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| 內容簡介： |
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本书系统论述了航天器回收着陆技术，其中凝炼了作者多年来在神舟号飞船回收着陆系统、探月工程三期回收系统研制过程中的工程实践经验以及所取得的一些创新性成果。本书在飞行器设计和航天器回收着陆技术领域具有较高的学术价值，并具有很强的工程实用性。全书共11章，内容包括概论、航天器回收着陆系统设计、降落伞气动减速装置技术、火工装置技术、着陆缓冲装置技术、开伞控制技术、物伞系统动力学、舱盖弹射分离动力学、降落伞拉直过程动力学、可控翼伞系统动力学、航天器回收着陆系统可靠性评估方法。
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| 目錄：
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第1章概论1
1-1航天器回收着陆技术概述1
1-2航天器的进入、下降与着陆过程7
1-2-1制动段7
1-2-2进入轨道过渡段11
1-2-3进入段13
1-2-4下降段15
1-2-5着陆段17
1-3航天器进入方式17
1-3-1弹道式进入方式17
1-3-2半弹道式进入方式18
1-3-3升力式进入方式20
1-4航天器回收着陆技术的发展20
1-4-1国外航天器回收着陆技术的发展21
1-4-2国内航天器回收着陆技术的发展26
1-5航天器回收着陆技术的扩展应用29
参考文献32
第2章航天器回收着陆系统设计33
2-1航天器回收着陆系统的特点33
2-2航天器回收着陆系统的组成37
2-2-1降落伞气动减速装置37
2-2-2着陆缓冲装置38
2-2-3执行机构40
2-2-4控制装置40
2-2-5结构装置40
2-2-6标位装置41
2-2-7漂浮装置42
2-2-8扶正装置42
2-3航天器典型回收着陆工作过程44
2-4航天器回收着陆系统方案设计51
2-4-1系统设计需求分析51
2-4-2降落伞减速方案设计55
2-4-3着陆缓冲方案设计64
2-4-4开伞方案设计71
2-4-5降落伞连接与分离方案设计77
2-4-6控制方案设计80
参考文献84
第3章降落伞气动减速装置技术86
3-1降落伞的组成及主要设计参数86
3-1-1降落伞的组成86
3-1-2降落伞的主要设计参数88
3-2常用降落伞的伞型及结构91
3-2-1平面圆形伞100
3-2-2截锥形伞101
3-2-3锥形带条伞101
3-2-4环缝伞103
3-2-5无肋导向面伞105
3-2-6环帆伞106
3-2-7盘缝带伞107
3-2-8方形伞108
3-2-9十字形伞110
3-2-10滑翔式可控翼伞110
3-3常用降落伞伞包设计112
3-3-1分类112
3-3-2典型伞包结构设计113
3-4降落伞的开伞过程117
3-4-1开伞过程概述117
3-4-2降落伞开伞过程的设计122
3-5降落伞充气性能分析125
3-5-1充气时间125
3-5-2充气距离130
3-5-3伞衣阻力面积变化134
3-5-4开伞动载137
3-6降落伞收口控制技术146
3-6-1伞衣底边收口控制方法146
3-6-2收口控制装置147
3-6-3降落伞收口控制参数155
3-6-4多级收口162
参考文献165
第4章火工装置技术166
4-1火工装置的功能166
4-1-1点火起爆167
4-1-2传爆168
4-1-3延期169
4-1-4连接169
4-1-5解锁169
4-1-6分离170
4-1-7作动171
4-1-8切割171
4-1-9阀门开闭171
4-1-10燃气输出171
4-2火工装置的分类172
4-3火工装置的设计要求173
4-3-1高可靠性173
4-3-2高安全性177
4-3-3相容性和防老化设计178
4-3-4标准化、系列化设计178
4-3-5无碎片和无污染178
4-4火工装置设计179
4-4-1设计的基本约束条件179
4-4-2活塞结构火工装置工作原理179
4-4-3性能设计181
4-4-4可靠性设计188
4-4-5安全性设计190
4-4-6环境适应性193
4-5航天器回收着陆系统中的典型火工装置及其应用194
4-5-1解锁类火工装置194
4-5-2弹射类火工装置202
