船舶运动与建模 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防工业

作者:李殿璞

出品人:

页数:375

译者:

出版时间:2008-2

价格:48.00元

装帧:

isbn号码:9787118054590

丛书系列:

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• 船舶运动
• 船舶建模
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• 船舶设计
• 水动力学
• 控制工程
• 系统辨识
• 数值模拟
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• 船舶仿真

跨越星辰的征途：深空探测器动力学与控制 内容简介 本书深入探讨了人类探索宇宙的尖端技术领域——深空探测器的动力学特性、轨道设计、姿态控制与导航制导策略。在地球引力范围之外的广袤空间，探测器面临着与近地卫星截然不同的严峻挑战，包括微弱的星际引力场、长距离通信延迟、太阳辐射压力的显著影响以及对极高自主性与可靠性的要求。本书旨在为航天工程师、空间科学研究人员以及高年级本科生提供一个全面、深入且具有实践指导意义的参考框架。 第一部分：星际环境与探测器基础动力学 本部分首先勾勒出深空环境的物理图景。我们将详细分析太阳系内行星、小行星、彗星以及太阳本身的引力场模型，着重阐述如何构建高精度的多体动力学方程组。特别关注在远日点探测任务中，如何精确量化和预测太阳光压（Solar Radiation Pressure, SRP）对飞行器轨道的影响，这在缺乏大气阻力作为衰减力的太空中至关重要。 随后，本书详细解析了航天器在星际空间中的运动学基础。我们不仅复习了开普勒轨道理论，更将其扩展到处理非保守力（如电磁力、微小推力器持续点火）影响下的复杂轨道演化。针对深空探测任务的特点，我们开辟专门章节讨论星际轨道传递，包括霍曼转移的优化、利用行星引力助推（Gravity Assist/Slingshot Maneuver）的原理、精确计算和角度控制。引力助推设计是深空任务成败的关键，本书提供了基于庞加莱截面理论和相空间分析的优化方法，指导读者如何最大限度地获取动量增益，并精确预测轨迹偏差。 第二部分：高精度导航与观测基础 在深空，导航精度直接决定了任务的科学产出。本部分聚焦于探测器在远离地面测控站的极端条件下的自主导航技术。 我们首先回顾了主要的深空测距与测速技术，包括深空网络（DSN）的测量原理，如双向多普勒测量和脉冲测距。重点分析了这些测量数据中存在的系统误差和随机误差源，并介绍了卡尔曼滤波（Kalman Filtering）在星际轨迹估计中的应用及其变体，如扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF），这些工具是处理非线性动力学系统的标准解法。 本书随后深入探讨了天体导航（Astro-navigation）的核心技术。这包括利用星敏感器、太阳敏感器和行星/小行星成像技术进行相对定位。我们详细论述了如何利用这些光学观测数据来确定探测器的瞬时姿态和轨道参数。特别地，我们引入了视觉相对导航（Visual Relative Navigation）的概念，这是对接任务（如采样返回或轨道器捕获）所必需的，涉及特征点匹配、三维重建和基于观测残差的闭环控制律设计。 第三部分：姿态动力学与精确控制 深空探测器的姿态控制（Attitude Determination and Control System, ADCS）面临的挑战是巨大的，它不仅要保证科学仪器的指向精度，还要管理燃料消耗和热控需求。 本章从刚体动力学出发，建立了以四元数和欧拉参数描述的姿态运动微分方程，并分析了由外部扭矩（如太阳光压、地球和行星磁矩）引起的姿态漂移。在执行机构方面，本书详尽对比了反作用轮（Reaction Wheels）、磁力矩器（Magnetorquers）、推进器（Thrusters）以及新型动量轮阵列的优缺点和适用场景。 姿态确定（Attitude Determination）部分，我们着重介绍了如何融合来自不同传感器的数据。例如，如何将陀螺仪（Gyroscope）的短时高频稳定性与星敏感器的绝对基准信息进行最优组合。对于需要长时间精确指向特定深空目标的任务，我们将探讨惯性导航与反馈控制的结合，特别是关于如何设计鲁棒的PID控制器、LQR控制器以及自适应控制策略来抵抗模型不确定性。 第四部分：推进与轨道机动优化 深空任务的成本和时间往往受限于推进剂的携带量。因此，推进系统的选择和机动操作的优化成为本书的重点。 我们首先对比了传统的化学推进剂系统与高比冲的电推进系统（如霍尔推力器和离子推力器）。电推进的低推力特性要求采用最优控制理论来设计连续推力轨迹，以最小化飞行时间或燃料消耗。本书引入了庞特里亚金最大值原理（Pontryagin's Maximum Principle）在低推力轨道优化中的应用，并展示了如何将其转化为数值求解的边界值问题。 在轨道机动部分，我们详细分析了行星际转移窗口的选择——发射窗口（Launch Window）的确定，这依赖于地球、目标行星和探测器之间的相对位置关系。此外，本书还涵盖了小行星会合与捕获的复杂动力学问题，包括在目标天体附近进行制动和环绕轨道的建立，这通常需要多次精确的点火才能将高速飞行的探测器稳定在目标天体的引力势阱内。 第五部分：自主性与容错设计 随着任务距离的增加，通信延迟使得地面实时干预几乎不可能。因此，深空探测器必须具备高度的自主性。 本部分探讨了故障检测、隔离与恢复（Fault Detection, Isolation, and Recovery, FDI&R）系统在深空飞行器中的设计。我们将介绍基于模型（Model-Based）和基于数据（Data-Driven）的诊断技术，以及如何设计快速的姿态重构和轨道维持模式切换逻辑。讨论还扩展到自主科学操作的实现，例如，探测器如何自主识别科学目标、优化观测序列并调整姿态以适应新的观测需求，确保在有限的燃料和电力预算内实现最大的科学回报。 本书的最后将展望下一代深空探测技术，如等离子体推进、引力场测量技术在行星科学中的应用，以及星际探测器（如旅行者号）的长期可靠性管理策略。本书力求结构严谨，推导详尽，理论与实际案例相结合，为推动人类深空探索事业提供坚实的理论支撑和工程指导。

