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第1章 绪论1

1.1　飞行器结构设计的基本概念1

1.1.1　飞行器结构的含义1

1.1.2　飞行器结构系统的功能3

1.1.3　飞行器结构设计4

1.2　飞行器结构的组成与分类7

1.2.1　飞机结构系统的主要组成7

1.2.2　导弹、火箭结构系统的主要组成10

1.2.3　航天器结构系统的主要组成12

1.2.4　飞行器结构形式的分类17

1.3　飞行器结构系统的研制过程20

1.3.1　火箭、导弹结构系统的研制过程20

1.3.2　航天器结构的研制过程22

1.4　飞行器结构设计的技术要求28

1.4.1　火箭、导弹结构设计要求28

1.4.2　航天器结构设计的技术要求39

1.5　飞行器结构设计的思想与方法概述42

1.5.1　设计类型与设计方法概述42

1.5.2　传统的结构设计方法43

1.5.3　现代设计方法与并行设计简介45

思考题47

第2章　飞行器的载荷分析48

2.1　作用在飞行器上的载荷48

2.2　过载系数49

2.2.1　过载系数的概念49

2.2.2　飞行器有旋转运动时的过载51

2.2.3　典型飞行情况的过载计算52

2.3　导弹（火箭）载荷分析55

2.3.1　导弹（火箭）的设计情况55

2.3.2　静载荷计算的一般方法64

2.3.3　弹（箭）体内力的确定66

2.3.4　导弹（火箭）的动载荷71

2.4　航天器载荷分析72

2.4.1　卫星的载荷源72

2.4.2　结构静载荷分析74

2.4.3　结构动载荷分析75

2.5　飞行器载荷的综合设计78

2.6　使用载荷和设计载荷、安全系数80

2.6.1　使用载荷和设计载荷80

2.6.2　安全系数81

2.7　强度分析基本概念85

2.7.1　强度和强度分析85

2.7.2　强度分析的步骤86

2.7.3　强度分析的方法87

2.7.4　剩余强度系数87

2.7.5　强度试验88

思考题88

第3章　飞行器结构总体与方案设计90

3.1　导弹、火箭结构总体设计90

3.1.1　概述90

3.1.2　结构总体方案选择与设计92

3.1.3　结构总体协调与设计103

3.2　航天器结构的方案设计111

3.2.1　结构方案设计的步骤112

3.2.2　航天器构型设计112

3.2.3　结构形式、材料和连接方式的选择113

3.2.4　结构的初步设计和分析116

3.2.5　结构设计方案的比较和确定116

3.3　飞行器结构材料及其选用原则118

3.3.1　飞行器结构材料的分类与现状118

3.3.2　飞行器材料的选用原则119

3.3.3　飞行器结构设计中常用的材料120

思考题130

第4章　翼面的结构与设计131

4.1　概述131

4.2　翼面结构形式132

4.2.1　蒙皮骨架式翼面132

4.2.2　整体结构翼面135

4.2.3　夹层结构翼面136

4.3　典型翼面结构的传力分析138

4.3.1　传力的基本概念138

4.3.2　典型构件的受力特性140

4.3.3　传力分析的原理和方法143

4.3.4　单梁式翼面的传力分析144

4.3.5　辐射式加筋整体结构弹翼传力分析153

4.3.6　夹层结构翼面传力分析154

4.4　铆接翼面的结构设计155

4.4.1　翼面结构设计的原始依据与设计步骤155

4.4.2　翼面结构方案的选择156

4.4.3　结构元件的布置157

4.4.4　受力元件剖面形状的选择158

4.4.5　结构的工艺性161

4.5　小展弦比整体结构翼面设计特点162

4.5.1　方案选择的特点162

4.5.2　结构元件布置与屏格尺寸163

4.6　空气动力加热对翼面结构的影响163

4.6.1　气动加热对翼面结构的影响163

4.6.2　翼面空气动力加热的一般防护措施164

4.7　翼身连接的结构167

4.7.1　耳片式接头167

4.7.2　多榫式接头168

4.7.3　轴式接头170

4.7.4　插入式接头170

4.7.5　盘式接头171

4.7.6　燕尾槽式接头172

4.8　操纵面的构造与设计173

4.8.1　操纵面的功用与要求173

4.8.2　操纵面的结构形式174

4.8.3　操纵面转轴的安排形式175

4.8.4　操纵面与舱段或翼面的连接176

4.9　折叠翼面178

4.9.1　概述178

4.9.2　纵向折叠翼面与机构179

4.9.3　横向折叠翼面与机构181

4.9.4　扭力元件的计算184

4.9.5　设计中的特殊问题184

4.10　栅格翼185

4.10.1　概述185

4.10.2　栅格翼元（栅格壁）的剖面形状186

