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目录
第1章绪论1
1-1卫星推进系统仿真的作用和意义1
1-2卫星推进系统仿真的发展历程及趋势2
1-3卫星推进系统仿真的真实性与快捷性的辩证关系4
第2章推进系统仿真分析国内外进展5
2-1系统级仿真分析进展5
2-1-1单组元推进系统5
2-1-2双组元统一推进系统14
2-1-3双模式混合推进系统21
2-1-4电推进系统24
2-1-5新概念推进系统31
2-2部件级仿真分析进展37
2-2-1发动机仿真分析37
2-2-2电爆阀仿真分析41
2-2-3单向阀仿真分析44
2-2-4开关阀门类仿真分析46
2-2-5压力容器仿真分析57
2-2-6减压器仿真分析58
2-3推进系统其他相关仿真分析进展64
2-3-1低温推进剂存贮64
2-3-2联合仿真与耦合分析65
2-3-3推进剂晃动分析76
第3章推进系统仿真分析的基本理论82
3-1基本理论82
3-1-1流动理论82
3-1-2结构理论93
3-1-3传热理论100
3-1-4电磁理论103
3-2流动水击问题105
3-2-1水击连续微分方程105
3-2-2水击运动微分方程106
3-3节流小孔问题106
3-4液体晃动问题107
3-4-1基本方程107
3-4-2泛函极值原理求解109
3-5多孔介质问题110
3-5-1多孔介质介绍110
3-5-2多孔介质传热传质机理和规律111
3-6微重力流体力学114
3-6-1微重力环境下毛细驱动方程115
3-6-2毛细压差驱动方程115
3-6-3表面张力驱动流动方程116
3-7稀薄气体动力学118
3-8电磁问题120
3-9燃烧问题121
3-9-1基本方程121
3-9-2燃烧模型122
3-10两相流问题123
第4章推进系统仿真分析常用工具125
4-1推进系统系统级流动仿真工具125
4-1-1AMESim125
4-1-2Flowmaster143
4-2部件级仿真分析工具156
4-2-1Fluent156
4-2-2FLOW3D183
4-2-3CFX196
4-2-4ANSYS225
4-2-5FPM235
4-3前后处理工具简介251
4-3-1Tecplot251
4-3-2Origin254
4-3-3HyperMesh262
4-3-4HyperView278
4-3-5ICEM282
第5章推进系统仿真分析工作项目293
5-1冷气推进系统仿真分析293
5-1-1仿真分析目标293
5-1-2仿真输入条件293
5-1-3仿真算法或工具选择293
5-1-4仿真建模、初始及边界条件294
5-1-5仿真结果处理及输出294
5-1-6冷气推进系统仿真分析案例295
5-2单组元推进系统仿真分析303
5-2-1仿真分析目标303
5-2-2仿真输入条件303
5-2-3仿真算法或工具选择303
5-2-4仿真建模及边界条件303
5-2-5仿真结果处理及输出304
5-2-6单组元推进系统仿真分析案例305
5-3双组元推进系统仿真分析314
5-3-1仿真分析目标314
5-3-2仿真输入条件315
5-3-3仿真算法或工具选择315
5-3-4仿真建模及边界条件315
5-3-5仿真结果处理及输出315
5-3-6双组元推进系统仿真分析案例315
5-4电推进系统仿真分析346
5-4-1仿真分析目标346
5-4-2仿真输入条件346
5-4-3仿真算法或工具选择346
5-4-4仿真建模及边界条件346
5-4-5仿真结果处理及输出346
5-4-6电推进系统仿真分析案例347
第6章专项仿真分析工作项目360
6-1流动水击360
6-1-1仿真分析目标360
6-1-2仿真输入条件360
6-1-3仿真算法或工具选择360
6-1-4仿真建模及边界条件360
6-1-5仿真结果处理及输出361
6-2节流小孔362
6-2-1仿真分析目标362
6-2-2仿真输入条件363
6-2-3仿真算法或工具选择363
6-2-4仿真建模及边界条件363
6-2-5仿真结果处理及输出364
6-3液体晃动365
6-3-1仿真分析目标365
6-3-2仿真输入条件365
6-3-3仿真算法或工具选择365
6-3-4仿真建模及边界条件366
6-3-5仿真结果处理及输出366
6-4多孔介质368
6-4-1仿真分析目标368
6-4-2仿真输入条件368
6-4-3仿真算法或工具选择368
6-4-4仿真建模及边界条件368
6-4-5仿真结果处理及输出369
