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第一部分 航天器结构与机构设计的基础理论与共性知识3

第1章 绪论3

1.1 航天器结构与机构的基本概念4

1.1.1 航天器结构的基本概念4

1.1.2 航天器机构的基本概念5

1.2 航天器结构与机构的功能6

1.2.1 航天器结构的功能6

1.2.2 航天器机构的功能7

1.3 航天器结构与机构的类型9

1.3.1 航天器结构的类型9

1.3.2 航天器机构的类型12

1.4 航天器结构与机构的研制14

第2章 环境与载荷16

2.1 概述17

2.2 环境18

2.2.1 地面环境18

2.2.2 发射环境21

2.2.3 再入环境23

2.2.4 近地空间环境24

2.2.5 深空探测环境28

2.3 载荷条件30

2.3.1 载荷类型30

2.3.2 载荷来源32

2.4 载荷分析36

2.4.1 概述36

2.4.2 静态载荷分析38

2.4.3 正弦振动载荷分析41

2.4.4 随机振动载荷分析42

2.4.5 噪声载荷分析44

2.4.6 冲击载荷分析46

第3章 结构材料48

3.1 概述49

3.2 结构材料的性能要求50

3.2.1 基本性能要求50

3.2.2 地面环境适应性要求51

3.2.3 空间环境适应性要求52

3.2.4 特殊工作环境适应性要求54

3.3 结构材料的选择55

3.3.1 材料选择原则56

3.3.2 选材的分析方法57

3.3.3 材料性能指数58

3.3.4 对材料的性能评估60

3.4 常用材料的应用62

3.4.1 金属材料62

3.4.2 复合材料64

3.4.3 胶黏剂64

3.5 新材料的应用66

3.5.1 镁锂合金66

3.5.2 金属基复合材料66

3.5.3 碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料67

3.5.4 形状记忆合金67

3.5.5 可刚化材料67

3.5.6 功能复合材料68

第二部分 航天器结构设计与验证71

第4章 航天器结构设计71

4.1 航天器结构设计特点和原则72

4.1.1 结构设计的特点73

4.1.2 结构设计的原则74

4.2 航天器结构设计技术要求77

4.2.1 理解技术要求77

4.2.2 功能要求78

4.2.3 性能要求79

4.2.4 约束条件80

4.3 航天器结构研制流程81

4.3.1 研制阶段划分81

4.3.2 技术成熟度划分82

4.3.3 典型航天器的结构研制流程83

4.4 航天器结构的方案设计88

4.4.1 结构构型设计88

4.4.2 结构方案设计内容90

4.5 航天器结构的详细设计92

4.5.1 结构详细设计内容92

4.5.2 结构详细设计规范94

4.6 航天器结构设计的验证98

4.6.1 验证定义98

4.6.2 验证目的99

4.6.3 验证方法100

4.6.4 试验验证的责任101

4.6.5 主动与被动验证102

4.6.6 提高验证效费比102

第5章 航天器承力结构设计107

5.1 板式结构108

5.1.1 概述108

5.1.2 蜂窝夹层板的结构特性及表征108

5.1.3 蜂窝夹层板的设计要求112

5.1.4 蜂窝夹层板的常用材料及规格113

5.1.5 蜂窝夹层板结构设计115

5.1.6 蜂窝夹层板的连接设计118

5.1.7 板式框架结构的设计125

5.1.8 板式结构技术发展129

5.2 杆系结构131

5.2.1 概述131

5.2.2 功能132

5.2.3 设计要求133

5.2.4 杆系结构的基本形式134

5.2.5 杆系结构的设计134

5.2.6 杆系结构的优化141

5.2.7 杆系结构的应用144

5.3 承力筒结构149

5.3.1 承力筒结构的功能及特点149

5.3.2 承力筒构型150

5.3.3 强度设计152

5.3.4 刚度设计154

5.3.5 接口设计154

5.3.6 筒体设计155

5.3.7 框设计157

5.3.8 连接设计160

5.3.9 承力筒分析162

5.3.10 承力筒结构技术发展165

第6章 航天器功能结构设计167

6.1 密封结构168

6.1.1 概述168

6.1.2 密封舱结构功能及形式169

6.1.3 壳体结构设计与分析171

6.1.4 密封接口设计177

6.1.5 密封结构验证试验184

6.1.6 密封结构技术发展185

6.2 防热结构187

6.2.1 概述187

6.2.2 辐射防热结构189

6.2.3 烧蚀防热结构194

6.2.4 防热结构试验验证198

6.2.5 防热结构的技术发展202

6.3 高稳结构203

6.3.1 概述203

6.3.2 结构稳定性影响因素204

6.3.3 高稳结构设计指标205

6.3.4 高稳结构设计206

6.3.5 高稳结构分析209

6.3.6 高稳结构试验验证213

第7章 航天器结构仿真分析217

7.1 概述218

7.2 结构分析模型的建立219

7.2.1 结构理想化219

7.2.2 有限元模型建立220

7.2.3 有限元模型检验222

7.3 结构静力分析225

7.3.1 基本方程226

7.3.2 建模要求227

7.3.3 分析内容229

7.3.4 结果评价229

7.4 模态分析231

7.4.1 基本方程232

7.4.2 建模要求233

7.4.3 分析内容233

7.4.4 结果评价234

7.5 正弦振动分析235

7.5.1 基本方程235

7.5.2 建模要求237

7.5.3 分析内容238

7.5.4 结果评价238

7.6 随机振动分析240

7.6.1 基本方程240

7.6.2 简化分析241

