一、题目:飞行器再入动力学建模与仿真
二、指导思想和目的要求
为研究飞行器再入大气层返回地球时的质心运动规律，需要对飞行器进行动力学建模并仿真分析。它与再入式飞行器的工程设计和实际应用有着非常密切的关系：
(1) 再入运动建模是飞行器型号设计的重要理论基础；
(2) 是分析再入飞行性能、使用条件的重要手段；
(3) 与飞行器的总体设计、制导和控制系统设计、结构设计有密切关系；
(4) 是研究飞行器可靠性、精度、效能和飞行规划的理论基础。
飞行器再入动力学建模与仿真的主要目的是：推导飞行器再入运动方程，得到关于飞行状态变量的微分方程组；研究计算机仿真方法，仿真求解运动方程，得到再入飞行轨迹。
三、主要技术指标
研究对象为无推力的升力式再入飞行器进入静止地球大气的再入问题，综上假设：
(1) 飞行器为无动力返回的质点；
(2) 侧滑角为0，即飞行器所受侧向力为0；
(3) 地球是一个绕自转轴旋转的均匀球体，地球引力场遵循平方反比引力定律；
(4) 大气层相对地球是静止的，随地球一起旋转。
在上述假设条件下确立建模参考坐标系，分析飞行器受力情况，梳理再入过程状态变量关系，推导建立再入运动微分方程组。忽略牵连加速度和科氏惯性力的影响，即不考虑地球自转的情况时简化再入运动方程。进而选择合适的仿真算法，对微分方程组进行数值求解，作图分析再入轨迹。
四、进度和要求
周 次 设计（论文）任务及要求
1～3 查阅相关文献，完成开题报告
4～5 确定参考坐标系，进行再入过程的力学分析
6～8 推导并建立再入运动的数学模型
9～11 研究仿真算法，简化再入模型
12～14 编写再入模型仿真程序
14～15 根据给定飞行器参数进行再入轨迹的仿真，撰写毕业设计论文
16 整理资料，准备答辩
五、主要参考书及参考资料
[1] 赵汉元. 飞行器再入动力学和制导 [M]. 国防科技大学出版社, 1997.
[2] 廖海君. 天基再入高超声速飞行器制导方法研究 [D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学. 2010, 8-20.
[3] 王威. 高超声速飞行器滑翔段制导方法研究 [D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学. 2010, 23-27.
[4] 李健, 候中喜, 刘新建 等. 基于扰动大气模型的乘波构型飞行器再入弹道仿真 [J]. 系统仿真学报. 2007, 19(14): 3283-3285,3334.
[5] 李海城. 亚轨道飞行器返回轨道设计 [D]. 西安: 西北工业大学. 2007, 39-54.
飞行器再入动力学建模与仿真摘要
为研究飞行器再入大气层返回地球时的质心运动规律，需要对飞行器进行动力学建模并仿真分析。再入式飞行器主要包括弹道导弹再入机动弹头、返回式卫星、载人飞船和航天飞机。本文主要研究再入航天器再入大气层时的运动规律。
本课题的主要工作是：推导飞行器再入运动方程，得到关于飞行状态变量的微分方程组；研究计算机仿真方法，仿真求解运动方程，得到再入飞行轨迹。研究的重点是建立飞行器再入过程的三自由度运动模型。将再入飞行器看做质点，在无推力的情况下，推导其只有重力和气动力作用时的飞行状态数学表达式。其中计算气动力作用时，需要对飞行器气动参数进行插值，确定飞行器气动特性，并建立合适的大气密度模型，代入飞行器再入运动方程中进行仿真。
完成了纵向参考轨迹的设计。通过仿真得出所设计的算法能够较快的生成纵向参考轨迹，可以满足再入高超声速飞行器再入时对轨迹生成时间的要求。并最终绘制出三维再入飞行轨迹仿真图。
关键字：航天器，再入，轨迹，建模，仿真
ABSTRACT
...
KEYWORDS: Spacecraft, Re-entry, Trajectory, Modeling, Simulation
目 录
第1章 绪论 5
1.1 课题的研究背景、目的和意义 5
1.1.1 高超声速飞行器的发展概况 5
1.2 滑翔段制导律设计方法 7
1.2.1 标准轨道制导方法 7
第2章 飞行器再入坐标及大气环境 9
2.1 坐标系定义及坐标转换 9
2.2 大气飞行环境 12
第3章 再入运动方程及建模 16
3.1 再入运动方程 16
3.2 纵程、横程、航程 25
3.3 飞行器的再入问题 26
3.3.1 再入约束条件 27
3.4 本章小结 29
第4章 再入纵向轨迹参数设计与仿真 30
4.1 引言 30
4.2 纵向运动方程 30
4.3 控制变量的设置 32
4.3.1 攻角剖面的设置 32
4.3.2 倾斜角的设置 33
4.4 初始下降段 33
4.5 近似平衡滑翔段 35
4.6 纵向轨迹生成仿真 37
4.6.1 气动模型 37
4.6.2 再入条件 38
4.7 仿真结果及分析 39
4.8 本章小结 43
第5章 总结与展望 44
参考文献 45
致谢 47
飞行器再入动力学建模与仿真毕业设计小结 48
