航空航天复习资料

一、简答题1.典型的制导体制有哪些？简述它们的工作原理。（1）遥控制导以设在飞行器外部的指控站或制导站，来完成飞行器运动状态的监控，或者进行目标与飞行器相对运动参数的测定，然后引导飞行器飞行的一种制导方式。可细分为遥控指令制导、波束制导和TVM（Track-via-missile）制导。特点：由地面直接或间接提供飞行指令。（2）自主制导按照给定弹道生成预定导航命令或预定弹道参数信息，在发射或起飞前装订到无人飞行器的存储装置中，飞行过程中机载敏感装置会不断测量预定参数，并与存储装置中预先装订参数进行比较，一旦出现偏差，便产生导航或导引指令，以操纵飞行器运动，完成飞行任务。这是一种自主导航或制导的方式。该方式一般用于运载火箭、弹道导弹、巡航导弹，以及地空导弹的初始飞行段。惯性制导、方案制导、地图匹配制导等都属于这种预先装订方式。特点：制导控制系统全部安装在导弹上，不需要弹外设备配合，仅依靠弹上仪器设备独立工作。（3）寻的制导利用电磁波、红外线、激光或可见光等方式测量目标和无人飞行器之间的相对运动信息，由此实时解算出制导命令，从而导引无人飞行器飞向目标的一种方式。它分为主动式、半主动式和被动式三种方式。特点：根据弹目相对运动参数生成飞行指令。（4）复合制导复合制导是指在飞行过程中采用两种或多种制导方式。它可分为串联、并联和串并混合三种。串联复合制导就是在不同飞行弹道段上采用几种不同的制导方式；并联复合制导则是在整个飞行过程中或在某段飞行弹道上同时采用几种制导方式；而串并联混合制导就是既有串联复合也有并联复合的混合制导方式。2.请画出一般飞行控制系统结构原理图，并简述各部分功能。导航/制导控制器稳定控制器执行机构飞行器稳定回路传感器导航/制导回路传感器敏感装置控制信号导航或制导指令干扰飞控计算机组件要实现飞行控制的目的，一般均采用内、外环两重反馈控制回路的控制方法来实现，即在外环回路重点进行导航/制导控制方法的研究，从而达到指令飞行的目的；在内环回路重点进行稳定控制方法的研究，从而实现稳定飞行的目的。3.导弹质心运动的动力学方程和绕质心运动的动力学方程分别在什么坐标系建立有最简单的形式？并给出这两个坐标系的定义。4.大气层内飞行器所受力和力矩分别有哪些？产生控制力和控制力矩的方法有哪些？飞行器在大气中飞行时由于地球的吸引而受到的力，叫做重力（gravity）。空气阻力（airresistance），指空气对飞行器运动时的阻碍力，是飞行器受到空气的弹力而产生的。5.简述比例导引的工作原理，说明导航比N的取值对制导性能的影响。答：增大有效导航比N，会使噪声影响严重；N越大允许的航向误差越大；N越大允许机动范围越大。6何谓惯性坐标系？何谓相对坐标系？表达一个三轴坐标系相对于另一个三轴坐标系方向的方法通常有哪几种？答：凡是牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。在一个国家或一个地区范围内统一规定地图投影的经纬线作为坐标轴，以确定国家或某一地区所有测量成果在平面或空间上的位置的坐标系统。7分析描述飞行器姿态运动常用的参考坐标系之间的关系。答：描述飞行器姿态运动的一种坐标系总是可以通过直接投影法、旋转转换法、四元素法等方法用另一种坐标系表示出来。或者一个坐标系乘上方向余弦阵可以表示另一坐标系。将坐标系视为刚体，径三次旋转后可与另一坐标系重合，这三个旋转角度称作欧拉角，可用来描述方向余弦阵。8一般制导导弹包含哪些部件？其寻的制导可以分为哪几种类型？答：部件：推进部、作战部、制导部。类型：主动式、半主动式、被动式。9一般飞行器在大气层内飞行过程中受哪些力的作用？飞行器所受的几种空气动力的详细定义式什么？作用力：地球引力、空气动力、发动机推力、控制力，其他力定义：（1）阻力：X1=Cx1qSm,Cx1=（2）升力：Y1=Cy1qSm,Cy1=(3)侧力：Z1=Cz1qSm,Cz1=10比例导引中增大有效导航比N会出现哪些结果？答.增大有效导航比N，会使噪声影响严重；N越大允许的航向误差越大；N越大允许机动范围越大11画出导弹自动驾驶仪的典型构成。12简述战略导弹中惯导系统的特点。惯性系统的三个基本元件是什么？特点：制导精度要求高、一般有目标探测需求、弹载设备体积重量要求较严、机动能力强、防干扰能力。基本原件：陀螺仪、磁罗盘、加速度计13开普勒三大定律是什么？牛顿三大定律是什么？开普勒：（1）每一颗行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳，而太阳则处于一个焦点上（2）在相等的时间内，太阳和运动中的行星的连线所扫过的面积是相等的（3）绕一太阳为焦点的椭圆轨道运行的所有行星，其椭圆半长轴的立方与周期的平方之比是一个常量牛顿：（1）孤立的质点保持静止或者匀速直线运动（2）动量为P的质点，在合外力F的作用下，其动量随时间的变化率同该质点所受的合外力成正比，并与合外力的方向相同；若质点的质量不随时间变化，则质点的加速度大小同作用在该质点上的合外力成正比，合外力与加速度的方向相同（3）相互作用的两个质点之间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上14导弹的静稳定性是什么？给出导弹静稳定性的判据。静稳定性：认为设想唉难过的单自由度的运动稳定性，仅表示干扰消失瞬间导弹运动参数所具有的变化趋势，是与气动力相关的概念。15写出导弹姿态欧拉动力学方程？