多级火箭结构参数的优化理论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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竺苗龙 等 著

图书标签:

• 火箭
• 多级火箭
• 结构优化
• 参数优化
• 优化理论
• 航天工程
• 运载火箭
• 数学模型
• 控制理论
• 工程应用

出版社： 中国宇航出版社

ISBN：9787515900018

版次：1

商品编码：10848856

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-07-01

页数：219

正文语种：中文

内容简介

《多级火箭结构参数的优化理论》为关于航天力学中优化理论研究的学术专著，主要论述了多级火箭结构参数的优化问题，还包含了作者关于多级火箭的速度极限、相对论力学中多级火箭的特征速度表达式等方面的理论研究成果。
《多级火箭结构参数的优化理论》共7章，分别为：设计中的多级火箭的最佳质量比；多级火箭的结构参数优化问题及一些有关理论问题；多级火箭的结构参数优化问题及一些有关理论问题（续）；从相对论力学看前面的有关问题；关于前面几章；带有助推火箭的多级火箭一些有关问题的探讨；一些有关问题的说明及示例等。书中所论述的内容全部来自作者及其合作者多年的科研成果。
《多级火箭结构参数的优化理论》可供从事运载火箭总体与结构研究和设计的理论工作者及工程技术人员阅读，也可作为高等院校和研究机构相关专业的研究生教学参考书。

目录

第1章 设计中的多级火箭的最佳质量比
1.1 多级火箭的各主要部分的维特里吉特等标志及威廉斯等人的最佳质量比计算
1.2 关于多级火箭的最佳质量比（I）
1.3 关于多级火箭的最佳质量比（Ⅱ）

第2章 多级火箭的结构参数优化问题及一些有关理论问题
2.1 质量不加限制、级数也不加限制时，多级火箭的速度极限值
2.2 质量加以限制时，多级火箭的速度极限值
2.3 串联型多级火箭的最佳点火次序
2.4 多级火箭的最大速度方案（PLCV）
2.5 多级火箭的最省推进剂方案（PLPM）
2.6 多级火箭的最大的最大速度方案

第3章 多级火箭的结构参数优化问题及一些有关理论问题（续）
3.1 两级火箭最大速度值的一般变化规律
3.2 两级火箭最大速度值的一般变化规律（续）
3.3 W2≤W3时三级火箭最大速度值的一般变化规律
3.4 W2>W3时三级火箭和一般多级火箭最大速度值的一般变化规律

第4章 从相对论力学看前面的有关问题
4.1 阿克莱公式及其与齐氏公式的比较
4.2 狭义相对论中多级火箭的速度表达式
4.3 多级火箭的特征速度在经典力学与狭义相对论中的值之换算关系及其应用

第5章 关于前面几章
5.1 关于前面几章（I）
5.2 关于前面几章（Ⅱ）
5.3 关于前面几章（Ⅲ）
5.4 关于前面几章（Ⅳ）
5.5 关于前面几章（V）
5.6 一个关于多级火箭结构参数优化的例子
5.7 多级火箭在射面内飞行的最大速度方案等

第6章 带有助推火箭的多级火箭一些有关问题的探讨
6.1 带有助推火箭的多级火箭在不同情况时其对应的特征速度
6.2 理论上3种燃烧方式的比较及分析
6.3 W1≤W2≤…≤Wn情况下的最大速度方案等
6.4 W1≤W2≤…≤Wn情况下的最大的最大速度值等
6.5 Wi的其他情况时的最大速度方案等
6.6 Wi的其他情况时的最大速度值的一般变化规律
6.7 Wi的其他情况时带一组助推火箭的多级火箭最大的最大速度值等
6.8 最大载荷问题
6.9 载荷改变时的优化
6.10 几个有关问题
6.11 关于并联型多级火箭的优化准则、较优准则等及一些有关性质的说明
6.12 关于多级火箭的最佳搭配及最佳点火次序
6.13 多级火箭的结构参数优化工作的总结