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这本书拿到手里，触感和纸张的质感都非常棒，给人一种厚重而踏实的感觉。我是一名对现代科技发展，特别是那些能够改变我们生活方式的创新技术非常感兴趣的读者。我一直关注着新能源、人工智能、生物科技等前沿领域，并试图理解它们是如何一步步走向成熟，如何影响着未来的社会形态。这本书的题目恰好提到了“建模”，这让我联想到一些复杂的系统工程和仿真技术。我猜想，书中可能会涉及一些关于如何利用数学模型来模拟和预测复杂系统行为的方法。比如，在交通运输领域，我一直很好奇如何通过精密的计算来优化物流效率，如何让出行更加便捷安全。船舶作为重要的交通工具，其在水中的运动必然受到多种因素的影响，比如水流、风力、船体本身的结构等等。如果书中能够深入浅出地介绍如何建立数学模型来捕捉这些复杂的相互作用，并且能够展示这些模型在实际应用中的威力，那将是一件非常令人兴奋的事情。我期待着书中能够分享一些利用计算机模拟来解决实际工程问题的案例，让我能够更直观地感受到科学的力量，以及它如何推动着社会进步。

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当我翻开这本书，首先映入眼帘的并不是那些晦涩难懂的公式，而是一些精美的插图和图表，它们清晰地展示了船舶的各个部件，以及在不同状态下的形态。作为一名对设计和美学有着浓厚兴趣的读者，我一直很欣赏那些将实用性与艺术性完美结合的物品。船舶本身就是一种了不起的工程杰作，它们在追求功能性的同时，也往往蕴含着独特的美学韵味。我特别喜欢那些流线型的船体设计，以及各种帆、桅杆、甲板的布局。我希望这本书能让我从技术和设计的角度，去理解这些“海上巨兽”是如何被设计出来的。书中的“建模”部分，让我联想到一些关于结构力学和流体动力学的知识。我很好奇，设计师是如何在满足船舶稳定性和航行效率的同时，还能赋予它们独特的外观风格的。或许，书中会介绍一些关于如何通过参数化设计来优化船体形状，以达到最佳的空气动力学和水动力学性能。我期待着能够了解到，一个精妙的船舶设计是如何诞生的，以及其中蕴含的设计师的巧思和匠心。

