《飛彈制導與控制系統》:《飛彈制導與控制系統》重點介紹飛彈運動方程、戰術 -百科知識中文網

內容簡介

現代戰爭是高技術戰爭，而精確制導武器，特別是飛彈，是決定現代戰爭勝負的關鍵因素。飛彈武器系統是集各種先進技術於一身的複雜系統，而制導與控制系統則是飛彈系統的關鍵技術。近年來，先進的導引方法與當代的導航技術（如捷聯慣導和全球定位系統）相結合，已成為現代精確制導武器的發展方向。
為了學習和借鑑國外，特別是美、歐在飛彈制導與控制技術領域的先進理論和研究成果，我們引進並組織翻譯了《飛彈制導與控制系統》這本專著。《飛彈制導與控制系統》重點介紹飛彈運動方程、戰術飛彈制導律、武器投放系統、戰略飛彈、巡航飛彈等內容。書末有9個附錄，涉及基本常數、專業術語、縮略語、標準大氣模型、飛彈分類、過去與現役飛彈、圓錐曲線特性、雷達波段、換算係數等。《飛彈制導與控制系統》作者多年在美國空軍從事飛彈制導與控制技術工作，因此，《飛彈制導與控制系統》的內容非常實用，很有參考價值。
《飛彈制導與控制系統》的讀者對象是高年級大學生、研究生和從事飛彈制導與控制工作的工程師。
《飛彈制導與控制系統》的翻譯由張天光研究員負責。前言、第1章、第5章、第6章的6．7節～6．9節和附錄GJH、I由張天光翻譯，第2章、第3章和附錄A、B、c、D由宋振峰翻譯，第4。章由李帆翻譯，第6章的6．1節～6．4．1節由王秀萍翻譯，6．4．2節～6．6節由劉懷勛翻譯，第7章和附錄E、F由王麗霞翻譯。全書由張天光統校（其中宋振峰校對了第5章、王麗霞校對了第6章的6．7節～6·9節），最後由沈昭烈和林忠賢研究員審定。另外，呂長起研究員對《飛彈制導與控制系統》的立項做出了貢獻．文琳參與了部分章節的翻譯，我們在此一併致謝。雖然各位譯者都翻譯過多本專著，但原作者所用的語言有時並不通俗易懂（個別地方還有差錯），所以翻譯此書並不輕鬆；為尊重原作者，我們仍按原版書譯出。最後，我們希望《飛彈制導與控制系統》的翻譯和出版對我國飛彈制導與控制技術的發展和提高具有一定的推進作用。

前言　

　今天服役或在研的大部分防空系統都使用尋的制導來實現對目標的攔截。通過使用彈載數據收集，尋的制導系統能提供不斷改進的目標信息（直到命中目標）。沒有一種武器能像飛彈這樣改變了今天世界的空中力量。例如，配備機載武器的戰機能夠深人敵方領地打擊戰機、地面部隊或戰略目標；飛彈也可以用做擾亂敵方地面和空中力量行動計畫的干擾武器。陸基飛彈系統有各種射程，從幾英里到幾千英里。取決於任務需求，這些陸基飛彈可以是彈道型，也可以是非彈道型。制導武器（即飛彈）的設計是一項大型工程，需要一個由很多不同領域的工程師組成的團隊，這些領域包括空氣動力學、飛行控制、結構、推進系統等。不同的設計小組必須協同工作，以生產出精度高、成本低的高效武器。
本書的目的是討論戰術和戰略飛彈的基本概念和截獲目標所需的制導、控制和設備系統。從本質上說，本書介紹的是制導飛行的數學方法。本書與其他同類書籍的不同之處，在於本書詳細討論了飛彈的氣動力和力矩、飛彈數學模型、武器投放、GPs（全球定位系統）、TERc0M（地形匹配）制導、巡航飛彈機械編排方程和彈道導引律的詳細分析。此外，在對每一個主題做重點介紹的同時，又從邏輯和教學的角度考慮了介紹的精練性。需要時給出了典型示例，以演示涉及的原理。通過大量圖示來快速展示重要的關係、刺激各種主題的討論，產生了最佳的視覺效果。最後，本書將對從事飛彈設計和研發的工程師和航空土程領域的學生有很大的幫助。對武器系統設計的研究人員來說，它也是一本方便的參考書。
航空航天工程領域及其分支正在經歷革命性的變化，儘管撰寫本書時很難對這種變化做出驚人的展望。作者盡了最大努力來介紹武器系統的最新發展。為此，歡迎對本書未來的改進提出批評和建議。
本書包括7章和幾個附錄。第1章討論過去和當前飛彈系統的歷史背景和現代武器的發展歷程。第2章討論飛彈一般運動方程，包括通用坐標系、剛體運動方程、達朗貝爾原理和坐標系變換的拉格朗日方程。第3章介紹氣動力和係數。主要討論氣動力和力矩、各種類型的飛彈導引頭及其在制導迴路中的作用、自動駕駛儀和各種控制面驅動系統。第4章討論各種戰術制導律和（或）技術，是一個非常重要的話題。比較詳細討論的制導律有尋的制導、指令制導、比例導引、擴展比例導引和採用現代控制和估算理論的制導律。第5章討論武器投放系統和技術。讀者在這裡會發現很多其他書籍中找不到的主題，包括武器投放需求、導航／武器投放系統、火控計算機、武器投放精度和像現場感知／現場評估這樣的現代主題。第6章討論戰略飛彈，包括傳統的二體問題和朗伯原理、球形地球撞擊方程、顯式和隱式制導技術、大氣層再人和彈道飛彈攔截。第7章重點討論巡航飛彈理論和設計。本章的大部分內容集中在巡航飛彈導航概念、地形匹配概念和全球定位系統。每章都有供進一步學習和研究的參考文獻。

