第1章 概论 1
1.1 可重复使用新型航天飞行器结构基本概念 1
1.2 可重复使用新型航天飞行器发展历程及关键技术 2
1.2.1 可重复使用新型航天飞行器发展历程 2
1.2.2 可重复使用新型航天飞行器关键技术 7
1.3 可重复使用新型航天飞行器结构特点 9
1.3.1 承受载荷 9
1.3.2 安装设备 9
1.3.3 提供构型 10
1.4 可重复使用新型航天飞行器结构研制 10
1.4.1 可行性论证阶段 10
1.4.2 概念设计阶段 11
1.4.3 样机研制阶段 12
参考文献 14
第2章 典型航天飞行器结构介绍及国外发展现状 15
2.1 航天飞机结构系统概述 15
2.1.1 前机身结构 15
2.1.2 中机身结构 19
2.1.3 后机身结构 22
2.1.4 翼面结构 24
2.2 航天飞机轨道飞行器的制造过程 29
2.3 X-37B结构方案概述 31
2.3.1 X-37B飞行器概述 31
2.3.2 X-37B结构选材 32
2.3.3 X-37B结构总体传力分析 32
2.3.4 X-37B结构系统技术特点 35
2.4 云霄塔（SKYLON）飞行器结构方案概述 35
2.4.1 SKYLON飞行器概述 35
2.4.2 SKYLON结构系统 37
2.4.3 SKYLON起落架系统 40
2.5 IXV结构方案概述 41
2.5.1 IXV飞行器概述 41
2.5.2 IXV结构系统 43
2.5.3 IXV机构系统 46
2.6 追梦者（Dream Chaser）结构方案概述 47
2.6.1 Dream Chaser飞行器概述 47
2.6.2 Dream Chaser飞行器结构发展历程 49
2.6.3 Dream Chaser飞行器的创新性 55
参考文献 56
第3章 可重复使用新型航天飞行器结构设计完整性要求 57
3.1 可重复使用新型航天飞行器结构的设计目标 57
3.1.1 质量 57
3.1.2 工艺性 57
3.1.3 简易性 57
3.1.4 维护性 57
3.1.5 可达性 57
3.1.6 互换性 58
3.1.7 维修性 58
3.1.8 贮箱适用性 58
3.1.9 费用 58
3.1.10 各项要求的相容性 58
3.2 可重复使用新型航天飞行器结构的设计特性 58
3.2.1 可重复使用新型航天飞行器结构的环境条件 59
3.2.2 可重复使用新型航天飞行器结构的载荷 64
3.2.3 热特性 70
3.2.4 材料特性 71
3.2.5 其他特性 75
3.3 使用寿命 78
3.3.1 安全寿命 78
3.3.2 破损安全 78
3.3.3 材料特性 79
3.3.4 载荷谱 79
3.3.5 循环载荷 79
3.3.6 持续载荷 79
3.4 设计验证 80
3.4.1 文件 80
3.4.2 分析 81
3.4.3 确定载荷、压力和环境的试验 82
3.4.4 材料特性试验 83
3.4.5 研究性试验 85
3.4.6 鉴定试验 86
3.4.7 验收试验 91
3.4.8 飞行试验 92
3.4.9 特殊试验 93
参考文献 95
第4章 可重复使用新型航天飞行器结构设计 96
4.1 可重复使用新型航天飞行器结构材料 96
4.1.1 复合材料 97
4.1.2 轻质金属材料 100
4.1.3 其他金属材料 102
4.1.4 结构材料工艺选择 103
4.2 可重复使用新型航天飞行器结构设计的特点 103
4.2.1 结构轻质化 104
4.2.2 结构多功能集成化 106
4.2.3 设计和制造数字化 107
4.2.4 结构可重复使用性 108
4.3 可重复使用新型航天飞行器结构构型 109
4.3.1 硬壳／半硬壳结构 109
4.3.2 杆系结构 110
4.3.3 复合材料整体结构 111
