本書以彈箭設(shè)計及飛行仿真所需的外彈道理論和方法為主線,在系統(tǒng)闡述外彈道學(xué)基本知識、彈箭飛行穩(wěn)定性理論的基礎(chǔ)上,著重介紹現(xiàn)代外彈道設(shè)計方法、外彈道相似性理論、外彈道減阻與增程技術(shù)、彈道參數(shù)辨識方法與彈道預(yù)報技術(shù)、炮彈彈道修正理論與技術(shù)、制導(dǎo)炮彈滑翔彈道規(guī)劃與組合制導(dǎo)控制方法等內(nèi)容。本書以作者研究團(tuán)隊近40年從事外彈道理論研究與彈箭裝備研制的科研成果為基礎(chǔ),通過總結(jié)、凝練而成,在詳細(xì)闡述理論與方法的基礎(chǔ)上,突出工程應(yīng)用,滿足現(xiàn)代彈箭外彈道設(shè)計與仿真的需要。
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目錄
緒論1
第一篇外彈道學(xué)基本知識
第1章地球模型與大氣特性7
1.1地球假設(shè)與地球模型7
1.1.1地球的形狀及相關(guān)假設(shè)模型7
1.1.2圓球模型對應(yīng)的重力加速度8
1.1.3橢球模型對應(yīng)的重力加速度10
1.1.4地球旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科氏慣性力15
1.2大氣的組成與特性15
1.3稀薄空氣條件下的外彈道問題16
1.4虛溫、氣壓、密度、聲速及黏性系數(shù)沿高度的分布16
1.4.1空氣狀態(tài)方程與虛溫16
1.4.2氣溫、氣壓隨高度的分布17
1.4.3密度、聲速及黏性系數(shù)隨高度的變化18
1.5風(fēng)的分布與風(fēng)場模型19
1.5.1風(fēng)場分布19
1.5.2自由大氣層中地轉(zhuǎn)風(fēng)的計算20
1.5.3近地面層中風(fēng)速的對數(shù)分布20
1.5.4上部邊界層的�?寺菥€方程21
1.5.5風(fēng)向、風(fēng)速的工程計算模型21
1.6標(biāo)準(zhǔn)氣象條件23
1.6.1標(biāo)準(zhǔn)氣象條件的概念23
1.6.2我國炮兵標(biāo)準(zhǔn)氣象條件24
1.6.3對我國炮兵高空標(biāo)準(zhǔn)氣象條件的擴(kuò)展25
第2章彈箭飛行運動常用坐標(biāo)系28
2.1描述彈箭質(zhì)心運動的常用坐標(biāo)系28
2.1.1直角坐標(biāo)系和自然坐標(biāo)系28
2.1.2計及地表曲率的地表切面坐標(biāo)系29
2.2建立彈箭剛體運動方程組常用的坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換關(guān)系30
2.2.1常用坐標(biāo)系30
2.2.2坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系31
2.2.3角度之間的幾何關(guān)系34
2.3彈箭導(dǎo)航常用坐標(biāo)系及其轉(zhuǎn)換關(guān)系34
2.3.1WGS84坐標(biāo)系34
2.3.2WGS84坐標(biāo)系與東北天坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系35
2.3.32000國家大地坐標(biāo)系37
第3章作用于彈箭上的常見力和力矩38
3.1重力和重力加速度38
3.2地球旋轉(zhuǎn)引起的科氏慣性力38
3.3作用在彈箭上的空氣動力和力矩39
3.3.1阻力39
3.3.2升力42
3.3.3馬格努斯力43
3.3.4靜力矩44
3.3.5赤道阻尼力矩45
3.3.6極阻尼力矩45
3.3.7尾翼導(dǎo)轉(zhuǎn)力矩47
3.3.8馬格努斯力矩47
3.4作用在有控彈箭上的控制力和力矩48
3.5火箭發(fā)動機(jī)推力50
3.6獲取彈箭空氣動力系數(shù)的一般方法52
3.6.1常用工程計算方法53
3.6.2飛行試驗法76
3.7彈箭氣動布局與外形80
3.7.1常見的彈箭氣動布局形式81
3.7.2彈箭氣動外形布局選擇83
第4章彈箭質(zhì)心運動方程組及空氣彈道特性84
4.1外彈道學(xué)基本假設(shè)84
4.2彈箭質(zhì)心運動方程組建立85
4.2.1直角坐標(biāo)系下彈箭的質(zhì)心運動方程組85
4.2.2自然坐標(biāo)系下彈箭的質(zhì)心運動方程組86
4.3彈道方程組解法87
4.3.1彈道方程組的解析解法87
4.3.2彈道方程組的數(shù)值解法88
4.4空氣彈道特性89
4.4.1速度沿全彈道的變化89
4.4.2質(zhì)心加速度沿全彈道的變化92
4.4.3空氣彈道的不對稱性93
4.4.4最大射程角94
4.4.5原點彈道假設(shè)下空氣彈道的確定95
4.4.6旋轉(zhuǎn)加速度γ··沿全彈道的變化96
4.5外彈道散布特性及計算方法98