7.6.3 模型要求242

7.6.4 结果评价242

7.7 噪声响应分析244

7.7.1 有限元/边界元法244

7.7.2 统计能量法245

7.7.3 方法比较247

7.8 航天器结构分析实例249

第8章 航天器结构试验254

8.1 概述255

8.2 结构试验要求256

8.2.1 试验一般要求256

8.2.2 试验程序259

8.2.3 试验件合格判据260

8.3 试验质量控制262

8.4 静力试验265

8.4.1 试验目的265

8.4.2 边界条件266

8.4.3 加载方式266

8.4.4 载荷工况268

8.4.5 试验预示分析268

8.4.6 试验结果评估269

8.5 正弦振动试验271

8.5.1 试验目的271

8.5.2 试验件状态272

8.5.3 试验边界272

8.5.4 试验条件272

8.5.5 试验控制273

8.5.6 试验结果评价275

8.6 卫星结构试验验证实例276

第三部分 航天器机构设计与验证281

第9章 航天器机构设计281

9.1 航天器机构设计的特点和原则282

9.1.1 航天器机构设计特点282

9.1.2 航天器机构设计原则283

9.2 航天器机构设计的技术要求285

9.2.1 航天器总体要求285

9.2.2 功能及性能要求287

9.2.3 电气与电子设计要求289

9.2.4 材料与工艺要求289

9.2.5 空间环境防护设计要求289

9.2.6 力/力矩裕度设计要求290

9.3 航天器机构的润滑设计294

9.3.1 润滑设计的要求295

9.3.2 固体润滑设计296

9.3.3 液体润滑设计297

9.4 航天器机构设计流程298

9.4.1 全过程设计流程298

9.4.2 设计阶段及设计活动描述298

第10章 连接分离机构设计301

10.1 概述302

10.2 连接与分离机构设计304

10.2.1 连接机构设计304

10.2.2 分离机构设计305

10.2.3 火工装置的使用305

10.3 连接与分离装置306

10.3.1 火工装置306

10.3.2 非火工装置317

10.4 连接与分离机构分析322

10.4.1 连接的预紧力分析322

10.4.2 分离运动分析324

10.5 连接与分离机构系统典型应用326

10.5.1 部件连接与分离机构326

10.5.2 舱段连接与分离机构328

10.5.3 星箭连接与分离机构330

10.6 在轨服务对接与分离机构334

10.6.1 基本概念334

10.6.2 在轨服务对接与分离机构设计335

10.6.3 在轨服务对接与分离机构设计实例336

第11章 展开机构设计340

11.1 概述341

11.2 展开机构的分类与组成342

11.2.1 展开机构分类342

11.2.2 展开机构的组成347

11.3 展开机构设计348

11.3.1 展开力矩（力）裕度348

11.3.2 展开过程的控制349

11.3.3 展开位置或形状的锁定349

11.3.4 收拢功能的设计349

11.3.5 展开锁定时的冲击载荷350

11.3.6 机构中结构件的刚度351

11.3.7 展开位置的测定352

11.3.8 展开运动的分析352

11.4 典型锁定铰链353

11.4.1 凸轮式锁定铰链353

11.4.2 插销式锁定铰链354

11.4.3 精密锁定装置356

11.5 典型展开机构360

11.5.1 折铰式展开机构360

11.5.2 构架式展开机构364

11.5.3 背架式展开机构370

11.5.4 套筒式展开机构373

11.6 新型展开机构376

11.6.1 新型展开机构概述376

11.6.2 基于形状记忆材料的展开机构376

11.7 展开机构的发展趋势379

第12章 太阳翼结构与机构设计383

12.1 概述384

12.2 产品组成389

12.3 太阳翼结构393

12.3.1 支撑结构393

12.3.2 连接结构397

12.4 太阳翼机构399

12.4.1 压紧释放机构400

12.4.2 展开锁定机构403

12.4.3 展开联动机构413

12.4.4 展开缓冲机构415

12.4.5 展开时序控制417

12.5 太阳翼结构与机构的试验验证423

12.5.1 部件级试验423

12.5.2 整翼级试验428

12.6 新型太阳翼结构与机构430

第13章 航天器机构仿真分析433

13.1 概述434

13.2 机构仿真分析的目的与要求436

13.2.1 机构运动学仿真分析436

13.2.2 机构动力学仿真分析437

13.2.3 机电一体化仿真分析438

13.3 机构仿真分析方法440

13.3.1 概述440

13.3.2 机构运动学分析方法442

13.3.3 机构动力学分析方法444

13.3.4 机电一体化仿真分析方法447

13.4 机构仿真分析实例451

13.4.1 太阳翼展开过程分析451

13.4.2 伺服跟踪机构分析452

13.5 机构仿真分析技术发展方向455

第14章 航天器机构试验457

14.1 绪论458

14.2 机构试验矩阵460

14.2.1 试验方案461

14.2.2 试验矩阵461

14.2.3 试验设备和工装463

14.3 功能和性能试验464

14.3.1 机构状态检查465

14.3.2 典型功能和性能试验矩阵466

14.3.3 典型机构的功能和性能试验468

14.4 展开试验471

14.4.1 展开试验的目的471

14.4.2 重力补偿的方法472

14.4.3 典型展开试验476

14.5 环境试验479

14.5.1 环境试验设计480

14.5.2 力学环境试验481

14.5.3 热环境试验484

参考文献486

索引491