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| 內容簡介： |
不确定性设计作为一种先进的飞行器设计思想理念，能够对各项不确定性因素进行全面分析与精确建模，通过面向不确定性的精细化设计，实现飞行器功能性能与可靠性、稳健性之间的综合权衡与优化。本书结合飞行器总体设计工程实际，全面系统地介绍了不确定性建模、不确定性分析、不确定性设计优化等经典的和最新的技术方法，详细阐述了各方法的基本原理及适用范围。在此基础上，将理论创新和工程应用相结合，论述了不确定性技术方法应用于飞行器总体设计的实施途径，覆盖了飞行器研制中总体设计、轨迹规划、姿控系统设计、级间分离方案设计、发射分离方案设计、热防护系统设计等重要领域，给出了具体的实施步骤和应用案例。
本书可作为高等院校飞行器设计相关专业研究生和高年级本科生的教学与科研参考书，也可供从事飞行器设计、工程优化设计等领域工程技术和科研人员参考使用。
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| 關於作者： |
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张海瑞，博士研究生学历，长期从事战术导弹研制工作，主持研制的多型导弹武器经过了设计定型并武装部队，多项研制项目通过了设计鉴定；曾获得国防科技进步奖一等奖1项、二等奖1项，授权专利30余项，参与编写专著2部，发表学术论文30余篇。
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| 目錄：
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目 录
第１章 绪 论１
１?１ 飞行器不确定性优化设计方法的研究意义１
１?２ 不确定性分析及优化研究进展４
１?２?１ 不确定性分析技术发展简介４
１?２?２ 不确定性优化技术发展简介７
１?２?３ 不确定性多学科设计优化发展简介８
１?３ 飞行器不确定性优化面临的机遇与挑战１０
１?４ 本书的内容安排１１
参考文献１２
第２章 不确定性建模与分析方法１６
２?１ 不确定性内涵１７
２?２ 不确定性分类２２
２?２?１ 针对系统研制过程的不确定性分类２２
２?２?２ 针对数据掌握程度的不确定性分类２２
２?３ 不确定性建模方法２３
２?３?１ 概率建模方法２４
２?３?２ 区间建模方法２４
２?３?３ 证据理论建模方法２５
２?３?４ 不确定性建模示例２６
２?４ 灵敏度分析方法２９
２?４?１ 相关系数法２９
２?４?２ 基于二阶响应面的灵敏度分析３０
２?４?３ 基本效应灵敏度分析３１
２?５ 经典不确定性分析方法３２
２?５?１ 泰勒展开近似法３３
２?５?２ 蒙特卡洛方法３３
２?５?３ 高效抽样方法３５
２?５?４ FORM 方法３６
２?６ 代理模型３７
２?６?１ 响应面方法３７
２?６?２ Kriging方法３８
２?６?３ PCE方法４０
２?６?４ SVM 方法４２
２?７ 高效不确定性分析方法４７
２?７?１ AK MCS方法４７
２?７?２ CKM 方法４８
２?７?３ 高效SVM 分析方法５６
２?８ 混合不确定性分析方法６０
２?８?１ 基于模糊随机理论的混合不确定性分析方法６０
２?８?２ 基于证据理论的混合不确定性分析方法６６
２?９ 小结７０
参考文献７２
第３章 不确定性优化设计方法７５
３?１ 概述７５
３?２ 经典嵌套方法７６
３?３ 高效解耦方法７７
３?４ 裕度量化解耦方法８０
３?５ 小结９２
参考文献９３
第４章 飞行器总体不确定性分析与优化设计方法９５
４?１ 飞行器总体方案设计９５
４?１?１ 任务及性能要求９５
４?１?２ 总体参数９６
４?２ 飞行器不确定性识别与建模９９
４?３ 飞行器总体学科模型１００
４?３?１ 标准大气模型１００
４?３?２ 气动模型１０２
４?３?３ 动力模型１０２
４?３?４ 质量特性模型１０５
４?３?５ 轨迹规划模型１０７
４?４ 飞行器总体不确定性设计方法１１０
４?４?１ 不确定性优化数学模型１１０
４?４?２ 飞行器一体化分层优化策略１１３
４?４?３ 案例应用１１５
４?５ 小结１２５
参考文献１２６
第５章 轨迹规划与制导不确定性分析与优化设计方法１２７
５?１ 轨迹规划不确定性建模与分析方法１２７
５?１?１ 多约束条件下的滑翔段轨迹模型１２９
５?１?２ 基于Gauss伪谱法与aPC的不确定性轨迹规划方法１３０
５?２ 基于不确定性的飞行器末制导初始参数优化设计方法１３５
５?２?１ 落角约束滑模变结构导引律１３５
５?２?２ 初始参数优化模型１３７
５?２?３ 高效全局优化１３９
５?２?４ 案例应用１４０
５?３ 基于不确定性的飞行安全区预示方法１４５
５?３?１ 轨迹规划模型１４６
５?３?２ 基于优化加点Kriging模型的安全区预示１４８
５?３?３ 案例应用１５０
５?４ 小结１５３
参考文献１５５
