空间飞行器设计第7讲

第一章—绪论1.各国独立发射首颗卫星时间。

表格 1 各国独立发射首颗卫星时间表2.航天器的分类？答：航天器按是否载人可分为无人航天器和载人航天器两大类。

其中，无人航天人按是否环绕地球运行又分为人造地球卫星和空间探测器两大类；载人航天器可以分为载人飞船、空间站和航天飞机。

3.什么是航天器设计？答：航天器设计就是要解决每一个环节的具体设计，其中主要的几个关键内容为：航天任务分析与轨道设计、航天器构形设计、服务与支持分系统的具体设计。

4.画图说明航天器系统设计的层次关系并简述各组成部分的作用。

答：图 1 航天器系统设计的层次关系图(1).有效载荷分系统：航天器上直接完成特定任务的仪器、设备和核心部分；(2).航天器结构平台：整个航天器的结构体(3).服务和支持系统：有效载荷正常工作的必要条件。

①结构分系统：提供其他系统的安装空间；满足各设备安装方位，精度要求；确保设备安全；满足刚度，强度，热防护要求，确保完整性；提供其他特定功能②电源分系统：向航天器各系统供电③测控与通信系统：对航天器进行跟踪，测轨，定位，遥控，通信；④热控系统：对内外能量管理和控制，实现航天器上废热朝外部空间的排散，满足在飞行各阶段，星船各阶段、仪器设备、舱内壁及结构所要求的温度条件；⑤姿态与轨道控制系统：姿态控制--姿态稳定，姿态机动；轨道控制--用于保持或改变航天器的运行轨道，包括轨道确定（导航）和轨道控制（制导）两方面，使航天器遵循正确的航线飞行。

、⑥推进系统：向地球静轨道转移时的近地点与远地点点火；低轨道转移时，低轨到高轨的提升与离轨再入控制；星际航行向第二宇宙速度的加速过程；在轨运行⑦数据管理系统：将航天器遥控管理等综合在微机系统中⑧环境控制与生命保障：维持密闭舱内大气环境，保证航天员生命安全5.航天器的特点及其设计的特点？答：航天器的特点有5个，(1).系统整体性；(2).系统层次性；(3).航天器经受的环境条件：运载器环境、外层空间环境、返回环境；(4).航天器的高度自动化性质；(5).航天器长寿面高可靠性。

飞行器设计综合课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握飞行器设计的基本原理，如空气动力学、结构设计等；2. 了解飞行器各组成部分的功能和相互关系；3. 掌握飞行器设计的基本流程和方法。

技能目标：1. 能够运用所学知识，设计出具有创意的飞行器；2. 学会使用相关软件（如CAD等）进行飞行器设计和绘图；3. 提高团队协作能力和沟通表达能力，能够就设计方案进行有效讨论和修改。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对飞行器设计和制造的热爱，激发创新意识；2. 增强学生的国家荣誉感，认识到我国在飞行器领域的重要地位；3. 培养学生严谨的科学态度，注重实践与理论相结合。

课程性质：本课程为综合实践课程，旨在通过飞行器设计，提高学生的综合运用知识能力和创新能力。

学生特点：六年级学生具有一定的知识储备，好奇心强，动手能力强，善于团队合作。

教学要求：教师需引导学生将所学知识与实践相结合，注重培养学生的创新精神和实践能力，提高学生的问题解决能力。

在教学过程中，关注学生的个体差异，激发学生的学习兴趣，确保课程目标的实现。

通过课程学习，使学生能够将理论知识运用到实际设计中，培养具备创新意识和实践能力的优秀学子。

二、教学内容1. 理论知识：- 空气动力学原理；- 飞行器结构设计；- 飞行器动力系统；- 飞行器控制原理。

参考教材章节：第三章“飞行器的基本原理”和第四章“飞行器设计与制造”。

2. 实践操作：- 飞行器设计基本流程与方法；- 使用CAD软件进行飞行器设计；- 制作飞行器模型；- 飞行器模型的调试与优化。

教学内容安排：共8课时，其中理论知识4课时，实践操作4课时。

3. 教学进度：- 第1-2课时：学习空气动力学原理和飞行器结构设计；- 第3-4课时：学习飞行器动力系统和控制原理；- 第5课时：介绍飞行器设计基本流程与方法；- 第6课时：使用CAD软件进行飞行器设计；- 第7课时：制作飞行器模型；- 第8课时：调试与优化飞行器模型。

箭体结构是运载火箭的重要组成部分，其主-要功用是装置各分系统（如有效载荷、控制系统、-动力系统和测量系统等，并按要求其连接成结-构紧凑、外形理想的整体。

主要功用有：提供可-靠的工作环境；承受操作和飞行中的外力；维持-良好的气动外形；持火箭完整性。

-8.1箭体结构的组成和功用-有效载荷整流罩、推进剂贮箱！-输送系统元件、仪器舱、级间段、发动机架和-段等，有些大型火箭还有尾翼Saturn5-W-三-USARNY-:812:6转接锥-二、三子级级问段-有效载荷整流罩-仪器枪-二子级箱间段-一、二子级级间段-三子级液氢箱-三子级液氧箱-三子级动机-二子级氧化剂箱-二子级燃料箱-二子级气动机-级间杆系-一子级氧化剂箱-一子级后过菠段-一尾翼-图8一1典型运载箭外形及总体布局-3有效载荷整流罩-整流罩是有效载荷或末级火箭的包封部件-在大气层飞行段对其起保护作用。

