高等动力学研究离散系统的宏观机械运动,使用牛顿力学基本原理分析系统的动力学行为,包括分析力学基础、刚体动力学、陀螺力学、多体动力学、运动稳定性理论等。
《高等动力学/航空航天精品系列》主要介绍分析力学、刚体动力学和运动稳定性等动力学基础学科的基本理论及其在航空航天工程中的一些重要应用,包括使用分析力学经典基本动力学方程及其新近发展的新型动力学方程对柔性航天器进行动力学建模、刚柔耦合系统中的运动稳定性研究方法等,并给出了若干柔性航天器动力学建模及运动稳定性分析的实例。
《高等动力学/航空航天精品系列》可作为高等院校力学类、航空航天、机械和动力专业本科生和研究生的分析力学、高等动力学课程教材,也可供有关人员参考。
近代航空航天事业的发展使得力学、控制及机械设计等学科的联系越来越紧密,航天器结构的复杂性要求各学科的研究人员必须掌握其他相关学科的主要内容,了解其研究思路及设计需求,从而更好地完善自身。这种交叉融合已经受到了各学科专家学者的高度重视,比如黄琳院士就指出过,稳定性理论源于力学,控制学科的进一步发展必须要贴近力学。事实上,无论是平衡位置的稳定性问题,还是动力系统在控制作用下的镇定化问题,从力学角度分析理解控制方程,将其中的控制赋予明确的物理意义,都将加深对控制问题的理解,有助于开阔思路,更好地解决问题。
力学及控制类学科在机械设计制造中的重要性一直以来都受到了充分的肯定,值得一提的是随着我国载人航天事业的发展,空间站的结构控制以及空间机械臂的设计制造使得机械设计及控制类专业迫切要求深入理解复杂结构系统动力学建模的基本力学原理。在最近几年的教学中,控制及机械类专业学生对动力学建模基本原理深入掌握的需求表现得尤为明显,如何适应新的科技发展要求,将经典学科的内容与现代工业需求进一步结合,在本科生及研究生教学中贯彻以学生为主体的教育方针,是需要我们严肃思考的问题。为培养学生使用经典学科的经典理论解决新问题的能力,一本与时俱进、结合学科研究前沿的教材显然是必需的。基于这种想法,几年来在实际教学中我们试验撰写了适应新型需求的讲义。我们的基本思路为,尽量将经典力学体系化,同时注重从力学的角度将控制作用赋予明确的物理意义,特别强调明确运动微分方程中各项的力学意义对系统运动特性确定的贡献。对于力学专业的学生,使学生了解控制需求,从而辅助系统模型的建立;对于机械、控制专业的学生,使他们明确具体系统参数对应的物理模型,了解具有实际物理意义后对控制设计的辅助作用。
应当指出,在动力学与控制方向上,结束理论力学的学习之后,面临着复杂结构的动力学问题的研究是比较困难的。不同于理论力学中具有明确物理意义的矢量分析,此类复杂系统的动力学分析中需要使用大量数学手段,而且这些数学运算与实际物理意义的对应关系并不明确。对此,本书建立了系统化的描述方式,以演绎的方式进行理论推导,注重经典力学的体系化,形成了具有一定特点的公理化体系。同时,从力学基本概念的角度对系统运动微分方程中的各数学项进行理解,讨论其物理意义,这对深入了解系统、进而更好地完成系统设计具有积极的意义。