液体运载火箭动力冗余技术工程设计与实践

　　本书围绕液体运载火箭动力冗余技术的工程设计进行详细论述，重点包括面向动力冗余的总体设计技术、故障诊断技术、发动机推力调节技术、推进剂交叉输送技术、控制重构技术等多项关键技术的研究成果。本书共8章。第1章绪论，主要包括概述、国外发展情况、动力冗余主要途径、主要关键技术；第2章总体设计技术，主要包括设计准则、协同关系、研制流程、设计方法、可靠性分析和验证体系；第3章故障诊断技术，主要包括概述、发展历史及应用现状、技术路线规划、某型发动机典型故障建模仿真、故障诊断算法研究、故障诊断系统硬件设备；第4章推力调节技术，主要包括发展历史及应用现状、推力调节需求及研究模型、推力调节技术应用、推力调节技术实现；第5章推进剂交叉输送技术，主要包括发展历史及应用现状、基于压力差控制方案的系统特性、基于调节阀控制方案的系统特性、交叉输送系统动力冗余控制策略、交叉输送技术实现；第6章控制重构技术，主要包括发展历史及应用现状、任务重构与弹道规划技术、容错控制技术等；第7章安全性设计技术，主要包括发展历史及应用现状、结构防护技术、POLO抑制技术；第8章试验技术，主要包括仿真试验和实物试验。

　　容易，博士，研究员，国际宇航科学院通讯院士，第三批国家“万人计划”特需领域青年拔尖人才，现任航天一院长征二号F总设计师，中国航天科技集团有限公司学术技术带头人，航天一院运载总体技术领域首席专家。获军队科技进步二等奖1项，授权专利11项，受理专利30余项，发表科技论文30余篇，享受国务院政府特殊津贴，获中国科协求是杰出青年成果转化奖，中央企业劳动模范、全国三八红旗手、全国五一劳动奖章等荣誉称号

目录
 
第1章绪论1
1.1概述1
1.1.1液体运载火箭技术发展史简介1
1.1.2液体运载火箭的主要特点2
1.1.3液体运载火箭动力系统的组成3
1.1.4液体运载火箭发动机的作用及特点4
1.1.5提升动力系统可靠性的方法5
1.1.6动力冗余技术6
1.2动力冗余技术国外发展情况6
1.2.1N1运载火箭7
1.2.2土星系列运载火箭8
1.2.3航天飞机10
1.2.4猎鹰火箭10
1.2.5小结12
1.3动力冗余技术实现过程13
1.3.1设计环节14
1.3.2验证环节15
1.3.3飞行应用环节15
1.4主要关键技术简介16
1.4.1总体设计技术16
1.4.2故障诊断技术16
1.4.3推力调节技术17
1.4.4推进剂交叉输送技术18
1.4.5控制重构技术18
1.4.6结构安全性设计技术19
1.4.7试验技术19
参考文献20
 
