多級火箭結構參數的優化理論 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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竺苗龍 等 著

圖書標籤:

• 火箭
• 多級火箭
• 結構優化
• 參數優化
• 優化理論
• 航天工程
• 運載火箭
• 數學模型
• 控製理論
• 工程應用

齣版社： 中國宇航齣版社

ISBN：9787515900018

版次：1

商品編碼：10848856

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2011-07-01

頁數：219

正文語種：中文

內容簡介

《多級火箭結構參數的優化理論》為關於航天力學中優化理論研究的學術專著，主要論述瞭多級火箭結構參數的優化問題，還包含瞭作者關於多級火箭的速度極限、相對論力學中多級火箭的特徵速度錶達式等方麵的理論研究成果。
《多級火箭結構參數的優化理論》共7章，分彆為：設計中的多級火箭的最佳質量比；多級火箭的結構參數優化問題及一些有關理論問題；多級火箭的結構參數優化問題及一些有關理論問題（續）；從相對論力學看前麵的有關問題；關於前麵幾章；帶有助推火箭的多級火箭一些有關問題的探討；一些有關問題的說明及示例等。書中所論述的內容全部來自作者及其閤作者多年的科研成果。
《多級火箭結構參數的優化理論》可供從事運載火箭總體與結構研究和設計的理論工作者及工程技術人員閱讀，也可作為高等院校和研究機構相關專業的研究生教學參考書。

目錄

第1章 設計中的多級火箭的最佳質量比
1.1 多級火箭的各主要部分的維特裏吉特等標誌及威廉斯等人的最佳質量比計算
1.2 關於多級火箭的最佳質量比（I）
1.3 關於多級火箭的最佳質量比（Ⅱ）

第2章 多級火箭的結構參數優化問題及一些有關理論問題
2.1 質量不加限製、級數也不加限製時，多級火箭的速度極限值
2.2 質量加以限製時，多級火箭的速度極限值
2.3 串聯型多級火箭的最佳點火次序
2.4 多級火箭的最大速度方案（PLCV）
2.5 多級火箭的最省推進劑方案（PLPM）
2.6 多級火箭的最大的最大速度方案

第3章 多級火箭的結構參數優化問題及一些有關理論問題（續）
3.1 兩級火箭最大速度值的一般變化規律
3.2 兩級火箭最大速度值的一般變化規律（續）
3.3 W2≤W3時三級火箭最大速度值的一般變化規律
3.4 W2>W3時三級火箭和一般多級火箭最大速度值的一般變化規律

第4章 從相對論力學看前麵的有關問題
4.1 阿剋萊公式及其與齊氏公式的比較
4.2 狹義相對論中多級火箭的速度錶達式
4.3 多級火箭的特徵速度在經典力學與狹義相對論中的值之換算關係及其應用

第5章 關於前麵幾章
5.1 關於前麵幾章（I）
5.2 關於前麵幾章（Ⅱ）
5.3 關於前麵幾章（Ⅲ）
5.4 關於前麵幾章（Ⅳ）
5.5 關於前麵幾章（V）
5.6 一個關於多級火箭結構參數優化的例子
5.7 多級火箭在射麵內飛行的最大速度方案等

第6章 帶有助推火箭的多級火箭一些有關問題的探討
6.1 帶有助推火箭的多級火箭在不同情況時其對應的特徵速度
6.2 理論上3種燃燒方式的比較及分析
6.3 W1≤W2≤…≤Wn情況下的最大速度方案等
6.4 W1≤W2≤…≤Wn情況下的最大的最大速度值等
6.5 Wi的其他情況時的最大速度方案等
6.6 Wi的其他情況時的最大速度值的一般變化規律
6.7 Wi的其他情況時帶一組助推火箭的多級火箭最大的最大速度值等
6.8 最大載荷問題
6.9 載荷改變時的優化
6.10 幾個有關問題
6.11 關於並聯型多級火箭的優化準則、較優準則等及一些有關性質的說明
6.12 關於多級火箭的最佳搭配及最佳點火次序
6.13 多級火箭的結構參數優化工作的總結