第7章 一些有关问题的说明及示例等
7.1 关于多级火箭最佳质量比的一些说明
7.2 例：在理论允许区域内威廉斯意义下多级火箭最佳质量比的确定
7.3 关于多级火箭最佳质量比的几点注记
7.4 关于多级火箭最大速度值的一般变化规律的一点注记
附录 谢光选等院士对本书有关成果的意见
参考文献

前言/序言

多级火箭结构参数优化理论 多级火箭，作为现代航天事业的基石，其设计与建造涉及复杂的工程挑战。尤其是在结构参数的优化方面，这直接关系到火箭的整体性能、可靠性以及任务的成功率。本书《多级火箭结构参数的优化理论》深入剖析了这一关键领域，旨在为工程师、研究人员及相关专业学生提供一套系统、严谨的理论框架与实践指导。 本书并非对某一具体火箭型号的参数进行简单的罗列或调整，而是着重于多级火箭结构参数优化背后的通用理论、方法论及其数学模型。它将引导读者从宏观到微观，理解结构参数如何影响火箭的各个性能指标，并在此基础上，构建一套科学的优化体系。 核心内容概览： 第一部分：多级火箭结构基础与性能耦合 多级火箭总体构型与级间连接: 详细阐述不同构型的多级火箭（如串联、并联等）的特点，级间连接方式（如分离机构、导向装置）的设计原则，以及这些基本构型对结构布局和载荷传递的影响。 结构参数定义与分类: 明确界定影响火箭结构性能的关键参数，包括但不限于：级间段直径、壁厚、材料属性（密度、强度、弹性模量）、结构质量分布、燃料舱尺寸、发动机安装结构刚度、级间分离面的几何形状与受力特性等。这些参数的选取与定义是后续优化的基础。 结构参数与气动、动力性能的耦合: 深入分析结构参数对火箭气动稳定性的影响（如重心位置、气动外形）；结构质量的分布如何影响火箭的动力学特性、振动模态；结构刚度如何影响发动机推力矢量控制的精度；级间分离过程中结构动力学的响应等。理解这种耦合关系是实现整体优化的关键。 第二部分：结构参数优化理论与方法 优化目标与约束的构建: 详细探讨在不同任务需求下，结构参数优化的典型目标函数，如：最大化火箭的总质量比（或最小化结构总质量）、最大化有效载荷比、最小化结构应力、提高结构稳定性、优化振动特性、降低制造成本等。同时，详细阐述各种约束条件，包括：材料强度限制、结构稳定性要求（如屈曲载荷）、尺寸限制、制造工艺限制、级间分离力限制、动载荷承受能力等。 数学建模与优化算法: 简化模型与精确模型: 介绍如何针对不同的设计阶段和精度需求，建立简化（如基于工程经验和初步估算）与精确（如有限元分析）的结构力学模型。 多目标优化理论: 深入讲解多目标优化问题的理论基础，包括帕累托最优、权重系数法、ε-约束法等，以及如何处理结构优化中的多目标冲突。 经典优化算法: 详细介绍适用于结构参数优化的各类算法，如：梯度下降法、牛顿法、共轭梯度法、序列二次规划法（SQP）、内点法等。 启发式优化算法: 讨论了遗传算法（GA）、粒子群优化（PSO）、模拟退火算法（SA）等启发式算法在解决复杂、非线性的结构优化问题中的应用及其优劣势。 拓扑优化与尺寸优化结合: 探讨如何将拓扑优化（确定材料分布）与尺寸优化（调整几何参数）相结合，以获得更优化的结构布局与参数配置。 参数不确定性与鲁棒性优化: 考虑到材料性能、载荷变化、制造偏差等不确定性因素，本书还将介绍如何进行不确定性分析（如蒙特卡洛模拟），以及如何应用鲁棒性优化方法，确保优化后的结构在各种工况下都能保持良好的性能和可靠性。 第三部分：多级火箭结构参数优化的工程实践 各级结构参数优化详解: 第一级（助推器）: 重点关注大推力、高载荷下的结构强度、刚度、稳定性优化，以及级间连接机构的可靠性设计。 第二级及以上级: 侧重于结构轻量化、燃料舱与载荷舱的耦合设计、级间分离冲击的减缓以及在不同飞行阶段的结构响应分析。 级间段与连接结构: 聚焦级间段的强度、刚度、分离机构的冲击载荷传递与吸收、导向装置的精度控制等。 数值仿真与验证: 详细阐述利用先进的CAE（计算机辅助工程）软件进行数值仿真（如ANSYS, ABAQUS等）进行结构分析、模态分析、屈曲分析、疲劳分析、动力学分析等，以及如何将仿真结果与理论模型进行对比验证。 实际工程案例分析: 通过典型的多级火箭结构参数优化案例，展示理论方法的应用过程、关键步骤以及优化带来的实际效益，例如在降低火箭总质量、提升有效载荷能力、提高任务成功率等方面的体现。 新材料与新技术在结构优化中的应用: 展望未来，探讨复合材料、增材制造（3D打印）等新材料和新技术的应用，如何为火箭结构参数优化提供新的可能性和更广阔的空间。 本书特点： 理论体系完整: 从基本原理到先进算法，构建了一个完整的理论框架。 方法论清晰: 提供了系统性的方法步骤，易于工程实践借鉴。 数学模型详实: 深入讲解了优化问题的数学表述与求解。 工程导向: 强调理论与实际工程应用的结合。 前瞻性: 兼顾当前主流技术与未来发展趋势。 《多级火箭结构参数的优化理论》是一本集理论深度与工程实用性于一体的专业著作，它将帮助读者深刻理解多级火箭结构优化的本质，掌握先进的优化工具与方法，从而在火箭设计领域做出更具创新性和前瞻性的贡献。

