标题：航天员-航天器耦合动力学分析
图书信息
作　者：李东旭，陈善广 著 丛 书 名：出 版 社：中国宇航出版社ISBN：9787802181991 出版时间：2007-09-01 版　次：1 页　数：4  68 装　帧：平装 开　本：16开 所属分类：图书 > 政治/军事 > 军事技术
内容简介
《航天员：航天器耦合动力学分析》针对对航天员与载人航天器耦合动力学问题，在综述了国外相关研究情况的基础上，以航天员和航天器系统为对象，较系统地讨论了与航天员舱内活动相关的运动学及支力学的基本问题；建立了相关数学模型和动力学方程；分析了航天员空间活动中的基干动力学扰动问题；分析了航天器在航天员扰动下的控制问题；提出了航天员对微重力环境扰动的控制方案建议；航天器振动对航天员影响的问题，在分析动力学模型和控制系统方案的应用演示，选用了国外的干扰力冰行实验数据和假想的航天员方式及航天器参数作为系统输入，对所建立的动力学模型进行了数字仿真。通过对仿真结果的分析，得出了一些对理论和工程有一定价值的参考和建议。
该书是我国首次研究航天员—航天器耦合动力学问题的专著。书中所建立的模型、方程，以及仿真分析中所涉及的对象和所引用的参数，对航天员和载人航天器均无特指。《航天员：航天器耦合动力学分析》对分析未来载人航天中的相关问题及开展有人参与的空间科学实验等都有一定的参考价值。 
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目录
第1章世界载人航天发展简史1
1.1发展载人航天的意义1
1.2苏联及俄罗斯载人航天简史3
1.2.1东方号飞船4
1.2.2上升号飞船7
1.2.3联盟号系列飞船9
1.2.4进步号系列货船18
1.2.5第一代礼炮号空间站19
1.2.6第二代礼炮号空间站21
1.2.7和平号空间站23
1.2.8苏联航天飞机的发展历程29
1.2.9俄罗斯的新航天计划30
1.3美国载人航天简史31
1.3.1飞船的发展历程32
1.3.2阿波罗登月工程33
1.3.3航天飞机的发展历程37
1.3.4天空实验室39
1.3.5国际空间站40
1.3.6美国的新航天计划50
1.4欧洲载人航天简史52
1.5中国载人航天发展简述53
1.5.1载人航天工程——扬帆起航53
1.5.2从神舟-1号到神舟-4号飞船——探索前进56
1.5.3神舟-5号飞船——千年跨越63
1.5.4神舟-6号飞船——承先启后67
参考文献71
第2章航天员与航天器的动力学相互影响问题76
2.1引言76
2.2问题与挑战77
2.2.1载人航天发展中提出的新问题77
2.2.2载人航天对科学技术提出的挑战78
2.3国外研究情况简介80
2.3.1关于分析模型82
2.3.2地面模拟实验87
2.3.3飞机失重实验98
2.3.4在轨飞行实验98
2.3.5其他相关研究及实验116
2.4国外研究结果的启示118
2.4.1实验数据指示119
2.4.2实验主要结论120
2.4.3启示121
2.5研究航天员－航天器耦合动力学的意义122
2.5.1现实意义123
2.5.2工程意义124
2.5.3理论及科学意义124
2.5.4广泛的空间应用意义124
2.5.5对航天员舱外活动的意义125
2.5.6对实验的指导意义125
2.5.7对确保飞行成功与安全的意义125
参考文献126
第3章航天员－航天器耦合动力学分析中的基本问题129
3.1引言129
3.2航天员舱内活动项目130
3.2.1特定的空间任务130
3.2.2在轨生活131
3.2.3可能随机出现的活动132
3.3航天员活动分类133
3.3.1按运动形式分类133
3.3.2按动力学特征分类134
3.3.3按运动学特征分类135
3.3.4按身体参与状态分类136
3.4任务的分解与组合137
3.4.1任务全周期定义137
3.4.2任务分解的原则138
3.4.3任务分解示例138
3.5运动的分解与组合139
3.5.1动作分解的原则140
3.5.2动作分解示例140
3.6航天员空间活动脚本设计142
3.6.1脚本设计的目的143
3.6.2脚本设计的内容143
3.6.3关于航天员活动脚本的声明143
3.6.4脚本设计举例 144
3.7频度分析157
3.7.1开展频度分析的意义157
3.7.2关于频度的一般性定义158
3.7.3关于事件的定义160
3.7.4关于时间的定义161
3.7.5航天员空间活动频度的定义163
3.7.6对航天员空间活动频度的度量164
