航天技术概论

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出版者:宇航出版社发行部
作者:褚桂柏 编
出品人:
页数:425
译者:
出版时间:2002-1
价格:68.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787801444783
丛书系列:
图书标签:
  • 航天
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具体描述

《航天技术概论》为红星旅夏令营系列读物中一本,本套丛书内容丰富,知识面广,语言流畅,通俗易懂,具有很强的可读性,并紧扣上述活动内容,综合体现了我们夏令营活动的主题。

穹顶之下的探索:现代航空与航天工程基础 本书并非关于“航天技术概论”的综述,而是深入探讨支撑人类翱翔天际与探索深空的现代航空与航天工程的基石理论、关键技术及其工程实践的专业读物。 本书旨在为工程技术人员、高等院校学生以及对航空航天领域有浓厚兴趣的专业人士提供一个全面、系统且深入的知识框架。我们聚焦于理解和掌握驱动现代飞行器和航天器的核心科学原理和工程方法,强调理论与实践的紧密结合。 --- 第一部分:空气动力学与飞行器设计基础 本部分聚焦于大气层内的飞行科学,这是所有航空器设计的物理基础。 第一章:流体力学与高速气动物理 本章详细阐述了连续介质假设下的流体力学基本方程,包括纳维-斯托克斯方程、欧拉方程及其在可压缩流中的应用。重点讨论了边界层理论、粘性流动效应以及湍流模型的建立与应用。特别关注了跨声速流动中的激波现象、薄翼型理论(如卡门-棕耳理论)以及大迎角(High-AoA)下的失速机理与控制。此外,还涵盖了空气动力热效应,分析了高超声速飞行中气动加热的物理过程和工程应对策略。 第二章:空气动力学性能分析与布局设计 本章从工程角度剖析了飞行器气动布局的选择与优化。深入研究了升力、阻力、力矩的精确计算方法,包括格林函数法、边界元法(BEM)以及计算流体力学(CFD)在气动分析中的应用流程和网格生成技术。探讨了不同飞行包线(亚音速、跨声速、超音速、高超声速)对翼型和机身外形的要求,例如对激波抑制、等熵膨胀和气动中心移动的控制。内容涉及翼身融合技术、涡流控制翼面设计,以及气动弹性对飞行品质的影响分析。 第三章:飞行器稳定性与控制系统 本章系统介绍了刚体动力学在飞行器运动中的应用。建立了考虑大气扰动的六自由度(6-DOF)运动方程。详细分析了静稳定性和动稳定性判据,区分了短周期模态、俯仰模态、侧滑模态和滚转模态,并讨论了如何通过尾翼、安定面设计来优化这些模态特性。在控制方面,本章深入探讨了自动驾驶仪(Autopilot)的基本结构、PID控制器设计、状态反馈控制(LQR/LQG)的原理,以及现代飞行控制系统(Fly-by-Wire, FBW)中的故障诊断与容错技术。 --- 第二部分:推进系统与能源转化 本部分深入探究驱动飞行器和运载火箭产生推力的核心技术。 第四章:热力循环与航空发动机原理 本章聚焦于空气呼吸式发动机的理论基础。