第7章 一些有關問題的說明及示例等
7.1 關於多級火箭最佳質量比的一些說明
7.2 例：在理論允許區域內威廉斯意義下多級火箭最佳質量比的確定
7.3 關於多級火箭最佳質量比的幾點注記
7.4 關於多級火箭最大速度值的一般變化規律的一點注記
附錄 謝光選等院士對本書有關成果的意見
參考文獻

前言/序言

多級火箭結構參數優化理論 多級火箭，作為現代航天事業的基石，其設計與建造涉及復雜的工程挑戰。尤其是在結構參數的優化方麵，這直接關係到火箭的整體性能、可靠性以及任務的成功率。本書《多級火箭結構參數的優化理論》深入剖析瞭這一關鍵領域，旨在為工程師、研究人員及相關專業學生提供一套係統、嚴謹的理論框架與實踐指導。 本書並非對某一具體火箭型號的參數進行簡單的羅列或調整，而是著重於多級火箭結構參數優化背後的通用理論、方法論及其數學模型。它將引導讀者從宏觀到微觀，理解結構參數如何影響火箭的各個性能指標，並在此基礎上，構建一套科學的優化體係。 核心內容概覽： 第一部分：多級火箭結構基礎與性能耦閤 多級火箭總體構型與級間連接: 詳細闡述不同構型的多級火箭（如串聯、並聯等）的特點，級間連接方式（如分離機構、導嚮裝置）的設計原則，以及這些基本構型對結構布局和載荷傳遞的影響。 結構參數定義與分類: 明確界定影響火箭結構性能的關鍵參數，包括但不限於：級間段直徑、壁厚、材料屬性（密度、強度、彈性模量）、結構質量分布、燃料艙尺寸、發動機安裝結構剛度、級間分離麵的幾何形狀與受力特性等。這些參數的選取與定義是後續優化的基礎。 結構參數與氣動、動力性能的耦閤: 深入分析結構參數對火箭氣動穩定性的影響（如重心位置、氣動外形）；結構質量的分布如何影響火箭的動力學特性、振動模態；結構剛度如何影響發動機推力矢量控製的精度；級間分離過程中結構動力學的響應等。理解這種耦閤關係是實現整體優化的關鍵。 第二部分：結構參數優化理論與方法 優化目標與約束的構建: 詳細探討在不同任務需求下，結構參數優化的典型目標函數，如：最大化火箭的總質量比（或最小化結構總質量）、最大化有效載荷比、最小化結構應力、提高結構穩定性、優化振動特性、降低製造成本等。同時，詳細闡述各種約束條件，包括：材料強度限製、結構穩定性要求（如屈麯載荷）、尺寸限製、製造工藝限製、級間分離力限製、動載荷承受能力等。 數學建模與優化算法: 簡化模型與精確模型: 介紹如何針對不同的設計階段和精度需求，建立簡化（如基於工程經驗和初步估算）與精確（如有限元分析）的結構力學模型。 多目標優化理論: 深入講解多目標優化問題的理論基礎，包括帕纍托最優、權重係數法、ε-約束法等，以及如何處理結構優化中的多目標衝突。 經典優化算法: 詳細介紹適用於結構參數優化的各類算法，如：梯度下降法、牛頓法、共軛梯度法、序列二次規劃法（SQP）、內點法等。 啓發式優化算法: 討論瞭遺傳算法（GA）、粒子群優化（PSO）、模擬退火算法（SA）等啓發式算法在解決復雜、非綫性的結構優化問題中的應用及其優劣勢。 拓撲優化與尺寸優化結閤: 探討如何將拓撲優化（確定材料分布）與尺寸優化（調整幾何參數）相結閤，以獲得更優化的結構布局與參數配置。 參數不確定性與魯棒性優化: 考慮到材料性能、載荷變化、製造偏差等不確定性因素，本書還將介紹如何進行不確定性分析（如濛特卡洛模擬），以及如何應用魯棒性優化方法，確保優化後的結構在各種工況下都能保持良好的性能和可靠性。 第三部分：多級火箭結構參數優化的工程實踐 各級結構參數優化詳解: 第一級（助推器）: 重點關注大推力、高載荷下的結構強度、剛度、穩定性優化，以及級間連接機構的可靠性設計。 第二級及以上級: 側重於結構輕量化、燃料艙與載荷艙的耦閤設計、級間分離衝擊的減緩以及在不同飛行階段的結構響應分析。 級間段與連接結構: 聚焦級間段的強度、剛度、分離機構的衝擊載荷傳遞與吸收、導嚮裝置的精度控製等。 數值仿真與驗證: 詳細闡述利用先進的CAE（計算機輔助工程）軟件進行數值仿真（如ANSYS, ABAQUS等）進行結構分析、模態分析、屈麯分析、疲勞分析、動力學分析等，以及如何將仿真結果與理論模型進行對比驗證。 實際工程案例分析: 通過典型的多級火箭結構參數優化案例，展示理論方法的應用過程、關鍵步驟以及優化帶來的實際效益，例如在降低火箭總質量、提升有效載荷能力、提高任務成功率等方麵的體現。 新材料與新技術在結構優化中的應用: 展望未來，探討復閤材料、增材製造（3D打印）等新材料和新技術的應用，如何為火箭結構參數優化提供新的可能性和更廣闊的空間。 本書特點： 理論體係完整: 從基本原理到先進算法，構建瞭一個完整的理論框架。 方法論清晰: 提供瞭係統性的方法步驟，易於工程實踐藉鑒。 數學模型詳實: 深入講解瞭優化問題的數學錶述與求解。 工程導嚮: 強調理論與實際工程應用的結閤。 前瞻性: 兼顧當前主流技術與未來發展趨勢。 《多級火箭結構參數的優化理論》是一本集理論深度與工程實用性於一體的專業著作，它將幫助讀者深刻理解多級火箭結構優化的本質，掌握先進的優化工具與方法，從而在火箭設計領域做齣更具創新性和前瞻性的貢獻。

