第1章 绪论 1
1.1 飞行器结构设计的基本概念 1
1.1.1 飞行器结构的含义 1
1.1.2 飞行器结构系统的功能 3
1.1.3 飞行器结构设计 4
1.2 飞行器结构的组成与分类 7
1.2.1 飞机结构系统的主要组成 7
1.2.2 导弹、火箭结构系统的主要组成 10
1.2.3 航天器结构系统的主要组成 12
1.2.4 飞行器结构形式的分类 17
1.3 飞行器结构系统的研制过程 20
1.3.1 火箭、导弹结构系统的研制过程 20
1.3.2 航天器结构的研制过程 22
1.4 飞行器结构设计的技术要求 28
1.4.1 火箭、导弹结构设计要求 28
1.4.2 航天器结构设计的技术要求 39
1.5 飞行器结构设计的思想与方法概述 42
1.5.1 设计类型与设计方法概述 42
1.5.2 传统的结构设计方法 43
1.5.3 现代设计方法与并行设计简介 45
思考题 47
第2章 飞行器的载荷分析 48
2.1 作用在飞行器上的载荷 48
2.2 过载系数 49
2.2.1 过载系数的概念 49
2.2.2 飞行器有旋转运动时的过载 51
2.2.3 典型飞行情况的过载计算 52
2.3 导弹（火箭）载荷分析 55
2.3.1 导弹（火箭）的设计情况 55
2.3.2 静载荷计算的一般方法 64
2.3.3 弹（箭）体内力的确定 66
2.3.4 导弹（火箭）的动载荷 71
2.4 航天器载荷分析 72
2.4.1 卫星的载荷源 72
2.4.2 结构静载荷分析 74
2.4.3 结构动载荷分析 75
2.5 飞行器载荷的综合设计 78
2.6 使用载荷和设计载荷、安全系数 80
2.6.1 使用载荷和设计载荷 80
2.6.2 安全系数 81
2.7 强度分析基本概念 85
2.7.1 强度和强度分析 85
2.7.2 强度分析的步骤 86
2.7.3 强度分析的方法 87
2.7.4 剩余强度系数 87
2.7.5 强度试验 88
思考题 88
第3章 飞行器结构总体与方案设计 90
3.1 导弹、火箭结构总体设计 90
3.1.1 概述 90
3.1.2 结构总体方案选择与设计 92
3.1.3 结构总体协调与设计 103
3.2 航天器结构的方案设计 111
3.2.1 结构方案设计的步骤 112
3.2.2 航天器构型设计 112
3.2.3 结构形式、材料和连接方式的选择 113
3.2.4 结构的初步设计和分析 116
3.2.5 结构设计方案的比较和确定 116
3.3 飞行器结构材料及其选用原则 118
3.3.1 飞行器结构材料的分类与现状 118
3.3.2 飞行器材料的选用原则 119
3.3.3 飞行器结构设计中常用的材料 120
思考题 130
第4章 翼面的结构与设计 131
4.1 概述 131
4.2 翼面结构形式 132
4.2.1 蒙皮骨架式翼面 132
4.2.2 整体结构翼面 135
4.2.3 夹层结构翼面 136
4.3 典型翼面结构的传力分析 138
4.3.1 传力的基本概念 138
4.3.2 典型构件的受力特性 140
4.3.3 传力分析的原理和方法 143
4.3.4 单梁式翼面的传力分析 144
4.3.5 辐射式加筋整体结构弹翼传力分析 153
4.3.6 夹层结构翼面传力分析 154
4.4 铆接翼面的结构设计 155
4.4.1 翼面结构设计的原始依据与设计步骤 155
4.4.2 翼面结构方案的选择 156
4.4.3 结构元件的布置 157
4.4.4 受力元件剖面形状的选择 158
4.4.5 结构的工艺性 161
4.5 小展弦比整体结构翼面设计特点 162
4.5.1 方案选择的特点 162
4.5.2 结构元件布置与屏格尺寸 163
4.6 空气动力加热对翼面结构的影响 163
4.6.1 气动加热对翼面结构的影响 163
4.6.2 翼面空气动力加热的一般防护措施 164
4.7 翼身连接的结构 167
4.7.1 耳片式接头 167
4.7.2 多榫式接头 168
4.7.3 轴式接头 170
4.7.4 插入式接头 170
4.7.5 盘式接头 171
4.7.6 燕尾槽式接头 172
4.8 操纵面的构造与设计 173
4.8.1 操纵面的功用与要求 173
4.8.2 操纵面的结构形式 174
4.8.3 操纵面转轴的安排形式 175
4.8.4 操纵面与舱段或翼面的连接 176
4.9 折叠翼面 178
4.9.1 概述 178
4.9.2 纵向折叠翼面与机构 179
4.9.3 横向折叠翼面与机构 181
4.9.4 扭力元件的计算 184
4.9.5 设计中的特殊问题 184
4.10 栅格翼 185
4.10.1 概述 185
4.10.2 栅格翼元（栅格壁）的剖面形状 186
4.10.3 栅格翼的某些特点 187
