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
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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
毕业设计小结48