評分☆☆☆☆☆

這本《多級火箭結構參數的優化理論》簡直是一本打開瞭新世界大門的寶藏！我一直以來都對航天工程，尤其是火箭設計有著濃厚的興趣，但往往停留在比較宏觀的層麵，瞭解一些基本原理和技術名詞。這次偶然翻開這本書，我纔真正體會到“優化”這兩個字背後蘊含的深厚學問和工程智慧。書中沒有簡單地羅列公式，而是從多級火箭這一復雜係統的獨特性齣發，細緻地剖析瞭結構參數對整體性能的影響。例如，它詳細講解瞭級間段的質量分配、燃料箱的形狀優化、發動機推力嚮量的匹配，甚至是材料選擇對結構穩定性的微妙影響。我特彆震撼於作者對於“權衡”的深入探討，一個參數的微小改動，可能在某個性能指標上帶來顯著提升，卻在另一個指標上造成不可接受的下降。書中通過大量的案例分析和理論推導，將這些復雜的權衡過程可視化，讓我能夠清晰地理解設計者是如何在眾多製約因素中找到最佳平衡點的。我花瞭很長時間纔消化完其中關於結構應力分析的部分，它不僅涵蓋瞭傳統的有限元方法，還引入瞭一些前沿的計算技術，使得結構在承受巨大載荷時依然能夠保持足夠的安全裕度。更讓我印象深刻的是，書中還探討瞭發射窗口、軌道力學等外部因素如何反過來影響結構參數的優化目標，這種跨領域的融閤思考，極大地拓展瞭我對火箭設計的認知邊界。總而言之，這本書不僅適閤科班齣身的工程師，也對任何對航天工程有深度求知欲的讀者來說，都具有不可估量的價值。它不隻是傳授知識，更是一種思維方式的啓迪，讓我看到瞭工程優化背後那份嚴謹、細膩與大膽的創新精神。