4.10.4 栅格翼的几何参数 188
4.10.5 栅格翼与飞行器壳体的连接方案 189
思考题 190
第5章 弹（箭）身的结构与设计 191
5.1 概述 191
5.1.1 弹（箭）身的功用和设计要求 191
5.1.2 弹（箭）身的受载特点 192
5.2 弹（箭）身的结构形式及承力元件 192
5.2.1 弹（箭）身的结构形式 192
5.2.2 弹（箭）身主要承力元件及其功用 198
5.3 弹（箭）身的传力分析 200
5.3.1 横向集中载荷的传递 200
5.3.2 纵向或轴向集中载荷的传递 206
5.4 弹（箭）身结构设计 209
5.4.1 弹（箭）身结构布局设计 209
5.4.2 弹（箭）身主要受力构件的布置 210
5.4.3 相邻舱段的受力协调问题 211
5.4.4 弹（箭）身的开口问题 212
5.5 弹（箭）身舱段间的连接 217
5.5.1 套接 217
5.5.2 盘式连接 218
5.5.3 中小直径弹（箭）身的连接形式 220
5.6 弹（箭）体的密封 226
5.7 设备的安装 231
5.7.1 概述 231
5.7.2 对设备安装的一般要求 232
5.7.3 设备在舱内的安装固定形式 232
5.7.4 支架结构设计 237
5.7.5 支架设计的结构补偿 237
5.7.6 仪器设备的减振措施 239
5.7.7 防松措施的选择 240
思考题 240
第6章 储箱的结构设计 241
6.1 储箱的分类与设计要求 241
6.1.1 储箱的功用与组成 241
6.1.2 储箱设计的基本要求 242
6.1.3 储箱的分类 243
6.2 储箱容积和外形尺寸确定 246
6.2.1 储箱容积的确定 246
6.2.2 储箱外形尺寸的确定 248
6.3 受力式储箱结构分析与设计 249
6.3.1 储箱的载荷 249
6.3.2 储箱的结构形式 250
6.3.3 储箱的构造设计 253
6.4 储箱强度校核与试验 262
6.4.1 储箱的强度校核 262
6.4.2 储箱的试验 264
思考题 265
第7章 航天器结构设计 266
7.1 卫星结构概述 266
7.1.1 卫星结构的功能 266
7.1.2 卫星结构的设计特点 267
7.1.3 卫星结构的分类 268
7.1.4 卫星结构技术的发展和展望 269
7.2 卫星结构分析与设计 272
7.2.1 杆系结构设计 272
7.2.2 中心承力筒结构设计 277
7.2.3 板式结构设计 286
7.3 载人航天器结构系统设计 290
7.3.1 结构系统的组成与功能 290
7.3.2 结构系统的设计条件 291
7.3.3 载人飞船舱段结构形式 293
7.4 航天器防热结构设计 299
7.4.1 防热结构设计概述 299
7.4.2 吸热防热结构的设计与分析 303
7.4.3 辐射防热结构的设计与分析 306
7.4.4 烧蚀防热结构的设计与分析 311
思考题 318
第8章 飞行器机构及其设计 319
8.1 飞行器机构的分类与功用 319
8.2 飞行器机构设计的技术要求 320
8.2.1 设计的技术要求 320
8.2.2 力矩（力）裕度 322
8.3 操纵机构设计 324
8.3.1 设计的初始条件与设计要求 324
8.3.2 操纵机构的外载荷 327
8.3.3 操纵机构的分类与构造形式 328
8.3.4 操纵机构的设计特点 336
8.3.5 操纵机构的特性试验 337
8.4 飞行器连接与分离机构设计 338
8.4.1 连接与分离机构的设计要求 338
8.4.2 连接与分离机构的组成 339
8.4.3 典型的连接与分离机构 342
8.4.4 连接与分离机构的设计特点 358
8.5 航天器折叠与展开机构 361
8.5.1 太阳能电池板机构概述 362
8.5.2 压紧与释放机构 364
8.5.3 太阳能电池板展开机构 366
思考题 372
第9章 复合材料结构设计 373
9.1 复合材料性能特点及在航天结构上的应用 373
9.1.1 复合材料的性能和设计特点 373
9.1.2 复合材料在航天结构上的应用 375
9.2 复合材料成形工艺 376
9.2.1 复合材料成形工艺概述 376
9.2.2 成形工艺方法 378
9.2.3 机械加工工艺 381
9.2.4 复合材料结构的质量控制 381
9.3 复合材料力学基础 383
9.3.1 单向板和铺层的刚度与强度 383
9.3.3 层压板的刚度和强度 385
9.3.2 层压板的层间应力 387
9.4 复合材料结构设计 388
9.4.1 复合材料结构的设计要求和设计方法 388
9.4.2 复合材料结构的设计选材 389
9.4.3 设计许用值及其确定 393
9.5 复合材料层压板设计 395
9.5.1 层压板设计的一般原则 395
