飞行程序的选择是火箭设计和研制的一个主要部分.同时,弹道式火箭及运载火箭弹道的三维仿真又是这一领域中一个具有挑战性的问题.该文涉及两个独立的领域,因而由两部分组成:首先是火箭弹道的设计和优化,然后是对火箭飞行的分析.该文第一部分的目的是提出一种进行火箭弹道最优构形选择的工程方法.直接优化法被用于解决飞行弹道的参数优化问题.在MATLAB优化工具包的众多高级函数中,该文讨论了函数"fmincon".然后阐述了多步寻优单纯形法(MSSM)的完整过程及随后的Schuldt罚函数法.使用MSSM,先后优化了近程火箭的最大射程程序和最小散布程序.随后,挑选了一个二级中程火箭进行了最大射程的优化.最后,对一个四级运载火箭将人造卫星最大载荷送入圆轨道的飞行程序进行了优化.所用飞行器的气动数据采自气动估算软件AeroLAB,飞行器的质量中心和惯性矩的计算是在将其分解为简单几何形状的基础上进行的.第二部分建立了飞行器的三个平动方程和三个转动方程.飞行器作为刚体处理,在滚转方向空气动力对称,且受空气动力、控制力及喷气发动机的反作用力影响,考虑地球的旋转、地球扁率和风速.该文给出了用于确定飞行器位置、姿态,经度、纬度、高度、射程、气动角、弹道角等的全部方程.通过对风进行补偿的方法求取点火前发射平台的修正量.该文使用SIMULINK解算弹道仿真方程.然后通过MATLAB的GUIDE(图形用户界面开发环境)提供用户输入和SIMULINK中的仿真模型的交互界面.用此软件对近程无制导火箭进行了仿真,并且通过调整发射方向对风的影响进行了校正.该文还对第一部分设计的V2火箭和二级火箭的最优飞行弹道进行了仿真并给出了仿真结果.