評分☆☆☆☆☆

說實話，拿到《多級火箭結構參數的優化理論》這本書的時候，我並沒有抱太高的期望，畢竟“結構參數優化”聽起來就充滿瞭技術細節和枯燥的數學公式，我更傾嚮於閱讀一些講述火箭整體設計理念或者曆史發展的故事。然而，這本書徹底顛覆瞭我的看法。作者的文筆非常流暢，他並沒有將理論知識生硬地堆砌，而是用一種非常生動的方式，將復雜的概念娓娓道來。我被書中關於如何平衡火箭結構質量與承載能力的部分深深吸引。火箭的質量每增加一公斤，就需要更多的燃料來剋服重力，這會進一步增加火箭的整體尺寸和質量，形成惡性循環。因此，如何最大限度地減重，同時又不犧牲結構的強度和剛度，是火箭設計中的一項核心挑戰。書中通過引入先進的拓撲優化技術和數值仿真方法，展示瞭如何利用計算機的力量，尋找最輕量化但又能滿足性能要求的結構設計方案。我特彆欣賞書中對不同材料在結構設計中的應用分析，例如碳縴維復閤材料、鋁閤金、鈦閤金等，它們在比強度、比剛度、耐高溫性等方麵各具特點，如何根據不同部位的需求，選擇最閤適的材料，並優化其鋪層方式，這本身就是一門精深的學問。這本書讓我看到瞭工程設計中那種“少即是多”的智慧，以及如何通過精密的計算和巧妙的設計，在看似不可能的約束條件下，創造齣令人驚嘆的成果。

評分☆☆☆☆☆

當我拿到《多級火箭結構參數的優化理論》這本書時，我正在為一個復雜的工程項目尋找靈感。我一直以來都對如何在一個復雜係統中進行最優化的決策感到好奇，而多級火箭無疑是一個極具代錶性的例子。這本書並沒有簡單地羅列齣各種優化算法，而是深入剖析瞭多級火箭結構參數優化所麵臨的獨特挑戰。我最印象深刻的是書中關於如何處理結構參數之間的耦閤關係的部分。在多級火箭的設計中，例如級間段的壁厚、燃料箱的直徑、箭體的長度等參數，並非孤立存在，它們之間存在著復雜的相互影響。調整一個參數，可能會在其他多個性能指標上産生連鎖反應，這使得優化過程變得異常復雜。書中通過引入多目標優化理論和啓發式算法，為解決這些復雜問題提供瞭有效的工具。我尤其欣賞書中關於“穩健性設計”的探討，它強調瞭在參數優化過程中，不僅要考慮在理想條件下的性能，還要充分考慮各種不確定性因素（如製造誤差、環境變化、操作偏差）對結構性能的影響，並設計齣在各種條件下都能錶現良好的結構。這本書讓我認識到，工程優化不僅僅是數學上的求解，更是一種對係統行為深刻理解和風險管理的藝術。

評分☆☆☆☆☆

老實說，《多級火箭結構參數的優化理論》這本書的封麵和書名，一度讓我有些望而卻步，總覺得會是一本非常晦澀難懂的學術專著。然而，當我真正翻開閱讀後，纔發現我的擔憂完全是多餘的。作者的寫作風格非常引人入勝，他巧妙地將理論知識融入到生動形象的案例分析中，讓我仿佛置身於火箭設計現場，與工程師們一起攻剋難題。我最喜歡的部分是關於如何優化火箭發動機與結構之間的接口設計。發動機的推力是巨大的，如何在保證推力傳遞的效率和穩定性的同時，最大限度地減小接口結構的質量，是火箭設計中的一個關鍵問題。書中通過對不同接口連接方式的力學分析，以及對新型連接材料的性能評估，給齣瞭非常實用的優化指導。我之前從未意識到，火箭結構參數的優化竟然需要考慮如此多的方麵，例如級間分離時的衝擊載荷、火箭在穿越大氣層時産生的氣動彈性效應，甚至是火箭在軌更換部件時的對接兼容性。這本書讓我看到瞭工程設計的“係統性”和“整體性”，一個看似獨立的結構參數，卻可能對火箭的整體性能産生深遠的影響。我被書中對“容錯設計”的強調所打動，它讓我明白，在追求極緻性能的同時，預留一定的安全裕度，是保證任務成功不可或缺的環節。

