Сихарулидзе Ю.Г. Баллистика и наведение летательных аппаратов (3-е изд., 2015)

Ю. Г. СихарулидзеБАЛЛИСТИКАИ НАВЕДЕНИЕЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ3-е издание (электронное)МоскваБИНОМ. Лаборатория знаний2015УДК 629.78ББК 32.965С41С41Сихарулидзе Ю. Г.Баллистика и наведение летательных аппаратов [Электронный ресурс] / Ю. Г. Сихарулидзе. — 3-е изд. (эл.). — Электрон.текстовые дан. (1 файл pdf : 410 с.). — М. : БИНОМ.

Лабораториязнаний, 2015. — Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10".ISBN 978-5-9963-2982-3Рассматриваются классические и новые актуальные задачи теорииполета летательных аппаратов, включая ракеты-носители и космическиеаппараты, спускаемые аппараты, баллистические ракеты и их головныечасти, межпланетные аппараты, многоразовые космические транспортныесистемы, авиационно-ракетные комплексы воздушного старта и др. Показанасвязь оптимальных законов управления в модельных задачах баллистикис реальными алгоритмами наведения в системах управления летательныхаппаратов. Подробно рассматриваются терминальные алгоритмы наведениядля различных фаз траектории, от активного участка до спуска в атмосфереи посадки.

Обсуждаются также принципы построения робастных алгоритмовнаведения, способных адаптироваться к фактическим условиям полета.Книга является дополненной и расширенной версией изданной в 1982 г.книги автора «Баллистика летательных аппаратов» и рассчитана на специалистов в области баллистики и управления летательными аппаратами,а также на аспирантов и студентов соответствующих специальностей.УДК 629.78ББК 32.965Деривативное электронное издание на основе печатного аналога: Баллистика и наведение летательных аппаратов / Ю.

Г. Сихарулидзе. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. — 407 с. : ил. —ISBN 978-5-9963-0531-5.Издание осуществлено при финансовой поддержкеРоссийского фонда фундаментальных исследованийпо проекту № 10-08-07039В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленныхтехническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требоватьот нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсацииISBN 978-5-9963-2982-3c БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011○ВВЕДЕНИЕСовременная баллистика изучает широкий круг задач, связанных с выборомрациональных траекторий движения летательных аппаратов (ЛА), в том числе баллистических ракет, ракет-носителей и многоразовых космических транспортныхсистем, головных частей, автоматических межпланетных аппаратов, пилотируемыхкораблей и др.Российские и зарубежные ученые исследовали различные аспекты теориидинамики полета.

Из книг, опубликованных на русском, наиболее известнымиявляются следующие:• Аппазов Р. Ф., Лавров С. С., Мишин В. П. Баллистика управляемых ракетдальнего действия, 1966.• Иванов Н. М., Лысенко Л. Н. Баллистика и навигация космических аппаратов, 2004.• Лебедев А. А., Герасюта Н. Ф. Баллистика ракет, 1970.• Охоцимский Д. Е., Сихарулидзе Ю. Г. Основы механики космического полета, 1990.• Охоцимский Д. Е., Голубев Ю. Ф., Сихарулидзе Ю.

Г. Алгоритмы управления космическим аппаратом при входе в атмосферу, 1975.• Пономарев В. М. Теория управления движением космических аппаратов,1965.• Сихарулидзе Ю. Г. Баллистика летательных аппаратов, 1982.• Ярошевский В. А. Движение неуправляемого тела в атмосфере, 1978.Мощным стимулирующим фактором прогресса в вопросах управления движением ЛА явилось появление бортовых вычислительных машин (БЦВМ), что позволило значительно усовершенствовать алгоритмы навигации, управления и стабилизации, повысить их гибкость и эффективность.После первых десятилетий бурного развития ракетно-космической техники,когда основные усилия были направлены на решение приоритетных задач, связанных с исследованием космического пространства, наступил этап планомерногоиспользования достигнутых успехов в освоении космоса для нужд человечества.Новые задачи требуют существенного увеличения грузопотоков Земля—орбитаи орбита—Земля.

В этой связи определенный интерес представляет использованиемногоразовых космических транспортных систем, позволяющих разумнее распорядиться имеющимися ресурсами и уменьшить засорение космического пространствафрагментами конструкции.Все вышесказанное, как представляется, обуславливает целесообразность нового освещения главных задач баллистики ЛА.В книге основное внимание уделяется так называемым задачам проектнойбаллистики, связанным с общим анализом условий движения, выбором наивы-4Введениегоднейшей схемы полета и определением оптимального управления при заданномкритерии.

Указанная совокупность проблем обычно требует для своего решениярасчета большого числа траекторий, отвечающих вариациям различных исследуемых факторов. Поэтому в ряде случаев оказывается полезным существенноеупрощение постановки задачи, что позволяет найти решение в аналитическойформе, а затем исследовать его достаточно простыми методами. При такомподходе расчет маневра сводится к определению требуемого изменения скоростидля перехода на заданную траекторию движения. В ряде случаев расчеты могутпроводиться без привлечения характеристик конкретного ЛА, т. е.