4.10.3　栅格翼的某些特点187

4.10.4　栅格翼的几何参数188

4.10.5　栅格翼与飞行器壳体的连接方案189

思考题190

第5章　弹（箭）身的结构与设计191

5.1　概述191

5.1.1　弹（箭）身的功用和设计要求191

5.1.2　弹（箭）身的受载特点192

5.2　弹（箭）身的结构形式及承力元件192

5.2.1　弹（箭）身的结构形式192

5.2.2　弹（箭）身主要承力元件及其功用198

5.3　弹（箭）身的传力分析200

5.3.1　横向集中载荷的传递200

5.3.2　纵向或轴向集中载荷的传递206

5.4　弹（箭）身结构设计209

5.4.1　弹（箭）身结构布局设计209

5.4.2　弹（箭）身主要受力构件的布置210

5.4.3　相邻舱段的受力协调问题211

5.4.4 弹（箭）身的开口问题212

5.5　弹（箭）身舱段间的连接217

5.5.1 套接217

5.5.2　盘式连接218

5.5.3 中小直径弹（箭）身的连接形式220

5.6　弹（箭）体的密封226

5.7　设备的安装231

5.7.1　概述231

5.7.2　对设备安装的一般要求232

5.7.3　设备在舱内的安装固定形式232

5.7.4　支架结构设计237

5.7.5　支架设计的结构补偿237

5.7.6　仪器设备的减振措施239

5.7.7　防松措施的选择240

思考题240

第6章　储箱的结构设计241

6.1　储箱的分类与设计要求241

6.1.1　储箱的功用与组成241

6.1.2　储箱设计的基本要求242

6.1.3　储箱的分类243

6.2　储箱容积和外形尺寸确定246

6.2.1　储箱容积的确定246

6.2.2　储箱外形尺寸的确定248

6.3　受力式储箱结构分析与设计249

6.3.1　储箱的载荷249

6.3.2　储箱的结构形式250

6.3.3　储箱的构造设计253

6.4　储箱强度校核与试验262

6.4.1　储箱的强度校核262

6.4.2　储箱的试验264

思考题265

第7章　航天器结构设计266

7.1　卫星结构概述266

7.1.1　卫星结构的功能266

7.1.2　卫星结构的设计特点267

7.1.3　卫星结构的分类268

7.1.4　卫星结构技术的发展和展望269

7.2　卫星结构分析与设计272

7.2.1　杆系结构设计272

7.2.2 中心承力筒结构设计277

7.2.3　板式结构设计286

7.3　载人航天器结构系统设计290

7.3.1　结构系统的组成与功能290

7.3.2　结构系统的设计条件291

7.3.3　载人飞船舱段结构形式293

7.4　航天器防热结构设计299

7.4.1　防热结构设计概述299

7.4.2　吸热防热结构的设计与分析303

7.4.3　辐射防热结构的设计与分析306

7.4.4　烧蚀防热结构的设计与分析311

思考题318

第8章　飞行器机构及其设计319

8.1 飞行器机构的分类与功用319

8.2　飞行器机构设计的技术要求320

8.2.1　设计的技术要求320

8.2.2　力矩（力）裕度322

8.3　操纵机构设计324

8.3.1　设计的初始条件与设计要求324

8.3.2　操纵机构的外载荷327

8.3.3　操纵机构的分类与构造形式328

8.3.4　操纵机构的设计特点336

8.3.5　操纵机构的特性试验337

8.4　飞行器连接与分离机构设计338

8.4.1　连接与分离机构的设计要求338

8.4.2　连接与分离机构的组成339

8.4.3　典型的连接与分离机构342

8.4.4　连接与分离机构的设计特点358

8.5　航天器折叠与展开机构361

8.5.1　太阳能电池板机构概述362

8.5.2　压紧与释放机构364

8.5.3　太阳能电池板展开机构366

思考题372

第9章　复合材料结构设计373

9.1　复合材料性能特点及在航天结构上的应用373

9.1.1　复合材料的性能和设计特点373

9.1.2　复合材料在航天结构上的应用375

9.2　复合材料成形工艺376

9.2.1　复合材料成形工艺概述376

9.2.2　成形工艺方法378

9.2.3　机械加工工艺381

9.2.4　复合材料结构的质量控制381

9.3　复合材料力学基础383

9.3.1　单向板和铺层的刚度与强度383

9.3.3　层压板的刚度和强度385

9.3.2　层压板的层间应力387

9.4　复合材料结构设计388

9.4.1　复合材料结构的设计要求和设计方法388

9.4.2　复合材料结构的设计选材389

9.4.3　设计许用值及其确定393

9.5　复合材料层压板设计395

