可重复使用火箭结构设计与数字化仿真

　　本书结合可重复使用火箭结构设计，应用结构设计理论和数字化仿真技术，讲解了具有自主知识产权的火箭结构形式。针对可重复使用火箭结构具体设计实例，详细描述了部分关键技术问题及解决方案。

　　杨浩亮（1987.12-）帝国理工大学博士，运载火箭总体设计师。参与长征七号、长征八号、力箭一号、力箭二号运载火箭总体设计工作。主要研究方向为液体火箭总体设计，先进结构设计与制造。王英诚（1989.06-）哈尔滨工业大学硕士，运载火箭总体设计师。参与以力箭一号为代表的多型运载火箭研制工作。主要研究方向为运载火箭总体设计，载荷环境设计。张延瑞（1982.09-）清华大学博士，运载火箭总体设计师。参与长征十一号、力箭一号运载火箭总体设计工作。主要研究方向为运载火箭结构与分离系统设计。

第1章猎鹰9号运载火箭介绍1
第2章火箭贮箱设计与强度校核8
2.1贮箱系统8
2.1.1概述8
2.1.2贮箱结构形式10
2.1.3贮箱强度设计准则12
2.1.4贮箱强度设计基础13
2.2贮箱设计与校核经典案例19
2.2.1概述19
2.2.2设计要求20
2.2.3筒段设计20
2.2.4箱底设计22
2.2.5前、后短壳设计24
2.2.6叉形环强度校核25
2.3贮箱有限元强度校核26
2.3.1设计概述26
2.3.2有限元模型介绍26
2.3.3相互作用关系定义26
2.3.4建立边界条件27
2.3.5分析步设置27
2.3.6箱筒段强度校核28
2.3.7箱底内压强度校核30
2.3.8前、后短壳强度校核31
2.3.9叉形环强度校核33
2.3.10小结34
2.4贮箱设计评述34
参考文献36
第3章火箭垂直回收着陆支腿设计38
3.1概述38
3.2着陆支腿设计准则39
3.3着陆稳定性40
3.3.1概述40
3.3.2着陆稳定性判据条件40
3.4着陆支腿缓冲器设计42
3.4.1着陆载荷计算42
3.4.2缓冲器类型43
3.4.3缓冲器的工作行程43
3.4.4着陆过载设计验证44
3.4.5缓冲器等效建模45
3.5着陆支腿设计案例47
3.5.1设计输入参数47
3.5.2着陆支腿构型47
3.5.3着陆载荷计算48
3.5.4缓冲系统工作行程设计48
3.5.5着陆过载设计验证49
3.5.6缓冲器等效参数49
3.6着陆动力学仿真50
3.6.1概述50
3.6.2有限元模型组成50
3.6.3相互作用关系定义51
3.6.4载荷边界建立52
3.6.5仿真设置52
3.6.6仿真结果53
3.6.7小结56
3.7着陆支腿设计评述56
参考文献56
第4章火箭非火工气动分离装置58
4.1研究背景58
4.2分离装置设计要求58
4.3冷气分离能源装置60
4.3.1国内外应用实例60
4.3.2设计案例62
4.3.3有限元仿真68
4.4冷气分离解锁装置72
4.4.1国内外应用实例72
4.4.2设计案例74
4.4.3有限元仿真77
4.5总结81
参考文献81
第5章火箭管路随机振动83
5.1管路系统83
5.1.1概述83
5.1.2管路布局83
5.1.3故障模式88
5.2管路随机振动分析89
5.2.1概述89
5.2.2管路振动疲劳分析及评估89
5.3管路随机振动仿真97
5.3.1概述97
5.3.2大质量法97
5.3.3有限元模型98
5.3.4分析工况100
5.3.5分析步设置100
5.3.6相互作用关系设置101
5.3.7载荷与边界设置101
5.3.8力载荷加载与作业提交102
5.3.9仿真结果103
5.3.10疲劳寿命分析106
5.3.11小结106
5.4管路设计评述106
5.4.1概述106
5.4.2典型失利案例106
5.4.3小结107
参考文献107
第6章飞行器防热系统设计与仿真109
6.1防热设计109
6.1.1概述109
6.1.2防热体系介绍111
6.1.3传热仿真基本原理114
6.1.4防热设计准则116
6.2结构热试验117
6.2.1电弧风洞117
6.2.2辐射加热法118
6.3防热设计与校核经典案例120
6.3.1概述120
6.3.2设计要求121
6.3.3材料性能121
6.3.4输入条件121
6.3.5有限元仿真121
6.3.6Fortran子程序123
6.3.7小结125
6.4防热设计评述125
参考文献125
第7章堆叠卫星低频振动分析127
7.1概述127
7.2堆叠卫星结构设计方案128
7.2.1Starlink卫星堆叠方式128
7.2.2星箭分离运动分析129
7.3卫星低频振动环境载荷分析131
7.3.1概述131
7.3.2星箭耦合分析131
7.3.3星箭耦合分析瞬态响应工程处理方法133
7.4卫星低频振动考核方法135
7.4.1概述135
7.4.2卫星低频振动试验“带谷”技术135
7.4.3正弦振动试验频谱分析方法136
7.5堆叠卫星低频振动分析案例136
7.5.1概述136
7.5.2分析难点137
7.5.3仿真建模138
7.5.4分析步设置139
7.5.5相互作用关系设置139
7.5.6载荷与边界设置140
7.5.7仿真结果140
7.6堆叠卫星设计评述144
参考文献144
第8章栅格舵展开力学特性分析146
8.1概述146
8.1.1栅格舵系统组成147
8.1.2栅格舵的气动特性148
8.1.3栅格舵工艺方法149
8.2栅格舵力学特性分析149
8.2.1栅格舵展开动力学分析149
8.2.2栅格舵根部强度分析151
8.2.3栅格舵系统的模态分析 152
8.3栅格舵展开等效试验方法153
8.3.1栅格舵等效试验原理图153
8.3.2角速度测量方法154
8.3.3橡皮绳等效加载方法154
8.4案例分析154
8.4.1仿真背景154
8.4.2模型简介155
8.4.3典型工况分析156
8.4.4分析步设置157
8.4.5相互作用关系定义157
8.4.6载荷边界条件158
8.4.7仿真结果158
8.5栅格舵设计述评159
参考文献160
第9章整流罩设计与分离仿真162
9.1概述162
9.2整流罩结构163
9.2.1半硬壳式加筋结构163
9.2.2蜂窝夹层复合结构167
9.3整流罩分离设计169
9.3.1概述169
9.3.2旋转式分离170
9.3.3平推式分离171
9.4整流罩平推分离动力学仿真175
9.4.1结构概述175
9.4.2流固耦合VTL技术介绍175
9.4.3CAE模型介绍176
9.4.4定义相互作用关系177
9.4.5载荷边界建立178
9.4.6仿真参数设置178
9.4.7仿真结果179
9.4.8小结180
9.5整流罩设计评述181
参考文献181
第10章碳纤维复合材料在火箭结构部段的应用183
10.1概述183
10.2碳纤维复合材料舱段结构与力学分析186
10.2.1典型碳纤维复合材料舱结构形式186
10.2.2典型碳纤维复合材料舱段的生产制造工艺188
10.2.3碳纤维复合材料的力学分析基础189
10.3火箭部段设计与校核经典案例194
10.3.1有限元建模194
10.3.2仿真设置196
10.3.3相互作用关系定义196
10.3.4载荷边界建立196
10.3.5仿真结果197
10.3.6小结198
10.4碳纤维复合材料应用评述199
参考文献199
后记201