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第1章 概论 1

1.1 运载火箭概念 1

1.1.1 运载火箭飞行原理 1

1.1.2 作用在火箭上的力 2

1.1.3 火箭的理想速度和宇宙速度 3

1.1.4 运载火箭的设计特点与原则 5

1.1.5 运载火箭系统工程 6

1.2 运载火箭主要技术指标 7

1.2.1 运载能力 7

1.2.2 入轨精度 8

1.2.3 入轨姿态精度 8

1.2.4 有效载荷整流罩净空间 8

1.2.5 有效载荷接口 8

1.2.6 环境条件 9

1.2.7 可靠性 9

1.3 运载火箭组成 9

1.3.1 箭体结构 10

1.3.2 推进系统 10

1.3.3 控制系统 10

1.3.4 飞行测量及安全系统 11

1.3.5 箭上附加系统 11

1.4 运载火箭发展史 11

1.4.1 中国运载火箭发展史 11

1.4.2 世界运载火箭发展史 13

1.4.3 世界运载火箭的发展趋势 14

1.4.4 中国新一代运载火箭的展望 16

第2章 总体设计 18

2.1 概述 18

2.1.1 可行性论证 18

2.1.2 方案设计 19

2.1.3 初样设计 19

2.1.4 试样设计 20

2.1.5 应用发射 21

2.2 总体方案设计 21

2.2.1 火箭型式 21

2.2.2 火箭级数 21

2.2.3 有效载荷方案 22

2.2.4 各分系统方案 22

2.2.5 推进剂选择 23

2.2.6 部位安排 23

2.3 总体技术性能参数确定 23

2.3.1 总体设计参数 23

2.3.2 运载能力分析 25

2.3.3 质量分析 26

2.3.4 入轨精度分析 27

2.3.5 总体设计参数选择及优化 30

2.3.6 原始数据 33

2.4 气动力设计 34

2.4.1 气动设计的主要内容 34

2.4.2 气动外形设计 35

2.4.3 气动特性计算 36

2.4.4 跨声速脉动压力 38

2.4.5 气动载荷分布计算 39

2.4.6 气动试验 40

2.5 气动热设计 40

2.5.1 气动加热计算 41

2.5.2 火箭热环境确定 41

2.5.3 有效载荷／运载火箭热耦合分析 41

2.6 弹道设计 42

2.6.1 弹道设计特点 42

2.6.2 弹道设计内容 43

2.6.3 弹道设计方法 44

2.6.4 弹道设计发展和展望 49

2.7 载荷设计 51

2.7.1 高空风场 51

2.7.2 飞行过程中的载荷 53

2.7.3 地面竖立载荷和操作载荷 54

2.7.4 液体晃动 55

2.8 全箭结构动特性 56

2.8.1 全箭动特性建模 56

2.8.2 全箭模态试验 58

2.8.3 全箭动特性参数 59

2.8.4 有效载荷／运载火箭动力学耦合分析 59

2.9 力学环境 60

2.9.1 力学环境条件制定 61

2.9.2 力学环境试验 64

2.9.3 力学环境遥测结果分析 64

2.10 分离系统设计 65

2.10.1 分离系统组成 65

2.10.2 助推器分离系统设计 67

2.10.3 级间分离系统设计 67

2.10.4 有效载荷整流罩分离系统设计 69

2.10.5 有效载荷分离系统设计 70

2.10.6 逃逸分离系统设计 71

2.11 可靠性、安全性和维修性 71

2.11.1 可靠性 71

2.11.2 安全性 74

2.11.3 维修性 75

2.11.4 可靠性、安全性和维修性管理 75

2.12 接口控制文件 76

2.12.1 接口控制文件编制目的 76

2.12.2 接口控制文件编制的保障条件 77

2.12.3 接口控制文件的编制内容 77

2.13 运载火箭试验 77

2.13.1 运载火箭地面试验 78

2.13.2 运载火箭飞行试验 80

第3章 箭体结构 82

3.1 概述 82

3.1.1 箭体结构的组成 82

3.1.2 箭体结构的主要结构形式 83

3.1.3 箭体结构的设计依据及输入输出文件 83

3.1.4 箭体结构的研制流程及各研制阶段的主要任务 84

3.1.5 箭体结构设计中的关键控制点 85

3.1.6 新技术在箭体结构设计中的应用及发展趋势 86

3.2 推进剂贮箱结构设计 86

3.2.1 常规推进剂贮箱结构设计 86

3.2.2 低温推进剂贮箱设计 88

3.2.3 推进剂贮箱地面试验考核 90

3.3 壳段结构设计 91

3.3.1 概述 91

3.3.2 仪器舱结构设计 93

3.3.3 箱间段结构设计 94

3.3.4 级间段结构设计 94

3.3.5 尾段结构设计 95

3.3.6 后过渡段结构设计 97