详细阐述了布雷顿循环的改进与应用,包括涡扇、涡喷、涡桨发动机的结构组成、工作原理及其性能评估参数(如涵道比、总温、总压比)。重点分析了压气机叶栅的气动设计、燃烧室的稳定燃烧技术、高效率涡轮叶片的冷却策略,以及先进发动机(如组合循环发动机)的理论模型。 第五章:火箭推进系统与轨道力学 本部分转向了航天器的核心技术——化学推进。分析了热力学与化学平衡在火箭发动机推力室设计中的作用。深入研究了推进剂(固体、液体、混合)的性能指标、燃烧室压力对性能的影响,以及喷管膨胀过程的优化设计(如最优膨胀比、气冷与再生冷却技术)。此外,本章引入了牛顿-欧拉轨道力学基础,包括轨道根数的定义、霍曼转移、引力助推原理以及多体问题的摄动分析。 第六章:先进推进技术与能源管理 本章探讨了超越传统化学推进的前沿技术。详细介绍了电推进系统的基本原理,包括霍尔推力器、离子推力器的工作机制、比冲与推力密度的权衡,以及大功率电源系统(如太阳能阵列、射频电源)的需求。对于深空任务,本章还涉及核热推进和核电推进的初步概念及其安全与效率考量。在能源管理方面,分析了飞行器在不同任务阶段(发射、巡航、变轨)的能量平衡需求。 --- 第三部分:结构、材料与载荷分析 本部分关注飞行器和航天器赖以生存的结构完整性与可靠性。 第七章:先进结构设计与强度校核 本章侧重于空气动力载荷、热载荷和惯性载荷下的结构响应分析。详细讨论了薄壳理论、梁板理论在机身、机翼和火箭壳体设计中的应用。重点分析了复合材料(如碳纤维增强环氧树脂)的各向异性力学行为、铺层设计原则、以及层间剪切失效的预防。内容包括疲劳载荷谱的建立、断裂力学的应用(如损伤容限设计)以及结构静力学与模态分析的有限元方法(FEM)。 第八章:热防护系统与空间环境效应 针对高超声速飞行和再入大气层,本章深入研究了热防护系统的设计。分析了气动加热的物理机制、边界层转捩对热流的影响。详细介绍了材料隔热(如烧蚀材料、隔热瓦)和主动冷却(如薄膜冷却、再生冷却)的工程实现。对于空间环境,本章探讨了真空对材料性能的影响、微流星体和空间碎片(MMOD)的撞击防护策略(如惠普尔屏蔽)以及辐射环境对电子器件的损伤效应。 --- 第四部分:任务实施与系统工程 本部分将前述的工程知识整合到实际任务的规划与执行中。 第九章:运载火箭系统集成与发射操作 本章着眼于多级火箭系统的集成挑战。分析了级间分离机构的动态响应、姿态控制系统的发射阶段(升空)策略、以及地面支持设备(GSE)的关键功能。重点讨论了发射窗口的确定、轨道投送精度的控制方法,以及火箭整体安全冗余设计在保障发射成功率中的作用。 第十章:航天器姿态动力学与轨道控制 本章深入研究了卫星和深空探测器的姿态动力学。分析了陀螺仪、反作用轮、磁力矩器等主动和被动姿态执行机构的工作原理及其对系统稳定性的贡献。讨论了精确轨道机动(如轨道维持、行星际转移)的控制算法,包括星敏感器、太阳敏感器和惯性测量单元(IMU)的数据融合技术在姿态确定与控制(ADCS)中的应用。 结论:面向未来的工程挑战 本书最后展望了航空航天领域当前面临的重大技术瓶颈,包括超高音速巡航的稳定性与热管理、全电推进系统的功率密度提升、以及载人深空探测任务的生命保障系统集成。本书提供的理论和方法论,是应对这些未来挑战的坚实基础。