4.5.1影響外彈道散布的主要因素98
4.5.2外彈道散布的計算方法及減小途徑100
第5章彈箭一般運動方程組103
5.1彈箭運動方程的一般形式103
5.1.1速度坐標(biāo)系下的彈箭質(zhì)心運動方程103
5.1.2彈軸坐標(biāo)系下的彈箭繞心運動方程104
5.1.3彈箭剛體運動方程組的一般形式108
5.2彈道方程中的空氣動力和空氣動力矩表達(dá)式108
5.2.1有風(fēng)時的空氣動力109
5.2.2有風(fēng)時的空氣動力矩110
5.36自由度剛體彈道方程組114
5.4降階的5自由度剛體彈道方程組116
5.54自由度修正質(zhì)點彈道方程組117
5.6彈箭一般運動方程組研究與應(yīng)用中的一些問題120
第二篇彈箭飛行穩(wěn)定性理論
第6章旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定彈角運動理論125
6.1引起彈丸角運動的主要原因125
6.2旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定彈角運動方程的建立128
6.2.1炮彈角運動的幾何描述128
6.2.2彈箭角運動方程組129
6.2.3質(zhì)心速度方程和自轉(zhuǎn)角方程的解析解132
6.3簡化條件下的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定理論133
6.3.1攻角方程解的一般形式133
6.3.2陀螺穩(wěn)定條件134
6.3.3初始擾動產(chǎn)生的角運動135
6.4初始擾動對質(zhì)心運動的影響——氣動跳角137
6.4.1由初始擾動Δ·0產(chǎn)生的平均偏角137
6.4.2由初始擾動Δ0產(chǎn)生的氣動跳角138
6.5脈沖修正彈的穩(wěn)定性139
6.6動力平衡角的產(chǎn)生機(jī)理及特性141
6.6.1動力平衡角的理論推導(dǎo)141
6.6.2動力平衡角沿全彈道的變化142
6.7偏流的近似計算及工程應(yīng)用143
6.7.1偏流的近似計算143
6.7.2偏流的工程應(yīng)用144
6.8考慮全部空氣動力和力矩時攻角方程的解及穩(wěn)定性判據(jù)147
6.9過穩(wěn)定彈丸外彈道特性分析150
6.9.1過穩(wěn)定彈丸的概念150
6.9.2低伸彈道條件下正常陀螺穩(wěn)定彈丸的情況151
6.9.3低伸彈道條件下過穩(wěn)定彈丸的情況152
6.9.4飛行彈道特性分析153
6.9.5實現(xiàn)過穩(wěn)定彈丸的條件及其對彈道特性的影響154
第7章尾翼穩(wěn)定彈角運動理論155
7.1攻角運動方程的齊次解155
7.2起始擾動對質(zhì)心運動的影響157
7.3低旋尾翼彈攻角方程的解158
7.3.1低旋尾翼彈的導(dǎo)轉(zhuǎn)及平衡轉(zhuǎn)速158
7.3.2由起始擾動引起的角運動及對質(zhì)心運動的影響159
7.4尾翼彈的動力平衡角及偏流160
7.4.1非旋轉(zhuǎn)尾翼彈的動力平衡角161
7.4.2低旋尾翼彈的動力平衡角及偏流161
7.4.3尾翼穩(wěn)定彈在曲線彈道上的追隨穩(wěn)定性162
7.5低旋尾翼彈的共振不穩(wěn)定問題162
第三篇外彈道設(shè)計理論與增程技術(shù)
第8章外彈道設(shè)計169
8.1外彈道設(shè)計問題169
8.2經(jīng)典外彈道設(shè)計方法170
8.2.1榴彈炮較佳彈丸質(zhì)量與初速的設(shè)計171
8.2.2飛行穩(wěn)定性設(shè)計172
8.2.3地炮初速級設(shè)計176
8.3現(xiàn)代外彈道設(shè)計方法178
8.4外彈道優(yōu)化設(shè)計179
8.4.1外彈道優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的建立179
8.4.2典型彈種的外彈道優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型183
8.4.3外彈道優(yōu)化設(shè)計問題可采用的優(yōu)化方法192
8.4.4外彈道優(yōu)化設(shè)計中應(yīng)注意的問題203
8.4.5外彈道優(yōu)化設(shè)計的一般步驟207
8.5外彈道反設(shè)計207
8.5.1外彈道反設(shè)計的概念、目的與設(shè)計流程207
8.5.2外彈道反設(shè)計主要解決的問題與常用計算方法208
第9章外彈道相似性理論210
9.1外彈道相似性問題210
9.2外彈道相似性與相似性條件211
9.2.1外彈道諸元相似性分類211
9.2.2旋轉(zhuǎn)彈的外彈道相似性條件211
9.2.3外彈道相似性與相似條件的討論220
9.2.4尾翼彈的外彈道相似性條件223
9.3非完全相似條件下的外彈道相似性修正問題225
9.3.1問題的引出225
