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第1章 概论 1

1.1 一般概念 1

1.1.1 运载火箭 1

1.1.2 运载火箭控制 3

1.1.3 运载火箭动力学 3

1.2 运载火箭飞行控制系统组成与功能 4

1.2.1 运载火箭飞行控制系统组成 4

1.2.2 运载火箭飞行控制系统功能及实现 5

1.2.3 运载火箭飞行控制系统的性能要求 8

1.3 运载火箭飞行控制系统的发展历程 9

1.3.1 动力学发展概述 9

1.3.2 国外运载火箭飞行控制系统发展历程 10

1.3.3 我国运载火箭飞行控制系统发展历程 12

1.4 运载火箭的发展趋势及对飞行控制系统的需求 14

1.4.1 运载火箭的发展趋势 14

1.4.2 飞行控制系统的发展方向与前景展望 17

第2章 常用坐标系及转换 20

2.1 常用坐标系 20

2.2 坐标系间的转换关系 23

第3章 飞行动力学 29

3.1 作用在火箭上的力和力矩 29

3.1.1 地球引力 29

3.1.2 气动力与气动力矩 32

3.1.3 发动机推力与力矩 34

3.2 火箭飞行动力学方程 37

3.2.1 质心动力学方程 37

3.2.2 绕质心动力学方程 38

3.3 轨道动力学方程 39

3.3.1 开普勒轨道方程 41

3.3.2 飞行轨道的确定 42

第4章 运载火箭姿态动力学建模 44

4.1 非捆绑运载火箭姿态动力学模型 44

4.1.1 火箭飞行中受到的力和力矩 51

4.1.2 液体晃动方程 59

4.1.3 弹性振动方程 60

4.1.4 质心动力学方程 61

4.1.5 绕质心动力学方程 62

4.1.6 非捆绑运载火箭姿态动力学方程 62

4.2 捆绑运载火箭姿态动力学模型 63

4.2.1 火箭飞行中受到的力和力矩 63

4.2.2 液体晃动方程 68

4.2.3 弹性振动方程 69

4.2.4 质心动力学方程 73

4.2.5 绕质心动力学方程 73

4.2.6 捆绑运载火箭姿态动力学方程 74

4.3 运载火箭姿态动力学模型特点 75

第5章 箭体动力学特性与控制 84

5.1 运载火箭结构动力学特性 84

5.1.1 非捆绑运载火箭结构动力学特性 84

5.1.2 捆绑运载火箭结构动力学特性 94

5.1.3 运载火箭结构动力学特性对姿态控制的影响 96

5.2 运载火箭液体晃动特性 103

5.2.1 运载火箭液体晃动的一般理论分析方法 103

5.2.2 贮箱液体晃动试验及防晃设计 114

5.2.3 液体晃动对姿态控制的影响 119

5.3 运载火箭气动特性 128

5.3.1 运载火箭气动外形设计与优化 128

5.3.2 运载火箭气动参数的理论计算与风洞试验 130

5.3.3 运载火箭气动外形对姿态控制的影响 135

5.4 运载火箭纵向耦合振动特性 141

5.4.1 运载火箭纵向耦合振动的机理 143

5.4.2 液氧煤油发动机运载火箭的POGO抑制难点 144

5.4.3 液路系统的频率特性 145

5.4.4 POGO稳定性分析 151

5.4.5 POGO的抑制措施 157

5.4.6 蓄压器对POGO的影响分析及其设计方法 159

5.4.7 运载火箭纵向耦合振动对姿态控制的影响 162

第6章 导航与制导控制 164

6.1 运载火箭的导航技术 164

6.1.1 概述 164

6.1.2 平台式惯性导航技术 164

6.1.3 捷联式惯性导航技术 166

6.1.4 组合导航技术 168

6.2 运载火箭的制导技术 171

6.2.1 概述 171

6.2.2 导引方法 172

6.2.3 关机控制 190

6.2.4 制导精度分析 192

6.3 运载火箭的初始对准 197

6.3.1 概述 197

6.3.2 平台式惯导的初始对准 198

6.3.3 捷联式惯导的初始对准 203

6.4 运载火箭导航制导技术发展趋势 208

6.4.1 高精度冗余惯组技术 208

6.4.2 最优自适应制导技术 209

6.4.3 全自主初始对准技术 209

第7章 运载火箭姿态控制 211

7.1 非捆绑运载火箭的姿态控制原理与方法 211

7.1.1 非捆绑运载火箭的控制原理 211

7.1.2 非捆绑运载火箭姿态控制典型方法 215

7.2 捆绑运载火箭的姿态控制原理与方法 217

7.2.1 助推布局对姿控的影响 217

7.2.2 捆绑运载火箭的控制原理 218

7.2.3 捆绑运载火箭姿态控制典型方法 219

7.3 运载火箭姿态控制能力分析 221

7.3.1 俯仰、偏航通道的控制能力分析 221

7.3.2 滚动通道的控制能力分析 222

7.4 运载火箭发动机摆动力矩计算方法 225

7.4.1 与发动机摆角无关的力矩 225

7.4.2 与发动机摆角有关的力矩 226

7.4.3 与发动机摇摆角速度有关的阻尼力矩 226

7.4.4 其他力矩项 226

7.5 运载火箭姿态控制对制导的适应性研究 227

7.5.1 迭代制导方法 227

7.5.2 姿态动力学全量模型 228

7.5.3 迭代制导与姿态控制的相互作用关系 229

7.5.4 姿态控制对迭代制导适应性仿真分析 230

7.6 大质心偏移上面级的姿态控制原理与方法 231

7.6.1 大质心偏移上面级的特点 231

7.6.2 大质心偏移上面级的控制原理 233

7.6.3 大质心偏移上面级姿态控制典型方法 234

7.7 运载火箭姿态控制方法的应用 241

7.7.1 运载火箭的减载控制 241

7.7.2 运载火箭的弹性自适应控制 242

7.7.3 运载火箭的解耦控制 245

7.8 运载火箭姿态控制技术发展趋势 248

参考文献 251