3.7.7频度分析方法165
3.8小结168
参考文献168
第4章人体运动学及动力学模型170
4.1引言170
4.2人体测量学模型170
4.2.1Hanavan的人体模型170
4.2.2人体测量尺寸171
4.2.3质量参数172
4.2.4人体体段模型及其参数计算公式173
4.2.5人体几何参数及静态参数177
4.3人体的生物力学模型178
4.3.1人体平面及人体轴定义178
4.3.2人体坐标系定义179
4.3.3人体关节活动范围界定180
4.4人体运动学模型182
4.4.1人体正向运动学模型183
4.4.2人体反向运动学模型185
4.5航天员的动力学模型187
4.5.1人体树形拓扑结构187
4.5.2航天员在自由态下的动力学方程190
4.5.3航天员在束缚态下活动的动力学模型191
4.6小结194
参考文献194
第5章航天员空间活动运动学和动力学分析196
5.1引言196
5.2仿真分析方法196
5.2.1任务的介绍197
5.2.2仿真计算197
5.2.3分析比较199
5.3活动类型分析200
5.3.1航天员活动的分类200
5.3.2典型动作类200
5.3.3航天员活动的组合201
5.3.4航天员空间活动特征状态分析202
5.3.5讨论204
5.4航天员的运动参数分析204
5.4.1运动参数的分析步骤204
5.4.2典型姿态的姿态角205
5.4.3常见典型动作的转动惯量计算213
5.4.4航天员旋转运动分析214
5.4.5讨论221
5.5动力学参数分析222
5.5.1典型动作的角动量分析222
5.5.2旋转运动角动量计算226
5.5.3旋转运动中质心运动轨迹分析226
5.5.4讨论226
5.6小结229
参考文献229
第6章航天员扰动动力学建模231
6.1引言231
6.2基本假设231
6.3坐标系定义232
6.3.1常用坐标系232
6.3.2航天员坐标系233
6.4系统动力学方程235
6.4.1符号记法说明235
6.4.2航天器动量矩238
6.4.3航天员动量矩239
6.4.4航天员－航天器系统动量矩240
6.4.5等效扰动力矩250
6.5小结250
参考文献251
第7章航天员-航天器系统在航天员扰动下的动力学仿真253
7.1引言253
7.2运动分解254
7.2.1自由态动作分解254
7.2.2调姿动作256
7.2.3束缚态动作分解257
7.3航天员空间动作集合258
7.4起立动作对航天器扰动仿真分析259
7.4.1动作设计259
7.4.2原始参数259
7.4.3相关参数计算262
7.4.4仿真结果264
7.5停靠动作对航天器扰动仿真分析266
7.5.1动作设计266
7.5.2原始参数266
7.5.3相关参数计算268
7.5.4仿真结果270
7.6右臂单摆运动对航天器扰动仿真分析272
7.6.1动作设计272
7.6.2原始参数273
7.6.3仿真结果273
7.7左臂双摆运动对航天器扰动仿真分析275
7.7.1动作设计275
7.7.2原始参数275
7.7.3仿真结果277
7.8右臂操作仪表板对航天器扰动仿真分析278
7.8.1动作设计278
7.8.2原始参数278
7.8.3仿真结果279
7.9小结280
参考文献281
第8章航天员－航天器耦合动力学分析284
8.1引言284
8.2航天员不同活动引起的动力学问题分析285
8.2.1航天员在弹簧座椅上时的束缚态动作的
动力学问题285
8.2.2航天员不在弹簧座椅上时的束缚态动作的
动力学问题285
8.2.3航天员单手或双手抓住手柄后的身体下摆运动的
动力学问题286
8.2.4航天员单手或双手抓住手柄后的身体往复摆动的
动力学问题286
8.2.5航天员舱内行走和转身的动力学问题286
8.2.6“接触式碰撞”的动力学问题287
8.2.7漂浮过程中准备离开时的动力学问题287
8.3干扰力模型288
8.3.1重力梯度力矩模型288
8.3.2气动干扰模型289
8.3.3航天员抓握动作对航天器的干扰292
8.3.4典型动作的干扰特征曲线293
8.3.5典型动作的干扰特征曲线分析297
8.4动力学方程中的基本描述303
8.4.1基本坐标系303
8.4.2坐标变换关系303
8.4.3航天器姿态描述305
8.4.4变量声明306
8.5束缚态肢体运动时的航天器姿态动力学模型308
8.5.1航天器运动方程308
8.5.2动力学简化模型309
8.5.3航天员-航天器系统开环姿态动力学模型310