第６章 姿控与分离不确定性分析与优化设计方法１５７
６?１ 姿控系统不确定性分析与优化设计方法１５７
６?１?１ 姿控设计原理１５８
６?１?２ 基于不确定性的频域设计１６３
６?１?３ 基于不确定性的控制力分析１６５
６?２ 级间分离不确定性建模与分析方法１６８
６?２?１ 级间分离动力学建模方法１６９
６?２?２ 不确定性分类与建模１７６
６?２?３ 级间分离仿真与灵敏度分析１７７
６?２?４ 级间分离不确定性分析１７９
６?３ 发射分离不确定性建模与分析方法１８２
６?３?１ 投放分离气动特性模型１８３
６?３?２ 投放分离动力学建模１９０
６?３?３ 投放分离最小间距１９３
６?３?４ 投放分离不确定性建模与分析１９４
６?４ 小结１９７
参考文献１９９
第７章 热防护系统不确定性分析与优化设计方法２０２
７?１ 热防护系统设计原理２０２
７?１?１ 飞行器防热材料选型２０３
７?１?２ 热防护系统烧蚀机理２０３
７?１?３ 热防护系统烧蚀传热计算２０６
７?１?４ 考虑烧蚀的多层防热材料传热模型２１０
７?２ 热防护系统不确定性分析与优化设计２１３
７?２?１ 不确定性分类与建模２１４
７?２?２ 灵敏度分析２１５
７?２?３ 防热可靠性分析２１５
７?２?４ 热防护系统不确定性优化设计２１６
７?２?５ 案例应用２１６
７?３ 小结２２０
参考文献２２２
第８章 总结与展望２２４
参考文献２２８
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前 言
飞行是人类的永恒梦想与终极浪漫，从“墨子为木鹞” 到“万户探天”，
从达?芬奇的手绘图到莱特兄弟的划时代飞行，无不诠释人类对未知空间的向
往和追求.２０世纪５０年代，人类开辟了探索外层空间的新时代，航天飞行器
设计成为一种承载了情怀与梦想的创造性学科，把人类文明推向更深更广的宇
宙时间空间维度.“如今直上银河去，同到牵牛织女家”，随着飞行器迈入了高
超声速时代，其面临的使用环境更加恶劣、设计约束条件更为严苛、不确定性
影响也更为繁杂多样，上述诸多因素给新型飞行器设计与工程实践带来了前所
未有的挑战.同时，此亦是新理念、新方法在该领域获得创新应用的机遇.
自２０世纪９０年代末期，笔者参与或主持几型固体火箭发动机助推飞行器
研制，亲身经历了我国固体火箭发动机助推飞行器从弹道式到再入机动式，再
到无动力滑翔式的跨代发展过程，有幸见证了飞行器技术的飞跃发展.然星辰
大海之征途，不及万一，思考其中，深感先进的设计思想理念及技术方法之于
飞行器发展犹川谷之于江海，飞行器总体设计技术方法决定了飞行器的设计思
路和方向，也决定了飞行器整体先进性、可靠性和经济性.在设计思想和理念
的指引下，遵循设计思路和方向，依托设计手段和工具，通过综合权衡、迭代
优化、全面协调等实现飞行器的整体性能目标.
受不确定性原理启发，自新世纪伊始，笔者团队开展了不确定性理论方法
及其在飞行器工程中的应用研究，提出了一整套飞行器总体不确定性设计方
法，并成功应用于多个飞行器研制，解决了飞行器航程覆盖能力分析、级间分
离起控、固体火箭发动机外防热、机载吊挂物复杂工况下投放等技术难题.不
确定性设计理论为应对新型飞行器的研制挑战指明了方向，提供了设计思想理
念和工程实践手段.从设计思想理念层面看，不确定性设计理论摒弃了以往在
设计中根据经验留余量从而确保可靠的粗犷设计思路，转向对不确定性因素进
行全面分析与精确建模，通过面向不确定性的精细化设计，最终实现功能性能
与可靠性、稳健性之间的综合权衡与优化;从工程实践层面看，综合利用不确定性建模、分析与设计技术方法，精确量化总体设计中诸多不确定性因素的综
合影响，在实现飞行器性能最优的同时， 有效提高设计方案的稳健性和可
靠性.
面向新型飞行器总体设计的工程需求，本书系统总结了适用于新型飞行器
的不确定性建模与分析、不确定性优化设计等先进技术理念，并阐述了相应的
基础理论与技术方法.在此基础上，将理论创新和工程应用相结合，论述了该
技术方法应用于飞行器总体设计的实施途径.
随着人类探索临近空间飞行能力不断提高，这一领域将催生新的理论、方
法和技术.本书的研究只是一个开始，精彩的创新定将不断涌现，不求良书道
之未来，唯寄书中给出的方法和实践思路能为相关领域的研究人员带来启发.
军事科学院姚雯研究员，以及中国运载火箭技术研究院洪东跑研究员对书
稿进行了仔细评阅.本书的修改完善并得以定稿，得益于以上同行专家的真知
灼见，为此笔者不胜感激! 本书的成稿和出版也得到了笔者诸多同仁的大力支
持与帮助，他们是王尧、王浩、范晶晶、丁晨、杨松、马晓东、何沛昊、王辰
琳、秦梦、杨硕和张晓赛，在此致以衷心的感谢.
本书的研究工作得到国防科工局技术基础项目(JSZL２０２０２０３B００１) 和航
天科技图书出版基金的资助，在此表示感谢.
囿于弇浅学识，书中难免有疏漏和不妥之处，诚望读者不吝赐教，使之完
善提高.
张海瑞
２０２２年１１月１６日于北京
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