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【编辑推荐】

本书是理论与工程实践结合得比较完美的著作

【内容简介】

本书系统性地介绍了液体火箭发动机结构动力学的基础理论、分析方法与试验技术，主要包括：发动机结构动力学建模、模型修正及优化设计技术，涡轮泵转子动力学研究方法，泵流体激振分析方法，多源振动载荷传递与识别研究方法，振动试验与虚拟振动试验技术，试车速变数据测试分析技术。结合作者多年的研发实践，本书详细地介绍了结构动力学在液体火箭发动机中的应用，包括了大量的模态试验、振动试验与动力学仿真实例，并给出了较多的故障归零案例，以方便读者阅读并提高解决工程问题的能力。
本书可为从事航空、航天、海洋、交通、机械、建筑等相关领域的工程技术人员和科研人员提供参考。

【目录】

目 录 
第１章 绪论 
１概述 
１发动机系统及组成 
１发动机分类及特点 
１推进剂供应方式 
１泵压式发动机 
１常用推进剂 
１轨姿控发动机 
１发动机核心组件简介 
１热力组件 
１涡轮泵 
１自动器 
１总装元件 
１各章主要内容 
第２章 发动机结构动力学建模分析 
２引言 
２复杂结构动力学建模技术 
２低频动力学建模 
２中高频动力学建模 
２动态子结构法 
２子结构试验建模综合技术 
２发动机结构三维动力学建模分析实例 
２发动机结构模态测试 
２模态试验技术 
２模态参数识别方法 
２环境激励模态参数识别法 
２发动机模态测试实例 
第３章 发动机结构动力学模型修正 
３引言 
３基于模态参数的有限元模型修正 
３模型匹配 
３相关性分析 
３目标函数构建 
３基于灵敏度分析的修正参数选取 
３模型修正有效性评价标准 
３基于频响函数的有限元模型修正技术 
３模型修正软件开发 
３喷管结构有限元模型修正应用实例 
３喷管结构参数化建模及模态分析 
３喷管结构模态测试 
３模型修正过程 
第４章 发动机结构动力学分析及优化设计 
４引言 
４结构动力学分析 
４模态分析 
４频率响应分析 
４随机振动分析 
４瞬态响应分析 
４求解振动响应的直接积分法 
４求解振动响应的精细积分法 
４求解振动响应的模态叠加法 
４某型发动机热试车启动冲击响应分析 
４结构动力学优化设计 
４优化基础理论 
４多频优化的动力学设计 
４频响优化的动力学设计 
４大规模优化问题处理技术 
４大规模优化问题代理模型技术 
４基于 HK 模型的火箭发动机结构优化 
４发动机管路断裂失效分析及动力优化 
第５章 发动机涡轮泵转子系统动力学特性研究 
５引言 
５基于有限元法的转子系统动特性分析 
５圆盘运动方程 
５弹性轴运动方程 
５轴承支承运动方程 
５转子系统运动方程 
５涡轮氧泵转子系统动特性仿真 
５转子系统模型建立 
５涡轮氧泵转子系统的瞬态响应 
５涡轮氧泵转子系统的临界转速 
５涡轮氧泵转子系统的不平衡响应 