8.5.4闭环航天员-航天器系统姿态动力学模型324
8.5.5航天员对航天器的干扰力矩计算模型330
8.6碰撞时航天器的姿态动力学模型331
8.6.1基本问题331
8.6.2开环航天员-航天器系统动力学模型331
8.6.3闭环航天员-航天器系统动力学模型333
8.6.4航天员对航天器的干扰力矩计算模型 335
8.7航天员自由态运动过程中的航天器姿态动力学模型336
8.7.1基本问题描述336
8.7.2开环航天器动力学模型336
8.7.3闭环航天器动力学模型336
8.8小结337
参考文献337
第9章航天员－航天器系统动力学仿真分析338
9.1引言338
9.2任务分析338
9.2.1航天员操作仪器前的就位活动分析339
9.2.2航天员进餐前的就位活动分析341
9.2.3航天员食品准备及进餐活动分析341
9.3任务脚本343
9.3.1航天员操作仪器前的就位活动脚本343
9.3.2航天员进餐前的就位活动脚本345
9.3.3航天员食品准备及进餐活动脚本349
9.4航天员动作分类353
9.5航天员活动对航天器姿态扰动的仿真353
9.5.1坐标系定义353
9.5.2载人航天器刚体姿态动力学模型353
9.5.3仿真参数355
9.5.4干扰力矩356
9.5.5航天器姿态响应的仿真结果360
9.5.6结果分析368
9.6小结368
参考文献369
第10章航天员－航天器－姿态控制系统耦合动力学分析370
10.1引言370
10.2刚体航天器姿态运动学方程和动力学方程372
10.2.1基本假设372
10.2.2姿态运动学方程372
10.2.3姿态动力学方程373
10.3载荷分析374
10.3.1喷气推力姿态稳定原理374
10.3.2航天员时域扰动力矩377
10.3.3航天员频域扰动力矩381
10.4航天器姿态控制律设计385
10.4.1极限环参数设计385
10.4.2开关曲线设计386
10.4.3设计例子390
10.5仿真分析391
10.5.1仿真任务设计391
10.5.2仿真原始参数设定393
10.5.3航天员活动引起的干扰力矩计算395
10.5.4推离动作对航天器扰动影响398
10.5.5扰动力矩在航天器姿态精度容许
范围时的影响402
10.5.6航天员穿舱活动对航天器的扰动影响410
10.5.7仿真结果分析414
10.6PD控制415
10.6.1航天器的刚体姿态动力学模型416
10.6.2航天器姿态控制律设计417
10.6.3俯仰姿态的仿真结果418
10.6.4偏航/滚转姿态仿真结果422
10.6.5仿真结果分析429
10.7小结430
参考文献431
第11章航天员－航天器力学环境耦合影响问题432
11.1引言432
11.2力学环境控制对载人航天的意义433
11.2.1空间科学研究与应用研究对微重力
环境的要求433
11.2.2航天员支持系统振动控制的意义435
11.3国外在微重力隔振方面的发展情况436
11.3.1STABLE隔振系统436
11.3.2MIM隔振系统440
11.3.3ARIS隔振系统441
11.3.4G-LIMIT隔振系统444
11.3.5SUITE隔振系统445
11.3.6不同隔振系统的比较446
11.4微重力环境控制隔振方案建议447
11.4.1总体设想447
11.4.2研究内容建议448
11.4.3工程实施建议448
11.5航天员支撑系统振动控制450
11.5.1吸振原理450
11.5.2被动式吸振器452
11.5.3半主动式吸振器453
11.5.4主动式吸振器454
11.5.5航天器的力学环境分析455
11.5.6吸振器模型456
11.5.7三向吸振器设计方案457
参考文献458
第12章结论与展望461
12.1关于本书的主要结论461
12.1.1关于航天员的空间活动461
12.1.2关于航天器动力学问题463
12.1.3关于航天员与航天器的相互影响463
12.2对相关学科研究的期待463
12.2.1系统动力学464
12.2.2人体测量学464
12.2.3航天生理学464
12.2.4航天心理学465
12.2.5航天环境学465
12.2.6航天人机工效学466
12.2.7其他466
12.3研究后的反思466
12.3.1若干疑问467
12.3.2研究的局限性467
12.4展望467
12.4.1空间平台468
12.4.2科学实验468
12.4.3相关科学与技术的发展需求468 [1]