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内容简介

《航天器飞行动力学建模理论与方法》以航天飞行器为对象，系统讲述建立飞行动力学模型的理论与方法。全书分为上、下两篇。上篇阐述建立飞行动力学模型所需的数学、力学理论和方法，包括：矢量与坐标变换、四元数理论、刚体动力学、拉格朗日方程、拟拉格朗日方程、凯恩方程、正则方程与正则变换、中心引力运动、空间运动几何学及时间系统等。下篇具体建立各种航天飞行器的飞行动力学模型，包括：有翼导弹、旋转导弹、弹道导弹、运载火箭、人造地球卫星、深空探测器等的飞行动力学模型。《航天器飞行动力学建模理论与方法》主要作为高等院校飞行器设计和相关专业的本科生、研究生教材，也可供从事航天器研制、应用工作的科技人员参考。

内页插图

目录

上篇 力学原理与方法
第1章 绪论
第2章 矢量与坐标变换
2.1 矢量
2.2 坐标变换
2.2.1 坐标变换
2.2.2 坐标变换矩阵的传递性质
2.2.3 基元旋转矩阵
2.2.4 -般坐标变换
2.2.5 由两矢量的分量列阵求坐标变换矩阵
2.2.6 坐标变换的简单转动表示——欧拉转动定理
2.3 运动坐标系中矢量导数的描述方法
2.4 坐标变换的变化率
2.5 四元数理论
2.5.1 四元数的定义和性质
2.5.2 四元数旋转变换
2.5.3 四元数与坐标变换矩阵的关系
2.5.4 多次四元数旋转变换的合成
2.5.5 以四元数表示的相对运动学方程
思考题

第3章 质点系的动力学方程
3.1 质点的运动方程
3.2 质点系的运动方程
3.3 刚体的运动方程
3.3.1 刚体运动描述
3.3.2 惯性矩阵的概念
3.3.3 柯西惯性椭球与惯性主轴
3.3.4 刚体质心运动的方程
3.3.5 刚体转动的方程
3.3.6 刚体的动能
3.3.7 自由刚体的转动运动特性
3.4 质点相对运动的动力学方程
思考题

第4章 分析力学基础
4.1 动力学普遍方程
4.2 第一类拉格朗日方程
4.3 第二类拉格朗日方程
4.3.1 第二类拉格朗日方程
4.3.2 有势力、回转力与耗散力
4.3.3 拉格朗日方程的几种具体形式
4.4 罗斯方程
4.5 拟拉格朗日方程
4.6 哈密顿正则方程
4.6.1 哈密顿正则方程
4.6.2 正则方程的首次积分
4.6.3 泊松括号
4.6.4 泊松定理
4.6.5 正则变换
4.6.6 哈密顿一雅可比方程
思考题

第5章 凯恩方程
5.1 广义速度、偏速度、偏角速度
5.2 广义主动力、广义惯性力
5.3 凯恩方程
5.4 分析
思考题

第6章 空间运动几何与时间
6.1 地球的运动
6.2 时间系统
6.3 相关坐标系
6.3.1 春分点地心惯性坐标系
6.3.2 地心赤道旋转坐标系
6.3.3 坐标系之间的关系
6.4 地球参考模型
6.4.1 参考椭球的几何特性
6.4.2 椭球形地球的引力
6.4.3 地球周围大气的运动
思考题

下篇 飞行器模型
第7章 有翼导弹的运动方程
7.1 坐标系和运动变量的定义
7.1.1 地面坐标系
7.1.2 本体坐标系
7.1.3 气流速度坐标系
7.1.4 航迹速度坐标系
7.1.5 弹道坐标系
7.1.6 各坐标系之间的综合关系
7.2 作用在导弹上的力和力矩
7.3 导弹运动方程
7.3.1 质心运动的动力学方程
7.3.2 导弹绕质心转动的动力学方程
7.3.3 导弹质心运动的运动学方程
7.3.4 导弹绕质心转动的运动学方程
7.3.5 导弹质量方程
7.3.6 其他方程
7.4 求解流程
思考题

第8章 滚转导弹的运动方程
8.1 坐标系和运动变量的定义
8.1.1 准弹体坐标系
8.1.2 准气流速度坐标系
8.1.3 准航迹速度坐标系
8.1.4 坐标系之间的关系
8.2 作用在滚转导弹上的力和力矩
8.3 滚转导弹的运动方程
8.3.1 质心运动的动力学方程
8.3.2 绕质心转动的动力学方程
8.3.3 运动学方程
8.4 求解流程
思考题