3.3.7 有效载荷支架结构设计 98

3.3.8 星箭锁紧包带结构设计 98

3.4 有效载荷整流罩结构设计 100

3.4.1 整流罩壳体结构设计 100

3.4.2 整流罩解锁机构设计 101

3.4.3 整流罩地面试验考核 103

3.5 阀门、导管设计 103

3.5.1 阀门设计 103

3.5.2 导管设计 104

3.6 仪器电缆安装设计 107

3.6.1 各系统仪器安装设计 107

3.6.2 电缆安装设计 109

3.6.3 仪器安装支架设计及试验 111

第4章 火箭推进系统 113

4.1 概述 113

4.1.1 液体火箭推进系统组成 113

4.1.2 液体火箭推进系统分类 114

4.1.3 液体火箭推进剂 114

4.2 推进剂增压输送系统 116

4.2.1 贮箱所需增压压力 116

4.2.2 增压系统方案选择 116

4.2.3 贮箱增压计算 117

4.2.4 防漩和防塌 117

4.2.5 POGO振动及其抑制 118

4.2.6 失重下推进剂的管理 118

4.2.7 低温火箭输送系统设计特点 119

4.2.8 输送系统导管、阀门及附件设计要求 119

4.2.9 推进剂加注和温度控制 120

4.3 火箭发动机 121

4.3.1 发动机组成和泵压式发动机分类 121

4.3.2 发动机主要参数 123

4.3.3 发动机启动与关机 124

4.3.4 发动机推力与混合比调节 125

4.3.5 发动机总体设计 126

4.3.6 推力室和燃气发生器 126

4.3.7 涡轮泵 127

4.3.8 发动机的阀门和调节器 128

4.3.9 低温火箭发动机设计特点 129

4.3.10 发动机可靠性及验收 131

4.3.11 其他发动机 131

4.3.12 液体火箭发动机的发展和展望 132

4.4 推进剂利用系统 133

4.4.1 方案及系统工作原理 133

4.4.2 箭上设备组成与各部件功能 134

4.4.3 系统主要设计参数的确定 135

4.4.4 系统测试与发射 135

4.5 推进系统试验 136

4.5.1 增压输送系统试验 136

4.5.2 发动机试验 136

4.5.3 推进系统试车 137

第5章 控制系统 139

5.1 概述 139

5.2 制导系统 140

5.2.1 基本方案及系统组成 140

5.2.2 制导系统设计 141

5.2.3 制导数学仿真及制导系统试验 143

5.2.4 制导系统可靠性设计 144

5.3 姿控系统 145

5.3.1 系统组成及主要方案 145

5.3.2 姿控系统设计 146

5.3.3 仿真及飞行试验 151

5.4 控制系统综合设计 151

5.4.1 控制系统的综合线路结构 151

5.4.2 控制系统线路的可靠性设计 152

5.4.3 控制系统电磁兼容性（EMC）设计概要 152

5.4.4 技术条件及验收方法 154

5.5 测发系统 155

5.5.1 测发系统的体制 155

5.5.2 测发系统的接口电路 156

5.5.3 测发系统的可靠性设计 157

5.5.4 测发系统的EMC设计 158

5.6 控制系统软件 158

5.6.1 控制系统软件组成及功能 158

5.6.2 控制系统软件设计依据 159

5.6.3 软件实现 160

5.6.4 软件的可靠性和安全性设计 160

5.6.5 软件测试 160

5.6.6 软件的最低文档及内容 161

5.7 控制系统仿真 161

5.7.1 仿真系统 161

5.7.2 数学仿真 162

5.7.3 半实物仿真 163

5.8 控制系统综合试验 164

5.8.1 方案阶段的综合试验 164

5.8.2 初样研制阶段的综合试验 164

5.8.3 试样研制阶段的综合试验 165

5.8.4 发射使用阶段的综合试验 165

5.8.5 综合试验的状态覆盖性 165

5.9 敏感元件 165

5.9.1 陀螺仪 165

5.9.2 加速度计 167

5.9.3 陀螺稳定平台 169

5.9.4 捷联惯性测量组合 172

5.9.5 光学陀螺仪 173

5.10 箭载计算机 174

5.10.1 箭机的硬件配置 174

5.10.2 箭机的软件配置 175

5.11 伺服机构 176

5.11.1 伺服机构的组成和工作原理 176

5.11.2 伺服机构设计的关键问题 179

5.11.3 伺服机构特性测试 179

5.11.4 伺服机构的发展方向 179

5.12 供配电装置 180

5.12.1 电源装置 180

5.12.2 供配电控制电路 181

5.12.3 时序配电装置 182

5.12.4 继电器的使用 182

