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出版者:黄河水利出版社

作者:祝占元

出品人:

页数:219

译者:

出版时间:2007-8

价格:24.00元

装帧:

isbn号码:9787807342502

丛书系列:

图书标签:

• 汽车发动机
• 内燃机
• 发动机原理
• 汽车工程
• 机械工程
• 汽车技术
• 汽油机
• 柴油机
• 发动机构造
• 汽车维修

航天动力学基础：从轨道设计到深空探测 内容提要： 本书系统地阐述了航天动力学的基本原理、分析方法及其在现代航天工程中的实际应用。全书共分为六个主要部分，涵盖了从基础的牛顿运动定律在天体力学中的应用，到复杂的多体问题、轨道机动设计，再到精确的轨道摄动分析和深空探测任务规划。本书旨在为航空航天工程、应用数学、物理学等相关专业的学生和研究人员提供一个全面而深入的理论框架和实用工具。 第一部分：基础天体力学与轨道力学 本部分奠定了整个学科的理论基础。首先，我们将回顾并深化对牛顿万有引力定律和开普勒三大定律的理解，重点探讨它们在描述双体问题（Two-Body Problem）时的数学形式与物理意义。随后，引入轨道要素（Orbital Elements）的概念，详细解析了六个经典开普勒轨道要素（如半长轴、偏心率、轨道倾角等）如何唯一确定一个绕中心天体运行的轨道。 核心内容包括：如何利用瞬时状态矢量（位置和速度）来解析确定轨道根数，以及如何根据轨道根数反推瞬时状态。本部分还会深入探讨轨道在不同坐标系下的变换，特别是地心惯性坐标系（ECI）与地方平面对流坐标系（LVLH）之间的转换，这对于后续的导航和姿态控制计算至关重要。此外，还将详细介绍如何计算轨道周期、近地点和远地点速度，并引入轨道能量与角动量守恒的物理意义。 第二部分：轨道机动与转移技术 本部分聚焦于如何改变航天器的轨道，这是所有轨道控制和任务执行的核心。我们将从最基本的霍曼转移（Hohmann Transfer）开始，详细分析其在近圆轨道之间进行燃料效率最高的转移过程，包括转移轨道的设计、转移点处的速度增量 ($Delta V$) 计算，以及转移时间的确定。 随后，内容扩展至更复杂的机动，例如非共面轨道转移（需要垂直分量速度增量）和拉格朗日点（Lagrange Points）的初步探讨。书中将详尽阐述双椭圆转移（Bi-elliptic Transfer）的适用场景和效率分析，并引入等效速度增量分析的概念，用于评估多步机动的燃料消耗。在近地轨道（LEO）场景下，本书将讲解如何利用重力辅助（Gravity Assist）或行星际飞越（Planetary Flyby）技术，通过改变航天器相对于行星的相对速度来实现高效的深空变轨，并通过大量的案例分析展示这种技术的实际应用。 第三部分：多体问题与摄动分析 真实的轨道运动并非理想的双体问题，而是受到多种非保守力和天体引力的影响，即多体问题（N-Body Problem）。本部分着重于分析这些摄动源及其对轨道的影响。 首先，我们将分析主要的摄动因子：地球的非球形引力（J2项效应及其对轨道参数的长期影响）、大气阻力（尤其对低轨航天器）、太阳和月球的引力摄动。书中将详细推导轨道要素的变化率方程，特别是通过拉格朗日方程（或戴森方程）来描述轨道要素随时间的演化。 重点内容包括：周期性轨道（如太阳同步轨道SSO、对地静止轨道GEO）的设计和维持，如何计算并补偿由于J2摄动导致的轨道漂移。对于大气阻力，本书将讨论不同密度的模型（如NRLMSISE-00模型）的应用，并介绍轨道衰减率的计算方法，这对航天器寿命预测至关重要。 第四部分：轨道确定与导航基础 精确知道航天器当前的位置和速度是成功执行任务的前提。本部分深入探讨轨道测定（Orbit Determination）的基本原理。 内容涵盖：观测数据类型（如测距、多普勒频移、方位角和高度角测量）及其误差特性。我们将介绍经典轨道确定方法，如高斯法和拉普拉斯法。随后，重点转向现代导航技术，详细讲解卡尔曼滤波（Kalman Filtering）在轨道状态估计中的应用。书中将构建线性化的状态空间模型，解释扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在处理非线性动力学方程时的优势与挑战。 此外，还将介绍航迹复原（Orbit Propagation）的技术，比较数值积分方法（如龙格-库塔法）的精度与效率，为实时导航提供技术支撑。 第五部分：相对运动与编队飞行 随着微小卫星星座和空间交会对接任务的兴起，研究航天器之间的相对运动变得日益重要。本部分引入了描述相对位置和速度的线性化模型。 核心是Clerk–Hill方程（或称Breslaw方程），即用于描述在圆轨道上运行的两个航天器之间相对运动的二阶常微分方程组。本书将详细分析其解，即“四种基本模式”：圆形、椭圆、双曲线和抛物线相对轨道。这些模式是设计近距离交会和会合操作的基础。 内容还将涉及相对导航和控制策略，例如如何设计控制律以实现精确的近距离会合（Rendezvous）和对接（Docking），包括目标捕获、制导、导航与控制（GNC）系统的基本架构。 第六部分：深空探测任务与轨道设计 本部分将理论知识应用于最具挑战性的航天领域——深空探测。内容侧重于行星际转移轨迹的设计。 详细分析限制性三体问题（Restricted Three-Body Problem, RTBP）在月球或行星际空间中的应用，特别是如何利用地月之间的拉格朗日点进行“停泊轨道”和“弱耦合转移”。 重点讲解行星际弹道学：如何通过计算行星的会合窗口（Launch Windows）来规划行星际飞船的发射时机，以及如何利用行星的引力场进行多重引力加速。本书将提供一个完整的行星际任务设计案例，从地球逃逸到目标行星捕获的全过程分析，包括轨道修正（TCM）的次数和时机选择。 总结与展望： 本书不仅提供了严谨的数学推导和物理图像，更强调了理论与工程实践的结合，为读者理解和掌握航天器如何在复杂空间环境中精确运行提供了必要的知识体系。通过对这些核心概念的掌握，读者将能够独立分析和设计复杂的航天任务。

