航天技术概论(三)2012版

1、Go on2.4.1.火箭冲压发动机 火箭冲压发动机由火箭发动机和冲压发动机组合而成。 图2.17为液体火箭冲压发动机的原理图整 体式火箭冲压发动机Go on3.1.2.23.1.2.2升力和阻力升力和阻力1.升力的产生升力定义为与气流速度方向垂直的气动力。2.阻力的产生阻力定义为与气流流速方向一致（与导弹运动方向相反）的气动力。包括摩擦阻力、压差阻力、波阻和诱导阻力。摩擦阻力第三章导弹飞行力学基础摩擦阻力示意图升力的产生示意图压差阻力波阻 气流流过弹翼时，由于空气流流过弹翼时，由于空气的粘性阻滞，在弹翼后缘面气的粘性阻滞，在弹翼后缘面形成涡流区，压强下降，造成形成涡流区，压强下降，造成弹翼翼

2、面的前后缘出现压力差弹翼翼面的前后缘出现压力差而形成的阻力。而形成的阻力。 超音速超音速气流流过翼面时，气流流过翼面时，在前缘部分在前缘部分压力上升，经过膨压力上升，经过膨胀波后压力下降，胀波后压力下降，综合在翼剖综合在翼剖面上，面上，有一个向后的分力，有一个向后的分力，就就是波阻。是波阻。前缘压力高前缘压力高后缘压力低后缘压力低诱导阻力3. 空气动力和空气动力矩的数学表示空气动力 R 可分解为升力升力Y ,侧向侧向Z 和阻力和阻力 X。空气动力矩 M 可分解为滚动力矩滚动力矩 Mx、偏航、偏航力矩力矩 My 、俯仰力矩、俯仰力矩 Mz。222121212fxfyfzXv S CYv S CZ

3、v S C222121212xffxyffyzffzMv S l mMv S l mMv S l m2fxyzxyzvSCCCMMM1其中称动压头，为参考面积，、为气动力系数，、为气动力矩系数。23.2 3.2 导弹飞行运动方程导弹飞行运动方程3.2.1 3.2.1 常用坐标系的定义及转换关系常用坐标系的定义及转换关系2. 弹体坐标系0txtytzt 3.2.1.13.2.1.1常用坐标系的定义常用坐标系的定义发射坐标系00 x0y0z0发射坐标系的定义3. 弹道坐标系0dxdydzd4. 速度坐标系0vxvyvzv3.2.1.2 3.2.1.2 坐标变换坐标变换123123()()xxyyz

4、zFa a ab b b 111213212223313233xxyyzz b ab ab ababababababa基矢基矢坐标坐标变换矩阵坐标变换矩阵baCozxy1a2a3a1b2bxyz3bF旋转变换旋转变换zxyzxy1a2a3a3b1b2b图1 绕x轴旋转zxyzxy1a2a3a3b1b2b图2 绕y轴旋转zxyzxy1a2a3a1b2b3b图3 绕z轴旋转111213212223313233xxyyzz b ab ab ababababababa)()()()(00TxTzTyTttCCCCC( , , )( )( )( )toxzyCCCC 发射坐标系与弹体坐标系的转换（ ）t

5、ttox y z0000o x y z( )y( )z( )x旋转次序为：32cos0sin( )010sincosyCacossin0( )sincos0001zC 100( )0cossin0sincosxC垂面之间的夹角。轴与包含弹体纵轴的铅：导弹的滚转角的夹角。：导弹的纵轴与水平面俯仰角轴之间的夹角。的投影与发射坐标：导弹纵轴在水平面内偏航角tyxo系00y0 x0zxyz( )txtytz)y（()zxo3.2.23.2.2导弹飞行动力学方程导弹飞行动力学方程发动机的推力发动机的推力p p地球引力地球引力G G空气动力空气动力R R姿态动力学方程姿态动力学方程质心运动学方程质心运动学

6、方程1.作用在导弹上的力2.导弹的运动形式质心的运动质心的运动弹体绕质心的姿态运动弹体绕质心的姿态运动3.动力学方程（15个标量方程）质心动力学方程质心动力学方程姿态运动学方程姿态运动学方程角运动变量关系方程角运动变量关系方程质心动力学方程（弹道坐标系下）( cossin )/vpXmgm( sincos )/vpYmgm导弹姿态动力学方程/zzzMJ质心运动方程（发射坐标系下）4.4.导弹在纵平面内的运动数学模型导弹在纵平面内的运动数学模型cosxvsinyv姿态运动学方程z角运动变量间的关系y0 x0俯仰角弹道倾角3.3 3.3 导弹的机动性、稳定性和操纵性导弹的机动性、稳定性和操纵性导弹

