载人航天是当今世界受关注、具社会影响力的高科技领域之一。
《载人航天技术(套装上下册)》介绍了载人航天的意义、发展历程和发展方向,以及宇宙环境与天体运行的基本知识和原理;较系统地阐述了载人航天器的结构与功能,以及与航天员、航天器发射/测控/回收、空间应用等相关的载人航天技术的基本知识、发展动态和发展趋势。
为了让国内航天领域有关人士,小卫星相关单位、相关人士更加重视小卫星综合应用,充分了解学界的有关观点,扩展思路,引起讨论和争鸣,本书搜集和整理了有关论文中的精粹,集结成册,使之能够发挥更高的参考价值。
本书通过对现今小卫星领域、尤其是立方星和微纳卫星发展情况的描述,使人们了解小卫星正在如何深刻改变着航天工业和商业领域。
本书重点介绍作者的科研团队近二十年来在航空宇航推进系统燃烧过程数值模拟方面的研究成果和科研实践,涉及湍流燃烧数值模拟若干关键技术的实现和验证,具体包括气态碳氢燃料燃烧过程的数学描述、湍流燃烧相互作用的建模、基于非结构网格的高阶离散自适应求解技术等;同时,从涡轮发动机燃烧过程、超燃冲压发动机燃烧过程和燃料射流过程等三个方面介绍数值模拟技术的典型应用实践。
本书全面系统地介绍了飞行器制造的工艺, 内容包括飞行器制造装备设计、钣金件成形与结构件连接工艺、复合材料零件制造工艺、典型飞行器制造工艺的制造技术。本书内容丰富, 不仅介绍了飞行器的的制造工艺, 还涵盖了整体制造装备的设计技术。
本书以一种乘波体结构的吸气式高超声速飞行器控制系统设计作为研究对象,阐述该领域的 研究现状与背景,以及该方向的研究价值与意义,探讨美国空军实验室的高超声速飞行器非线性 一体化模型的建立问题,给出了高超声速飞行器刚体模型、弹性模型;以描述的模型为基础,分别 详细地介绍高超声速飞行器自适应神经网络反演控制、抗输入饱和控制、预设性能控制等控制方 法;*后介绍精细姿态控制器的设计方法,并对上述方法进行仿真验证与分析,对该研究方向进行 总结与展望。
本书既可作为飞行器设计、导航制导与控制等专业高年级本科生或研究生的教材,也可作为 从事高超声速飞行器研究工作的技术人员的参考用书。
随着航天技术的发展,近年来为追求低成本、快速响应进出空间的能力,美国、欧洲、俄罗斯的主要航天机构均开展了可重复使用运载器的相关研究,出现了多种基于可重复使用技术的航天运输系统方案,其中美国空军研究实验室提出的可重复使用助推器系统(RBS)方案引人关注。由于一次性运载火箭目前仍是航天发射任务的主力,可重复使用运载器尚处在研发攻关阶段,RBS的技术方案可行性、远期大规模发展应用的风险、全寿命周期的成本和效益规律均需要进行系统的评估,以便为未来航天运输技术发展路线图的确定提供技术参考和决策建议。美国科学院国家研究理事会(NRC)的宇航与空间工程部在2012年成立了专门的第三方评估委员会对RBS相关技术和方案进行了长达数月的独立审查和系统评估,《可重复使用助推器系统综述与评估》原著给出了评估委员会的完整评估情况和结果。
在这篇针对RBS的全面独立技术评估报告中,参与评估的专家以第三方的视角从市场需求、技术风险、项目管理、运营成本控制等方面对RBS进行了评价,涵盖了项目的工程需求、技术风险、发展路线图、全寿命周期成本估算、以往类似型号的研制经验、降低关键系统风险的途径和措施等诸多方面,对国内类似的可重复使用运载系统方案论证、项目研制、风险评估等均有重要的指导意义和参考价值。
译者长期从事可重复使用运载器相关技术的研究和跟踪探索,对国内外与RBS类似的研究计划和项目有全面的了解。整个翻译团队对原著进行了系统的整理和全面的消化,完全遵照原著的客观描述和论断,向国内航天界展示了美国航天界机构对重大项目进行专家审查和技术评估的完整流程。