二、名词解释：1、导航将运载体从起始点引导到目的地的技术或方法称为导航2、制导与控制根据实际运动轨迹与期望运动轨迹的偏差对运载体的运动状态进行调整，以消除轨迹偏差。3、刚体在任何力的作用下，体积和形状都不发生改变的物体。4、自寻的制导利用目标辐射或反射的某种特征能量(无线电波、红外线、激光、可见光、声波等)导引导弹飞向目标。5、地心惯性坐标系IIIEZYXO,EO为坐标原点，地球的质心；IX指向J2000地球平春分点；IZ垂直于J2000地球平赤道面，指向北为正；EY在平赤道面内与EIX轴、EIZ轴形成右手旋转坐标系。三、推导题1、选择合适坐标系利用牛顿力学定律推导导弹线运动和转动动力学方程。（8分）2、按照1-2-3的顺序推导发射坐标系到弹体坐标之间的转换矩阵和逆转换矩阵，两个坐标系之间的欧拉角为,,。1.2四、计算题某运载火箭俯仰通道姿态运动线性化方程为1231230cccbbbjjqaqdjjadqjaD=D+D+D+D+D+=D=D-D（1）写出俯仰通道状态方程；（2）若在某一特征点上，各系数分别为1231230.15,0.09,0.040.027,0.09,0.68cccbbb=====-=求在短周期时（即0=θΔ）时，若俯仰舵摆角为φδ时αD的稳态值。五、设某模拟测量量变化范围为0.001V-5V，如何选择A/D采样的分辨率和有效位？5/0.0001=5000212=409613位六、导弹以750m/s的速度作倾角60度的爬升运动，此时遭遇到风速为45m/s的垂直阵风干扰，求干扰引起的附加攻角。tanα=45cos60750−45sin60=0.031644α=1.81248°七、某导弹纵向扰动运动的特征根为1,20.32.4j，3,40.0030.075j，求纵向长短周期扰动运动的振荡频率、振荡周期、阻尼比。短周期T=2π2.4=2.618∆t=0.6930.3=2.31长周期T=2π0.003=2094.4∆t=0.6930.075=9.24八、飞行器运动方程通常为复杂的非线性方程，因此在控制系统设计时需要进行线性化处理。请说明线性化处理中需要的前提和假设有哪些？并对如下某飞行器运动方程中的关于速度的方程进行线性化处理，给出线性化后的方程。coscossincossinsincoscosmANZqSPVCCCgmm（提示：,,ANZCCC为阻力、法向以及侧向力系数，,为攻角和侧滑角。引入小偏差后，小量乘积为高阶无穷小，小量正弦值为其本身，小量余弦值为1，另外注意,为小量。九、某MEMS加速度计采用六位置法标定，加速度计在个位置的三轴理论值及对应测量平均值如下表。位置编号坐标轴取向理论值/g测量平均值/gXYZXYZXYZ1东天南0-10-0.0035-0.9991-0.00502东北天00-10.00520.0049-0.99843地东南1000.9989-0.0004-0.00184西地东0100.00400.99870.00465天西南-100-0.99870.00190.00206南西地0010.0020-0.00490.9988（1）给出该MEMS加速度计误差模型；（2）计算出该加速度计误差模型中各标定系数。10、已知某系统传递函数为()()()dGssasb，给出其离散域传递函数和差分计算方程。分析,,abd对连续系统和数字系统稳定性的影响，并分析采样周期对数字系统的稳定性影响。（提示:采用双线性变换211zsTz）22222222222222222222222)2(2)()2(2)2(2)(2)(1)2(2)()2(2)2(2)()(,12)(1121101121)1()1)(1()1()1()1)(1()1()2(211)()(,)1()1)(1()1()2(2100)()()()1()1)(1(2)()1()2()1()112)(112()(112,))(()(TTbaabzTabzTTbaabddzdzzGzzTTbaabTabTTbaabzBzzdddzAzzzzzzzzzzTTbaabzBzzzzTTdzAzBzAzabzzTbazTzdbzzTazzTdzGzzTsbsasdsG)2()1(2)()2()2(2)()1()2(2)()2(2)()()(2)()()2(2)()()2(2)()2(2)()()()2(2)()2(2)2(2)(2)()2(2)()2(2)2(2)(2)(2222122122221222122222kdrkdrkdrkcTTbaabkcTabkcTTbaabkRdzkRdzkdRkCzTTbaabkCzTabkCTTbaabkRkCzTTbaabzTabTTbaabdzdzdzGTTbaabzTabzTTbaabddzdzzG十一、已知系统开环传递函数为022.5()2Gsss，如何设计姿态反馈环节12()Hsksk使系统幅值裕度4dB，相位裕度45度。167.0,95.01415.2122122241415.21415.2)()(122122)45180tan())2arctan()arctan()(tan(arctan45180)2arctan()arctan()arctan()(41415.2)()(2022022122)180tan())2arctan()arctan()(tan(arctan180)2arctan()arctan(arctan)()2)(1()(5.22)(5.2)()(2122221222221221221221122222212222221220222122122122121212222122012222122122212212212212121212210