1.4 研究途径

运载火箭飞行力学是研究火箭运动规律的学科，是研究火箭在空间飞行的理论基础。不过，这个问题是很复杂的，即使在舵面固定偏转的条件下，火箭作为刚体在空间运动也有六个自由度，需要由12个微分方程来描述，再加上制导系统中各部件的工作过程，需要的微分方程数目就更多，如把火箭作为弹性体，研究其运动特性就更加复杂。为了简化对问题的研究，通常分为几个阶段进行，从简单到复杂，逐步完善。

第一阶段是研究弹道学问题。将火箭运动看作是可控制的质点的运动，在许多情况下这是完全允许的。假定制导系统工作是理想的，火箭的质量集中在质心上，在飞行的任一瞬间，作用在火箭上所有外力的合力矩为零。这样，在质点上作用了重力、发动机推力和空气动力等，通过研究作用在火箭上的力和运动之间的关系，加上制导系统理想工作的约束关系式，就可以求出质心运动轨迹——弹道、飞行速度和过载等飞行参数，而这一阶段的目的不在于制导过程如何。因此，火箭弹道学实质上是研究质点动力学问题。

第二阶段是研究火箭本身的动态特性问题。将火箭当作质点系来研究其运动情况，不仅要考虑作用在质心上的力，也要考虑绕质心的力矩。通常这里研讨的是线性化方程，并把火箭看成为制导系统的一个环节——控制对象，研究它的动态特性。即，在干扰作用下，它能否保持原来的飞行状态？在操纵机构作用下，火箭改变飞行状态能力如何？也就是研究稳定性与操纵性问题。因此，火箭动态特性分析也可称为火箭质点系动力学。

最后阶段是研究制导系统的动力学特性。这一阶段的任务是进一步研究火箭的飞行特性，特别是飞行准确度，它是以火箭相对所需弹道的偏离量且以其概率来表征的。这些偏差的产生是由于：实际上所有制导系统器件都不能理想准确地工作；火箭并不是理想地跟随操纵机构的偏转而改变其运动状态；在飞行中，火箭及其制导系统还被作用了随机干扰等。为了研究飞行准确度，必须用足够多的微分方程才能完整地描述火箭的运动和制导系统的工作过程，同时还必须考虑各种随机干扰，因此需要用很多高阶常微分方程来描述。这些方程一般是非线性的，方程右端明显与时间有关，有滞后变量和随机函数等。研究这种方程组，可以用近代科学技术提供的有关方法，特别是数学分析方法、概率论与数理统计、随机过程理论、控制理论、数值分析、数学仿真，此外还必须应用计算机进行火箭系统的仿真。

本书内容与高等数学、理论力学、空气动力学、自动控制理论、大地测量学、制导系统原理、姿态动力学、算法语言和计算机仿真等学科密切联系，涉及公式较多，应用中应注意物理概念、推导公式的前提条件，以及公式的适用范围和对得出的结论等基本知识的理解与掌握。