第9章 运载火箭（弹道导弹）的运动方程
9.1 坐标系和运动变量的定义
9.1.1 拟垂线坐标系
9.1.2 垂线坐标系
9.1.3 发射坐标系
9.1.4 发射点惯性坐标系
9.1.5 气流速度坐标系
9.1.6 弹道坐标系
9.1.7 坐标系之间的关系及参量定义
9.2 作用在火箭上的力和力矩
9.3 质心运动方程
9.3.1 发射段质心的运动方程
9.3.2 再人段质心的运动方程
9.3.3 自由飞行段质心的运动方程
9.4 姿态运动方程
9.5 其他方程
9.6 求解流程
思考题

第10章 人造地球卫星的运动方程
10.1 中心引力运动
10.1.1 运动的微分方程
10.1.2 运动方程
10.2 二体问题
10.3 Kepler轨道及其描述
10.3.1 kepler轨道
10.3.2 速度分布
10.3.3 轨道能量与轨道周期
10.3.4 轨道要素
10.3.5 轨道的时间历翟
10.3.6 相关坐标系的定义
10.3.7 由ro、Vo计算轨道根数
10.3.8 用正则方程研究Kepler轨道
10.4 轨道摄动方程
10.4.1 作用在卫星上的摄动力
10.4.2 摄动运动的特点与描述方法、密切轨道
10.4.3 摄动运动方程
10.5 卫星的姿态运动方程
10.5.1 卫星姿态的定义
10.5.2 拟拉格朗日方程的具体形式
10.5.3 刚体卫星的姿态运动
10.5.4 刚体十飞轮组合体卫星的姿态运动
10.5.5 刚体十单框架力矩陀螺组合体卫星的姿态运动
10.5.6 刚体十双框架力矩陀螺组合体卫星的姿态运动
10.6 关于建模方法的选取问题
思考题

第11章 深空探测航天器的运动方程
11.1 三体问题
11.2 限制性三体问题
11.2.1 二体问题的解
11.2.2 圆型限制性三体问题
11.2.3 椭圆型限制性三体问题
11.2.4 限制性三体问题的首次积分
11.2.5 圆型限制性三体问题的平动点
思考题
附录A球面三角基本公式
A.1 球面角、球面二角形、球面三角形
A．2球面三角形的计算公式
参考文献

精彩书摘

第二，建立飞行器的运动模型。
为了深入研究飞行器的运动，必须将飞行器的运动以数学方法表达清楚；即依据力学原理、数学方法，建立描述飞行器运动的数学模型。
第三，运动模型的解及解的特性。
通过一定的数学方法，分析、求解飞行器运动的数学模型，进一步得到运动的规律及特征性。导弹的动态特性包括：稳定性、操纵性、动态误差等。运载火箭的特性包括：射程、落点偏差、入轨参数等。卫星轨道特性包括：轨道根数、典型摄动运动等。
尽管不同类型航天器的运动规律和特性很不同，然而描述这些航天器运动、建立运动模型的思想是一致的。在上述研究内容中，第一、第二部分内容是必须掌握的，是飞行动力学的基础；第三部分内容可根据具体方向来作选择。本书系统地讲述前两部分内容，即飞行动力学的基础部分。第三部分内容由相应专门课程介绍。
应用中的大多数航天器可以看成一个刚体，建立这种航天器的模型相对简单。有些航天器则不能作为刚体，可能是挠性体、多个刚体或它们的组合体。建立这些航天器的数学模型相对要复杂得多。本书也要给出建立这些模型的理论和方法，为学生以后能够正确地分析、处理更为复杂的航天器打下基础。
本书的内容安排：
全书分为上、下两篇。上篇阐述建立飞行动力学模型所需的数学、力学理论和方法；下篇则应用上篇中的理论和方法具体建立各种航天飞行器的飞行动力学模型。
上篇注重总结、分析不同方法的特点和适用对象，便于以后能结合具体问题，更加合理、正确、恰当地选用相应的分析方法；下篇则强调力学分析过程，即运动分析-受力分析-力学原理和数学方法应用。
……

