飛行器結構設計

前言

先進的結構設計不僅可以保證甚至還能提高飛行器的總體性能，而且可以縮短飛行器的研制周期，節(jié)約飛行器的全壽命周期的費用。因此，結構設計是各類飛行器設計的主要內容之一。設計先進的飛行器結構要求設計人員必須掌握飛行器結構設計的基本理論與方法，對各種現(xiàn)代飛行器結構有較全面的了解，能夠充分利用各種先進的結構設計技術手段，綜合分析和解決設計中的各種矛盾，統(tǒng)籌考慮各種約束條件，創(chuàng)造出最合理的飛行器結構。為了適應培養(yǎng)飛行器結構設計人才的需求，闡述飛行器結構設計的基本理論和現(xiàn)代方法，介紹現(xiàn)代飛行器的典型結構，并且為相關工程技術人員提供參考，我們編寫了本書。本書對飛行器結構設計的基本要求、設計原理、傳力分析等基礎性內容的闡述力求系統(tǒng)、準確、概念清晰；對具體原始設計依據(jù)、設計要求、設計內容與方法的介紹力求體現(xiàn)先進性、綜合性和實用性，并注重與實際工程設計相結合。本書主要介紹飛機、火箭、導彈、人造地球衛(wèi)星和載人飛船結構及其設計的共性內容，并且以導彈、火箭和人造地球衛(wèi)星的結構設計為闡述重點。本書是高等學校飛行器設計學科本科生和研究生教學用的專業(yè)教材。全書共分為13章。第1～3章介紹了飛行器結構設計的基本概念與功能、結構的組成與分類、闡述結構設計的原始條件、外載荷及基本設計要求，并且重點說明了導彈、火箭的結構總體設計和航天器的方案設計問題。第4～8章闡述飛行器的主要組成部分的結構與機構的設計原理、方法與典型構造。第1～8章供本科生教學用。第9～13章介紹復合材料結構設計、結構動態(tài)設計、結構可靠性設計、結構優(yōu)化設計及飛行器結構數(shù)字化設計的基本原理和方法，供研究生學習用。本書第1，3，4，5，8章由余旭東編寫，第2，6，7，9，10章由徐超編寫，第11～13章由鄭曉亞編寫。

