本书主要介绍航天器结构与机构的设计与验证，包括设计与验证的基础知识及产品研制过程中的经验总结。全书共14章，分为3大部分，靠前部分为航天器结构与机构设计的基础理论与共性知识，包括绪论、环境与载荷、结构材料。第二部分为航天器结构设计与验证，包括航天器结构设计、航天器承力结构设计、航天器功能结构设计、航天器结构仿真与析、航天器结构试验。第三部分为航天器机构设计，包括航天器机构设计、连接分离机构设计、展开机构设计、太阳翼结构与机构设计、航天器机构仿真分析、航天器机构试验。

柴洪友，研究员，博士生导师，毕业于哈尔滨工业大学航天学院，现任中国空间技术研究院总体部结构与机构专业总工程师，享受国务院政府特殊津贴。长期从事航天器结构与机构的设计与验证工作。全国“五一劳动奖章”获得者，国家国防科技工业有突出贡献中青年专家。
高峰，研究员，毕业于西北工业大学固体力学专业，现任职于中国空间技术研究院总体部，主要从事航天器结构设计与验证工作，主要研究方向为复合材料力学与复合材料。
叶培建，中国科学院院士，中国空间飞行器总体技术专家、信息处理专家，绕月探测工程、嫦娥系列各型号总指挥、总设计师顾问，“全国五一劳动奖章”获得者，曾获国家科技进步奖特等奖、一等奖等多项奖励。

部分航天器结构与机构设计的基础理论与共性知识
章绪论003
1.1航天器结构与机构的基本概念004
1.1.1航天器结构的基本概念004
1.1.2航天器机构的基本概念005
1.2航天器结构与机构的功能006
1.2.1航天器结构的功能006
1.2.2航天器机构的功能007
1.3航天器结构与机构的类型009
1.3.1航天器结构的类型009
1.3.2航天器机构的类型012
1.4航天器结构与机构的研制014
第2章环境与载荷016
2.1概述017
2.2环境018
2.2.1地面环境018
2.2.2发射环境021
2.2.3再入环境023
2.2.4近地空间环境024
2.2.5深空探测环境028
2.3载荷条件030
2.3.1载荷类型030
2.3.2载荷来源032
2.4载荷分析036
2.4.1概述036
2.4.2静态载荷分析038
2.4.3正弦振动载荷分析041
2.4.4随机振动载荷分析042
2.4.5噪声载荷分析044
2.4.6冲击载荷分析046
第3章结构材料048
3.1概述049
3.2结构材料的性能要求050
3.2.1基本性能要求050
3.2.2地面环境适应性要求051
3.2.3空间环境适应性要求052
3.2.4特殊工作环境适应性要求054
3.3结构材料的选择055
3.3.1材料选择原则056
3.3.2选材的分析方法057
3.3.3材料性能指数058
3.3.4对材料的性能评估060
3.4常用材料的应用062
3.4.1金属材料062
3.4.2复合材料064
3.4.3胶黏剂064
3.5新材料的应用066
3.5.1镁锂合金066
3.5.2金属基复合材料066
3.5.3碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料067
3.5.4形状记忆合金067
3.5.5可刚化材料067
3.5.6功能复合材料068
第二部分航天器结构设计与验证
第4章航天器结构设计071
4.1航天器结构设计特点和原则072
4.1.1结构设计的特点073
4.1.2结构设计的原则074
4.2航天器结构设计技术要求077
4.2.1理解技术要求077
4.2.2功能要求078
4.2.3性能要求079
4.2.4约束条件080
4.3航天器结构研制流程081
4.3.1研制阶段划分081
4.3.2技术成熟度划分082
4.3.3典型航天器的结构研制流程083
4.4航天器结构的方案设计088
4.4.1结构构型设计088
4.4.2结构方案设计内容090
4.5航天器结构的详细设计092
4.5.1结构详细设计内容092
4.5.2结构详细设计规范094
4.6航天器结构设计的验证098
4.6.1验证定义098
4.6.2验证目的099
