本书以弹箭设计及飞行仿真所需的外弹道理论和方法为主线，在系统阐述外弹道学基本知识、弹箭飞行稳定性理论的基础上，着重介绍现代外弹道设计方法、外弹道相似性理论、外弹道减阻与增程技术、弹道参数辨识方法与弹道预报技术、炮弹弹道修正理论与技术、制导炮弹滑翔弹道规划与组合制导控制方法等内容。本书以作者研究团队近40年从事外弹道理论研究与弹箭装备研制的科研成果为基础，通过总结、凝练而成，在详细阐述理论与方法的基础上，突出工程应用，满足现代弹箭外弹道设计与仿真的需要。
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绪论1
第一篇外弹道学基本知识
第1章地球模型与大气特性7
1.1地球假设与地球模型7
1.1.1地球的形状及相关假设模型7
1.1.2圆球模型对应的重力加速度8
1.1.3椭球模型对应的重力加速度10
1.1.4地球旋转产生的科氏惯性力15
1.2大气的组成与特性15
1.3稀薄空气条件下的外弹道问题16
1.4虚温、气压、密度、声速及黏性系数沿高度的分布16
1.4.1空气状态方程与虚温16
1.4.2气温、气压随高度的分布17
1.4.3密度、声速及黏性系数随高度的变化18
1.5风的分布与风场模型19
1.5.1风场分布19
1.5.2自由大气层中地转风的计算20
1.5.3近地面层中风速的对数分布20
1.5.4上部边界层的埃克曼螺线方程21
1.5.5风向、风速的工程计算模型21
1.6标准气象条件23
1.6.1标准气象条件的概念23
1.6.2我国炮兵标准气象条件24
1.6.3对我国炮兵高空标准气象条件的扩展25
第2章弹箭飞行运动常用坐标系28
2.1描述弹箭质心运动的常用坐标系28
2.1.1直角坐标系和自然坐标系28
2.1.2计及地表曲率的地表切面坐标系29
2.2建立弹箭刚体运动方程组常用的坐标系及转换关系30
2.2.1常用坐标系30
2.2.2坐标系之间的转换关系31
2.2.3角度之间的几何关系34
2.3弹箭导航常用坐标系及其转换关系34
2.3.1WGS84坐标系34
2.3.2WGS84坐标系与东北天坐标系的转换关系35
2.3.32000国家大地坐标系37
第3章作用于弹箭上的常见力和力矩38
3.1重力和重力加速度38
3.2地球旋转引起的科氏惯性力38
3.3作用在弹箭上的空气动力和力矩39
3.3.1阻力39
3.3.2升力42
3.3.3马格努斯力43
3.3.4静力矩44
3.3.5赤道阻尼力矩45
3.3.6极阻尼力矩45
3.3.7尾翼导转力矩47
3.3.8马格努斯力矩47
3.4作用在有控弹箭上的控制力和力矩48
3.5火箭发动机推力50
3.6获取弹箭空气动力系数的一般方法52
3.6.1常用工程计算方法53
3.6.2飞行试验法76
3.7弹箭气动布局与外形80
3.7.1常见的弹箭气动布局形式81
3.7.2弹箭气动外形布局选择83
第4章弹箭质心运动方程组及空气弹道特性84
4.1外弹道学基本假设84
4.2弹箭质心运动方程组建立85
4.2.1直角坐标系下弹箭的质心运动方程组85
4.2.2自然坐标系下弹箭的质心运动方程组86
4.3弹道方程组解法87
4.3.1弹道方程组的解析解法87
4.3.2弹道方程组的数值解法88
4.4空气弹道特性89
4.4.1速度沿全弹道的变化89
4.4.2质心加速度沿全弹道的变化92
4.4.3空气弹道的不对称性93
4.4.4最大射程角94
4.4.5原点弹道假设下空气弹道的确定95
4.4.6旋转加速度γ··沿全弹道的变化96
4.5外弹道散布特性及计算方法98
4.5.1影响外弹道散布的主要因素98
4.5.2外弹道散布的计算方法及减小途径100
第5章弹箭一般运动方程组103
5.1弹箭运动方程的一般形式103
