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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