評分☆☆☆☆☆

坦白講，在我閱讀《多級火箭結構參數的優化理論》之前，我一直對“優化”這個詞存在著一些刻闆印象，認為它隻是簡單的數學計算和公式套用。然而，這本書徹底改變瞭我的認知。它讓我深刻理解到，真正的優化，是建立在對復雜係統深刻理解的基礎之上，是多學科知識的交叉融閤，更是工程智慧的體現。書中對於如何平衡火箭在不同飛行階段（起飛、爬升、軌道機動、分離）所承受的不同載荷，並在此基礎上進行結構參數優化，給我留下瞭極其深刻的印象。我被書中關於級間分離機構設計的分析所震撼。級間分離是多級火箭飛行過程中一個至關重要的環節，分離過程中的衝擊、振動以及殘餘力，都可能對後續級的結構和性能産生影響。書中詳細闡述瞭如何通過優化分離機構的結構形式、驅動方式以及分離時的作用力大小，來最大程度地減小對火箭整體的影響。我之前從未意識到，原來一個火箭的“拆解”過程，也需要如此精密的計算和設計。這本書讓我看到瞭工程設計中那種“全局觀”的重要性，每一個局部結構的優化，都必須服務於整體任務目標，並與其他子係統相互協調。它不僅僅是一本技術書籍，更是一本關於如何用係統思維解決復雜工程問題的哲學教材。

評分☆☆☆☆☆

作為一名正在攻讀航空航天相關專業的學生，我一直在尋找一本能夠幫助我深入理解多級火箭結構設計的教材。《多級火箭結構參數的優化理論》無疑滿足瞭我的期望，甚至超齣瞭我的想象。這本書的章節設置非常閤理，從最基礎的結構力學原理講起，逐步深入到多級火箭特有的復雜問題。作者對於“優化”這個概念的理解非常透徹，他不僅僅是給齣瞭一些通用的優化算法，而是結閤多級火箭的具體特點，構建瞭一套專門的優化框架。我尤其受益於書中關於多級火箭級間段結構強度與剛度設計的論述。要知道，火箭在發射和飛行過程中承受著巨大的載荷，包括發動機推力、氣動載荷以及級間分離時的衝擊載荷。如何在這種極端環境下，保證級間段的結構完整性，同時又要盡可能地減小質量，這是設計者麵臨的一大挑戰。書中通過大量的公式推導和圖錶展示，清晰地揭示瞭不同結構形式（如桁架式、箱式、整體式）的優劣，以及如何通過調整材料、壁厚、加強筋等參數，來達到性能最優。我花瞭很長時間去理解書中關於結構穩定性分析的部分，它不僅考慮瞭靜態載荷下的穩定性，還涉及到動態穩定性問題，這對於防止火箭在飛行過程中發生顫振至關重要。這本書讓我明白，每一個結構參數的選擇，都必須建立在紮實的理論基礎和嚴謹的計算之上，而最終的目標，是為瞭讓火箭能夠安全、高效地完成它的使命。

評分☆☆☆☆☆

這本《多級火箭結構參數的優化理論》就像是一本航天工程師的“秘籍”，它沒有羅列那些陳舊的理論，而是直接切入多級火箭結構優化的核心痛點，並提供瞭切實可行的解決方案。我一直在思考，如何在保證火箭結構能夠承受極端載荷的同時，最大限度地減小其自身重量。書中關於“輕量化設計”的章節，為我打開瞭全新的思路。作者並沒有僅僅停留在材料選擇層麵，而是深入探討瞭如何通過改變結構的整體布局、優化關鍵承力構件的形狀、甚至引入仿生學的原理，來達到極緻的輕量化。我特彆喜歡書中關於“裕度管理”的論述，它闡述瞭如何在滿足性能要求的同時，避免過度設計，從而節省寶貴的資源和成本。我之前總是覺得，對於火箭這種高風險的工程，設計得越“結實”越好，但這本書讓我明白，過度的冗餘不僅會增加重量，還會降低整體的效率。它引導我從一種更加辯證的視角來看待工程設計中的“安全性”和“效率性”之間的關係。書中對一些前沿的優化技術，如遺傳算法、粒子群優化等在火箭結構設計中的應用，也讓我大開眼界，讓我看到瞭計算機輔助設計在解決復雜工程問題上的巨大潛力。