第6章 飞行测量和安全系统 184

6.1 概述 184

6.1.1 飞行测量和安全系统的任务 184

6.1.2 飞行测量和安全系统的组成 184

6.2 飞行测量和安全系统的基本方案 186

6.2.1 遥测系统的基本方案 186

6.2.2 外测安全系统的基本方案 188

6.2.3 发射场航区测量设备 190

6.3 遥测系统的总体设计 191

6.3.1 遥测系统的设计依据 191

6.3.2 遥测系统总体设计内容 191

6.4 外测安全系统的总体设计 202

6.4.1 外测安全系统的设计依据 202

6.4.2 外测安全系统总体设计的内容 203

6.5 飞行测量和安全系统与其他系统的接口关系 209

6.5.1 遥测系统与控制系统的接口关系 209

6.5.2 遥测系统与其他系统的接口关系 210

6.5.3 外测安全系统与其他系统的接口关系 210

6.6 遥测系统的数据处理 211

6.6.1 数据处理的依据 211

6.6.2 实时数据处理 211

6.6.3 事后数据处理 212

6.7 飞行测量和安全系统的大型试验 212

6.7.1 系统综合试验 212

6.7.2 单机可靠性增长试验 213

6.7.3 电磁兼容试验 214

6.8 测量和安全系统的发展趋势 216

6.8.1 电气系统的三化（系统化、通用化、组合化）设计 216

6.8.2 电气系统的一体化设计 217

6.8.3 测量系统从单一测量体制向综合测量体制转化 217

6.8.4 天基测量系统的应用 218

第7章 发射支持系统 220

7.1 概述 220

7.1.1 系统的组成和功能 220

7.1.2 系统的特点 222

7.1.3 系统的发展方向 222

7.2 系统总体设计 223

7.2.1 设计依据 223

7.2.2 设计内容 223

7.2.3 发射方案选择 224

7.2.4 使用流程设计 224

7.3 航天发射场 227

7.3.1 功能及组成 227

7.3.2 发射场场址选择 227

7.3.3 发射场总体布局 228

7.3.4 中国的航天发射场 230

7.3.5 航天发射场的未来 232

7.3.6 海南航天发射中心设想 233

7.4 航天测控网 235

7.4.1 航天测控网的功能 235

7.4.2 航天测控网的组成 236

7.4.3 中国的航天测控网 238

7.4.4 航天测控网的未来 241

7.5 系统的主要专用设备 242

7.5.1 运输设备 242

7.5.2 起吊设备 242

7.5.3 发射（台）设备 243

7.5.4 方位瞄准设备 243

7.5.5 加注设备 243

7.5.6 地面供气设备 244

7.5.7 地面供电设备 244

7.5.8 气象测量设备 245

7.5.9 空调净化设备 245

第8章 运载火箭工程管理 246

8.1 概述 246

8.1.1 航天系统工程的含义和基本理论依据 246

8.1.2 运载火箭型号工程应用系统工程方法的意义和作用 247

8.1.3 中国运载火箭工程管理的基本经验 247

8.2 型号工程研制程序 248

8.2.1 制定型号工程研制程序的意义和作用 248

8.2.2 型号工程项目论证阶段 249

8.2.3 型号工程项目方案阶段 250

8.2.4 型号工程项目工程研制阶段 250

8.2.5 型号工程项目鉴定阶段 251

8.3 型号工程研制计划 251

8.3.1 制定研制计划的意义和作用 251

8.3.2 研制计划工作的基本任务和原则 252

8.3.3 研制计划种类、内容和编制程序 253

8.3.4 研制计划的指标体系与考核 254

8.3.5 研制计划的网络技术 255

8.4 型号工程指挥调度系统 256

8.4.1 指挥调度工作的意义和作用 257

8.4.2 指挥调度系统的构成和职责 258

8.4.3 总指挥和总设计师的工作关系 258

8.5 型号工程设计师系统 260

8.5.1 建立设计师系统的原则 260

8.5.2 设计师系统的构成和职责 260

8.5.3 设计师系统必须正确处理的关系 261

8.6 型号工程图样管理系统 262

8.6.1 设计技术文件的种类和内容 263

8.6.2 图样管理系统的组织与实施 263

8.7 型号工程项目成本费用管理 264

8.7.1 型号工程项目成本的费用要素 264

8.7.2 型号工程项目成本的预测管理 265

8.7.3 型号工程项目成本的计划与控制管理 266

8.8 型号工程管理专用术语 267

8.8.1 产品技术状态类 267

8.8.2 试验技术状态类 269

8.8.3 图纸资料文件类 270

参考文献 274