精彩書摘

火箭在公元1232年就開始使用了，當時中國人把火箭當做非制導飛彈，驅逐圍困北京的蒙古人。15世紀，朝鮮研製了“鬼箭機”火箭。從15世紀初到16世紀中葉，“鬼箭機”大量部署於朝鮮的北方前線，在挫敗多次入侵的戰鬥中起了關鍵作用。一旦離開發射器，這種火箭能自動在目標區域爆炸。這種高能火器也用在南部省份，用於挫敗日本掠奪者。“鬼箭機”火箭發射器的主體有五六米長，是當時最大的發射器。一台“鬼箭機”能發射多達100個火箭（小炸彈）。這種火箭帶有火藥和破片裝置，能在目標附近定時爆炸。火藥的出現使炮和火槍的使用成為可能，而使子彈和炮彈能以高速飛行更遠的距離。就炮彈研究來說，知道這些炮彈的路徑、射程、能達到的高度以及出口速度的影晌是很有意義的。幾年後，“鬼箭機”又進行了一次重要改進，它可以發射帶小戰鬥部的火箭，而且能在敵人附近定時引發多重爆炸。1451年，文宗皇帝命令對一種帶車輪的火箭發射器進行大規模改進，這種改進使得多達100個發射器裝到一輛車上，大大提高了總體火力和火箭的可移動性。
從那時起，各種形式的火箭被用於作戰、娛樂（欣賞其空中爆炸產生的色彩）、救生和通信（信號）。在隨後的歲月，火箭的改進比較緩慢，這可能是由於缺乏合適的制導與控制系統。奇怪的是，正是飛機而不是火箭刺激了今天人們熟知的制導武器——飛彈的發展。
在20世紀，使用制導飛彈的思想產生於第一次世界大戰。具體地說（如前所述），飛機作為軍用武器的使用引出了利用遙控飛機轟炸目標的思想。早在1913年，法國工程師勒內·洛林就為一種衝壓發動機飛機提出了這種思想並申請了專利。1924年，美國為一種無線電控制飛彈的研製撥了款。到20年代末，該項目比較成功地進行了多次飛行試驗，但到1932年，由於缺乏資金，項目被迫停止。無線電控制的飛機是陸軍和海軍使用的第一種遙控飛機。
20年代，主要是羅伯特.H.戈達德博士對火箭感興趣。在早期試驗中，他發現固體火箭不能提供在超高空進行可靠超聲速飛行所需的強大動力或驅動時間。1926年3月16日，戈達德博士成功發射了第一枚液體火箭，其高度達到了184英尺（56m），速度為60英里／h（97km／b）。