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第2章总体设计技术21
2.1设计准则21
2.1.1满足动力冗余特殊需求21
2.1.2保证故障状态安全隔离22
2.1.3选择状态合理平衡22
2.1.4正常故障状态合理包络22
2.2可靠性指标优化23
2.2.1传统可靠性计算方法23
2.2.2考虑冗余失效的可靠性计算方法25
2.2.3小结30
2.3冗余途径优化30
2.3.1“额定推力富余”方式31
2.3.2“发动机推力调节”方式37
2.3.3方式比较38
2.4火箭构型优化38
2.4.1芯级并联构型交叉输送效果的影响38
2.4.2级数对交叉输送效果的影响42
2.4.3小结42
2.5发动机容错布局优化43
2.5.1发动机故障情况下的控制模型43
2.5.2故障重构能力分析45
2.5.3小结49
2.6POGO抑制途径优化50
2.6.1动力冗余液体火箭POGO抑制特点50
2.6.2适应动力冗余的POGO稳定性模型研究52
2.6.3POGO主动抑制方法研究56
2.6.4小结65
参考文献67
第3章故障诊断技术69
3.1概述69
3.1.1故障诊断技术简介69
3.1.2故障诊断方法70
3.1.3小结75
3.2发动机故障诊断技术发展历史及应用现状76
3.2.1发展历程76
3.2.2红线参数法79
3.2.3异常和故障检测系统80
3.2.4试车后故障诊断系统80
3.2.5智能控制系统82
3.2.6健康监控系统82
3.2.7健康管理系统84
3.2.8先进健康管理系统85
3.3动力系统故障诊断技术路线规划86
3.3.1故障诊断对象86
3.3.2总体设计原则86
3.3.3研制流程88
3.3.4系统间逻辑职能及交互参数要求89
3.3.5故障模式分析95
3.3.6故障处理策略98
3.4某型发动机典型故障建模仿真101
3.4.1某型发动机原理101
3.4.2仿真模型建立101
3.4.3典型故障工况仿真106
3.5发动机故障诊断算法研究130
3.5.1发动机起动故障诊断131
3.5.2发动机稳态工况故障诊断132
3.6发动机故障诊断系统硬件设备137
3.6.1地面故障诊断设备137
3.6.2飞行故障诊断设备138
3.6.3故障诊断系统半实物仿真平台139
参考文献141
第4章推力调节技术143
4.1发展历史及应用现状143
4.2推力调节需求优化145
4.2.1推力调节需求145
4.2.2研究模型146
4.2.3推力调节技术应用场景148
4.2.4小结156
4.3推力调节主要方式156
4.3.1连续式推力调节157
4.3.2阶跃式推力调节158
4.3.3典型发动机推力调节方案159
4.3.4小结170
4.4推力调节设计案例170
4.4.1调节方案171
4.4.2系统仿真175
4.4.3控制系统189
4.4.4小结197
参考文献198
第5章推进剂交叉输送技术200
5.1发展历史及应用现状200
5.1.1交叉输送结构形式204
5.1.2交叉输送驱动控制方式211
5.2基于压力差控制方案的系统特性215
5.2.1额定状态系统参数设计215
5.2.2偏差工况系统调节特性229
5.2.3故障工况系统调节特性234
5.2.4小结238
5.3基于调节阀控制方案的系统特性239
5.3.1额定状态系统参数设计239
5.3.2偏差工况系统调节特性243
5.3.3故障工况系统调节特性248
5.3.4小结251
5.4交叉输送系统动力冗余控制策略251
5.4.1基于压力差的控制策略252
5.4.2基于调节阀的控制策略253
5.5交叉输送技术实现257
5.5.1交叉输送隔离阀257
5.5.2交叉管路可靠连接与分离260
5.5.3交叉增压技术265
参考文献272
第6章控制重构技术275
6.1发展历史及应用现状275
6.1.1任务重构与弹道规划技术发展现状275
6.1.2容错控制技术发展现状281
6.2任务重构与弹道规划技术286
6.2.1任务重构技术286
6.2.2弹道规划技术287
6.3容错控制技术299
6.3.1发动机故障对姿态动力学的影响300
6.3.2主动容错控制技术305
6.3.3被动容错控制技术316
参考文献327
第7章结构安全性设计技术332
7.1非爆炸故障结构适应性设计技术332
7.1.1设计方法332
7.1.2典型案例332
7.2爆炸冲击理论及仿真研究340
7.2.1爆炸冲击理论研究340
7.2.2爆炸冲击仿真研究343
7.3爆炸故障结构完整性设计技术348
7.3.1研究现状348
7.3.2防护结构设计典型案例351
参考文献358
第8章试验技术364
8.1仿真试验364
8.1.1概述364
8.1.2数学仿真367
8.1.3半实物仿真376
8.2实物试验383
8.2.1液体运载火箭发动机试验383
8.2.2交叉增压输送试验387
8.2.3POGO抑制试验392
8.2.4动力系统试车396
8.2.5飞行搭载试验400
参考文献406
附录408
附录A国内外火箭飞行故障情况统计（不完全统计）408
附录B国内外动力系统试车情况（不完全统计）438