发动机的推力产生过程的描述，也并非简单的技术堆砌，而是融入了一些工程上的权衡和挑战，例如如何在高温高压环境下保持发动机的稳定运行，以及如何通过优化燃料配比来提高燃烧效率。我特别欣赏书中对于“制导误差分析”的讲解，作者并没有回避实际工程中可能出现的各种误差，而是对其进行了细致的分类和量化，并提出了相应的补偿和修正方法。这种坦诚的态度，让我更加信服书中所传达的知识。而且，书中还多次提到“模拟仿真”在火箭研发中的重要作用，以及如何通过先进的计算技术来验证设计的合理性。总而言之，这本书的语言风格非常独特，它既能满足专业读者的求知欲，又能吸引普通读者对航天科学产生兴趣，是一种非常成功的知识传播方式。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另一大亮点在于其对“制导”部分的详尽阐述，这部分内容对我来说尤其具有启发性。在我的认知里，火箭的飞行过程似乎是预设好的，但读了这本书后，我才意识到“制导”在其中扮演着多么关键的角色。作者将制导系统比作火箭的“大脑”，负责实时感知飞行的状态，并根据预设的目标不断调整火箭的姿态和推力。书中详细介绍了各种制导策略，从最基本的开环制导到复杂的闭环制导，每一种都有其独特的优势和适用场景。我特别着迷于对惯性导航系统（INS）的介绍，它通过陀螺仪和加速度计来测量火箭的运动状态，即使在GPS信号不可用的情况下也能提供精确的定位信息。书中对INS的误差累积和补偿方法进行了深入分析，这让我深刻理解了航天器为何需要如此精密的设备。此外，书中还讲解了各种传感器是如何协同工作的，例如星敏感器、太阳敏感器以及它们在姿态控制中的作用。作者在这一部分的处理非常出色，没有流于表面，而是深入到各个子系统的设计原理和算法实现。我还对书中关于“目标跟踪”和“轨迹修正”的章节印象深刻，这涉及到复杂的控制理论和优化算法。作者通过大量图表和数学推导，清晰地展示了制导系统如何实时计算出最优的飞行路径，并根据环境变化进行动态调整。对于我这个非专业读者来说，尽管有些地方需要反复研读，但整体的学习体验是极为充实的。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我感到惊喜的是，它不仅仅是一本技术手册，更是一本充满人文关怀的著作。作者在讲解艰深的科学原理时，并没有忘记提及航天事业背后的故事和精神。书中穿插了许多关于航天先驱的介绍，以及他们为了探索宇宙所付出的艰辛努力。例如，书中对“戈达德”和“冯·布劳恩”等人的生平和贡献进行了简要回顾，让我了解到这些伟大的科学家是如何从梦想走向现实的。在讲解火箭发动机的研发历程时，作者也提到了许多失败的尝试和无数次的改进，这让我深刻体会到航天工程是一个不断试错、不断超越的过程。此外，书中还对航天工程对人类社会带来的积极影响进行了阐述，例如通信技术、气象预报以及地球观测等，让我了解到航天科学并非遥不可及，而是与我们的日常生活息息相关。这种将科学技术与人文精神相结合的叙述方式，使得这本书不仅仅是知识的传递，更是一种精神的启迪。它让我不仅仅学到了技术知识，更对人类探索未知、追求卓越的精神有了更深的理解。

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买来翻看下吧

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基本内容和远程火箭弹道学一样，多了制导的内容还不错

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书的质量不错

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