9.3.2非完全相似條件下的外彈道相似性修正方法226
9.4外彈道相似性應(yīng)用實例231
9.4.1基本彈與模擬彈選定231
9.4.2模擬彈方案設(shè)計231
9.4.3兩彈外彈道相似性對比分析232
第10章外彈道減阻與增程技術(shù)236
10.1氣動外形減阻增程技術(shù)236
10.1.1優(yōu)化彈形減阻增程概述236
10.1.2炮彈最小波阻母線方程近似解237
10.1.3外形減阻優(yōu)化設(shè)計241
10.2底排外彈道增程技術(shù)242
10.2.1底排減阻增程原理242
10.2.2底排彈外彈道特性244
10.3火箭增程技術(shù)246
10.3.1火箭增程原理246
10.3.2火箭助推增程彈外彈道特性247
10.4滑翔增程技術(shù)248
10.4.1炮彈滑翔增程原理248
10.4.2滑翔增程彈彈道特性250
10.5沖壓增程技術(shù)251
10.5.1沖壓增程原理251
10.5.2固體燃料沖壓發(fā)動機(jī)增程彈增程的影響因素252
第四篇彈箭飛行彈道控制理論與技術(shù)
第11章彈道濾波與彈道預(yù)報257
11.1彈道濾波的基本概念257
11.2彈道濾波方法258
11.2.1最小二乘濾波258
11.2.2多項式卡爾曼濾波265
11.2.3擴(kuò)展卡爾曼濾波270
11.2.4無跡卡爾曼濾波283
11.3彈道預(yù)報的概念與方法290
11.3.1基本概念290
11.3.2影響彈道預(yù)報效果的主要因素292
11.3.3彈道預(yù)報與彈道濾波的關(guān)系及彈道預(yù)報模型的建立293
11.3.4彈道預(yù)報在工程中的應(yīng)用294
第12章彈道修正技術(shù)297
12.1彈道修正技術(shù)簡介297
12.2阻力型一維彈道修正技術(shù)299
12.2.1阻力型一維彈道修正執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其特點299
12.2.2阻力型一維彈道修正彈的外彈道模型302
12.2.3射程超越量函數(shù)305
12.2.4阻力型一維彈道修正彈的外彈道特性308
12.3二維彈道修正技術(shù)309
12.3.1二維彈道修正執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其特點309
12.3.2二維彈道修正彈的外彈道模型310
12.3.3脈沖彈道修正彈的外彈道特性316
12.3.4簡易固定鴨舵PGK雙旋彈道修正彈的外彈道特性324
12.4彈道修正控制方法327
12.5彈道修正技術(shù)在工程應(yīng)用中的若干問題328
12.5.1彈道探測修正體制選擇與流程時序設(shè)計328
12.5.2地面模擬方法330
12.5.3彈道修正彈射表問題333
第13章滑翔增程制導(dǎo)炮彈飛行控制技術(shù)337
13.1滑翔增程制導(dǎo)炮彈簡介337
13.1.1滑翔增程制導(dǎo)炮彈原理及特點337
13.1.2研究現(xiàn)狀338
13.1.3主要難點問題340
13.2滑翔增程制導(dǎo)炮彈方案與結(jié)構(gòu)布局342
13.2.1滑翔增程制導(dǎo)炮彈的組成與總體設(shè)計方法342
13.2.2滑翔增程制導(dǎo)炮彈的氣動布局與結(jié)構(gòu)344
13.2.3滑翔增程制導(dǎo)炮彈的飛行控制特點346
13.3滑翔增程制導(dǎo)炮彈飛行控制彈道模型及彈道特性347
13.3.1滑翔增程制導(dǎo)炮彈彈道控制模型347
13.3.2滑翔增程制導(dǎo)炮彈飛行控制彈道特性分析349
13.4滑翔增程制導(dǎo)炮彈方案彈道規(guī)劃354
13.4.1方案彈道的作用及特點354
13.4.2滑翔飛行方案彈道規(guī)劃方法355
13.5滑翔增程制導(dǎo)炮彈飛行控制策略與方法361
13.5.1制導(dǎo)系統(tǒng)功能與分類361
13.5.2滑翔增程制導(dǎo)炮彈制導(dǎo)方案363
13.5.3中制導(dǎo)系統(tǒng)指令形式365
13.5.4阻尼回路設(shè)計365
13.5.5中制導(dǎo)設(shè)計366
13.5.6末端精確比例導(dǎo)引方法367
13.5.7中末制導(dǎo)穩(wěn)定交接算法368
13.6飛行彈道控制模擬仿真技術(shù)368
13.6.1制導(dǎo)炮彈發(fā)射及飛行環(huán)境特性368
13.6.2飛行控制部件環(huán)境模擬369
13.6.3飛行控制系統(tǒng)功能動態(tài)模擬371
13.7滑翔增程制導(dǎo)炮彈廣義射表概述374
13.7.1廣義射表的功能374
13.7.2廣義射表與常規(guī)彈藥射表的主要差異374
13.7.3廣義射表的主要內(nèi)容及編制步驟375
13.7.4廣義射表編制的要點或難點376
參考文獻(xiàn)377