6-5微重力流动372
6-5-1仿真分析目标372
6-5-2仿真输入条件372
6-5-3仿真算法或工具选择372
6-5-4仿真建模及边界条件372
6-5-5仿真结果处理及输出372
6-6羽流效应374
6-6-1仿真分析目标374
6-6-2仿真输入条件375
6-6-3仿真算法或工具选择375
6-6-4仿真建模及边界条件376
6-6-5仿真结果处理及输出377
6-7发动机燃烧379
6-7-1仿真分析目标379
6-7-2仿真输入条件379
6-7-3仿真算法或工具选择379
6-7-4仿真建模及边界条件380
6-7-5仿真结果处理及输出381
结束语384
参考文献386
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| 內容試閱：
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前言
推进系统是卫星最重要的分系统之一，其功能是为卫星轨道和姿态调整提供力或力矩。推进系统的性能与卫星平台的性能直接相关，它制约着卫星的寿命，影响着卫星的安全，在卫星研制过程中占有举足轻重的地位。卫星推进系统的仿真工作，是随着卫星研制能力的提升、计算机技术的发展、仿真分析软件的普及而逐渐发展和完善的。
随着计算机运算能力的提升和计算软件的快速发展，卫星推进系统的设计在某些重要环节上引入成熟软件来开展设计分析和改进工作，如部件结构强度分析、发动机热设计、微重力下的推进剂分布、管路流量压降分布等，通过仿真工作，能够对设计进行初步验证，在早期发现设计的薄弱环节，提高设计的针对性，减少后期进行试验验证的规模和次数，提高设计效率，缩短研制周期，降低成本。仿真手段的大量应用，对于复杂卫星推进系统（如双组元推进系统）的研制，发挥了重要作用。
本书是在对各类卫星推进系统仿真工作进行全面总结的基础上编写的，是多年来卫星推进系统仿真工作的结晶。近年来，本单位众多有着从事仿真工作丰富经验的研究人员加入到我们这个团队，大家对仿真工作有着浓厚的兴趣，对通过仿真手段解决实际问题运用自如。型号任务的急剧增加更是给了这些研发人员很好的实战锻练机会，同时，仿真手段的应用也极大地提高了型号研制效率。尽管每个人擅长的仿真方向不同，但有很多能够一起交流的共同语言，随着时间和经验的积累，我们有了一个共同的心愿，就是合力编写一本推进系统仿真的工作手册，把大家在工作过程中积累的经验和心得整理出来，成为每个人可以共享的财富。这个手册历经一年的时间编写完成，先前只是在内部流转使用。不经意间，我们了解到中国宇航出版社有出版这类专业图书的项目，便想借此机会把这些年在卫星推进系统仿真领域的研究心得呈现出来，供大家参考使用，于是将这个内部使用的工作手册作了细心的整理，形成了这本《卫星推进系统仿真》。
这本书一方面可以作为初学者的入门指导书，帮助他们快速了解推进系统仿真工作的内容；另一方面，也可以作为从事推进系统仿真工作的学者和工程技术人员的专业参考书，能够为他们解决问题提供理论指导、操作方法和实际案例。
本书首先介绍了国内外各种类型的推进系统与部件仿真技术进展情况，阐述了推进系统仿真涉及的各种基本理论。然后介绍了当前常见的推进系统领域级流动仿真工具、部件级仿真工具、前后处理工具，并结合算例给出了仿真建模与仿真分析实施要点。针对冷气推进系统、单组元推进系统、双组元推进系统、电推进系统等各种类型的推进系统，梳理出实际操作性强的推进系统仿真分析工作项目，覆盖仿真分析目标、仿真输入条件、仿真算法或工具选择、仿真建模、初始及边界条件、仿真结果处理及输出等具体工作项目。最后针对推进系统研制过程中可能遇到的典型问题如流体水击、液体晃动等如何开展仿真进行了专题进绍。
本书除了国际上推进系统仿真分析的前沿外，既有仿真分析的理论基础，也有仿真分析工作的具体操作步骤，我们希望两者的结合能对推进系统仿真分析工作者有所帮助，促进推进系统仿真分析技术的发展。
本书由李永、耿永兵、唐飞和林震担任主编。在本书编写过程中，张笃周、袁利、黄献龙、潘海林、任海、丁凤林、梁军强、孙水生等同志提供了悉心指导，在此深表感谢。特别致谢边炳秀研究员和蔡国飙教授为本书提供的大力支持和帮助。
本书在编写过程中，参考了大量图书和文献，在此也向有关作者表示衷心的感谢。
仿真工作是一个特别广阔的研究领域，无数专家学者为此付出了艰辛的劳动，我们在该领域涉猎的内容非常有限，加之时间仓促，书中错误难免，恳请读者批评指正。
作者
2019年4月
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