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目 录1

序言1

第一章绪论1

1.1航天器动力学及其早期发展2

1.2现代航天器动力学问题的复杂性3

1.3航天器动力学的发展现状及其特征5

1.3.1局部动力学的研究5

1.3.2部件级子系统动力学的研究不断深入7

1.3.3耦合动力学研究进入非线性阶段9

1.3.4整体航天器动力学模型精化与一体化仿真12

1.3.5理论研究与工程应用15

1.4本书主要内容及发展之处16

参考文献24

4.5.1 动力学系统辨识与最优控制问题数学表述的一致性 127

第二章航天器动力学研究内容的基本体系30

2.1航天器动力学的基本研究对象概述31

2.1.1刚体32

2.1.2挠性体33

2.1.3液体37

2.1.4连接结构41

2.1.5环境作用、控制与稳定性43

2.2常用坐标系45

2.3刚性航天器的动力学方程48

2.3.2非自旋航天器的天平动50

2.3.1地心引力场中质点的轨道动力学方程50

2.3.3无力矩自旋航天器的永久转动53

2.4多柔体航天器动力学方程54

2.4.1多柔体系统动力学微分方程的建立54

2.4.2多柔体系统约束方程的建立65

2.4.3考虑动量轮耦合效应时动力学方程的增广形式66

2.5.1刚性贮箱中液体运动描述69

2.5刚性贮箱中液体的晃动69

2.5.2液体小幅晃动理论基础74

参考文献76

第三章连接结构动力学模型与特性81

3.1连接结构在航天器中的用途及其构形81

3.2.1连接结构线性模型86

3.2航天器连接结构模型86

3.2.2连接结构非线性模型87

3.2.3连接结构随机参数模型92

3.3连接结构动力学特性及其对航天器的影响93

3.4小结97

参考文献98

第四章动力学系统非线性参数辨识102

4.1航天器连接结构非线性参数辨识研究概述103

4.2基于FPK方程的连接结构非线性参数辨识方法105

4.2.1用FPK方法求系统的精确稳态解105

4.2.2非线性参数辨识过程107

4.2.3辨识算例和结果108

4.3.1动力学系统辨识问题最优控制解的概念110

4.3基于最优控制理论的连接结构非线性参数辨识110

4.3.2连接结构非线性参数识别的思路111

4.3.3连接结构恢复力识别与状态最优估计113

4.3.4连接结构非线性参数识别117

4.3.5数值仿真算例117

4.3.6参数辨识试验123

4.4影响连接结构参数辨识结果的因素125

4.4.1测量噪声125

4.4.2非线性程度125

4.4.3对非线性系统状态的最优近似126

4.4.4非线性结构恢复力的估计126

4.5动力学系统辨识问题最优控制解的本质127

4.5.2系统辨识问题最优控制解的本质130

4.6确定性动力学系统参数辨识问题最优控制解理论131

4.6.1确定性动力学系统参数辨识问题的最优控制解131

4.6.2最优控制解的存在惟一性与HJB偏微分方程132

4.6.3确定性动力学系统参数辨识算法136

4.6.4不可微动力学系统参数辨识137

4.7小结142

参考文献143

第五章复合材料杆件结构等效模型及设计147

5.1等效模型的基本理论150

5.1.1位移模式150

5.1.2简化的本构关系152

5.2梁的内力及等效模量表达式154

5.3等效模量计算实例158

5.3.1理论计算及讨论159

5.3.2理论计算及实验验证162

5.4动力学等效模型164

5.4.1动力学方程的等效研究165

5.4.2复合材料杆件结构等效分析实例167

5.5复合材料圆管构件的等效温度膨胀系数172

5.6复合材料杆件的可视化设计176

5.6.1可视化软件的基本组成177

5.6.2设计实例178

5.7金属接头的有限元剖分及计算180

5.8小结183

参考文献184

第六章蜂窝夹层板结构动力学及其在航天器设计中的应用187

6.1蜂窝夹层板动力学研究的一般方法188

6.2蜂窝夹层板的力学模型190

6.3蜂窝夹层板动力学基本方程194