5.1.1速度坐标系下的弹箭质心运动方程103
5.1.2弹轴坐标系下的弹箭绕心运动方程104
5.1.3弹箭刚体运动方程组的一般形式108
5.2弹道方程中的空气动力和空气动力矩表达式108
5.2.1有风时的空气动力109
5.2.2有风时的空气动力矩110
5.36自由度刚体弹道方程组114
5.4降阶的5自由度刚体弹道方程组116
5.54自由度修正质点弹道方程组117
5.6弹箭一般运动方程组研究与应用中的一些问题120
第二篇弹箭飞行稳定性理论
第6章旋转稳定弹角运动理论125
6.1引起弹丸角运动的主要原因125
6.2旋转稳定弹角运动方程的建立128
6.2.1炮弹角运动的几何描述128
6.2.2弹箭角运动方程组129
6.2.3质心速度方程和自转角方程的解析解132
6.3简化条件下的旋转稳定理论133
6.3.1攻角方程解的一般形式133
6.3.2陀螺稳定条件134
6.3.3初始扰动产生的角运动135
6.4初始扰动对质心运动的影响——气动跳角137
6.4.1由初始扰动Δ·0产生的平均偏角137
6.4.2由初始扰动Δ0产生的气动跳角138
6.5脉冲修正弹的稳定性139
6.6动力平衡角的产生机理及特性141
6.6.1动力平衡角的理论推导141
6.6.2动力平衡角沿全弹道的变化142
6.7偏流的近似计算及工程应用143
6.7.1偏流的近似计算143
6.7.2偏流的工程应用144
6.8考虑全部空气动力和力矩时攻角方程的解及稳定性判据147
6.9过稳定弹丸外弹道特性分析150
6.9.1过稳定弹丸的概念150
6.9.2低伸弹道条件下正常陀螺稳定弹丸的情况151
6.9.3低伸弹道条件下过稳定弹丸的情况152
6.9.4飞行弹道特性分析153
6.9.5实现过稳定弹丸的条件及其对弹道特性的影响154
第7章尾翼稳定弹角运动理论155
7.1攻角运动方程的齐次解155
7.2起始扰动对质心运动的影响157
7.3低旋尾翼弹攻角方程的解158
7.3.1低旋尾翼弹的导转及平衡转速158
7.3.2由起始扰动引起的角运动及对质心运动的影响159
7.4尾翼弹的动力平衡角及偏流160
7.4.1非旋转尾翼弹的动力平衡角161
7.4.2低旋尾翼弹的动力平衡角及偏流161
7.4.3尾翼稳定弹在曲线弹道上的追随稳定性162
7.5低旋尾翼弹的共振不稳定问题162
第三篇外弹道设计理论与增程技术
第8章外弹道设计169
8.1外弹道设计问题169
8.2经典外弹道设计方法170
8.2.1榴弹炮较佳弹丸质量与初速的设计171
8.2.2飞行稳定性设计172
8.2.3地炮初速级设计176
8.3现代外弹道设计方法178
8.4外弹道优化设计179
8.4.1外弹道优化设计数学模型的建立179
8.4.2典型弹种的外弹道优化设计数学模型183
8.4.3外弹道优化设计问题可采用的优化方法192
8.4.4外弹道优化设计中应注意的问题203
8.4.5外弹道优化设计的一般步骤207
8.5外弹道反设计207
8.5.1外弹道反设计的概念、目的与设计流程207
8.5.2外弹道反设计主要解决的问题与常用计算方法208
第9章外弹道相似性理论210
9.1外弹道相似性问题210
9.2外弹道相似性与相似性条件211
9.2.1外弹道诸元相似性分类211
9.2.2旋转弹的外弹道相似性条件211
9.2.3外弹道相似性与相似条件的讨论220
9.2.4尾翼弹的外弹道相似性条件223
9.3非完全相似条件下的外弹道相似性修正问题225
9.3.1问题的引出225
9.3.2非完全相似条件下的外弹道相似性修正方法226
9.4外弹道相似性应用实例231
9.4.1基本弹与模拟弹选定231
9.4.2模拟弹方案设计231
9.4.3两弹外弹道相似性对比分析232
第10章外弹道减阻与增程技术236