本书主要介绍了如何将GPS/INS/星敏感器的建模应用到三级固体火箭的六自由度仿真,详细描述了火箭推进器仿真、GPS优选定位系统、INS惯性导航系统、星敏感器、GPS/INS/星敏感器组合导航和上升段制导等多方面的内容。此外,本书的附录还给出了学习本书需要掌握的一些知识。
《复杂航天器高品质姿态控制》重点论述复杂航天器运动数学模型,复杂航天器状态确定,刚性航天器高品质姿态控制,挠性航天器高品质控制,充液航天器高品质控制。在状态确定方面,提出了基于双层扩展卡尔曼滤波在轨标定、混杂环境(考虑圆锥效应、划摇效应)状态确定、惯性导航结合测距测速修正高精度状态确定等一系列算法。在复杂刚性航天器高品质控制方面,抓住姿态运动学非线性、控制力矩受限、角速度受限等工程实际问题,提出了分区四元数姿态控制方法。
《空间任务飞行器的空气动力学和热力学分析》通过考虑适应不同空间任务需求的空间飞行器对高超声速空气动力学和热力学的不同主题进行详细阐述,这些飞行器包括乘员返回飞行器(CRV)、乘员探索飞行器(CEV)、取样返回飞行器(SRV)和飞行试验平台(FTB)。
第一章介绍了高超声速空气动力学和热力学的基本知识,详细讨论了高超声速流场的几个关键特征。例如,这一章展示了再入飞行器的大部分能量需要以热能的形式耗散。但是以现有材料制成的飞行器,没有能在吸收了其中一小部分热量后还可以幸存的。这一关键设计问题在第二章做了详细介绍,解释了一个成功着陆如何让绝大部分的能量损失加热机体周围的气体而不是机体本身,并且揭示了高超声速条件下的传热机制对设计理想的安全着陆方案十分关键的原因。第一章也指出,航天器进入一个行星大气层所产生的几乎所有关键热传递问题都发生在连续流中。事实上,在返回轨道的决定性部分,流过一个钝头体的流场(回转体或者机翼前缘)都有一道明显的弓形激波,机身表面和激波之间有一个被离解和电离热气体充斥着的激波层,还有一个使气体温度急剧下降到飞行器表面温度值的边界层。之后,仔细讨论了气动系数符号和约定。最终,介绍了高超声速空气动力学和热力学的流体动态特征数。
第二章给出了用以评估航天器返回过程中下降飞行轨迹和需要承受的相应的气动热载荷环境的数学模型。热能通过边界层内化学成分的传导和扩散以及鼻区附近激波层内热气体的辐射传递到飞行器上,其中辐射的光谱范围大部分在近红外与紫外之间;同时热量也会从飞行器表面以红外到远红外的光谱范围辐射出去,这使得激波层内的气体近乎透明(如壁面辐射冷却)。本章讨论了保护航天器从大气层返回时强烈气动加热的热防护系统(TPS)概念,给出了飞行器驻点处几个颇为简单的用以评估辐射和传导(从流体到表面)热流密度的工程关系式,这些热流估算公式对于在早期设计阶段开展必要的快速评估是非常基础的。
模糊自适应控制技术具有不依赖于系统模型、鲁棒性强等优点,是解决非线性不确定性系统的有效工具。《高超声速飞行器模糊控制技术》在理论层面,对作者近年来在高超声速飞行器纵向鲁棒多约束控制方法上的研究成果进行较为系统的总结。
全书共6章,第1章阐述了国内外高超声速飞行器研究现状以及近年来线性、非线性和模糊等智能控制方法在高超声速飞行器控制器设计上的应用研究情况;第2章建立了完整的高超声速飞行器六自由度模型,并对飞行器纵向模型的动态特性进行了分析,为控制器设计打下良好基础:第3章针对具有不确定参数和外界未知干扰的速度和高度分系统,设计了一种基于分层模糊系统的高超声速飞行器自适应控制器;第4章针对系统执行器输入受限的实际情况,提出了一种输入受限的高超声速飞行器自适应模糊反步控制方法;第5章针对控制精度要求较高的攻角分系统,提出了基于约束Lyapunov函数和基于可规定性能的跟踪误差受限的自适应模糊反步控制器;第6章针对舵控制器具有幅值和速率约束的实际工程问题,提出了一种带有指令滤波器的自适应模糊反步控制方法。
《高超声速飞行器模糊控制技术》可作为控制理论与应用、飞行器导航、制导与控制等专业研究生和高年级本科生的教材或参考书,亦可供相关领域工程技术人员参考。