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第1章 飞行动力学引论1

1.1 飞行动力学是航空航天技术的基础理论学科之一1

1.2 飞行动力学的几个特点1

1.3 面向对象的飞行动力学2

1.3.1 飞机飞行动力学的主要内容［1～7］2

1.3.2 机动导弹飞行动力学的主要内容3

1.3.3 轨道动力学的主要内容3

1.3.4 航天器姿态动力学的主要内容3

1.4 飞行动力学的方法4

第2章 坐标变换的原理和方法6

2.1 矢量运算与矩阵运算的关系6

2.1.1 矢量与分量列阵6

2.1.2 矢量运算的矩阵表示法7

2.2 坐标变换8

2.2.1 坐标变换矩阵8

2.2.2 基元旋转矩阵9

2.2.3 坐标变换的一般情况10

2.2.4 坐标变换矩阵的传递性质11

2.2.5 由两矢量的分量列阵求坐标变换矩阵12

2.3 张量矩阵的坐标变换13

2.3.1 张量及张量分量矩阵13

2.3.2 张量分量矩阵的坐标变换13

2.3.3 矢量的叉乘矩阵的变换14

2.4 坐标系旋转的效应15

2.4.1 在旋转坐标系中矢量的导数15

2.4.2 变换矩阵的变化率16

3.1.1 基本假设18

3.1.2 速度三角形18

第3章 平面大地情况下飞行器的运动方程18

3.1 预备知识18

3.2 坐标系和运动变量的定义19

3.2.1 关于坐标系的一般说明19

3.2.2 地面坐标系19

3.2.3 本体坐标系19

3.2.4 气流坐标系20

3.2.5 航迹坐标系21

3.2.6 坐标系的综合关系及补充说明22

3.3 飞行器的质心运动方程23

3.3.1 飞行器质心运动方程的一般形式23

3.3.2 在地面坐标系中的运动方程25

3.3.3 在本体坐标系中的运动方程25

3.3.4 在航迹坐标系中的运动方程26

3.4 飞行器的旋转运动方程27

3.4.1 飞行器旋转运动的动力学方程27

3.4.2 飞行器旋转运动的运动学方程28

3.4.3 姿态表示和运动学方程的多种方式的讨论29

3.5 其他补充方程30

3.5.1 质量和惯量特性30

3.5.2 发动机推力特性31

3.5.3 空气动力特性31

3.6 大气的模型33

3.6.1 USSA76模型33

3.6.2 CIRA模型37

4.1 坐标系和运动变量的定义38

4.1.1 地心赤道惯性坐标系38

第4章 圆球形大地情况下飞行器的运动方程38

4.1.2 地心亦道旋转坐标系39

4.1.3 当地铅垂坐标系40

4.1.4 本体坐标系40

4.1.5 气流坐标系41

4.1.6 航迹坐标系41

4.1.7 各坐标系的综合关系42

4.2 飞行器质心运动方程42

4.2.1 质心运动的动力学方程的矢量形式42

4.2.2 在当地铅垂坐标系中的质心运动方程44

4.2.3 在航迹坐标系中的质心运动方程46

4.2.4 几个特殊情况48

4.3 飞行器的旋转运动方程50

4.3.1 运动学方法50

4.3.2 几何学方法50

第5章 椭球形地球情况下的飞行器运动方程52

5.1 地球的参考椭球模型52

5.1.1 参考椭球的几何性质52

5.1.2 椭球形地球的引力53

5.1.4 关于参考坐标系的选择与讨论55

5.1.3 补充坐标系55

5.2 以地面坐标系为参考基准的飞行器质心运动方程56

5.2.1 地面坐标系56

5.2.2 质心运动的动力学方程57

5.2.3 质心运动学方程及其他关系58

5.3 飞行器的转动方程59

5.3.1 以Euler角表示姿态时的转动方程59

5.3.2 四元数的应用61

5.4.1 坐标系定义的两个特点63

5.4 运载火箭的运动方程的特殊点63

5.4.2 火箭的质心运动方程64

5.4.3 火箭的转动运动方程66

5.5 惯性导航方程69

5.5.1 一般原理69

5.5.2 捷联惯导系统的原理70

5.5.3 平台惯导系统71

6.1.2 Kepler轨道的三个常数75

6.1.1 Kepler运动的微分方程75

第6章 空间飞行器的运动特性75

6.1 在轨道平面内考察Kepler轨道75

6.1.3 轨道方程77

6.1.4 速度及其分量79

6.1.5 沿Kepler轨道运动的时间历程80

6.1.6 轨道周期81

6.2 在惯性空间观察的Kepler轨道82

6.2.1 轨道要素82

6.2.2 轨道运动状态量的变换83

6.3.1 轨道摄动的概念86

6.3 轨道摄动的概念和方程86

6.3.2 轨道摄动方程87

6.4 轨道摄动的主要效果91

6.4.1 地球扁率的摄动效果91

6.4.2 地球大气的摄动效果94

6.4.3 一般情况下的轨道计算97

6.5 航天器的姿态运动方程98

6.5.1 航天器姿态的定义98

6.5.2 引力梯度力矩99

6.5.3 航天器姿态运动的方程101

第7章 飞行器运动方程的线性化103

7.1 飞行器运动方程线性化的一般介绍103

7.2 线性化的纵向运动方程105

7.3 线性化的横侧向运动方程108

7.4 线性化的运动方程的应用110

第8章 飞行器的相对运动113

8.1 一般原理113

8.1.1 飞行器的相对轨迹问题113

8.1.2 飞行器的相对姿态运动114

8.2 航天器的近距离相对运动118

8.2.1 相对运动的矢量方程118

8.2.2 在轨道坐标系中的相对运动方程119

8.2.3 相对运动方程的解120

8.2.4 航天器伴随运动性质121

8.2.5 推广123

8.3 相对运动高等理论124

8.3.1 矢量的一阶相对导数124

8.3.2 矢阵的导数125

8.3.3 矢量的二阶相对导数126

第9章 四元数的理论及应用128

9.1 四元数的定义和性质128

9.2 用四元数表示坐标系的旋转130

9.3 以四元数表示刚体的有限转动131

9.4 由四元数构成坐标变换矩阵131

9.5 三个或更多坐标系的关系134

9.6 四元数与Euler角的关系135

9.7 以四元数表示的运动学方程136

10.1 微分方程组的数值解法139

第10章 飞行器运动的数值仿真139

10.2 飞行器运动仿真的程序实例141

10.3 飞行仿真中的可视化问题150

10.3.1 飞行仿真的可视化150

10.3.2 一般方程151

10.3.3 对象点在大地坐标系中的位置的表达方式153

10.3.4 观察坐标系的位置和姿态的表达方式154

10.3.5 情况的组合155

10.3.6 平行投影155

10.3.7 航天器运动仿真的可视化的特殊问题156