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空中發射運載火箭技術 版權信息
- ISBN：9787515921310
- 條形碼：9787515921310 ; 978-7-5159-2131-0
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
空中發射運載火箭技術 內容簡介
本書介紹了國外空中發射飛行器的發展情況、空中發射運載火箭的特點，著重對空中發射運載火箭面臨的環境進行了討論，系統論述了空射運載火箭的總體，以及氣動、控制系統、載荷環境和結構設計應關注的主要問題，提出了將地面實物試驗和仿真試驗統一納入總體研制策劃的思路，井對研制流程和風險控制提出了建議。本書是對國內外空中發射運載火箭研究經驗和成果的歸納總結，也包含了個人的感想及體會，希望能為未來空中發射運載火箭的研制提供借鑒。
空中發射運載火箭技術 目錄
目錄
第1章緒論…………………………………………………………………………………… 1
1.1 為什么要空中發射運載火箭………………………………………………………… 1 1.2 國外空中發射運載火箭發展情況…………………………………………………… 3 1.3 空中發射運載火箭的特點…………………………………………………………… 10 1.4 本書主要內容………………………………………………………………………… 10
參考文獻…………………………………………………………………………………… 11
第2章空中發射面臨環境………………………………………………………………… 13
2.1 外部大氣環境………………………………………………………………………… 13 2.1.1 標準大氣和參考大氣…………………………………………………………… 13 2.1.2 氣候極值………………………………………………………………………… 16 2.1.3 可能的實際環境………………………………………………………………… 18 2.2 電磁環境……………………………………………………………………………… 28 2.2.1 電磁兼容性要求………………………………………………………………… 28 2.2.2 靜電環境………………………………………………………………………… 28 2.2.3 雷電環境………………………………………………………………………… 29 2.3 載荷和力學環境……………………………………………………………………… 33 2.3.1 使用剖面………………………………………………………………………… 33 2.3.2 掛機飛行的載荷………………………………………………………………… 35 2.3.3 疲勞載荷………………………………………………………………………… 38
2.3.4 掛機飛行的力學環境…………………………………………………………… 39
參考文獻…………………………………………………………………………………… 40 第3章載機約束下總體設計……………………………………………………………… 41
3.1 載機掛載約束………………………………………………………………………… 41 3.1.1 組合體質量、質心設計………………………………………………………… 41 3.1.2 幾何相容性……………………………………………………………………… 42 3.1.3 機箭接口………………………………………………………………………… 43 3.1.4 關于帶飛時間和反復起降次數………………………………………………… 44 3.2 火箭總體規模………………………………………………………………………… 49 3.2.1 火箭級數的選擇………………………………………………………………… 49 3.2.2 火箭直徑的選擇………………………………………………………………… 51 3.2.3 飛行彈道的定性討論…………………………………………………………… 52 3.3 投放分離和安全性…………………………………………………………………… 54
3.3.1 分離設計六要素………………………………………………………………… 54 3.3.2 時序設計和起控條件…………………………………………………………… 55
3.4 一級飛行關注的問題………………………………………………………………… 61 3.4.1 一級大攻角拉起帶來的法向過載影響………………………………………… 61 3.4.2 一級飛行尾部的力熱環境及影響……………………………………………… 67 3.5 氣動彈性問題………………………………………………………………………… 71 3.5.1 靜氣動彈性問題………………………………………………………………… 72 3.5.2 動氣動彈性問題………………………………………………………………… 72 3.6 電磁兼容性…………………………………………………………………………… 76 3.6.1 電磁兼容性設計和試驗………………………………………………………… 76 3.6.2 系統級電磁兼容性量化設計…………………………………………………… 76 3.6.3 火箭的雷電防護………………………………………………………………… 78 3.7 疲勞強度設計………………………………………………………………………… 82 3.7.1 疲勞強度設計方法……………………………………………………………… 84 3.7.2 抗疲勞設計和疲勞載荷譜……………………………………………………… 87 參考文獻…………………………………………………………………………………… 88 第4章氣動布局及控制技術……………………………………………………………… 90