评分☆☆☆☆☆

说实话，拿到《多级火箭结构参数的优化理论》这本书的时候，我并没有抱太高的期望，毕竟“结构参数优化”听起来就充满了技术细节和枯燥的数学公式，我更倾向于阅读一些讲述火箭整体设计理念或者历史发展的故事。然而，这本书彻底颠覆了我的看法。作者的文笔非常流畅，他并没有将理论知识生硬地堆砌，而是用一种非常生动的方式，将复杂的概念娓娓道来。我被书中关于如何平衡火箭结构质量与承载能力的部分深深吸引。火箭的质量每增加一公斤，就需要更多的燃料来克服重力，这会进一步增加火箭的整体尺寸和质量，形成恶性循环。因此，如何最大限度地减重，同时又不牺牲结构的强度和刚度，是火箭设计中的一项核心挑战。书中通过引入先进的拓扑优化技术和数值仿真方法，展示了如何利用计算机的力量，寻找最轻量化但又能满足性能要求的结构设计方案。我特别欣赏书中对不同材料在结构设计中的应用分析，例如碳纤维复合材料、铝合金、钛合金等，它们在比强度、比刚度、耐高温性等方面各具特点，如何根据不同部位的需求，选择最合适的材料，并优化其铺层方式，这本身就是一门精深的学问。这本书让我看到了工程设计中那种“少即是多”的智慧，以及如何通过精密的计算和巧妙的设计，在看似不可能的约束条件下，创造出令人惊叹的成果。