前言/序言

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中使用了一种通俗易懂的语言方式，简明地讲述报告所包括的基本资料，讲述这些资料中包含的相 关信息，以及发掘者的一些联想、思考等。还随文配上非常直观的图片。这使得我们一下子在原先被 包围得冷冰冰高不可窥的考古报告外，非常便捷地寻到一些真切的窗口，轻松地就了解到报告的基本 内容，并能建立起一些继续深入的路径，进而找到所需要的详细资料。于是，考古报告变得不再让人 感到生疏隔膜，完全改变了过去那付使人爱之不得又恨之不愿的面孔，极大方便了考古专业之外的其 他学科研究者和普通读者。我们常常听到社会各方面呼吁建立“人文关怀”，视之为现代文明的一种进 步。其实从一定角度说，学术研究也存在这样需要。可乐报告“发掘者说”章的开设，何尝不是一个 特别专业性的学科给予社会各界读者的“人文关怀”呢？ 社会科学的发展，社会文明的进步，已使越来越多的人关注考古工作的开展及其成果，社会科学 以及自然科学的不同学科也越来越需要在自身的研究中吸取和使用考古科学的成果。同时也越来越愿 意加入到考古学的工作和研究中去，丰富和加深考古学的研究。但是考古报告编写传统的定式体例， 极大阻碍了人们直接阅读考古报告，除了考古学者外，人们，包括从事历史学、民族学研究的学者， 几乎已经不愿、或畏难直接阅读考古报告。结果人们获取的考古资料往往是几经转手演绎过的二手资 料，而这种演绎多数缺乏科学性和严谨性，甚至是来自再次性的文学化创作。应当说，这不仅不利于 社会文明整体化进步，也大大有损于考古学科的深入发展。 可乐报告编撰者以一种高度的社会责任心反省自己过去在这方面的忽略。梁太鹤先生在“后记二” 中特别提出： “考古报告是考古人将揭示和认识的古代遗存公之于世的直接形式，也是社会公众真实 了解考古成果最希望阅读的主要资料。但如果考古报告始终只能成为考古业内人士才能读懂的‘内部 资料’时，考古是不能说已切实履行到自身的社会职责的。直言之，考古人从开始已经不经意忽略了。 社会公众应享有的那一份权利。这份权利本该还给公众！”正是基于这样的社会责任心，可乐报告编撰 者在严格遵循考古学科学术规范的前提下，用“发掘者说”章的方式，开创了考古报告编写的一次革 新。尽管编撰者一再声称只是一种不大的尝试，还有很多不足，但我们依然要大声为他们的做法击节 叫好！从形式上看，这确乎是一次不大的革新。但从观念上说，这却是一次不小的冲击。它态度鲜明 地向整个学科提出一个不容再忽视的关键问题，即如何才能更全面履行自己的社会职责？我们击节， 正是要为这种学术研究中高风格的社会责任心和人文关怀叫好！ 由于树立了明确的社会责任心，可乐报告的编写显得格外详备、细心。比如在对出土遗物的介绍 中，不仅详细介绍了遗物的分类和外形特征，还特别注意到对遗物的工艺技术的分析介绍。这在很多 考古报告中是被忽略或不够重视的。实际上，考古研究中除了一般的类型学研究、社会历史研究之外， 对遗物遗迹后边所包含的人类行为学的研究也是不应忽略的重要内容。如果报告缺乏对遗物工艺技术 的分析介绍，将会使行为学的研究非常难以开展。此外，可乐报告对遗物的介绍还特别重视其中所包 含的文化现象，每一类文物都开设有专章对相关文化现象加以介绍。这当然首先得通过研究者自己对 遗物的深入观察和多角度研究之后，才可能发现问题、提出问题或作出结论。比起单纯报道遗物形态， 这样肯定为读者提供了大为丰富的文物信息。可乐报告在资料的编排、组织、查询方面作了很好的处 理，使读者查找起来甚为方便。使用考古报告时难以查找一些具体资料是我们常遇到的遗憾，比如有 的遗物需了解该类型在整个遗址的分布情况，或需了解一件在某单位中具体的存放方式，却往往会完 全无从查找，或者让你十分费力地从数十、数百个墓葬的统计总表中慢慢去挑选计算。而可乐报告在 分类介绍遗物时，不光举例介绍一件标本，还交待了该类别的所有件数及编号，这使查找时无需再到 总表费力地去逐件寻找。而且报告除了对遗物的综合性分析介绍外，还另外列举出每一个墓葬单位的 ?9?9 ２１５?9?9 万方数据 ２００８年第５期 ２００８年１０月版 全部信息和图样。这可以做到对任何一件遗物都能清楚查到相关的具体信息。此外，在墓葬登记总表 之后，报告还专门公布了所有出土器物的分类统计。这是一般考古报告所缺乏的内容，但却是让读者 从横向和纵向路径都可以方便去查到有关遗物资料十分有用的一种组成。可以看出，编撰者在构筑资 料查核系统方面，下了很大功夫，做了深入思考。 贵州夜郎历史研究在各学科的共同努力下，已经取得很大进展。随着社会经济快速进步以及各级 领导的重视，日益形成一个众所关注的热门课题。在这样形势下，急于求成的浮躁学风难免会侵淫其 中，这对学术研究十分不利，还会造成对社会公众的误导。

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