4.1 參考坐標系…………………………………………………………………………… 90 4.2 發射條件……………………………………………………………………………… 91 4.3 初始對準……………………………………………………………………………… 93 4.3.1 初始對準方法…………………………………………………………………… 93 4.3.2 傳遞對準方案…………………………………………………………………… 94 4.4 氣動布局及控制……………………………………………………………………… 97 4.5 不確定性條件下的控制系統設計………………………………………………… 102 4.5.1 不確定性描述和分析………………………………………………………… 103 4.5.2 經典的控制系統設計………………………………………………………… 106 4.5.3 現代魯棒設計方法…………………………………………………………… 109 4.5.4 基于概率的設計方法………………………………………………………… 111 4.6 空氣舵系統設計的幾個關注點…………………………………………………… 113 4.6.1 空氣舵伺服系統動特性……………………………………………………… 114 4.6.2 舵面“兩心兩線”的關系…………………………………………………… 115 4.6.3 對舵面反操縱的再認識……………………………………………………… 115 4.7 故障情況下的處理………………………………………………………………… 121 4.7.1 姿控噴管故障示例…………………………………………………………… 121 4.7.2 推力異常情況下的軌跡重新規劃…………………………………………… 129
參考文獻…………………………………………………………………………………… 129 第5章掛機載荷環境和結構設計………………………………………………………… 132
5.1 掛機載荷…………………………………………………………………………… 132
5.1.1 掛機靜載荷和動載荷………………………………………………………… 132 5.1.2 掛機疲勞載荷………………………………………………………………… 139 5.2 力學環境條件……………………………………………………………………… 143 5.2.1 隨機振動試驗條件設計……………………………………………………… 143 5.2.2 沖擊試驗條件設計…………………………………………………………… 145 5.2.3 加速度試驗條件設計………………………………………………………… 146 5.2.4 噪聲試驗條件設計…………………………………………………………… 147 5.3 典型結構設計……………………………………………………………………… 148 5.3.1 端框連接結構………………………………………………………………… 148 5.3.2 吊耳連接結構………………………………………………………………… 152 參考文獻…………………………………………………………………………………… 161 第6章地面試驗和天地一致性…………………………………………………………… 163
6.1 地面試驗內涵和分類……………………………………………………………… 163 6.1.1 地面試驗內涵………………………………………………………………… 163 6.1.2 地面試驗分類………………………………………………………………… 164 6.2 地面試驗設計……………………………………………………………………… 165 6.2.1 地面試驗項目設計…………………………………………………………… 165 6.2.2 地面試驗設計原則…………………………………………………………… 167 6.2.3 試驗技術狀態控制…………………………………………………………… 167 6.2.4 地面試驗條件覆蓋性………………………………………………………… 167 6.2.5 測試及試驗邊界條件真實性………………………………………………… 168 6.2.6 虛擬試驗的正確性…………………………………………………………… 168 6.3 典型地面試驗……………………………………………………………………… 169 6.3.1 全箭模態試驗………………………………………………………………… 169 6.3.2 空氣舵系統動特性試驗……………………………………………………… 170 6.3.3 全箭伺服彈性試驗…………………………………………………………… 172 6.3.4 模擬掛機狀態振動試驗……………………………………………………… 175 6.3.5 級間熱分離試驗……………………………………………………………… 176 6.3.6 分離環境下電連接器分離運動虛擬試驗…………………………………… 185 參考文獻…………………………………………………………………………………… 190
第7章研制流程及風險控制……………………………………………………………… 191
7.1 對研制流程的再認識……………………………………………………………… 191 7.2 全壽命周期風險識別和控制……………………………………………………… 192 7.2.1 風險識別線索………………………………………………………………… 193 7.2.2 風險識別和控制實例………………………………………………………… 199 7.3 新技術與研制流程改進…………………………………………………………… 202 7.3.1 基于模型的系統工程方法…………………………………………………… 202 7.3.2 運載火箭基于模型的系統工程……………………………………………… 203 7.3.3 數字孿生……………………………………………………………………… 205 7.3.4 多物理場耦合仿真…………………………………………………………… 207 參考文獻…………………………………………………………………………………… 208
