前言

在飞行器设计过程中，弹道专业是联系总体、气动、制导、控制、载荷等多个学科的桥梁和纽带，飞行器的射程、精度、机动能力、突防能力等关键指标都需要弹道专业的参与。一方面，弹道设计是飞行器设计过程中不可或缺的专业，另一方面，弹道仿真参与飞行器设计的多个方面，控制、制导、突防等子系统的设计都离不开弹道仿真。

航天动力学软件是航天动力学理论与工程实践联通的桥梁，可以显著提高航天任务分析设计效率和水平。在弹道设计与仿真工具方面，国外已经形成了一批成熟的航天动力学软件，如侧重于任务仿真分析的STK、FreeFlyer等软件，以及侧重于航天器轨迹优化的POST、ASTOS等软件。这些软件成熟度和可靠性高，广泛应用于多个航天任务中。时至今日，航天动力学软件已经成为航天任务分析与设计中不可缺少的关键工具。但这些软件大部分是解决航天器轨道方面的设计、仿真和优化问题，主要涉及的是大气层外航天动力学问题，且这些软件多对我国限制或禁运。近年来，国内在航天动力学理论研究与工程应用方面均有长足发展，但成熟的航天动力学软件特别是针对弹道计算与仿真方面的软件几乎还是空白，当前我国高等院校及军工研究所的相关研究人员仍主要采用MATLAB/Simulink、C/C++、Fortran等编程语言编制程序进行弹道设计与仿真。让国内的设计人员用上成熟、可靠且不受制于人的航天动力学软件，是我们开发FlightSim软件和撰写本书的出发点。

FlightSim软件由北京航空航天大学宇航学院陈万春教授团队成员李佳峰博士于2004年读研阶段着手开发，在各方面相关人士的帮助与支持下，经过十多年的研制、推广与应用，该软件目前已升级成面向飞行器设计与仿真的开放性设计环境，可以用于解决飞行器通用弹道设计与仿真、控制系统设计与验证、总体方案快速协同设计、多弹协同弹道规划与仿真等一系列问题。FlightSim软件中的弹道计算工具提供了一套弹道模型的可视化设计方法，其操作简单，易于上手，设计人员通过简单的选取和输入即可完成弹道模型搭建，并且可以将公知的和一些重复使用的模型单元统一封装，并预留通用的输入输出接口，进而实现“搭积木”式弹道建模，大大提高了弹道模型的设计效率。

全书共分8章。第1章FlightSim软件概述，介绍了FlightSim软件的基本原理、特点及功能，并与其他常用软件进行了比较。第2章FlightSim软件入门与基本概念，介绍了FlightSim软件的运行规则、运算次序、坐标系定义、地球模型、姿态方式、使用单位、默认变量等内容。第3章程序设计基础，主要讲述FlightSim软件函数使用方法，包括数学运算、向量运算、矩阵操作等；介绍了绘图功能、读写功能等函数的具体使用方法。第4章软件接口与扩展，介绍了软件对外的接口和扩展功能，主要针对C/C++和MATLAB两种软件，以实例的形式详细讲述了自定义接口函数的使用方法和步骤。第5章气动建模，针对软件专门开发的气动建模工具，详细介绍了气动建模工具的计算原理及内部变量名称；针对二维、多维、混合等不同格式气动数据，讲述了气动建模的具体过程；介绍了气动建模中经常使用的小功能，包括气动数据扩展、限幅、合成等；对气动数据分析相关工具进行了详细描述，包括气动配平、偏导数分析、升阻比计算等。第6章弹道计算，详细讲述了弹道计算工具中各个模块的使用方法和步骤；介绍了飞行环境设置方法，包括初始条件设置、大气模型设置、地球模型设置、输出变量设置等；讲解了弹道计算过程中需要使用的不同学科的创建方法，包括推力、控制、气动、质量、目标、时间、风场等学科；描述了弹道设计结果输出方法、自动生成报告的步骤和不同弹道版本管理的方法；重点介绍了弹道计算过程中的小技巧，包括消除代数环、“复制”弹道模型、批量弹道计算、弹道调试等。第7章弹道优化与设计，着重介绍了软件的弹道分析、蒙特卡洛仿真、优化等设计功能。第8章二维地图，具体介绍了二维地图工具的手动和自动绘图功能；重点介绍了二维地图工具与弹道计算工具结合使用进行绘图的详细步骤。

为了使读者更好地理解和掌握文中介绍的技巧，并便于对软件的灵活运用，在很多技巧之后附有提示。

本书在撰写过程中得到了许多专家及同行的热情鼓励和帮助，也得到了多家军队科研院所、航天科研院所和民营航天企业的鼎力支持，在此一并表示衷心感谢。

本书涉及知识面很广，囊括了飞行器设计领域的飞行力学、弹道计算、弹道优化、气动建模、二维地图等多个专业，而作者水平有限，书中的缺点和错误在所难免，敬请广大读者指正。

作者2020年5月10日目录