內容概要

　　《飛行器結構設計》分三大部分。第一部分從設計全局出發(fā)，介紹飛行器結構設計的基本概念，結構的組成與分類、結構設計技術要求和載荷分析等內容。第二部分介紹飛行器結構各主要組成部分的傳力分析、結構與機構設計及典型結構。第三部分介紹飛行器的結構動態(tài)設計、復合材料結構設計、結構的優(yōu)化設計與可靠性設計、結構數(shù)字化設計?！　　讹w行器結構設計》可作為高等學校飛行器設計學科本科生和研究生的教材，也可作為從事飛行器總體、結構設計與研究的工程技術人員參考。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 飛行器結構設計的基本概念1.1.1 飛行器結構的含義1.1.2 飛行器結構系統(tǒng)的功能1.1.3 飛行器結構設計1.2 飛行器結構的組成與分類1.2.1 飛機結構系統(tǒng)的主要組成1.2.2 導彈、火箭結構系統(tǒng)的主要組成1.2.3 航天器結構系統(tǒng)的主要組成1.2.4 飛行器結構形式的分類1.3 飛行器結構系統(tǒng)的研制過程1.3.1 火箭、導彈結構系統(tǒng)的研制過程1.3.2 航天器結構的研制過程1.4 飛行器結構設計的技術要求1.4.1 火箭、導彈結構設計要求1.4.2 航天器結構設計的技術要求1.5 飛行器結構設計的思想與方法概述1.5.1 設計類型與設計方法概述1.5.2 傳統(tǒng)的結構設計方法1.5.3 現(xiàn)代設計方法與并行設計簡介思考題第2章 飛行器的載荷分析2.1 作用在飛行器上的載荷2.2 過載系數(shù)2.2.1 過載系數(shù)的概念2.2.2 飛行器有旋轉運動時的過載2.2.3 典型飛行情況的過載計算2.3 導彈(火箭)載荷分析2.3.1 導彈(火箭)的設計情況2.3.2 靜載荷計算的一般方法2.3.3 彈(箭)體內力的確定2.3.4 導彈(火箭)的動載荷2.4 航天器載荷分析2.4.1 衛(wèi)星的載荷源2.4.2 結構靜載荷分析2.4.3 結構動載荷分析2.5 飛行器載荷的綜合設計2.6 使用載荷和設計載荷、安全系數(shù)2.6.1 使用載荷和設計載荷2.6.2 安全系數(shù)2.7 強度分析基本概念2.7.1 強度和強度分析2.7.2 強度分析的步驟2.7.3 強度分析的方法2.7.4 剩余強度系數(shù)2.7.5 強度試驗思考題第3章 飛行器結構總體與方案設計3.1 導彈、火箭結構總體設計3.1.1 概述3.1.2 結構總體方案選擇與設計3.1.3 結構總體協(xié)調與設計3.2 航天器結構的方案設計3.2.1 結構方案設計的步驟3.2.2 航天器構型設計3.2.3 結構形式、材料和連接方式的選擇3.2.4 結構的初步設計和分析3.2.5 結構設計方案的比較和確定3.3 飛行器結構材料及其選用原則3.3.1 飛行器結構材料的分類與現(xiàn)狀3.3.2 飛行器材料的選用原則3.3.3 飛行器結構設計中常用的材料思考題第4章 翼面的結構與設計4.1 概述4.2 翼面結構形式4.2.1 蒙皮骨架式翼面4.2.2 整體結構翼面4.2.3 夾層結構翼面4.3 典型翼面結構的傳力分析4.3.1 傳力的基本概念4.3.2 典型構件的受力特性4.3.3 傳力分析的原理和方法4.3.4 單梁式翼面的傳力分析4.3.5 輻射式加筋整體結構彈翼傳力分析4.3.6 夾層結構翼面?zhèn)髁Ψ治?.4 鉚接翼面的結構設計4.4.1 翼面結構設計的原始依據(jù)與設計步驟4.4.2 翼面結構方案的選擇4.4.3 結構元件的布置4.4.4 受力元件剖面形狀的選擇4.4.5 結構的工藝性4.5 小展弦比整體結構翼面設計特點4.5.1 方案選擇的特點4.5.2 結構元件布置與屏格尺寸4.6 空氣動力加熱對翼面結構的影響4.6.1 氣動加熱對翼面結構的影響4.6.2 翼面空氣動力加熱的一般防護措施4.7 翼身連接的結構4.7.1 耳片式接頭4.7.2 多榫式接頭4.7.3 軸式接頭4.7.4 插入式接頭4.7.5 盤式接頭4.7.6 燕尾槽式接頭4.8 操縱面的構造與設計4.8.1 操縱面的功用與要求4.8.2 操縱面的結構形式4.8.3 操縱面轉軸的安排形式4.8.4 操縱面與艙段或翼面的連接4.9 折疊翼面4.9.1 概述4.9.2 縱向折疊翼面與機構4.9.3 橫向折疊翼面與機構4.9.4 扭力元件的計算4.9.5 設計中的特殊問題4.10 柵格翼4.10.1 概述4.10.2 柵格翼元(柵格壁)的剖面形狀4.10.3 柵格翼的某些特點4.10.4 柵格翼的幾何參數(shù)4.10.5 柵格翼與飛行器殼體的連接方案思考題第5章 彈(箭)身的結構與設計5.1 概述5.1.1 彈(箭)身的功用和設計要求5.1.2 彈(箭)身的受載特點5.2 彈(箭)身的結構形式及承力元件5.2.1 彈(箭)身的結構形式5.2.2 彈(箭)身主要承力元件及其功用5.3 彈(箭)身的傳力分析5.3.1 橫向集中載荷的傳遞5.3.2 縱向或軸向集中載荷的傳遞5.4 彈(箭)身結構設計5.4.1 彈(箭)身結構布局設計5.4.2 彈(箭)身主要受力構件的布置5.4.3 相鄰艙段的受力協(xié)調問題5.4.4 彈(箭)身的開口問題5.5 彈(箭)身艙段間的連接5.5.1 套接5.5.2 盤式連接……第6章 儲箱的結構設計第7章 航天器結構設計第8章 飛行器機構及其設計第9章 復合材料結構設計第10章 飛行器結構動態(tài)設計第11章 飛行器可靠性設計第12章 飛行器結構優(yōu)化設計第13章 飛行器結構數(shù)字化設計參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：3）提高設計的工藝性水平。這樣可以縮短生產(chǎn)周期、減少工藝裝備。4）盡量保證結構的繼承性并且提高標準化程度。5）采用可靠性和可維修性設計，因為它們影響使用和保障費用。6）應在設計的各主要階段都進行成本分析，使經(jīng)濟性設計貫穿研制的全周期。7.環(huán)境適應性等特殊要求環(huán)境適應性等特殊要求主要反映在環(huán)境適應性設計中，這些要求依設計任務而定，不一定在每項設計中都要滿足。其主要內容有：（1）防熱要求飛行器結構承受氣動加熱、發(fā)動機工作與排氣羽流加熱、級問熱分離加熱等熱載荷時，必須在結構設計中進行防熱、絕熱設計。為了滿足防熱要求，可以采取的技術措施主要有隔熱法和燒蝕法兩種。在隔熱法中，結構的基本材料可以采用鈦合金或復合材料。而在燒蝕法中可以采用涂層、酚醛玻璃鋼等材料。對低溫貯箱絕熱的措施可以考慮采用泡沫復合材料結構或真空、夾層結構等。防熱、絕熱設計的基本步驟是在熱（溫度場）計算的基礎上，選擇防熱材料、涂層與相應結構，進行熱應力與熱變形分析，完成熱強度計算，最后進行相應的試驗以檢驗設計。（2）減振、隔振要求主要是為了保證飛行器內重要設備的動力學環(huán)境。此類要求的內容主要依靠控制系統(tǒng)設計提出具體參數(shù)指標。此類問題依賴于結構動態(tài)響應分析，主要是被動隔振問題，可以采取的主要技術措施有：1）采用減振器或減振墊，并合理布置儀器設備的位置，在條件許可的情況下，可以改變設備支架或所在艙段的結構剛度。2）采用阻尼減振措施。例如，使用黏性阻尼墊；采用黏性阻尼結構，主要是自由阻尼結構或約束阻尼結構；還可以考慮涂敷高阻尼材料的措施。（3）密封要求飛行器結構的密封可以分類如下：按密封性質分，有水密封與氣密封；按密封方法分，有活動密封與固定密封；按密封的形式分，有端壓密封和側壓密封；按密封的部位分，有艙段密封、開口密封、連接件密封等。根據(jù)密封的技術指標和結構特點，采用不同的密封結構。其基本的技術措施是：1）采用機械辦法，通過密封結構，使密封件（例如密封圈）在密封處達到一定的壓縮量，以阻止氣體或水的泄漏。2）在被密封界面填充密封填料。3）涂敷可固化物質形成密封膜。例如涂密封膠、刮膩子、涂漆。

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《飛行器結構設計》為國防特色教材·航空宇航科學與技術系列。

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