第1章緒論…………………………………………………………………………………… 1
1.1 為什么要空中發射運載火箭………………………………………………………… 1 1.2 國外空中發射運載火箭發展情況…………………………………………………… 3 1.3 空中發射運載火箭的特點…………………………………………………………… 10 1.4 本書主要內容………………………………………………………………………… 10
參考文獻…………………………………………………………………………………… 11
第2章空中發射面臨環境………………………………………………………………… 13
2.1 外部大氣環境………………………………………………………………………… 13 2.1.1 標準大氣和參考大氣…………………………………………………………… 13 2.1.2 氣候極值………………………………………………………………………… 16 2.1.3 可能的實際環境………………………………………………………………… 18 2.2 電磁環境……………………………………………………………………………… 28 2.2.1 電磁兼容性要求………………………………………………………………… 28 2.2.2 靜電環境………………………………………………………………………… 28 2.2.3 雷電環境………………………………………………………………………… 29 2.3 載荷和力學環境……………………………………………………………………… 33 2.3.1 使用剖面………………………………………………………………………… 33 2.3.2 掛機飛行的載荷………………………………………………………………… 35 2.3.3 疲勞載荷………………………………………………………………………… 38
2.3.4 掛機飛行的力學環境…………………………………………………………… 39
參考文獻…………………………………………………………………………………… 40 第3章載機約束下總體設計……………………………………………………………… 41
3.1 載機掛載約束………………………………………………………………………… 41 3.1.1 組合體質量、質心設計………………………………………………………… 41 3.1.2 幾何相容性……………………………………………………………………… 42 3.1.3 機箭接口………………………………………………………………………… 43 3.1.4 關于帶飛時間和反復起降次數………………………………………………… 44 3.2 火箭總體規模………………………………………………………………………… 49 3.2.1 火箭級數的選擇………………………………………………………………… 49 3.2.2 火箭直徑的選擇………………………………………………………………… 51 3.2.3 飛行彈道的定性討論…………………………………………………………… 52 3.3 投放分離和安全性…………………………………………………………………… 54
3.3.1 分離設計六要素………………………………………………………………… 54 3.3.2 時序設計和起控條件…………………………………………………………… 55
3.4 一級飛行關注的問題………………………………………………………………… 61 3.4.1 一級大攻角拉起帶來的法向過載影響………………………………………… 61 3.4.2 一級飛行尾部的力熱環境及影響……………………………………………… 67 3.5 氣動彈性問題………………………………………………………………………… 71 3.5.1 靜氣動彈性問題………………………………………………………………… 72 3.5.2 動氣動彈性問題………………………………………………………………… 72 3.6 電磁兼容性…………………………………………………………………………… 76 3.6.1 電磁兼容性設計和試驗………………………………………………………… 76 3.6.2 系統級電磁兼容性量化設計…………………………………………………… 76 3.6.3 火箭的雷電防護………………………………………………………………… 78 3.7 疲勞強度設計………………………………………………………………………… 82 3.7.1 疲勞強度設計方法……………………………………………………………… 84 3.7.2 抗疲勞設計和疲勞載荷譜……………………………………………………… 87 參考文獻…………………………………………………………………………………… 88 第4章氣動布局及控制技術……………………………………………………………… 90