6.4.1单向蜂窝夹层板自由振动的解析研究197

6.4蜂窝夹层板自由振动的解析研究方法197

6.4.2正交各向异性蜂窝夹层板自由振动的研究方法203

6.5蜂窝夹层板静、动力学问题的等效分析方法206

6.6小结212

参考文献212

第七章柔性附件伸展动力学215

7.1动力学方程219

7.1.1伸展悬臂梁219

7.1.2绳系卫星系统222

7.1.3板式附件223

7.2.2结构稳定性224

7.2.1伪阻尼224

7.2系统的基本特性分析224

7.2.3动力学方程耦合特性227

7.3系统的响应分析227

7.3.1非瞬态的齐次解227

7.3.2脉冲响应的突变－渐强振动228

7.3.3瞬时共振的延续和加强230

7.4伸展柔性附件动力学特性的近似解232

7.4.1改进的平均法232

7.4.2运动稳定性236

7.4.3非线性系统236

7.5小结240

参考文献241

8.1动力学方程244

第八章伸展柔性附件与航天器姿态的耦合动力学244

8.2姿态控制系统关闭时附件－姿态的交互作用246

8.2.1弹性振动的影响246

8.2.2系统参数对交互作用的影响249

8.3附件－航天器姿态的耦合共振252

8.4耦合共振时特征值分布256

8.5对外激励的响应261

拍振现象264

8.6.1力学模型264

8.6对称柔性附件刚度失调后航天器各自由度的264

8.6.2带对称柔性附件航天器模态局部化现象266

8.6.3拍振现象及其对姿态控制系统的影响269

8.6.4带伸展柔性附件航天器的各自由度的准拍振现象274

8.7小结279

参考文献279

第九章大型柔性帆板展开动力学与姿态动力学281

9.1柔性多体航天器的动力学仿真程序DRMS284

9.2采用绳索联动机构的卫星太阳帆板同步展开285

问题研究285

9.2.1绳索联动机构的机理及其数学模型286

9.2.2帆板在展开过程中的不同步现象290

9.2.3同步控制机构参数对帆板展开运动的影响295

9.2.4展开驱动机构参数对帆板展开运动的影响296

9.2.5故障模式下的数值仿真297

9.3考虑铰链间隙的附件展开动力学分析299

9.3.1间隙的动力学特征及数学模型300

9.3.2内碰撞过程和铰间关节力302

9.3.3间隙对展开过程的影响307

9.3.4附件的弹性振动309

9.4帆板展开、锁定过程全局仿真312

9.4.1具有可变约束的多柔体系统的全局仿真策略312

9.4.2包含附件锁定过程的仿真方法314

9.4.3数值仿真和结果分析318

9.5小结322

参考文献323

第十章液体有限幅晃动动力学329

10.1规则形状刚性贮箱中液体的小幅晃动332

10.1.1窄长贮箱中液体的小幅晃动332

10.1.2圆柱贮箱中液体晃动的模部分析335

10.2液体有限幅晃动的力学描述346

10.2.1微分描述：动边界边值问题346

10.2.2积分描述：推广的驻定压力原理348

10.3液体有限幅晃动的解析建模350

10.3.1速度势函数摄动法351

10.3.2泛函极值法353

10.3.3推广的Galerkin方法358

10.4受俯仰激励贮箱中液体的有限幅晃动361

10.4.1作俯仰运动窄长贮箱中液体的非线性晃动362

10.4.2作俯仰运动圆柱贮箱中液体的非线性晃动371

10.5小结376

附录378

参考文献380

第十一章液－固耦合动力学384

11.1液体－航天器耦合动力学建模384

11.1.1耦合系统基本模型384

11.1.2耦合动力学方程387

11.1.3非线性耦合动力学方程组的数值分析方法402

11.2耦合系统的幅频“跳跃”现象405

11.3耦合系统的多频响应及概周期响应410

11.4圆柱贮箱中液体面外晃动模态的同步Hopf分叉415

现象415

11.5圆柱贮箱中节径的旋转规律429

11.6耦合系统的阻尼渗透现象434

11.6.1环形防晃挡板对耦合系统动特性的影响435

11.6.2弹性振动阻尼对耦合系统动特性的影响437

11.7小结440

附录444

参考文献446