7、的机动性：导弹的机动性：导弹改变自身飞行速度大小和方向的能力导弹改变自身飞行速度大小和方向的能力。 利用利用过载过载来评定导弹的机动性。来评定导弹的机动性。过载：过载：导弹所受到的除重力以外的合力与导弹的重量之比，用导弹所受到的除重力以外的合力与导弹的重量之比，用n表示。表示。 法向过载法向过载n法法：与速度矢量方向垂直，代表法向加速度的大小；：与速度矢量方向垂直，代表法向加速度的大小； 切向过载切向过载n切切：与速度矢量方向重合，代表切向加速度的大小；：与速度矢量方向重合，代表切向加速度的大小；3.3.13.3.1导弹的机动性导弹的机动性若导弹在纵平面内运动，有：若导弹在纵平面内运动，有：(

8、 sin)/coscosvpYmgng法影响最大的一项法向加速度zyyzYCCA临界OyC图3-20 攻角与升力的关系临界攻角 极限过载极限过载临界最大舵偏角 可用过载可用过载z设计时应满足的关系：需用过载需用过载 可用过载可用过载 极限过载极限过载3.3.23.3.2导弹的飞行稳定性导弹的飞行稳定性 导弹稳定性导弹稳定性是是指导弹在飞行中受到某种干扰，使其偏离了原来指导弹在飞行中受到某种干扰，使其偏离了原来的飞行状态，当干扰取消后，导弹能否恢复原来飞行状态的能力。的飞行状态，当干扰取消后，导弹能否恢复原来飞行状态的能力。 包括包括导弹控制系统的稳定性导弹控制系统的稳定性和和弹体自身稳定性弹体

9、自身稳定性(静稳定静稳定)。 导弹的空气动力作用中心（压心）落在导弹质心之后，则当攻角导弹的空气动力作用中心（压心）落在导弹质心之后，则当攻角 增大时，就会产生一个升力增量，形成一个低头力矩，使导弹的增大时，就会产生一个升力增量，形成一个低头力矩，使导弹的 减小，减小，直到又回到原有状态附近平衡下来，当直到又回到原有状态附近平衡下来，当 减小时，情况正好相反，因此减小时，情况正好相反，因此压心在质心后，导弹自身对于攻角是稳定的，称这类导弹为压心在质心后，导弹自身对于攻角是稳定的，称这类导弹为静稳定导弹静稳定导弹。静稳定导弹：静稳定导弹：压心在质心之后的导弹。压心在质心之后的导弹。3.3.3 3

10、.3.3 导弹的操纵性导弹的操纵性 导弹的操纵性是指导弹的操纵性是指舵面给出一个固定的偏转角度，导弹产生法向舵面给出一个固定的偏转角度，导弹产生法向加速度的大小的能力、改变这一过程的快慢；产生法向加速度后的超加速度的大小的能力、改变这一过程的快慢；产生法向加速度后的超调量大小。调量大小。3.4.1 3.4.1 导弹和目标间的相对运动方程导弹和目标间的相对运动方程3.4 3.4 导引规律导引规律相对运动方程相对运动方程导引规律导引规律导弹在追踪目标的过程中，导弹和目标间的相对运动关系称导引规律。导弹在追踪目标的过程中，导弹和目标间的相对运动关系称导引规律。coscos1( sinsin)mmmm

11、dRvvdtdqvvdtR各角度间的几何关系：mmmqq参考线oMRvmvmqm图3.21 导弹和目标间的相对运动关系重合法(或三点法） 定义：使控制站、导弹、目标始终保持在一条直线上的引导方法。使控制站、导弹、目标始终保持在一条直线上的引导方法。目标航迹M0控制站VdtM1D1M2D2M3D3M4D4M5D5M6D6D73.4.2 3.4.2 几种常用的导引规律几种常用的导引规律纯追踪法 定义：保持导弹速度矢量时刻指向目标的引导方法，称为纯追踪法。保持导弹速度矢量时刻指向目标的引导方法，称为纯追踪法。 导弹D0目标M0M1D1D0D1=Vd tM2D2D1D2=VtM3D3M4追踪法导引平行接近法定义：导弹在飞向目标的过程中，目标视线在空间始终保持平行。导弹在