评分☆☆☆☆☆

这本《多级火箭结构参数的优化理论》简直是一本打开了新世界大门的宝藏！我一直以来都对航天工程，尤其是火箭设计有着浓厚的兴趣，但往往停留在比较宏观的层面，了解一些基本原理和技术名词。这次偶然翻开这本书，我才真正体会到“优化”这两个字背后蕴含的深厚学问和工程智慧。书中没有简单地罗列公式，而是从多级火箭这一复杂系统的独特性出发，细致地剖析了结构参数对整体性能的影响。例如，它详细讲解了级间段的质量分配、燃料箱的形状优化、发动机推力向量的匹配，甚至是材料选择对结构稳定性的微妙影响。我特别震撼于作者对于“权衡”的深入探讨，一个参数的微小改动，可能在某个性能指标上带来显著提升，却在另一个指标上造成不可接受的下降。书中通过大量的案例分析和理论推导，将这些复杂的权衡过程可视化，让我能够清晰地理解设计者是如何在众多制约因素中找到最佳平衡点的。我花了很长时间才消化完其中关于结构应力分析的部分，它不仅涵盖了传统的有限元方法，还引入了一些前沿的计算技术，使得结构在承受巨大载荷时依然能够保持足够的安全裕度。更让我印象深刻的是，书中还探讨了发射窗口、轨道力学等外部因素如何反过来影响结构参数的优化目标，这种跨领域的融合思考，极大地拓展了我对火箭设计的认知边界。总而言之，这本书不仅适合科班出身的工程师，也对任何对航天工程有深度求知欲的读者来说，都具有不可估量的价值。它不只是传授知识，更是一种思维方式的启迪，让我看到了工程优化背后那份严谨、细腻与大胆的创新精神。

评分☆☆☆☆☆

当我拿到《多级火箭结构参数的优化理论》这本书时，我正在为一个复杂的工程项目寻找灵感。我一直以来都对如何在一个复杂系统中进行最优化的决策感到好奇，而多级火箭无疑是一个极具代表性的例子。这本书并没有简单地罗列出各种优化算法，而是深入剖析了多级火箭结构参数优化所面临的独特挑战。我最印象深刻的是书中关于如何处理结构参数之间的耦合关系的部分。在多级火箭的设计中，例如级间段的壁厚、燃料箱的直径、箭体的长度等参数，并非孤立存在，它们之间存在着复杂的相互影响。调整一个参数，可能会在其他多个性能指标上产生连锁反应，这使得优化过程变得异常复杂。书中通过引入多目标优化理论和启发式算法，为解决这些复杂问题提供了有效的工具。我尤其欣赏书中关于“稳健性设计”的探讨，它强调了在参数优化过程中，不仅要考虑在理想条件下的性能，还要充分考虑各种不确定性因素（如制造误差、环境变化、操作偏差）对结构性能的影响，并设计出在各种条件下都能表现良好的结构。这本书让我认识到，工程优化不仅仅是数学上的求解，更是一种对系统行为深刻理解和风险管理的艺术。