５转子系统动特性集成软件 
５涡轮氧泵转子动力学试验 
５转子系统试验状态 
５运行结果分析 
５发动机柔性转子动力学设计 
５转子临界转速与工作转速的安全裕度 
５转子弯曲应变能 
５转子高速动态特性 
５轮盘节径振动 
第６章 涡轮泵流体激振特性研究 
６引言 
６高速离心泵流体激振现象分类 
６离心泵流体激振研究历史 
６离心泵动静干涉研究 
６诱导轮旋转空化研究 
６涡轮泵动静干涉流动机理研究 
６数值求解方法 
６计算模型及设置 
６仿真方法验证 
６离心泵动静干涉流动分析 
６诱导轮空化不稳定研究 
６空化非定常数值仿真方法 
６三维诱导轮旋转空化数值仿真 
６诱导轮空化不稳定可视化试验研究 
第７章 发动机多源载荷识别与传递特性研究 
７引言 
７发动机多源载荷传递分析方法 
７发动机结构动力学特性基本假设 
７发动机频响函数 
７载荷识别方法 
７多源载荷激励下响应贡献量计算方法 
７发动机多源载荷激励下结构响应分析模型 
７多源激励载荷传递分析试验原理 
７多源激励载荷传递分析试验 
７发动机多源载荷传递路径分析试验系统 
７多源载荷传递路径试验结果分析 
７振源与力载荷识别点之间的传递函数 
７振源与目标点之间的传递函数 
７多源载荷识别与贡献量分析 
７载荷识别 
７目标点响应贡献量分析 
第８章 发动机振动试验技术研究 
８引言 
８振动试验台 
８电动振动台分类 
８电动振动台工作原理 
８电动振动台台体结构 
８振动试验夹具 
８夹具设计的基本要求 
８夹具设计常用原则 
８常用夹具结构形式 
８振动试验方法 
８正弦振动试验 
８随机振动试验 
８冲击及冲击响应谱试验 
８试验控制方法 
８振动试验数据分析 
８测点布置 
８试验数据分析 
８试验分析报告 
８振动试验示例 
８试验目的 
８整机试验件 
８试验条件 
８试验系统组成 
８测点位置 
８试验情况 
８试验结果 
第９章 发动机虚拟振动试验技术研究 
９引言 
９振动台建模技术 
９振动台空台机电模型 
９振动台机电模型参数辨识 
９功率放大器 
９电动振动台建模示例 
９振动控制算法 
９正弦振动控制算法 
９随机控制算法 
９虚拟振动试验的运行与后处理 
９虚拟正弦振动试验示例 
９虚拟随机振动试验示例 
第１０章 发动机热试车动态信号测试及故障分析 
１０引言 
１０发动机热试车动态信号测量 
１０测量方案 
１０测量参数 
１０测点布置 
１０测量系统的选择 
１０试车测量中的抗干扰技术 
１０试车动态参数测量系统 
１０某发动机试车测量参数及传感器特性 
１０发动机热试车动态数据分析 
１０数据分析基本理论 
１０试车动态数据分析方法 
１０基于发动机动态数据分析的力学环境试验条件设计 
１０低频正弦振动 
１０高频随机振动 
１０冲击响应谱 
１０基于发动机动态信号分析的故障分析 
１０某型发动机试车大振动故障分析 
１０某型发动机试车结构损坏分析 
参考文献 