評分☆☆☆☆☆

對於任何對現代工程設計，特彆是航空航天領域充滿好奇心的人來說，《多級火箭結構參數的優化理論》都是一本不容錯過的讀物。它並沒有將讀者拒之門外，而是用一種非常清晰且富有啓發性的方式，引導我們走進多級火箭結構優化的奇妙世界。書中對於“結構參數”的定義非常廣泛，它不僅僅包括瞭看得見的金屬外殼和支撐框架，還涉及到諸如材料的微觀結構、內部的燃料分布、甚至是級間分離時的爆炸螺栓的布局等。我被書中關於如何優化火箭箭體外形的章節深深吸引。一個火箭的“體型”是否符閤空氣動力學規律，直接影響其在大氣層飛行時的阻力大小，進而影響到所需的燃料量和發射成本。書中通過介紹先進的計算流體動力學（CFD）技術，以及如何將其與結構優化相結閤，展示瞭如何設計齣既能承受巨大載荷，又能最大限度地減小空氣阻力的完美流綫型箭體。我之前從未想到，原來一個火箭的“皮膚”設計，也蘊含著如此多的工程智慧和科學計算。這本書讓我明白，在追求極緻性能的背後，是無數工程師的智慧結晶，他們通過對每一個細節的打磨，將科學理論轉化為令人驚嘆的工程現實。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是我在工程設計領域的“暗黑黎明”！之前我總覺得火箭設計是那些頂級工程師纔能觸及的領域，充滿瞭高深莫測的理論和復雜的計算。《多級火箭結構參數的優化理論》卻用一種非常接地氣的方式，讓我窺見瞭這項工作的精髓。我被書中關於如何根據不同的任務需求，對火箭結構參數進行定製化優化所震撼。例如，針對需要進入高軌道或者深空探測任務的火箭，其結構設計就需要充分考慮長期的空間環境暴露、微重力條件下的應力分布，以及返迴艙的再入大氣層載荷。書中詳細講解瞭如何通過調整燃料箱的形狀、殼體壁厚、隔闆布局等，來適應這些特殊的要求。我特彆著迷於書中關於結構疲勞分析和損傷容限設計的章節，它讓我明白，一枚火箭的設計不僅僅是考慮一次發射的成功，還需要預估其在多次飛行、長時間服役過程中可能遇到的各種潛在風險，並提前進行相應的結構冗餘和保護設計。我之前從未想到，原來一個火箭的“外殼”上的每一個鉚釘、每一條焊縫，都可能經過嚴謹的計算和測試，以確保在最嚴苛的條件下也能安然無恙。這本書不僅僅是傳授知識，更是一種對工程嚴謹性的深刻體悟，它讓我看到瞭在光鮮亮麗的航天成就背後，有多少不為人知的細節和汗水。

評分☆☆☆☆☆

我之前接觸過一些關於航天器設計的書籍，但大多集中在推進係統或者姿態控製等方麵，對於“結構參數優化”這個話題，坦白說，我的認知是比較模糊的。直到我拿到《多級火箭結構參數的優化理論》這本書，纔算是真正認識到，原來火箭的“骨骼”和“肌肉”是如何被精心雕琢的。作者並沒有迴避那些枯燥的數學模型和復雜的算法，反而以一種抽絲剝繭的方式，將它們娓娓道來。我最喜歡的部分是關於多級火箭級間連接結構的設計優化。書中詳細分析瞭不同連接方式在承載能力、分離可靠性和質量上的差異，並且通過建立數學模型，給齣瞭如何根據火箭的整體設計目標來選擇最優連接方案的指導。我驚嘆於作者對於細節的關注，比如連接件的形狀、螺栓的數量和位置，甚至是一個微小的減重措施，都能在整體性能上産生連鎖反應。書中還特彆強調瞭不同設計迭代之間的相互影響，一個在早期階段看似微不足道的結構調整，可能會在後期引發一係列需要重新優化的連鎖反應。這讓我意識到，火箭結構參數的優化不是一次性的工作，而是一個貫穿整個設計流程的動態過程。我之前從未想過，一枚火箭的“身材”——它的長徑比、外形麯綫，甚至是錶麵細節，都可能經過精確的優化計算，以最大限度地減小空氣動力阻力，提高氣動效率。這本書讓我看到瞭工程設計中那種對每一個細枝末節都不放過的極緻追求，這種嚴謹的態度，讓我對現代航天工程的成就有瞭更深的敬意。