评分☆☆☆☆☆

对于任何对现代工程设计，特别是航空航天领域充满好奇心的人来说，《多级火箭结构参数的优化理论》都是一本不容错过的读物。它并没有将读者拒之门外，而是用一种非常清晰且富有启发性的方式，引导我们走进多级火箭结构优化的奇妙世界。书中对于“结构参数”的定义非常广泛，它不仅仅包括了看得见的金属外壳和支撑框架，还涉及到诸如材料的微观结构、内部的燃料分布、甚至是级间分离时的爆炸螺栓的布局等。我被书中关于如何优化火箭箭体外形的章节深深吸引。一个火箭的“体型”是否符合空气动力学规律，直接影响其在大气层飞行时的阻力大小，进而影响到所需的燃料量和发射成本。书中通过介绍先进的计算流体动力学（CFD）技术，以及如何将其与结构优化相结合，展示了如何设计出既能承受巨大载荷，又能最大限度地减小空气阻力的完美流线型箭体。我之前从未想到，原来一个火箭的“皮肤”设计，也蕴含着如此多的工程智慧和科学计算。这本书让我明白，在追求极致性能的背后，是无数工程师的智慧结晶，他们通过对每一个细节的打磨，将科学理论转化为令人惊叹的工程现实。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是我在工程设计领域的“暗黑黎明”！之前我总觉得火箭设计是那些顶级工程师才能触及的领域，充满了高深莫测的理论和复杂的计算。《多级火箭结构参数的优化理论》却用一种非常接地气的方式，让我窥见了这项工作的精髓。我被书中关于如何根据不同的任务需求，对火箭结构参数进行定制化优化所震撼。例如，针对需要进入高轨道或者深空探测任务的火箭，其结构设计就需要充分考虑长期的空间环境暴露、微重力条件下的应力分布，以及返回舱的再入大气层载荷。书中详细讲解了如何通过调整燃料箱的形状、壳体壁厚、隔板布局等，来适应这些特殊的要求。我特别着迷于书中关于结构疲劳分析和损伤容限设计的章节，它让我明白，一枚火箭的设计不仅仅是考虑一次发射的成功，还需要预估其在多次飞行、长时间服役过程中可能遇到的各种潜在风险，并提前进行相应的结构冗余和保护设计。我之前从未想到，原来一个火箭的“外壳”上的每一个铆钉、每一条焊缝，都可能经过严谨的计算和测试，以确保在最严苛的条件下也能安然无恙。这本书不仅仅是传授知识，更是一种对工程严谨性的深刻体悟，它让我看到了在光鲜亮丽的航天成就背后，有多少不为人知的细节和汗水。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，在我阅读《多级火箭结构参数的优化理论》之前，我一直对“优化”这个词存在着一些刻板印象，认为它只是简单的数学计算和公式套用。然而，这本书彻底改变了我的认知。它让我深刻理解到，真正的优化，是建立在对复杂系统深刻理解的基础之上，是多学科知识的交叉融合，更是工程智慧的体现。书中对于如何平衡火箭在不同飞行阶段（起飞、爬升、轨道机动、分离）所承受的不同载荷，并在此基础上进行结构参数优化，给我留下了极其深刻的印象。我被书中关于级间分离机构设计的分析所震撼。级间分离是多级火箭飞行过程中一个至关重要的环节，分离过程中的冲击、振动以及残余力，都可能对后续级的结构和性能产生影响。书中详细阐述了如何通过优化分离机构的结构形式、驱动方式以及分离时的作用力大小，来最大程度地减小对火箭整体的影响。我之前从未意识到，原来一个火箭的“拆解”过程，也需要如此精密的计算和设计。这本书让我看到了工程设计中那种“全局观”的重要性，每一个局部结构的优化，都必须服务于整体任务目标，并与其他子系统相互协调。它不仅仅是一本技术书籍，更是一本关于如何用系统思维解决复杂工程问题的哲学教材。

评分☆☆☆☆☆

这本《多级火箭结构参数的优化理论》就像是一本航天工程师的“秘籍”，它没有罗列那些陈旧的理论，而是直接切入多级火箭结构优化的核心痛点，并提供了切实可行的解决方案。我一直在思考，如何在保证火箭结构能够承受极端载荷的同时，最大限度地减小其自身重量。书中关于“轻量化设计”的章节，为我打开了全新的思路。作者并没有仅仅停留在材料选择层面，而是深入探讨了如何通过改变结构的整体布局、优化关键承力构件的形状、甚至引入仿生学的原理，来达到极致的轻量化。我特别喜欢书中关于“裕度管理”的论述，它阐述了如何在满足性能要求的同时，避免过度设计，从而节省宝贵的资源和成本。我之前总是觉得，对于火箭这种高风险的工程，设计得越“结实”越好，但这本书让我明白，过度的冗余不仅会增加重量，还会降低整体的效率。它引导我从一种更加辩证的视角来看待工程设计中的“安全性”和“效率性”之间的关系。书中对一些前沿的优化技术，如遗传算法、粒子群优化等在火箭结构设计中的应用，也让我大开眼界，让我看到了计算机辅助设计在解决复杂工程问题上的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