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这本书的文字功底相当了得，行文流畅且富有节奏感，即便是一些描述物理过程的段落，读起来也像是听一位经验丰富的老教授在娓娓道来，丝毫没有枯燥乏味的感觉。我发现作者在描述高压燃油喷射的瞬间细节时，那种文字的张力，几乎能让我感受到喷油嘴开启时的微小振动和雾化效果。它似乎懂得如何将抽象的能量转换过程，转化为读者可以感知的具体现象。特别是关于涡轮增压器的响应延迟问题，作者从流体力学和热力学的耦合角度进行了深入剖析，分析得极其透彻，让那些过去只能靠经验来处理的“涡轮迟滞”，有了一个坚实的理论基础可以去优化和克服。对于非技术背景的汽车爱好者，这本书的入门章节也设置得非常友好，通过形象的比喻，巧妙地避开了过早引入复杂数学模型，让读者能够先建立起对整个系统的宏观认识，然后再逐步深入到微观结构。这种循序渐进的引导，是很多专业书籍所欠缺的。

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我是一名有着十年经验的资深汽车维修技师，平时接触的更多是故障诊断和实际操作，对于理论深度有时会有些疏忽。这本书的出现，简直是给我补上了一块重要的短板。它的厉害之处在于，它并没有停留在教科书式的简单描述，而是深入到了材料学和热力学在发动机设计中的实际应用层面。比如，关于活塞环的密封性设计和摩擦损失的优化，书中用了相当大的篇幅来分析不同材料在极端工作温度下的性能表现，这对于我们在诊断那些看似简单实则复杂的烧机油、动力不足等疑难杂症时，提供了宝贵的理论支撑。我甚至发现，书中对一些老旧机型的设计缺陷也有独到的分析，这对于我们这些需要维护经典车型的师傅来说，简直是如获至宝。它的语言风格非常老派，用词精准到位，几乎没有一句废话，那种直击核心的论述方式，非常符合我们这种动手能力强、注重实际效果的从业者的阅读习惯。读完某一章，我立刻就能在脑海中勾勒出实际部件的受力情况和热负荷分布。

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作为一个刚刚接触汽车工程专业的大学生，我对市面上那些内容陈旧或者过于简化的入门读物感到非常失望。这本书的视角显然是面向未来和前沿技术的。它不仅详细讲解了传统的汽油机和柴油机，还用了一个专门的章节来讨论混合喷射技术、均质压燃（HCCI）等先进的燃烧模式，甚至涉及到了未来替代燃料的可能性。这让我感到自己所学的知识是与时俱进的，而不是停留在上个世纪的水平。书中的案例分析部分做得尤为出色，它没有仅仅停留在概念上，而是引用了多家知名主机厂的具体设计方案作为佐证，这极大地增强了理论的可信度和应用价值。排版上采用了大量的留白，使得即便是复杂的公式和图表，阅读起来也不会感到拥挤和压迫。我个人最喜欢的是作者在每章末尾提出的“思考与延伸”环节，这促使我们不能仅仅满足于“知道是什么”，更要去思考“为什么会这样设计”以及“未来如何改进”，培养了批判性思维。

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这本书的装帧设计非常吸引人，硬壳封面配上烫金的书名，透着一股专业和厚重感。拿到手里沉甸甸的，让人立刻感受到内容的扎实。我原本对机械原理这种看起来枯燥的话题有些畏惧，但翻开目录后发现，作者的章节划分非常清晰，从最基础的内燃机结构到复杂的燃烧过程控制，逻辑性极强，像是一张精心绘制的路线图，指引着读者一步步深入。特别是图文并茂的展示方式，那些剖面图和动态流程图绘制得极为精细，即便是初学者，也能通过这些视觉辅助，快速建立起对各个部件工作原理的直观认知。我特别欣赏它在理论阐述上的严谨，每一个公式的推导都清晰可见，没有那种为了凑字数而堆砌晦涩术语的情况。对于那些希望系统学习内燃机核心技术的工程师或学生来说，这本书无疑提供了一个极佳的起点和参考平台。我试着对照着图纸去理解气门正时机构的工作流程，发现之前在网上零散学到的知识点，在这里得到了完美的串联和升华，对整个发动机“跳动”的节奏感有了更深层次的理解。

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从装订质量来看，这本书绝对是收藏级别的。纸张厚实，印刷色彩还原度极高，尤其是那些彩色部件图，红色的点火火焰和蓝色的进气气流对比鲜明，极大地提升了阅读体验。更让我印象深刻的是，这本书似乎融合了全球不同地区的工程思想。我能从中看到德系工程的严谨细致，也能捕捉到一些日系设计中对空间利用率的极致追求。它不是简单地对某一固定体系进行讲解，而是提供了一个更广阔的视野，去比较和评估不同设计哲学下的优劣。例如，它对不同配气机构（如SOHC、DOHC、VVT-i等）的优缺点分析，不是简单地罗列技术参数，而是结合了实际的功率曲线和经济性数据进行综合评价，这对于我们评估二手车或者选择新车时，具有极强的指导意义。这本书真正做到了“授人以渔”，它教给我的不仅仅是发动机的构造，更是一套分析和解决复杂机械问题的思维框架。

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