10.1气动外形减阻增程技术236
10.1.1优化弹形减阻增程概述236
10.1.2炮弹最小波阻母线方程近似解237
10.1.3外形减阻优化设计241
10.2底排外弹道增程技术242
10.2.1底排减阻增程原理242
10.2.2底排弹外弹道特性244
10.3火箭增程技术246
10.3.1火箭增程原理246
10.3.2火箭助推增程弹外弹道特性247
10.4滑翔增程技术248
10.4.1炮弹滑翔增程原理248
10.4.2滑翔增程弹弹道特性250
10.5冲压增程技术251
10.5.1冲压增程原理251
10.5.2固体燃料冲压发动机增程弹增程的影响因素252
第四篇弹箭飞行弹道控制理论与技术
第11章弹道滤波与弹道预报257
11.1弹道滤波的基本概念257
11.2弹道滤波方法258
11.2.1最小二乘滤波258
11.2.2多项式卡尔曼滤波265
11.2.3扩展卡尔曼滤波270
11.2.4无迹卡尔曼滤波283
11.3弹道预报的概念与方法290
11.3.1基本概念290
11.3.2影响弹道预报效果的主要因素292
11.3.3弹道预报与弹道滤波的关系及弹道预报模型的建立293
11.3.4弹道预报在工程中的应用294
第12章弹道修正技术297
12.1弹道修正技术简介297
12.2阻力型一维弹道修正技术299
12.2.1阻力型一维弹道修正执行机构及其特点299
12.2.2阻力型一维弹道修正弹的外弹道模型302
12.2.3射程超越量函数305
12.2.4阻力型一维弹道修正弹的外弹道特性308
12.3二维弹道修正技术309
12.3.1二维弹道修正执行机构及其特点309
12.3.2二维弹道修正弹的外弹道模型310
12.3.3脉冲弹道修正弹的外弹道特性316
12.3.4简易固定鸭舵PGK双旋弹道修正弹的外弹道特性324
12.4弹道修正控制方法327
12.5弹道修正技术在工程应用中的若干问题328
12.5.1弹道探测修正体制选择与流程时序设计328
12.5.2地面模拟方法330
12.5.3弹道修正弹射表问题333
第13章滑翔增程制导炮弹飞行控制技术337
13.1滑翔增程制导炮弹简介337
13.1.1滑翔增程制导炮弹原理及特点337
13.1.2研究现状338
13.1.3主要难点问题340
13.2滑翔增程制导炮弹方案与结构布局342
13.2.1滑翔增程制导炮弹的组成与总体设计方法342
13.2.2滑翔增程制导炮弹的气动布局与结构344
13.2.3滑翔增程制导炮弹的飞行控制特点346
13.3滑翔增程制导炮弹飞行控制弹道模型及弹道特性347
13.3.1滑翔增程制导炮弹弹道控制模型347
13.3.2滑翔增程制导炮弹飞行控制弹道特性分析349
13.4滑翔增程制导炮弹方案弹道规划354
13.4.1方案弹道的作用及特点354
13.4.2滑翔飞行方案弹道规划方法355
13.5滑翔增程制导炮弹飞行控制策略与方法361
13.5.1制导系统功能与分类361
13.5.2滑翔增程制导炮弹制导方案363
13.5.3中制导系统指令形式365
13.5.4阻尼回路设计365
13.5.5中制导设计366
13.5.6末端精确比例导引方法367
13.5.7中末制导稳定交接算法368
13.6飞行弹道控制模拟仿真技术368
13.6.1制导炮弹发射及飞行环境特性368
13.6.2飞行控制部件环境模拟369
13.6.3飞行控制系统功能动态模拟371
13.7滑翔增程制导炮弹广义射表概述374
13.7.1广义射表的功能374
13.7.2广义射表与常规弹药射表的主要差异374
13.7.3广义射表的主要内容及编制步骤375
13.7.4广义射表编制的要点或难点376
参考文献377
京公网安备 11010102004214号