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读后感

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用户评价

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我一直对太空探索充满了好奇,但总觉得那是一个遥不可及的领域。这本书的出现,极大地满足了我的求知欲。它不仅仅是关于火箭和卫星的知识,更让我看到了人类探索未知、挑战极限的精神。在阅读关于载人航天和深空探测的部分时,我常常会陷入沉思,想象着宇航员在遥远的星球上留下脚印的情景。这本书让我感受到了科技的力量,以及人类对宇宙的无限向往。

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这本书的排版和插图设计也给我留下了深刻的印象。许多复杂的概念,如果仅凭文字描述,可能会让人望而生畏,但书中精美的示意图和高清的航天器照片,极大地帮助了我理解。例如,在讲解火箭的结构时,一张详细的剖面图能让我一目了然地看出各个部分的功用;在描述卫星的运行轨迹时,动态的轨道示意图比任何文字描述都来得直观。这些视觉元素的设计,无疑是提升阅读体验、加深理解度的重要因素。

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从这本书中,我学到了许多关于航天器设计和制造的细节。比如,它详细介绍了不同材料在航天器制造中的应用,以及为什么需要考虑材料的耐高温、耐辐射等特性。在讲解航天器电力系统时,也详细解释了太阳能电池板和放射性同位素热电机等不同能源的优缺点。这些专业性的内容,对于我了解航天器是如何在极端环境下工作的,提供了非常重要的信息。

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翻阅此书,我最大的感受是其内容的广度和深度都达到了一个令人赞叹的水平。它并没有局限于某个单一的航天领域,而是将整个航天技术的发展脉络、关键技术以及未来的发展趋势都做了全面而细致的梳理。从火箭发动机的工作原理,到卫星通信的复杂系统,再到载人航天的挑战与成就,以及深空探测的宏伟蓝图,本书几乎涵盖了所有与航天相关的重要议题。更重要的是,它在介绍这些内容时,能够做到既有宏观的视角,又有微观的细节,让我能够在一个更广阔的视野下理解航天技术的意义和价值。

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这本书最让我惊喜的地方在于,它并没有回避航天技术发展中遇到的困难和挑战。作者在介绍各项技术的同时,也坦诚地谈到了其中的技术瓶颈、成本问题,甚至是失败的案例。这种客观和审慎的态度,让我觉得这本书更加真实可信,而不是一味地歌颂航天事业的辉煌。通过了解这些挑战,我反而更能体会到航天工作者的不易,以及他们为了克服困难所付出的巨大努力。

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这本书我断断续续看了有段时间了,刚拿到手的时候,以为会是一本硬邦邦的教科书,充斥着各种公式和专业术语,看的时候甚至做好了睡着的准备。但出乎意料的是,它在讲解深奥的航天原理时,运用了大量的类比和生动的例子,让我这种对物理学不太感冒的人也能勉强跟上。比如,它在解释轨道力学的时候,没有直接甩出开普勒定律,而是从抛石子的原理讲起,一点点引导我们理解引力是如何让物体保持在轨道上的。这一点我非常欣赏,因为这让我觉得,原来航天知识并没有我想象的那么遥不可及。

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我必须承认,当我开始阅读本书时,我对于航天领域的理解仅限于一些新闻报道和科普纪录片中的碎片化信息。但通过这本书,我系统地建立起了一个相对完整的知识框架。它就像一位循循善诱的老师,从最基础的物理定律开始,逐步引入到更复杂的技术细节。例如,它详细解释了为什么我们需要多级火箭,为什么卫星需要特定的轨道,以及如何在太空中进行通信。这些原本在我看来如同天书般的内容,通过作者的耐心讲解,变得易于理解和接受。

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总的来说,这本书给我带来的不仅仅是知识的增长,更是一种视野的开阔。它让我从一个局外人的角度,窥见了浩瀚宇宙和人类在其中不懈探索的壮丽画卷。我会在之后的日子里,更加关注航天领域的最新动态,也会尝试去理解那些更加深入的专业文献。这本书,无疑是我开启这段旅程的绝佳起点。

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在阅读这本书的过程中,我特别被书中对航天历史事件的叙述所吸引。作者并没有简单地罗列时间线,而是深入挖掘了那些推动航天事业发展的关键时刻和人物故事。每一次重大的航天里程碑,比如苏联的第一颗人造卫星发射、阿波罗登月计划的成功,甚至是一些不太为人熟知的早期探索,都被赋予了鲜活的生命。我仿佛看到了那些在实验室里通宵达旦的科学家,看到了在发射场上紧张忙碌的工程师,看到了那些为了梦想而奋不顾身的航天员。这些故事不仅仅是枯燥的知识点,更是激励人心的传奇。

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这本书在解释一些前沿的航天科技时,运用了非常易懂的比喻,这点让我非常喜欢。例如,在讲解推进器的工作原理时,作者把它比作吹气球,气球往外喷气,自身就会向前飞。这个简单的比喻,一下子就让我明白了动量守恒的原理在航天器中的应用。还有在解释惯性导航系统时,也用到了类似的方法,让我这个工科背景不强的人,也能大概理解其工作机制。

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