航天器结构 [Spacecraft Structures] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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内容简介

　　空间飞行是一项包含众多技术领域的综合性和创新性技术。《航天器结构》截取“空间飞行”综合技术的一个横截面进行阐述，深入探讨了航天器的设计、制造及分析技术。
　　航天器包括卫星及运载火箭，可分为载人航天器和无人航天器两个类别。国际空间站（ISS）、俄罗斯和平号空间站、美国的航天飞机以及欧洲的空间实验室为典型的载人航天器，而转播电视信号及广播信号的通讯卫星以及气象卫星为典型的无人航天器。
　　《航天器结构》所关注的重点为无人航天器，着重研究卫星结构的设计技术。

内页插图

目录

第1章 概论
1．1 引言
参考文献

第2章 设计过程
2．1 引言
2．2 设计要求
2．3 设计规范
2．4 设计
2．5 设计控制
2．6 练习

第3章 运载火箭系统
3．1 引言
3．2 练习
参考文献

第4章 航天器分系统
4．1 引言
4．2 电源系统
4．3 姿态控制系统
4．4 数据系统
4．5 热控系统
4．6 通信系统
4．7 推进系统
4．8 结构系统
4．9 分系统之间的相互影响
参考文献

第5章 设计及安全系数
5．1 引言
5．2 术语
5．3 航天器的安全系数
5．4 练习
参考文献

第6章 航天器设计载荷
6．1 引言
6．2 运输载荷系数
6．3 稳态载荷
6．4 动态载荷
6．5 声载荷
6．6 冲击载荷
6．7 静压力波动
6．8 微流星／空间碎片
6．9 练习
参考文献

第7章 试验验证
7．1 引言
7．2 试验类型
7．3 试验目的
7．4 试验大纲
7．5 试验细则
7．6 试验模型
7．7 静力试验
7．8 振动／噪声试验
7．9 下凹
7．10 图解
7．11 西欧的试验设施
参考文献

第8章 航天器结构设计
8．1 引言
8．2 确定航天器配置
8．3 航天器结构初样设计
8．4 承载结构基本设计
8．5 详细分析
8．6 航天器结构制造
8．7 试验
……
第9章 结构单元的强度和刚度
第10章 夹层结构
第11章 有限元分析
第12章 刚度／柔度分析
第13章 材料选择
第14章 航天器质量
第15章 固有频率估计
第16章 章有效模态质量
第17章 动态模型简化方法
第18章 动态子结构，组件模态综合
第19章 输出变换矩阵
第20章 耦合动态载荷分析
第21章 随机振动简化响应分析
第22章 疲劳寿命预测
第23章 冲击响应谱
第24章 流星体和轨道碎片对航天器的损坏
第25章 指定平均温度
第26章 热弹性应力
第27章 热、湿膨胀系数
第28章 通气孔
第29章 举例
英汉术语对照

前言/序言

　　这本关于航天器结构设计的专著是基于我在Dutch Space B.V.，formerly Fokker Space B.V.，Fokker Space&Systems; B.V. and the Space Division of Fokker Aircraft B.V.等地方超过35年的工作经验而撰写的。
　　目前，我是荷兰德尔夫特理工大学（Delft University of Technology）航天工程学院的兼职副教授，在研究生课程中负责教授“航天器结构”课程。学校的科研氛围和我在航天工业的工作经历促使我产生了写一本关于航天器结构设计相关书籍的愿望。
　　非常感谢我的妻子Wil在我写本书手稿时给予了极大的关心。
　　更要感谢在荷兰航天领域及德尔夫特理工大学工作的同事们，谢谢他们在本书框架确定的过程中给予的帮助。