4.1 參考坐標系…………………………………………………………………………… 90 4.2 發射條件……………………………………………………………………………… 91 4.3 初始對準……………………………………………………………………………… 93 4.3.1 初始對準方法…………………………………………………………………… 93 4.3.2 傳遞對準方案…………………………………………………………………… 94 4.4 氣動布局及控制……………………………………………………………………… 97 4.5 不確定性條件下的控制系統設計………………………………………………… 102 4.5.1 不確定性描述和分析………………………………………………………… 103 4.5.2 經典的控制系統設計………………………………………………………… 106 4.5.3 現代魯棒設計方法…………………………………………………………… 109 4.5.4 基于概率的設計方法………………………………………………………… 111 4.6 空氣舵系統設計的幾個關注點…………………………………………………… 113 4.6.1 空氣舵伺服系統動特性……………………………………………………… 114 4.6.2 舵面“兩心兩線”的關系…………………………………………………… 115 4.6.3 對舵面反操縱的再認識……………………………………………………… 115 4.7 故障情況下的處理………………………………………………………………… 121 4.7.1 姿控噴管故障示例…………………………………………………………… 121 4.7.2 推力異常情況下的軌跡重新規劃…………………………………………… 129
參考文獻…………………………………………………………………………………… 129 第5章掛機載荷環境和結構設計………………………………………………………… 132
5.1 掛機載荷…………………………………………………………………………… 132
5.1.1 掛機靜載荷和動載荷………………………………………………………… 132 5.1.2 掛機疲勞載荷………………………………………………………………… 139 5.2 力學環境條件……………………………………………………………………… 143 5.2.1 隨機振動試驗條件設計……………………………………………………… 143 5.2.2 沖擊試驗條件設計…………………………………………………………… 145 5.2.3 加速度試驗條件設計………………………………………………………… 146 5.2.4 噪聲試驗條件設計…………………………………………………………… 147 5.3 典型結構設計……………………………………………………………………… 148 5.3.1 端框連接結構………………………………………………………………… 148 5.3.2 吊耳連接結構………………………………………………………………… 152 參考文獻…………………………………………………………………………………… 161 第6章地面試驗和天地一致性…………………………………………………………… 163
6.1 地面試驗內涵和分類……………………………………………………………… 163 6.1.1 地面試驗內涵………………………………………………………………… 163 6.1.2 地面試驗分類………………………………………………………………… 164 6.2 地面試驗設計……………………………………………………………………… 165 6.2.1 地面試驗項目設計…………………………………………………………… 165 6.2.2 地面試驗設計原則…………………………………………………………… 167 6.2.3 試驗技術狀態控制…………………………………………………………… 167 6.2.4 地面試驗條件覆蓋性………………………………………………………… 167 6.2.5 測試及試驗邊界條件真實性………………………………………………… 168 6.2.6 虛擬試驗的正確性…………………………………………………………… 168 6.3 典型地面試驗……………………………………………………………………… 169 6.3.1 全箭模態試驗………………………………………………………………… 169 6.3.2 空氣舵系統動特性試驗……………………………………………………… 170 6.3.3 全箭伺服彈性試驗…………………………………………………………… 172 6.3.4 模擬掛機狀態振動試驗……………………………………………………… 175 6.3.5 級間熱分離試驗……………………………………………………………… 176 6.3.6 分離環境下電連接器分離運動虛擬試驗…………………………………… 185 參考文獻…………………………………………………………………………………… 190
第7章研制流程及風險控制……………………………………………………………… 191
7.1 對研制流程的再認識……………………………………………………………… 191 7.2 全壽命周期風險識別和控制……………………………………………………… 192 7.2.1 風險識別線索………………………………………………………………… 193 7.2.2 風險識別和控制實例………………………………………………………… 199 7.3 新技術與研制流程改進…………………………………………………………… 202 7.3.1 基于模型的系統工程方法…………………………………………………… 202 7.3.2 運載火箭基于模型的系統工程……………………………………………… 203 7.3.3 數字孿生……………………………………………………………………… 205 7.3.4 多物理場耦合仿真…………………………………………………………… 207 參考文獻…………………………………………………………………………………… 208
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空中發射運載火箭技術 作者簡介
楊小龍,研究員,2002年入職中國運載火箭技術研究院研發中心，現任某型號總設計師，曾獲國防科學技術進步獎特等獎、一等獎。
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