4.4 可重复使用新型航天飞行器结构件 117
4.4.1 梁 119
4.4.2 壁板 132
4.4.3 夹芯结构（夹层结构） 140
4.4.4 贮箱 157
4.5 可重复使用新型航天飞行器结构连接 175
4.5.1 对接接头 175
4.5.2 铆钉连接 181
4.5.3 金属的胶接与胶焊连接 185
4.5.4 复合材料连接 192
参考文献 198
第5章 可重复使用新型航天飞行器机构设计 199
5.1 概述 199
5.2 传动机构 199
5.2.1 传动机构功能 199
5.2.2 传动机构设计 200
5.2.3 传动机构的负载力矩 203
5.2.4 传动机构活动关节 203
5.2.5 伺服传动器 206
5.2.6 传动机构与机身结构的连接设计 207
5.2.7 传动机构设计考虑因素 208
5.3 空间机构 209
5.3.1 有效载荷舱门结构与机构 209
5.3.2 太阳电池阵机构 215
参考文献 219
第6章 可重复使用新型航天飞行器结构疲劳和损伤容限设计 220
6.1 疲劳设计 220
6.1.1 材料疲劳性能曲线 220
6.1.2 疲劳特性图 221
6.1.3 影响疲劳强度的因素及相应措施 223
6.1.4 疲劳设计准则 230
6.1.5 疲劳设计原理 231
6.1.6 疲劳寿命估算方法 231
6.2 损伤容限设计 241
6.2.1 基本概念 241
6.2.2 与安全寿命设计方法的区别 243
6.2.3 与断裂力学的关系 244
6.2.4 损伤容限设计的内容和方法 245
6.2.5 结构剩余强度分析 249
6.3 复合材料结构的耐久性／损伤容限设计 253
6.3.1 复合材料结构损伤、断裂和疲劳的特点 254
6.3.2 复合材料结构耐久性／损伤容限设计要求 256
6.3.3 复合材料结构耐久性／损伤容限设计方法概述 259
6.3.4 复合材料结构耐久性／损伤容限的设计选材和材料设计 260
6.3.5 提高复合材料结构耐久性／损伤容限的特殊设计技术 262
参考文献 264
第7章 可重复使用新型航天飞行器结构设计与制造一体化 265
7.1 概述 265
7.2 结构设计制造一体化设计平台 265
7.2.1 设计制造一体化设计平台总体架构 265
7.2.2 基于FiberSIM/VPM搭建复合材料设计制造一体化设计平台 266
7.2.3 复合材料结构快速优化设计 268
7.2.4 制订基于MBD的装配体设计规范 269
7.2.5 实现总装过程的有效管理 269
7.2.6 构建复合材料设计基础资源库 270
7.3 基于MBD的结构设计 271
7.3.1 基于MBD的产品结构定义方式 272
7.3.2 MBD技术工程应用关键技术 272
7.3.3 基于MBD的产品数据管理系统集成技术 273
7.3.4 基于MBD的产品设计 273
7.3.5 基于MBD的三维设计规范 274
7.3.6 预期效果 275
7.4 自动化制造技术 275
7.4.1 自动铺层技术及设备 276
7.4.2 热塑性复合材料自动化成型技术及自动化设备配套 280
7.4.3 复合材料零件自动化生产流水线 281
7.4.4 复合材料自动化检测技术 284
7.5 低成本制造技术 285
7.5.1 低温固化复合材料技术 285
7.5.2 RTM 286
7.5.3 RFI 286
7.5.4 辐射固化技术 287
7.6 基于MBD数字化设计与制造 287
7.6.1 流程设计 288
7.6.2 自动下料 290
7.6.3 激光投影 291
7.7 虚拟装配技术 291
7.7.1 需求与国内外研究状况 291
7.7.2 关键技术 298
7.7.3 研究方法及途径 300
参考文献 303