《宇宙边缘的工程师：塑造未来太空探索的材料与设计》 自古以来，人类便仰望星辰，渴望探索宇宙的奥秘。而今，这古老的梦想正以前所未有的速度变为现实。从载人空间站的稳固环绕，到深空探测器穿越星际的漫长旅程，再到未来星际飞船的宏伟构想，每一次人类太空探索的飞跃，都离不开工程师们在幕后的辛勤付出与智慧结晶。本书《宇宙边缘的工程师：塑造未来太空探索的材料与设计》旨在深入剖析支撑这些壮举的基石——那些精妙绝伦的结构设计与前沿的材料科学，带领读者一同走进那个挑战极限、孕育创新的工程世界。 本书并非仅仅罗列那些令人惊叹的航天器照片，而是要深入探讨它们为何能够承受极端的太空环境，如何在每次发射升空时安然无恙，又如何在漫长的太空任务中保持稳定可靠。我们将从最基础的物理原理出发，解析太空环境对结构部件提出的严峻挑战：真空、极端温差、宇宙辐射、微流星体撞击，以及发射过程中巨大的加速度和振动。这些无处不在的威胁，要求工程师们在设计之初就必须考虑周全，将每一个潜在的风险降到最低。 在材料科学领域，本书将重点介绍一系列在航天器结构设计中扮演关键角色的先进材料。我们不会停留在对“金属”或“复合材料”的泛泛描述，而是将深入剖析不同材料的微观结构、力学性能、热学特性以及抗辐照能力。例如，我们将详细探讨钛合金、铝合金及其特种合金在制造航天器主体结构、燃料箱等关键部件中的应用，以及它们在不同温度下的表现。更重要的是，我们将聚焦于当前和未来航天领域日益重要的碳纤维增强聚合物（CFRP）等复合材料。这些材料以其卓越的比强度和比刚度，成为减轻航天器重量、提高载荷能力的重要选择。我们会深入研究不同类型纤维（如碳纤维、玻璃纤维）与树脂基体的组合方式，探讨其成型工艺（如铺层、缠绕、模压）对最终力学性能的影响，以及它们在承受剪切、弯曲、扭转等复杂载荷时的表现。 本书还将探讨一些更具前瞻性的材料，例如用于极端高温环境的陶瓷基复合材料（CMC），它们在发动机喷管、隔热瓦等部件上的应用，以及其在高压、高温下的结构稳定性。我们还将触及纳米材料在结构加固、功能集成方面的潜力，例如碳纳米管增强材料如何为下一代航天器带来革命性的轻量化和强度提升。 在结构设计方面，本书将引领读者了解从概念设计到详细设计的整个过程。我们将讨论各种经典和创新的结构形式，例如桁架结构、壳体结构、隔框结构等，并分析它们各自的优势和适用场景。在解释这些结构形式时，我们将结合实际案例，例如国际空间站的太阳能电池板桁架、火星探测器的着陆缓冲结构、火箭的燃料贮箱等等。我们会深入分析工程师如何通过有限元分析（FEA）等数值模拟手段，对结构在不同载荷下的应力分布、变形情况进行预测和优化，确保结构的安全性与可靠性。 此外，本书还将详细介绍减轻结构重量的各种策略。在航天器设计中，每减轻一公斤的质量，都意味着更低的发射成本和更高的有效载荷能力。我们将探讨点阵结构、仿生结构等新型轻量化设计理念，以及它们在实现高强度同时大幅降低材料用量方面的出色表现。例如，我们将分析蜂窝结构在隔热和承载方面的双重作用，以及三明治面板在提高抗弯刚度方面的优势。 本书的另一大亮点在于对航天器动力学与结构耦合效应的探讨。航天器的结构并非静止不变，它会随着外力的作用而发生振动。这些振动可能会对精密仪器、载荷以及人员造成不利影响。我们将介绍如何通过结构阻尼设计、振动隔离技术等手段，有效控制和抑制不必要的振动。例如，我们将探讨减震器的设计原理，以及如何通过优化结构的固有频率来避免共振现象的发生。 随着人类太空探索的步伐越来越远，航天器所面临的环境也愈发复杂和严峻。本书将深入分析在长周期太空任务中，结构材料和设计所面临的耐久性挑战。我们将探讨材料在长期暴露于紫外线、原子氧、低温循环等环境下的老化机理，以及工程师如何通过表面涂层、材料选择等手段来提高结构的长期可靠性。对于那些将要穿越辐射带的探测器，本书还将探讨抗辐射材料和结构设计的重要性，以及如何通过屏蔽和加固来保护敏感电子设备。 本书的另一重要方面是模块化设计与可维护性。随着空间站和月球基地等大型航天设施的建设，模块化设计理念变得尤为重要。我们将探讨如何将航天器分解为功能独立的模块，以便于在地面进行批量生产、测试，并在太空中进行快速组装和更换。这不仅能提高建造效率，还能在任务执行过程中提供更大的灵活性和更强的故障恢复能力。 最后，本书还将展望未来航天器结构的发展趋势。从可变形的软体机器人，到能够自我修复的智能材料，再到利用空间资源进行就地制造（ISRU）的3D打印结构，工程师们正以前所未有的创造力，不断突破着结构的边界。我们将探讨这些前沿技术可能为未来的太空探索带来的颠覆性影响，例如在月球或火星表面直接建造居住舱，或是制造能够适应不同任务需求的“变形金刚”式航天器。 《宇宙边缘的工程师：塑造未来太空探索的材料与设计》将是一次深入的工程之旅，它将带您领略那些默默无闻却至关重要的工程智慧，理解那些支撑人类飞向星辰大海的钢铁骨骼与精妙构思。本书适合对航天工程、材料科学、机械设计以及未来科技发展感兴趣的读者，希望它能激发您对探索宇宙更深层次的思考与热情。