9.5.2 层压板设计方法 397
9.6 复合材料典型构件设计 399
9.6.1 复合材料加筋板设计 399
9.6.2 夹层结构设计 405
9.7 复合材料结构连接设计 410
9.7.1 胶接连接设计 411
9.7.2 夹层结构连接设计 412
9.7.3 机械连接设计 413
9.8 弹（箭）复合材料结构部件 415
9.8.1 复合材料弹（箭）身结构 415
9.8.2 复合材料翼面结构 416
思考题 418
第10章 飞行器结构动态设计 419
10.1 结构动态设计概述 419
10.1.1 结构动态设计的任务与内容 419
10.1.2 结构动态设计的过程 420
10.2 弹（箭）结构固有特性分析与设计 421
10.2.1 弹（箭）结构固有特性的特点与设计要求 421
10.2.2 导弹（火箭）模态分析的方法 423
10.2.3 提高模态分析准确性的措施 424
10.2.4 结构设计中调整全弹（箭）固有特性的途径 425
10.3 导弹（火箭）结构动态响应分析与设计 427
10.3.1 结构动响应解法 427
10.3.2 动强度分析与设计 428
10.4 飞行器颤振及其防止措施 433
10.4.1 引言 433
10.4.2 弯曲－扭转颤振发生的机理 434
10.4.3 颤振分析基本方法 436
10.4.4 防止颤振的措施 440
思考题 442
第11章 飞行器结构可靠性设计 443
11.1 概述 443
11.2 构件可靠性设计方法1——解析法 445
11.2.1 应力－强度干涉理论 445
11.2.2 结构可靠性设计原理 447
11.3 构件可靠性设计方法Ⅱ——数值法 450
11.3.1 一次二阶矩法 451
11.3.2 蒙特卡洛法 455
11.3.3 随机有限元法 457
11.3.4 响应面法 459
11.3.5 模糊可靠性 459
11.3.6 可靠性计算实例 460
11.4 系统可靠性 463
11.4.1 系统可靠性模型 463
11.4.2 系统可靠性示例 467
11.4.3 可靠性分配 468
11.5 失效分析 469
11.5.1 故障树分析 469
11.5.2 故障模式影响分析 471
11.6 机构可靠性 473
11.6.1 机构可靠性框图的建立 473
11.6.2 机构可靠性预计方法 474
11.6.3 机构可靠性预计 475
11.7 可靠性试验 475
思考题 476
第12章 飞行器结构优化设计 477
12.1 概述 477
12.1.1 优化设计发展状况 477
12.1.2 结构优化的分类与层次 478
12.1.3 优化设计步骤 478
12.2 优化数学模型的建立 479
12.2.1 设计变量 479
12.2.2 约束条件 481
12.2.3 目标函数 482
12.3 结构优化算法 483
12.3.1 优化算法的类型 484
12.3.2 优化算法的选择 485
12.4 数学规划法 486
12.4.1 拉格朗日乘子法 486
12.4.2 罚函数法 488
12.5 准则法 491
12.5.1 满应力准则法 491
12.5.2 能量准则 494
12.6 基于可靠性、模糊性的结构优化设计 496
12.6.1 基于可靠性的优化设计 496
12.6.2 基于模糊性的结构优化设计 500
思考题 501
第13章 飞行器结构数字化设计 503
13.1 概述 503
13.2 计算机辅助设计（CAD） 505
13.2.1 CAD系统的构成 505
13.2.2 CAD系统的类型 507
13.2.3 CAD系统中的人工智能技术 508
13.2.4 机构的计算机辅助分析 511
13.2.5 CAD的发展动向 512
13.3 计算机辅助设计与制造一体化系统（CAD/CAM） 513
13.4 数字化设计制造标准规范 521
13.4.1 数字化标准规范体系 521
13.4.2 信息编码体系 523
13.5 数字样机技术 523
13.5.1 数字样机技术的概念及意义 523
13.5.2 数字样机装配建模 525
13.5.3 数字样机仿真评价技术 527
13.5.4 异构设计平台的数据传递 528
13.5.5 数字样机的运动分析技术 529
13.5.6 数字样机的分析结果后处理 530
13.6 产品数据管理（PDM） 531
13.6.1 概述 531
13.6.2 PDM的实施和应用 533
13.6.3 PDM的主要内容 535
13.6.4 PDM的发展动向 537
13.7 并行工程 537
13.7.1 并行工程的概念 537
13.7.2 并行工程的地位与作用 538
13.7.3 并行工程的核心内容 538
13.7.4 并行工程的实施 539
思考题 540
参考文献 542