4-5-3切割类火工装置205
参考文献208
第5章着陆缓冲装置技术209
5-1着陆反推发动机缓冲技术210
5-1-1着陆反推发动机技术参数的设计211
5-1-2着陆反推发动机216
5-1-3点火控制216
5-2气囊缓冲技术222
5-2-1气囊的技术特点及类型222
5-2-2缓冲气囊高度的设计227
5-2-3气囊排气设计227
5-3机械式缓冲技术228
5-3-1机械式缓冲装置的技术特点及类型228
5-3-2机械式缓冲装置布局构型设计229
5-3-3缓冲器类型选择232
5-3-4收放机构238
参考文献240
第6章开伞控制技术241
6-1航天器进入轨道运动方程241
6-1-1坐标系的定义242
6-1-2质心的空间运动方程243
6-1-3质心的平面运动方程249
6-2开伞时机的设计251
6-3航天器常用开伞控制方法254
6-3-1纯时间控制方法256
6-3-2过载时间控制方法259
6-3-3压力高度控制方法262
6-3-4自适应过载控制方法272
参考文献276
第7章物伞系统动力学277
7-1一般刚体动力学模型278
7-1-1刚体的动力学方程278
7-1-2刚体的运动学方程280
7-2物伞系统动力学模型281
7-2-1系统坐标系定义281
7-2-2进入器动力学模型282
7-2-3降落伞动力学模型286
7-2-4系统的约束模型293
7-3单舱下降工作阶段分析模型295
7-4降落伞拉直阶段分析模型295
7-4-1模型简化假设296
7-4-2伞包动力学方程297
7-4-3伞绳约束力分析297
7-4-4初始条件和终止条件298
7-5降落伞充气阶段分析模型298
7-5-1简化假设299
7-5-2阻力面积随时间的变化299
7-5-3收口伞衣的充满时间300
7-5-4质量和转动惯量301
7-5-5附加质量及其变化率303
7-5-6充气阶段降落伞的动力学方程305
7-5-7初始条件和终止条件305
7-6全张满阶段分析模型306
7-6-1质量和转动惯量307
7-6-2全张满阶段动力学方程307
7-7风修正方法308
7-7-1风修正方法概述308
7-7-2风修正计算方法310
参考文献314
第8章舱盖弹射分离动力学315
8-1底盖分离动力学316
8-1-1进入器尾流特点及分离试验技术316
8-1-2分离动力学理论分析方法320
8-1-3分离动力学数值分析方法325
8-2弹伞分离动力学328
8-2-1动力学模型329
8-2-2方程的分析解333
8-3伞舱盖分离流固耦合分析方法339
8-3-1进入器动力学方程340
8-3-2流体数学模型及计算方法341
8-3-3重叠网格算法344
8-3-4CFD数值计算与运动方程的耦合345
参考文献346
第9章降落伞拉直过程动力学347
9-1降落伞开伞方式及其拉直特点348
9-1-1弹伞筒弹射开伞348
9-1-2弹伞器弹射开伞349
9-1-3弹伞舱盖牵引开伞349
9-1-4引导伞牵引开伞349
9-2降落伞直线拉出模型350
9-3伞绳和伞衣的质量阻尼弹簧模型352
9-3-1坐标系定义352
9-3-2质量阻尼弹簧模型的动力学方程353
9-4弹伞舱盖拉伞包过程动力学356
9-4-1坐标系定义358
9-4-2伞舱盖动力学模型359
9-4-3伞包动力学模型361
9-4-4伞包连接带动力学模型362
9-4-5约束模型362
9-5大型降落伞拉直过程系统动力学模型363
9-5-1大型降落伞拉直过程阶段划分364
9-5-2主伞拉直过程各阶段的动力学模型366
参考文献379
第10章可控翼伞系统动力学380
10-1翼伞概述381
10-1-1典型结构381
10-1-2翼伞的主要术语及其定义383
10-1-3翼伞的气动力特性386
10-1-4翼伞的减速和雀降性能387
10-1-5翼伞开伞控制方法389
10-1-6翼伞的折叠包装390
10-1-7翼伞的工作过程391
10-2翼伞系统的动力学模型393
10-2-1翼伞的几何参数393
10-2-2翼伞的附加质量394
10-2-3翼伞系统六自由度运动方程397
10-3翼伞的归航轨迹设计407
10-3-1轨迹设计中的质点模型407
10-3-2翼伞系统的分段归航设计410
参考文献419
第11章航天器回收着陆系统可靠性评估方法420
11-1基础知识420
11-1-1系统可靠性模型421
11-1-2几种单元产品可靠性评估方法428