9.5.1　层压板设计的一般原则395

9.5.2　层压板设计方法397

9.6　复合材料典型构件设计399

9.6.1　复合材料加筋板设计399

9.6.2　夹层结构设计405

9.7　复合材料结构连接设计410

9.7.1　胶接连接设计411

9.7.2　夹层结构连接设计412

9.7.3　机械连接设计413

9.8　弹（箭）复合材料结构部件415

9.8.1　复合材料弹（箭）身结构415

9.8.2　复合材料翼面结构416

思考题418

第10章　飞行器结构动态设计419

10.1　结构动态设计概述419

10.1.1　结构动态设计的任务与内容419

10.1.2　结构动态设计的过程420

10.2　弹（箭）结构固有特性分析与设计421

10.2.1 弹（箭）结构固有特性的特点与设计要求421

10.2.2　导弹（火箭）模态分析的方法423

10.2.3　提高模态分析准确性的措施424

10.2.4　结构设计中调整全弹（箭）固有特性的途径425

10.3　导弹（火箭）结构动态响应分析与设计427

10.3.1　结构动响应解法427

10.3.2　动强度分析与设计428

10.4　飞行器颤振及其防止措施433

10.4.1　引言433

10.4.2　弯曲－扭转颤振发生的机理434

10.4.3　颤振分析基本方法436

10.4.4　防止颤振的措施440

思考题442

第11章　飞行器结构可靠性设计443

11.1　概述443

11.2　构件可靠性设计方法1——解析法445

11.2.1　应力－强度干涉理论445

11.2.2　结构可靠性设计原理447

11.3　构件可靠性设计方法Ⅱ——数值法450

11.3.1　一次二阶矩法451

11.3.2　蒙特卡洛法455

11.3.3　随机有限元法457

11.3.4　响应面法459

11.3.5　模糊可靠性459

11.3.6　可靠性计算实例460

11.4　系统可靠性463

11.4.1　系统可靠性模型463

11.4.2　系统可靠性示例467

11.4.3　可靠性分配468

11.5　失效分析469

11.5.1　故障树分析469

11.5.2　故障模式影响分析471

11.6　机构可靠性473

11.6.1　机构可靠性框图的建立473

11.6.2　机构可靠性预计方法474

11.6.3　机构可靠性预计475

11.7　可靠性试验475

思考题476

第12章　飞行器结构优化设计477

12.1　概述477

12.1.1　优化设计发展状况477

12.1.2　结构优化的分类与层次478

12.1.3　优化设计步骤478

12.2　优化数学模型的建立479

12.2.1　设计变量479

12.2.2　约束条件481

12.2.3 目标函数482

12.3　结构优化算法483

12.3.1　优化算法的类型484

12.3.2　优化算法的选择485

12.4　数学规划法486

12.4.1　拉格朗日乘子法486

12.4.2　罚函数法488

12.5　准则法491

12.5.1　满应力准则法491

12.5.2　能量准则494

12.6　基于可靠性、模糊性的结构优化设计496

12.6.1　基于可靠性的优化设计496

12.6.2　基于模糊性的结构优化设计500

思考题501

第13章　飞行器结构数字化设计503

13.1　概述503

13.2　计算机辅助设计（CAD）505

13.2.1　CAD系统的构成505

13.2.2　CAD系统的类型507

13.2.3 CAD系统中的人工智能技术508

13.2.4　机构的计算机辅助分析511

13.2.5　CAD的发展动向512

13.3　计算机辅助设计与制造一体化系统（CAD/CAM）513

13.4　数字化设计制造标准规范521

13.4.1　数字化标准规范体系521

13.4.2　信息编码体系523

13.5　数字样机技术523

13.5.1　数字样机技术的概念及意义523

13.5.2　数字样机装配建模525

13.5.3　数字样机仿真评价技术527

13.5.4　异构设计平台的数据传递528

13.5.5　数字样机的运动分析技术529

13.5.6　数字样机的分析结果后处理530

13.6 产品数据管理（PDM）531

13.6.1　概述531

13.6.2　PDM的实施和应用533

13.6.3 PDM的主要内容535

13.6.4　PDM的发展动向537

13.7　并行工程537

13.7.1　并行工程的概念537

13.7.2　并行工程的地位与作用538

13.7.3　并行工程的核心内容538

13.7.4　并行工程的实施539

思考题540

参考文献542