получаемыерезультаты оказываются достаточно общими.Более точное рассмотрение задачи движения в рамках по возможности самойполной математической модели (т. е. с детальным учетом характеристик ЛА,параметров системы управления, свойств окружающей среды и других факторов)относится к другому разделу баллистики, который иногда называют исполнительной баллистикой. При таком подходе главным является достаточно полный учетне только основных, но и второстепенных факторов, влияющих на траекториюдвижения, которые в рамках проектной баллистики обычно опускаются. Например,учет переходных режимов работы двигателя при его включении и выключении,учет детальной последовательности по времени процесса разделения ступенейи т. п.

Задачи исполнительной баллистики, как правило, решаются с помощьюэлектронных вычислительных машин (ЭВМ) и поэтому лишь частично отраженыв содержании книги.При рассмотрении некоторых задач применяется следующий методологическийподход. Сначала выявляется физическая сущность задачи и ее особенности, вытекающие из постановки. Затем формулируется модельная задача по выбору оптимального управления, адекватная в главном исходной задаче. На основе исследованиямодельной задачи определяется структура оптимального управления, и решениекраевой задачи сводится к выбору ограниченного числа параметров управления.Далее обсуждается возврат от модельной задачи к исходной, т. е.

разработкас помощью найденного модельного управления реальных алгоритмов для БЦВМ.Анализируются основные принципы построения многошаговых (итеративных) алгоритмов терминального управления, обеспечивающих удовлетворение заданныхконечных условий движения. При наличии на борту определенной измерительнойинформации такие алгоритмы позволяют реализовать адаптацию к фактическимусловиям полета.В ограниченных рамках публикуемой книги не все задачи баллистики моглибыть рассмотрены (например, задача разделения и др.).

Кроме того, не все задачимогли быть проанализированы одинаково глубоко, поскольку в ряде случаевболее важным оказывается комплексный подход, когда необходимо рассматриватьсовокупность взаимосвязанных задач, пусть даже с некоторым ущербом для детализации каждой. Так, вопросы повышения точности стрельбы требуют совместногоанализа движения на активном участке, внеатмосферном участке и участке входав атмосферу. Поэтому основное внимание уделяется фундаментальным задачам(скажем, движению ЛА в центральном поле притяжения) и комплексным (например, выбору траектории полета ракеты-носителя).Введение5В главе 1 изложены общие вопросы движения ЛА, рассмотрены силы и моменты, действующие на ЛА в полете, установлена их физическая природа, даныкачественные и количественные характеристики гравитационного поля, возмущенной атмосферы, включающей вариации плотности от стандартных значенийи поле ветров.

Приведены основные системы координат, матрицы перехода отодной системы координат к другой и дается вывод уравнений движения ЛА наактивном участке в начальной стартовой (инерциальной) системе координат.В главе 2 исследованы две модельные задачи по выбору оптимального управления. В первой задаче рассматривается выведение на орбиту максимальнойполезной нагрузки. Вторая задача связана с получением максимальной дальностистрельбы. Принцип максимума Понтрягина Л. С.

используется в обеих задачах дляопределения оптимального закона управления вектором тяги на активном участке.Показана связь закона управления, полученного в модельных задачах, с реальнымипрограммами угла тангажа на активном участке. Установлены диапазоны высоторбит, в которых используется тот или иной оптимальный закон управления. Рассмотрены способы точного и приближенного интегрирования уравнений движенияна активном участке. С использованием формулы Циолковского и поправок напотери идеальной скорости получены производные выводимой на орбиту полезнойнагрузки и дальности стрельбы по основным параметрам ЛА. Эти производныенеобходимы в процессе баллистического проектирования при выборе основныхпараметров ЛА.Глава 3 посвящена баллистике головной части.

Рассмотрена прямая задачабаллистики, которая состоит в определении полной дальности и координат точкипадения головной части. Показана связь дальности пассивного участка траекторииголовной части с параметрами движения в конце активного участка. Для обратнойзадачи баллистики определена совокупность начальных параметров движенияв конце активного участка, которые обеспечивают попадание головной частив заданную точку. Определен оптимальный угол бросания, который обеспечиваетмаксимальную дальность стрельбы. На основе зарубежной информации показаныосновные способы уменьшения рассеивания головных частей, включая наведениена конечном участке траектории при спуске в атмосфере.В главе 4 рассмотрено орбитальное движение космического аппарата в центральном поле притяжения.

Построены классы оптимальных компланарных и пространственных маневров в импульсной постановке. Показан способ приближенного учета потерь характеристической скорости на выполнение маневра с ограниченной тягой двигателя. Определены области оптимальности одноимпульсного,двухимпульсного и трехимпульсного маневров. Рассмотрены примеры выведениястационарного спутника и встречи на орбите. Для задачи встречи на орбитепостроены оптимальные программы вектора тяги, обеспечивающие минимальныйрасход топлива на маневр.В главе 5 представлены прикладные задачи механики космического полета,включая полеты к Луне и планетам Солнечной системы. В рамках задачи трехтел определены сферы притяжения Луны и планет.