【前言】

前 言
液体火箭发动机是运载火箭、导弹武器、空间飞行器的核心之一,决定着一个国家航 天活动的规模及进出空间、利用空间和控制空间的能力,是一个国家科技实力的重要体 现,是国家安全的重要保障.国内外液体火箭发动机的研制历程表明:结构疲劳、断裂、碰磨、泄漏等是发动机主要的故障模式,其根源在于对结构动载荷认识不足、结构动力学设计不合理、结构动强度试验考核不充分等.另一方面,解决此类动力学问题同样面临 一系列挑战,包括发动机结构复杂,功率密度大,工作环境恶劣,涡轮泵、燃烧室及燃气发生器等主要振源位置相对集中,振源相互耦合强烈,多源振动在结构件间传递机理复杂等.目前,结构动力学问题已成为制约液体火箭发动机工作安全性、可靠性的重要因素. 载人登月等重大航天工程以及空天往返运输系统等对液体火箭发动机的推力量级、推质比、可靠性、寿命等指标要求均有大幅提高,增材制造技术以及轻质新材料的广泛采用,使得液体火箭发动机流、声、热及力的多场耦合问题更加突出,相应力学响应的高度非线性特征也更加明显.燃气发生器、推力室等燃烧组件形成的各种振荡燃烧,涡轮泵的旋转及其产生的流体激励,阀和管路系统的流致振动,起动/关机瞬变过程产生的冲击载荷,喷流噪声以及热环境等,这些使得发动机结构所工作的载荷环境更加复杂、恶劣. 本书旨在为系统分析与总结液体火箭发动机结构动力学方面的研究成果,指导发动机结构动力学问题的分析与解决.全书共分为１０章. 
第１章绪论.阐述液体火箭发动机的系统组成、发动机的不同分类及特点,重点论 述热力组件、涡轮泵、自动器以及总装元件等发动机核心组件及整机的功能、结构及动力学问题.
第２章发动机结构动力学建模分析.对低频动力学、中高频动力学建模所涉及的建模方法等进行论述,探讨动态子结构法,介绍发动机结构模态试验技术. 
第３章发动机结构动力学模型修正.阐述有限元模型修正方法,论述基于灵敏度分析的修正系数选取以及模型修正有效性的评价标准. 
第４章 发动机结构动力学分析及优化设计.阐述结构动力学分析理论及求解算法, 介绍结构动力学优化设计方法与处理大规模优化问题的代理模型技术,给出基于 HK 模型的火箭发动机结构优化、发动机管路断裂失效分析及动力优化实例.
第５章 发动机涡轮泵转子系统动力学特性研究.阐述基于有限元法的转子系统动特性分析方法,给出涡轮氧泵转子系统在不同影响因素下临界转速的变化规律以及相应的瞬 态响应和不平衡响应,同时论述氢氧涡轮泵柔性转子的动力学设计方法. 
第６章 涡轮泵流体激振特性研究.介绍涡轮泵内的动静干涉、旋转空化两类流体激 振现象,研究离心轮与扩压器之间的动静干涉机理和诱导轮旋转空化的发生机理,分析诱导轮内的空化流动特性与空化不稳定现象. 
第７章 发动机多源载荷识别与传递特性研究.通过多源激励下结构响应分析研究影 响结构响应的主要因素及振动主要传递路径,获取激振力与结构响应的相关特征. 
第８章 发动机振动试验技术研究.阐述振动试验台的分类、工作原理,介绍振动试 验夹具的设计原则以及结构形式,论述正弦振动试验、随机振动试验、冲击及冲击响应谱试验和试验控制方法.  
第９章 发动机虚拟振动试验技术研究.阐述电动振动台的机电模型、参数辨识以及电动振动台的建模示例,论述正弦振动控制算法、随机控制算法,以及虚拟振动试验的运行与后处理方法. 
第１０章 发动机热试车动态信号测试及故障分析.阐述发动机热试车动态信号测量技术,论述发动机热试车数据分析方法以及基于发动机动态数据分析的力学环境试验条件设计,同时给出某型发动机试车大振动故障诊断以及某次发动机试车结构损坏分析的应用实例.在本书的编写过程中,王春民、李锋、杜飞平、王珺等参与了全书的策划,杜大华、 杜飞平和汪广旭参加了第１章的撰写,杜大华、杜飞平参加了第２章的撰写,杜大华参加了第３章、第４章的撰写,杜飞平、黄金平、张召磊参加了第５章的撰写,项乐、许开富参加了第６章的撰写,李斌潮参加了第７章的撰写,邓长华参加了第８章、第９章的撰写,孙百红参加了第１０章的撰写.西安交通大学徐自力、西北工业大学文立华教授参加了全书的审校工作. 在本书的策划过程中,得到了张贵田院士的悉心指导.在出版过程中,得到了中国宇航出版社的大力支持,在此一并表示感谢. 本书在撰写过程中,力求做到结构完整、概念清晰、论述清楚流畅,但受限于水平, 书中的内容难免会有错误或疏漏,恳请读者批评指正. 
谭永华 
２０２１年１０月于西安

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