4.6.3验证方法100
4.6.4试验验证的责任101
4.6.5主动与被动验证102
4.6.6提高验证效费比102
第5章航天器承力结构设计107
5.1板式结构108
5.1.1概述108
5.1.2蜂窝夹层板的结构特性及表征108
5.1.3蜂窝夹层板的设计要求112
5.1.4蜂窝夹层板的常用材料及规格113
5.1.5蜂窝夹层板结构设计115
5.1.6蜂窝夹层板的连接设计118
5.1.7板式框架结构的设计125
5.1.8板式结构技术发展129
5.2杆系结构131
5.2.1概述131
5.2.2功能132
5.2.3设计要求133
5.2.4杆系结构的基本形式134
5.2.5杆系结构的设计134
5.2.6杆系结构的优化141
5.2.7杆系结构的应用144
5.3承力筒结构149
5.3.1承力筒结构的功能及特点149
5.3.2承力筒构型150
5.3.3强度设计152
5.3.4刚度设计154
5.3.5接口设计154
5.3.6筒体设计155
5.3.7框设计157
5.3.8连接设计160
5.3.9承力筒分析162
5.3.10承力筒结构技术发展165
第6章航天器功能结构设计167
6.1密封结构168
6.1.1概述168
6.1.2密封舱结构功能及形式169
6.1.3壳体结构设计与分析171
6.1.4密封接口设计177
6.1.5密封结构验证试验184
6.1.6密封结构技术发展185
6.2防热结构187
6.2.1概述187
6.2.2辐射防热结构189
6.2.3烧蚀防热结构194
6.2.4防热结构试验验证198
6.2.5防热结构的技术发展202
6.3高稳结构203
6.3.1概述203
6.3.2结构稳定性影响因素204
6.3.3高稳结构设计指标205
6.3.4高稳结构设计206
6.3.5高稳结构分析209
6.3.6高稳结构试验验证213
第7章航天器结构仿真分析217
7.1概述218
7.2结构分析模型的建立219
7.2.1结构理想化219
7.2.2有限元模型建立220
7.2.3有限元模型检验222
7.3结构静力分析225
7.3.1基本方程226
7.3.2建模要求227
7.3.3分析内容229
7.3.4结果评价229
7.4模态分析231
7.4.1基本方程232
7.4.2建模要求233
7.4.3分析内容233
7.4.4结果评价234
7.5正弦振动分析235
7.5.1基本方程235
7.5.2建模要求237
7.5.3分析内容238
7.5.4结果评价238
7.6随机振动分析240
7.6.1基本方程240
7.6.2简化分析241
7.6.3模型要求242
7.6.4结果评价242
7.7噪声响应分析244
7.7.1有限元/边界元法244
7.7.2统计能量法245
7.7.3方法比较247
7.8航天器结构分析实例249
第8章航天器结构试验254
8.1概述255
8.2结构试验要求256
8.2.1试验一般要求256
8.2.2试验程序259
8.2.3试验件合格判据260
8.3试验质量控制262
8.4静力试验265
8.4.1试验目的265
8.4.2边界条件266
8.4.3加载方式266
8.4.4载荷工况268
8.4.5试验预示分析268
8.4.6试验结果评估269
8.5正弦振动试验271
8.5.1试验目的271
8.5.2试验件状态272
8.5.3试验边界272
8.5.4试验条件272
8.5.5试验控制273
8.5.6试验结果评价275
8.6卫星结构试验验证实例276
第三部分航天器机构设计与验证
第9章航天器机构设计281
9.1航天器机构设计的特点和原则282
9.1.1航天器机构设计特点282
9.1.2航天器机构设计原则283
9.2航天器机构设计的技术要求285
9.2.1航天器总体要求285
9.2.2功能及性能要求287
9.2.3电气与电子设计要求289
9.2.4材料与工艺要求289
9.2.5空间环境防护设计要求289