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这本书的题目是《船舶运动与建模》，但我拿到手后，首先被它的封面设计所吸引。整体色调是深邃的海蓝色，海面上波涛汹涌，隐约可见一艘古老帆船的剪影。这种充满力量感和历史感的画面，瞬间激发了我对航海、对海洋文明的无限遐想。我本来就对历史上的航海探险故事情有独钟，特别是那些关于发现新大陆、海上贸易繁荣时期的传奇。我总觉得，每一艘船都是一个承载着无数故事的生命体，它们经历了风雨，见证了时代的变迁。这本书的题目虽然是“船舶运动与建模”，但我脑海中浮现的却是那些扬帆远航的画面，是船员们在甲板上辛勤劳作的身影，是船长在星空下指引方向的坚定目光。我甚至开始想象，书中是否会描绘一些经典的航海事件，比如哥伦布发现新大陆时的场景，或者郑和下西洋的宏伟壮举。或许，书中的“建模”部分，也能让我从技术层面理解这些历史船只的构造和航行原理，从而更深入地体会古代航海家的智慧和勇气。总而言之，这本书的封面给我带来了一种宏大、史诗般的感受，仿佛打开的不仅仅是一本书，更是一扇通往过去，通往波澜壮阔海洋时代的大门。

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这本书的封面设计简洁而有力，纯色的背景衬托着书名，没有过多的装饰，给人一种专业、严谨的学术氛围。我是一名对海洋科学和工程领域的研究者，平时阅读的都是一些专业性非常强的学术论文和专著。我一直对船舶在复杂海洋环境中的运动规律非常感兴趣，特别是当面对极端天气条件或者复杂的港口操作时，船舶的姿态和轨迹会发生怎样的变化。这本书的题目“船舶运动与建模”正好符合我的研究方向。我期待着书中能够提供一些关于船舶运动动力学的高级理论，比如六自由度运动方程的建立和求解，以及如何考虑海洋环境的随机扰动对船舶运动的影响。同时，“建模”这个词也让我联想到一些数值模拟技术，比如计算流体动力学（CFD）或者多体动力学仿真。我希望书中能够介绍一些先进的数值计算方法，以及如何利用这些方法来模拟和分析船舶在各种工况下的运动响应。如果书中还能包含一些关于模型验证和参数辨识的内容，那就更完美了，因为这对于构建准确可靠的船舶运动模型至关重要。

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拿到这本书，我首先关注的是它的章节结构和目录。我是一名对知识体系的系统性和严谨性要求很高的读者，我喜欢能够循序渐进地学习新知识，并且能够建立起完整的知识框架。这本书的题目是“船舶运动与建模”，这让我联想到一些偏向于理论研究和学术探讨的内容。我最近在学习一些关于系统辨识和控制理论的知识，希望能够将这些理论应用到实际工程问题中。我猜想，这本书的“建模”部分，可能会涉及到一些关于如何从实验数据中提取船舶运动的数学模型，以及如何利用这些模型来进行状态估计和控制。我非常好奇，书中是否会介绍一些常用的船舶运动模型，比如PID控制、模糊逻辑控制或者更先进的模型预测控制等。而且，我对如何验证这些模型的准确性也很感兴趣，比如是否会通过仿真实验或者实际航行数据来验证模型的有效性。我希望这本书能够提供一些理论上的深度，同时也包含一些实际的应用案例，让我能够更好地理解和掌握这些先进的建模与控制技术。

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