有人航天器设计原理

本书综合数学、流体力学、传热学等领域的知识和进展，采用多学科交叉的研究方法，利用微分方程相似变换群理论、同伦分析方法、拉普拉斯变换、傅里叶变换方法、Stehfest算法等，从建模分析、解析求解和数值模拟等方面，对不同机制诱发的伸展壁面上复杂流动基体流动传热问题进行较为系统的研究成果，尤其对由界面上表面张力梯度引起的Marangoni对流进行了分析，对化工过程中动量、能量和质量的传递行为规律进行了探讨。

译者序
前言
第0章引言及航天器设计报告大纲1
0.1涉及的课题1
0.2设计课程的方法3
0.3报告编写建议6
第1章有人太空飞行8
1.1太空的起点8
1.2太空停留8
1.3进入太空9
1.4人类太空飞行的前五十年11
1.5近期的人类太空飞行14
参考文献17
第2章地球大气18
2.1大气环境18
2.2状态方程与流体静力平衡20
2.31976年版本美国标准大气模型20
2.4使用大气模型的流动性质31
2.5大气性质表36
2.6其他大气模型43
参考文献45
第3章太空环境46
3.1重力作用46
3.2气体密度和阻力效应47
3.3太阳50
3.4磁场51
3.5范艾伦辐射带52
3.6电离层53
3.7流星体和轨道残骸54
3.8航天器带电55
3.9常用常数、缩写和换算关系55
参考文献55
第4章大气层中的高超声速有人任务57
4.1跨大气层有人任务57
4.2跨大气层飞行器58
4.3大气层中的飞行轨迹61
4.4可重复使用太空飞机的设计问题63
4.5近期内的跨大气层飞行任务68
参考文献69
第5章轨道力学72
5.1太空任务几何学72
5.2轨道上的能量与角动量79
5.3大气再入的轨道转移85
5.4轨道的地面轨迹88
5.5航天器地平线97
5.6行星际轨迹100
5.7常数与换算系数106
参考文献106
第6章大气再入力学107
6.1一般运动方程107
6.2滑翔再入轨迹109
6.3再入期间的减速112
6.4再入期间的加热117
6.5弹道再入120
6.6滑翔再入131
6.7低速返回与回收：降落伞151
6.8低速返回与回收：太空飞机159
6.9常数和参数汇总176
参考文献179
第7章发射力学182
7.1发射飞行器的一般方程182
7.2简化助推分析中的推力、升力和阻力184
7.3无量纲运动方程191
7.4定常推力和零升力、零阻力下的简化助推分析192
7.5火箭的分级204
7.6发射飞行器的纵向稳定性225
7.7发射飞行器设计通常要考虑的因素255
7.8常数和参数汇总269
参考文献270
第8章航天器飞行力学274
8.1太空飞行器飞行力学与性能分析274
8.2高超声速空气动力学274
8.3高超声速飞行中的钝体282
8.4高超声速飞行中的细长体296
8.5空气的热力学性质310
8.6航天器动力学320
8.7航天器控制系统339
8.8常数汇总与系数换算349
参考文献349
第9章热防护系统352
9.1滞止点基本传热关系式352
9.2近似空气化学354
9.3滞止点热传递357
9.4半球头部周围的热传递360
9.5球形罩头锥周围的热传递361
9.6再入飞行器的热防护层362
9.7热传递相似性参数384
9.8热防护层研发与实际应用398
9.9常数、换算和TPS缩略词402
参考文献406
第10章航天器构型设针408
10.1航天器环境及其对设计的影响408
10.2环境控制和生命支持系统426
10.3结构系统、推进系统、电力系统、控制系统430
10.4乘员支持系统434
参考文献435
第11章安全、可靠性、风险评估437
11.1系统安全与可靠性437
11.2任务可靠性分配439
11.3可靠性函数441
11.4失效率模型与可靠性估计442
11.5分配目标443
11.6概率风险评估概述443
11.7航天器顶层功能失效448
11.8航天飞机的PRA452
11.9乘员飞行安全453
11.10风险管理中人的因素460
11.11韦布尔分布461
参考文献463
第12章太空访问的经济因素465
12.1航天器成本要素465
12.2阿波罗计划的成本465
12.3航天飞机计划的成本466
12.4每磅入轨价格468
12.5发射成本的组成468
12.6成本计算关系474
参考文献483
附录A高超声速空气动力学485
A.1一维流关系式485
A.2正激波490
A.3高超声速流中物体上的滞止压力494
A.4斜激波495
A.5小扰动理论499
A.6普朗特-迈耶尔膨胀502
A.7锥形流507
A.8牛顿流510
A.9物体形状的影响513
A.10攻角的影响514
参考文献518
附录B太空飞机坐标519
B.1罗克韦尔航天飞机轨道器519
B.2X-24C523
B.3X-15528
B.4太空飞机Bor-4532
B.5诺思洛普HL-10升力体536
B.6赫尔姆斯太空飞机540
B.7海姆斯太空飞机544
B.8几款太空飞机的升力阻力和力矩的估算数据547
B.9高超声速太空飞机的相似性549
彩图