第1章 绪论 1
1.1 高超声速飞行器 1
1.1.1 再入飞行器 1
1.1.2 载人飞船 7
1.1.3 可重复使用运载器及相关技术验证机 11
1.1.4 吸气式高超声速飞行器 22
1.2 高超声速飞行器概念／初步设计中的制导与控制技术 26
1.2.1 制导与控制技术在高超声速飞行器概念／初步设计阶段的主要任务 27
1.2.2 GNC在高超声速飞行器概念／初步设计阶段的设计流程 27
1.2.3 控制集成设计环境 29
1.3 高超声速飞行器制导与控制技术面临的挑战 30
1.4 本书的编写特点和内容安排 33
1.4.1 本书的编写特点 33
1.4.2 本书的内容安排 34
参考文献 36
第2章 高超声速飞行器运动方程 38
2.1 预备知识 38
2.1.1 矢量与分量列阵 38
2.1.2 坐标变换 39
2.2 坐标系及运动变量定义 44
2.2.1 坐标系定义 44
2.2.2 坐标系的转换 47
2.2.3 欧拉角的定义 51
2.2.4 苏式坐标系与欧美坐标系 52
2.3 高超声速飞行器刚体六自由度运动方程组的建立 53
2.3.1 高超声速飞行器质心运动动力学方程的一般形式 54
2.3.2 飞行器旋转运动的动力学方程 68
2.3.3 高超声速飞行器的运动学方程 70
2.3.4 其他补充方程 73
2.4 运动方程组的简化 76
2.4.1 基于制导系统设计的模型简化 77
2.4.2 基于控制系统设计的模型简化 82
2.5 弹性体高超声速飞行器运动方程组的建立 84
2.5.1 非惯性耦合弹性体运动方程 84
2.5.2 惯性耦合弹性体运动方程 92
2.5.3 纵向平面耦合动力学方程推导 100
参考文献 102
第3章 高超声速飞行器建模 103
3.1 高超声速飞行器建模技术综述 103
3.1.1 飞行器参数化几何外形建模方法 103
3.1.2 高超声速气动力工程预测方法 104
3.1.3 高超声速气动热工程预测方法 105
3.1.4 超燃冲压发动机建模方法 106
3.2 飞行器参数化几何外形建模 106
3.2.1 相关坐标系 107
3.2.2 机体几何外形建模 107
3.2.3 发动机罩设计 109
3.2.4 机翼及气动控制舵面设计 109
3.2.5 参数化几何外形建模结果 112
3.2.6 飞行器网格生成 117
3.2.7 与基于CAD方法的比较 118
3.3 高超声速气动力的工程预测 120
3.3.1 计算面元及撞击角 120
3.3.2 压力系数计算 123
3.3.3 高超声速无粘流气动力计算 130
3.3.4 摩擦阻力计算 132
3.3.5 基于CFD的气动模型修正 135
3.4 高超声速气动热的工程预测 140
3.4.1 高温空气物性 141
3.4.2 边界层外缘气流参数计算 143
3.4.3 参考温度法 145
3.4.4 气动加热与热辐射 147
3.4.5 热流密度计算 149
3.5 超燃冲压发动机建模 151
3.5.1 冲压发动机概述 151
3.5.2 冲压发动机原理及性能指标 152
3.5.3 超燃冲压发动机推力产生机理 157
3.5.4 超燃冲压发动机各段流场的理论计算方法 163
3.6 计算实例 174
3.6.1 翼身组合体 174
3.6.2 乘波体 181
参考文献 190
第4章 大气与地球模型 196
4.1 大气模型 196
4.1.1 大气模型发展简介 196
4.1.2 常用大气模型介绍 199
4.1.3 典型大气模型 208
4.1.4 密度扰动模型 220
4.1.5 风场扰动模型 226
4.2 地球模型 234
4.2.1 地球引力 234
4.2.2 圆球形模型 236
4.2.3 旋转对称模型 236
4.2.4 Clairaut椭球模型 237
参考文献 241
第5章 高超声速飞行器轨迹优化 242
5.1 高超声速飞行器轨迹优化概述 242
5.2 高超声速飞行器制导模型 246
5.2.1 通用航空器 246
5.2.2 机动再入飞行器 250
5.2.3 X-33升力体飞行器 252
5.2.4 航天飞机 254
5.2.5 阿波罗 257
5.2.6 乘员探索飞行器 258
5.2.7 通用乘波体飞行器 259
5.2.8 运载器 261
5.3 轨迹优化的数值方法 265
5.3.1 间接法 265
5.3.2 直接法 268
5.3.3 其他方法 281
5.4 数值优化方法 283
5.4.1 非线性规划问题求解方法 283
5.4.2 智能优化方法 289
5.5 高超声速飞行器轨迹优化实例 297
5.5.1 基于间接法的AHV上升段轨迹优化 297
5.5.2 基于伪谱法的再入最大航程轨迹优化 306
参考文献 312