11-1-3可靠性信息折合方法434
11-2回收着陆系统可靠性建模436
11-2-1特点分析436
11-2-2系统可靠性建模439
11-3回收着陆系统组成单元可靠性评估444
11-3-1降落伞产品的可靠性评估444
11-3-2火工装置的可靠性评估452
11-3-3其他产品的可靠性评估453
11-4回收着陆系统可靠性综合评估454
11-4-1系统可靠性综合LM法454
11-4-2系统可靠性综合MML法455
11-4-3系统可靠性综合CMSR法456
参考文献458
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前 言航天器回收着陆技术是指利用气动减速装置或着陆缓冲装置, 通过特定的控制手段,使需要返回或着陆的航天器或有效载荷稳定 其姿态、降低其运动速度,直至按预定的程序和目的安全着陆或收 回的技术.其主要任务是确保航天飞行器 包括火箭、导弹、卫星、 飞船及深空探测器等的全部或局部减速到规定的速度,并安全着 陆于地球或其他星球表面. 航天器回收着陆技术是进入式航天器的关键技术,也是空间技 术重要的发展方向.航天器回收着陆技术是一门综合性多学科交叉 技术,涉及的相关专业较多,包括总体设计、结构机构设计、气动 力减速技术、着陆缓冲装置技术、火工装置技术、控制及供配电技 术等,同时航天器回收着陆系统所采用的减速装置和着陆缓冲装置 通常为降落伞和缓冲气囊等柔性体结构,其工作过程中涉及多物理 场耦合动力学、高速大位移大变形高度非线性动力学、复杂约束 条件下多学科优化等,其问题复杂,理论分析和数值仿真的难度大. 目前,在我国的高校中没有专门的专业课程,而且到目前为止也没 有一本全面系统地介绍航天器回收着陆技术的参考书,因此,初涉 该领域的一些工程技术人员或者理论分析和研究人员通常需要很长 的一段时期之后才能进入状态,作者和很多从事航天器回收着陆技 术的工程技术人员和研究人员对此深有感触和体会.我国作为世界 上第三个独立完成卫星和飞船回收着陆的国家,特别是随着我国载 人航天和深空探测的快速发展,航天器回收着陆技术在近二十年来 得到了巨大的发展,同时也对航天器回收着陆技术提出了更多、更 前 言
?６ ? 新和更高的要求.作者根据多年来的工作经历、教训、经验和体会, 特别是刚入该领域时在工作过程中所碰到的困难和疑惑等,一直希 望有一本全面阐述航天器回收着陆技术的著作,供从事航天器回收 着陆技术的工程技术人员和研究人员参考,使其能够尽快掌握航天 器回收着陆技术的相关原理、理论和方法. 本书是一部系统论述航天器回收着陆技术的学术专著,凝炼了 作者多年来在神舟号飞船回收着陆系统、探月工程三期回收系统研 制过程中的工程实践经验以及所取得的一些创新性成果.全书共分 １１章.第１章概论,第２章航天器回收着陆系统设计,第３章降落 伞气动减速装置技术,第４章火工装置技术,第５章着陆缓冲装置 技术,第６章开伞控制技术,第７章物伞系统动力学,第８章舱盖 弹射分离动力学,第９章降落伞拉直过程动力学,第１０章可控翼伞 系统动力学,第１１章航天器回收着陆系统可靠性评估方法.本书 以进入式航天器回收着陆系统有关技术问题为主,全面论述了 其 技术原理、工程设计和技术应用等.全书 力 求 内 容 系 统、完 整 和 新颖,注重原理与设计的结合、理论与应 用 的 结 合,以 增 强 工 程 实用性,同时又具有一定的理论基础,使一般读者能 够 了 解 航 天 器回收着陆系统的工作原理、组成和基本内容,使工 程 设 计 人 员 能够尽快掌握航天器回收着陆系统的设计内容、原 理 和 方 法,使 理论分析和研究人员能够尽快掌握航天器回收着陆系统性能分析 的基本理论和方法. 本书的出版获得了中国航天科技集团有限公司航天科技图书出 版基金的资助.在本书撰写过程中,得到了北京空间机电研究所领 导的关心和鼎力支持,以及陈国良研究员、李惠康研究员、林斌研 究员、刘世毅研究员、郭奎博士、蒋万松博士、包进进高级工程师 的大力帮助,同时,得到了国防科技大学秦子增教授和程文科副教 授的指导和帮助.此外,北京空间机电研究所科技委秘书长陈晓丽 航天器回收着陆技术
?７ ? 和王盟女士亦给予了大力协助.在此,作者一并表示诚挚的谢意. 由于作者水平有限,书中难免存在一些疏漏和不足之处,恳请 读者批评指正. 作 者 ２０１９年９月
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