“航天器飞行力学”B考题2答案

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1、参考答案（试卷B-2008）一、名词解释（20分，每题2分）1、平太阳：设想一个假太阳，它和真太阳一样以相同的周期和运行方向绕地球作相对运动。但有两点不同：（1）它的运动平面是赤道面而不是黄道面；（2）它的运行速度是真太阳的平均速度。这个假太阳就是平太阳。2、过载：把火箭飞行中除重力以外作用在火箭上的所有其他外力称作过载。3、二体轨道：在卫星轨道的分析问题中，常假定卫星在地球中心引力场中运动，忽略其他各种摄动力的因素（如地球形状非球形、密度分布不均匀引起的摄动力和太阳、月球的引力等）。这种卫星轨道称为二体轨道。4、轨道摄动：航天器的实际运动相对于理想轨道（即Kep

2、ler轨道）运动的偏差称为轨道摄动。5、星下点：就是卫星位置矢量与地球表面的交点。a6、太阳同步轨道：如选择轨道半长轴和倾角使得ΔΩ=0.9856/d，则轨道进动方向和速率与地球绕太阳周年转动的方向和速率相同，此特定设计的轨道称为太阳同步轨道。a7、逆行轨道：如轨道倾角i>90，则Ω">0，为东进轨道，又称为逆行轨道。8、轨道机动：航天器利用火箭发动机推力或者有意利用环境提供的力（例如空气动力、太阳光压力）主动地改变飞行轨道，这就是航天器的主动运动，称为轨道机动。9、弹道再入:对于静稳定的再入飞行器，当有攻角时，稳定力矩将使其减小，通常在气动力较小时就使飞行器稳定

3、下来。此时总攻角η=0，速度方向与飞行器纵轴重合，飞行器不再受到升力的作用，这样的再入称为“弹道再入”或称“零攻角再入”，“零升力再入”。10、配平攻角：弹道—升力式再入航天器，其质心不配置在航天器的中心轴线上，而配置在偏离中心轴线是一段很小的距离处，同时使质心在压心之前。这样，航天器在大气中飞行时，在某一个攻角下，空气动力对质心的力矩为零，这个攻角称为配平攻角。二、简述（20分，每题5分）1、直接反作用原理物体产生运动状态的变化，除外界作用力外，还可通过物体本身向所需运动反方向喷射物质而获得加速度，这称为直接反作用原理。2、刚化原理（关于变质量物体质心运动方程和

4、绕质心转动方程的描述）在一般情况下，任意一个变质量系统在瞬时的质心运动方程和绕质心转动方程，能用如下这样一个刚体t的相应方程来表示，这个刚体的质量等于系统在瞬时的质量，而它受的力除了真实的外力和力矩外，还要加t两个附加力和两个附加力矩，即附加哥氏力、附加相对力和附加哥氏力矩、附加相对力矩。3、瞬时平衡假设火箭绕质心转动方程是反映火箭飞行过程中的力矩平衡过程。对姿态稳定的火箭，这一动态过程进行得很快，以至对于火箭质心运动不发生什么影响。因此在研究火箭质心运动时，可不考虑动态过程，即将绕质心运动方程中与姿态角速度和角加速度有关项予以忽略，称为“瞬时平衡”假设。4、开普

5、勒三大定律1第一定律：各行星的轨道均为椭圆，太阳位于该椭圆的一个焦点上。第二定律：行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等。第三定律：行星轨道周期的平方与行星至太阳平均距离的三次方成正比。三、简答题（40分，平均每题5分）1、变质量系统在运动时受哪些力和力矩作用？写出各自的计算公式。FFFF=++′′F=mg+++RPFskrel，sstc，其中,mg为作用在火箭上的引力矢量，R为作用在火箭上PFFu′=−m"的气动力矢量，st为发动机推力静分量矢量，c为作用在火箭上的控制力矢量。rele，F′=−2m"ωρ×F′kTe。考虑到将附加相对力rel与发动机推力静分

6、量合成为推力P，FPRF=++++mgF′。CkMMMM=++′′MMMM=++Mcm⋅krel，外界力矩：cm⋅stcd，其中，st为作用在火箭上的气动力矩，MMc为控制力矩，d为火箭相对大气有转动时引起阻尼力矩。附加相对力矩、附加哥氏力矩为：δIM′=−⋅ωρωρ−m"×()×M′=−m"ρ×ukTeTerelee，δt。具体计算式略。2、火箭姿态控制系统的功能、组成？并画出控制系统原理框图、写出控制方程。姿态控制系统的功能是控制火箭姿态运动，实现程序飞行、执行制导导引要求和克服各种干扰影响，以保证姿态角稳定在容许范围内。火箭的姿态运动可以分解成绕弹体三个轴的

7、角运动。火箭在空间的三个姿态分别为：俯仰角ϕ、偏航角Tψ、滚动角γ，因此姿态控制是三维控制系统，对应有三个基本控制通道，分别对火箭的三个轴进行控制TT和稳定。各控制通道的组成基本相同，每一个通道有敏感姿态运动的测量装置，形成控制信号的控制器和变换放大器，产生操纵作用的执行机构，如图所示。大型火箭的姿态控制，多采用姿态角及其变化率和位置、速度参数等多回路控制，火箭姿态（俯仰、偏航、滚动）三个通道的输入信号与执行机构偏转角之间的函数关系称为该通道的控制方程，其一般表达式为：δ=fxyzxyz(,,,,"",,"ϕϕ,",?)ϕϕTTδ=fxyzxyz(,,,,,,,,

8、"""ϕϕ