老实说，《多级火箭结构参数的优化理论》这本书的封面和书名，一度让我有些望而却步，总觉得会是一本非常晦涩难懂的学术专著。然而，当我真正翻开阅读后，才发现我的担忧完全是多余的。作者的写作风格非常引人入胜，他巧妙地将理论知识融入到生动形象的案例分析中，让我仿佛置身于火箭设计现场，与工程师们一起攻克难题。我最喜欢的部分是关于如何优化火箭发动机与结构之间的接口设计。发动机的推力是巨大的，如何在保证推力传递的效率和稳定性的同时，最大限度地减小接口结构的质量，是火箭设计中的一个关键问题。书中通过对不同接口连接方式的力学分析，以及对新型连接材料的性能评估，给出了非常实用的优化指导。我之前从未意识到，火箭结构参数的优化竟然需要考虑如此多的方面，例如级间分离时的冲击载荷、火箭在穿越大气层时产生的气动弹性效应，甚至是火箭在轨更换部件时的对接兼容性。这本书让我看到了工程设计的“系统性”和“整体性”，一个看似独立的结构参数，却可能对火箭的整体性能产生深远的影响。我被书中对“容错设计”的强调所打动，它让我明白，在追求极致性能的同时，预留一定的安全裕度，是保证任务成功不可或缺的环节。

评分☆☆☆☆☆

作为一名正在攻读航空航天相关专业的学生，我一直在寻找一本能够帮助我深入理解多级火箭结构设计的教材。《多级火箭结构参数的优化理论》无疑满足了我的期望，甚至超出了我的想象。这本书的章节设置非常合理，从最基础的结构力学原理讲起，逐步深入到多级火箭特有的复杂问题。作者对于“优化”这个概念的理解非常透彻，他不仅仅是给出了一些通用的优化算法，而是结合多级火箭的具体特点，构建了一套专门的优化框架。我尤其受益于书中关于多级火箭级间段结构强度与刚度设计的论述。要知道，火箭在发射和飞行过程中承受着巨大的载荷，包括发动机推力、气动载荷以及级间分离时的冲击载荷。如何在这种极端环境下，保证级间段的结构完整性，同时又要尽可能地减小质量，这是设计者面临的一大挑战。书中通过大量的公式推导和图表展示，清晰地揭示了不同结构形式（如桁架式、箱式、整体式）的优劣，以及如何通过调整材料、壁厚、加强筋等参数，来达到性能最优。我花了很长时间去理解书中关于结构稳定性分析的部分，它不仅考虑了静态载荷下的稳定性，还涉及到动态稳定性问题，这对于防止火箭在飞行过程中发生颤振至关重要。这本书让我明白，每一个结构参数的选择，都必须建立在扎实的理论基础和严谨的计算之上，而最终的目标，是为了让火箭能够安全、高效地完成它的使命。

评分☆☆☆☆☆

我之前接触过一些关于航天器设计的书籍，但大多集中在推进系统或者姿态控制等方面，对于“结构参数优化”这个话题，坦白说，我的认知是比较模糊的。直到我拿到《多级火箭结构参数的优化理论》这本书，才算是真正认识到，原来火箭的“骨骼”和“肌肉”是如何被精心雕琢的。作者并没有回避那些枯燥的数学模型和复杂的算法，反而以一种抽丝剥茧的方式，将它们娓娓道来。我最喜欢的部分是关于多级火箭级间连接结构的设计优化。书中详细分析了不同连接方式在承载能力、分离可靠性和质量上的差异，并且通过建立数学模型，给出了如何根据火箭的整体设计目标来选择最优连接方案的指导。我惊叹于作者对于细节的关注，比如连接件的形状、螺栓的数量和位置，甚至是一个微小的减重措施，都能在整体性能上产生连锁反应。书中还特别强调了不同设计迭代之间的相互影响，一个在早期阶段看似微不足道的结构调整，可能会在后期引发一系列需要重新优化的连锁反应。这让我意识到，火箭结构参数的优化不是一次性的工作，而是一个贯穿整个设计流程的动态过程。我之前从未想过，一枚火箭的“身材”——它的长径比、外形曲线，甚至是表面细节，都可能经过精确的优化计算，以最大限度地减小空气动力阻力，提高气动效率。这本书让我看到了工程设计中那种对每一个细枝末节都不放过的极致追求，这种严谨的态度，让我对现代航天工程的成就有了更深的敬意。