一般为锥一柱、-锥一柱一锥硬壳式-推进器贮箱-为贮存推进剂的容器，是火箭的承力结构-占火箭体积的大部分。

-按形状分：圆柱、锥柱、截锥、球、环、扁豆形-按受力形式分：受力式、非受力（悬挂）式-按贮箱相互关系分：独立式、共底式。

-按结构特点分：硬壳式、半硬壳式和网格式8.2箭体的结构方案与结构型式-8.2.1推进剂贮箱结构-按受力形式分为：-承力式储箱-贮箱壁就是火箭的壳体，受-内和各种飞行载荷-非承力式储箱-贮箱壁是贮箱外壳，主要-受内压载荷早期火箭如V-2,采用非承力式贮箱-从20世纪50年代始，液体火箭广泛采用承力-载式贮箱。

这是因为火箭壳体上的主要载荷-轴压，可由贮箱内的增压压力全部或绝大-部分地抵消。

承力式贮箱兼有贮箱壁和火箭外壳-功能，结构质量减轻、火箭空间利率提高-现代火箭设计中可综合使用，如火箭的一子-级采用多管发动机，可将一种推进剂贮箱设计为-承力式，传递推力并作为另种推进剂贮箱吊挂-的支柱。

贮箱的布局-串连布局：两个贮箱沿箭轴方向纵向排列。

1.航天工程系统的组成及卫星的系统组成航天工程系统，简称航天系统。

航天系统是由航天器、航天运输系统、航天发射场、航天测控网、应用系统组成的完成特定航天任务的工程系统。

卫星通常可划分为有效载荷和卫星平台两大部分有效载荷是指卫星上直接完成特定任务的仪器、设备或系统，又称专用系统。

1)科学探测和实验类有效载荷。

2)信息获取类有效载荷。

3)信息传输类有效载荷。

4)信息基准类有效载荷。

卫星平台是由保障系统组成的、可支持一种或几种有效载荷的组合体。

1)结构与机构分系统。

2)热控制分系统。

3)电源分系统。

4)姿态与轨道控制分系统。

5)推进分系统。

6)测控分系统。

7)数据管理分系统。

（星务管理分系统）8)总体电路分系统。

9)返回分系统。

（数传分系统）2.空间飞行器总体设计的阶段划分1)任务分析2)约束条件的确定3)卫星研制技术流程初步制定4)卫星与卫星工程大系统、其他系统之间的接口5)方案优选6)方案论证报告和技术要求3.卫星的主承力构件的三种形式，并比较三种形式的优缺点结构形式承力筒箱式杆系结构设计复杂（构件多，约束多）简单简单传力路线长（贮箱上挂）短短承受载荷大（整星）小小结构工艺很复杂（模具多）很简单（平板）简单工艺品质难保证（圆形、构件多）易保证易保证结构质量较重较轻最轻总装工艺难（贮箱内连）简单简单有效载荷扩展难（承力筒限制）易易周期/成本较长/较高较短/较低较短/较低4.静止轨道双自旋稳定通信卫星和三轴稳定通信卫星总体方案的比较比较因素双自旋稳定三轴稳定姿态和天线指向精度相对低较高扩展性差可增大电池阵块数技术复杂程度较简单较复杂（姿轨控系统）继承性可继承DFH-2技术DFH-3技术风险度大（消旋轴承单点故障）较大(管路泄露,太阳电池板展不开)经济性成本相对低成本相对高5.空间飞行器构型设计概念及构型设计一般原则空间飞行器构型设计（又称为空间飞行器总体结构设计）是对飞行器的外形、结构形式、总体布局、仪器舱布局、质量特性以及与运载器和地面机械设备接口关系等进行设计和技术协调的过程。

飞行器总体设计重要知识点飞行器总体设计是航空航天工程中的关键环节，它涉及到飞行器的结构布局、性能参数、各种系统的集成以及整体设计思路等方面。

本文将介绍飞行器总体设计的重要知识点，以便读者能够了解到飞行器总体设计的基本原理和关键要点。

一、飞行器总体设计概述飞行器总体设计是指在飞行器的研制过程中，根据设计需求和性能要求，对飞行器的外形、结构和性能进行综合设计的过程。

总体设计是一个系统工程，需要考虑飞行器的任务和使用环境，以及材料、结构、动力、控制、通信等多个方面因素的综合考虑。

二、飞行器外形设计飞行器外形设计是指根据飞行器的使用需求和性能要求，确定飞行器的外部轮廓、舱位布置和外部附件的位置等。

外形设计需要考虑飞行器的气动特性，如气动稳定性和抗阻等方面的要求。

同时还要考虑机载设备的布置，以及乘员或货物的舱位布置，以实现良好的使用性能。

三、飞行器结构设计飞行器的结构设计是指确定飞行器的内部结构和部件，以及安装和连接方式等。

结构设计需要考虑飞行器的强度、刚度和抗疲劳性等性能要求。

同时，还需满足飞行器的重量和材料耐久性等要求。

此外，结构设计还需要保证飞行器的便于制造和维修，以及符合航空法规和标准。

四、飞行器性能参数设计飞行器的性能参数设计是指对飞行器的各项性能参数进行科学合理的确定。

性能参数设计包括飞行速度、爬升率、航程、续航时间、载荷能力等方面的要求。

性能参数设计需要考虑飞行器的任务和使用环境，以及动力系统和控制系统等的匹配。

同时，还需考虑飞行器的经济性和环境适应性等方面的要求。

五、飞行器系统集成设计飞行器系统集成设计是指将各个系统（如动力系统、控制系统、通信系统等）有机地组合在一起，以实现整机性能要求和设计目标的过程。

系统集成设计需要考虑各个系统之间的协调性和相互作用，以及系统之间的接口和数据交换等。

同时，还需满足飞行器整体设计的要求，保证飞行器的安全性和可靠性。

六、飞行器总体设计思路飞行器总体设计需要遵循一定的思路和方法。