9.2.6力/力矩裕度设计要求290
9.3航天器机构的润滑设计294
9.3.1润滑设计的要求295
9.3.2固体润滑设计296
9.3.3液体润滑设计297
9.4航天器机构设计流程298
9.4.1全过程设计流程298
9.4.2设计阶段及设计活动描述298
0章连接分离机构设计301
10.1概述302
10.2连接与分离机构设计304
10.2.1连接机构设计304
10.2.2分离机构设计305
10.2.3火工装置的使用305
10.3连接与分离装置306
10.3.1火工装置306
10.3.2非火工装置317
10.4连接与分离机构分析322
10.4.1连接的预紧力分析322
10.4.2分离运动分析324
10.5连接与分离机构系统典型应用326
10.5.1部件连接与分离机构326
10.5.2舱段连接与分离机构328
10.5.3星箭连接与分离机构330
10.6在轨服务对接与分离机构334
10.6.1基本概念334
10.6.2在轨服务对接与分离机构设计335
10.6.3在轨服务对接与分离机构设计实例336
1章展开机构设计340
11.1概述341
11.2展开机构的分类与组成342
11.2.1展开机构分类342
11.2.2展开机构的组成347
11.3展开机构设计348
11.3.1展开力矩(力)裕度348
11.3.2展开过程的控制349
11.3.3展开位置或形状的锁定349
11.3.4收拢功能的设计349
11.3.5展开锁定时的冲击载荷350
11.3.6机构中结构件的刚度351
11.3.7展开位置的测定352
11.3.8展开运动的分析352
11.4典型锁定铰链353
11.4.1凸轮式锁定铰链353
11.4.2插销式锁定铰链354
11.4.3精密锁定装置356
11.5典型展开机构360
11.5.1折铰式展开机构360
11.5.2构架式展开机构364
11.5.3背架式展开机构370
11.5.4套筒式展开机构373
11.6新型展开机构376
11.6.1新型展开机构概述376
11.6.2基于形状记忆材料的展开机构376
11.7展开机构的发展趋势379
2章太阳翼结构与机构设计383
12.1概述384
12.2产品组成389
12.3太阳翼结构393
12.3.1支撑结构393
12.3.2连接结构397
12.4太阳翼机构399
12.4.1压紧释放机构400
12.4.2展开锁定机构403
12.4.3展开联动机构413
12.4.4展开缓冲机构415
12.4.5展开时序控制417
12.5太阳翼结构与机构的试验验证423
12.5.1部件级试验423
12.5.2整翼级试验428
12.6新型太阳翼结构与机构430
3章航天器机构仿真分析433
13.1概述434
13.2机构仿真分析的目的与要求436
13.2.1机构运动学仿真分析436
13.2.2机构动力学仿真分析437
13.2.3机电一体化仿真分析438
13.3机构仿真分析方法440
13.3.1概述440
13.3.2机构运动学分析方法442
13.3.3机构动力学分析方法444
13.3.4机电一体化仿真分析方法447
13.4机构仿真分析实例451
13.4.1太阳翼展开过程分析451
13.4.2伺服跟踪机构分析452
13.5机构仿真分析技术发展方向455
4章航天器机构试验457
14.1绪论458
14.2机构试验矩阵460
14.2.1试验方案461
14.2.2试验矩阵461
14.2.3试验设备和工装463
14.3功能和性能试验464
14.3.1机构状态检查465
14.3.2典型功能和性能试验矩阵466
14.3.3典型机构的功能和性能试验468
14.4展开试验471
14.4.1展开试验的目的471
14.4.2重力补偿的方法472
14.4.3典型展开试验476
14.5环境试验479
14.5.1环境试验设计480
14.5.2力学环境试验481
14.5.3热环境试验484
参考文献486
索引491