飞行器总体设计-课程简介
哈工大飞行器制造课程设计
哈工大飞行器制造课程设计一、概述飞行器制造课程设计是哈工大航空航天学院飞行器制造工程专业的重要实践环节。
该课程设计的目标是培养学生掌握飞行器制造的基本技能和知识，提高学生的工程实践能力，为未来的工作和研究打下坚实的基础。
二、设计任务学生需要在规定的时间内，完成以下任务：1.设计并制作一个小型无人机（微型飞行器）；2.进行飞行控制系统的设计和实现；3.进行地面测试和飞行试验；4.编写设计报告，包括设计方案、设计图纸、实验数据和结论等。
三、设计方案1.总体设计微型飞行器采用固定翼布局，翼展不超过250三n,总重量不超过50go采用电动推进系统，由微型无刷电机和螺旋桨组成。
飞行控制系统采用开源的Pixhawk飞控板,通过GPS实现定点悬停和自主导航。
5.结构设计机体结构采用轻质材料，如碳纤维复合材料或轻质铝合金。
机翼采用对称翼型，尾翼采用V型尾翼。
起落架采用折叠式设计，便于收纳和携带。
结构设计中需考虑强度、刚度和稳定性要求。
6.动力系统设计动力系统包括微型无刷电机、螺旋桨和电池。
根据飞行性能要求,选择合适的电机、螺旋桨和电池型号，并进行匹配优化。
同时需要考虑散热和噪音问题。
7.飞行控制系统设计飞行控制系统包括传感器、控制器和执行器。
传感器包括GPS.陀螺仪、加速度计和气压计等，用于获取飞行器的位置、姿态和高度信息。
控制器采用PiXhaWk飞控板，通过算法实现对飞行器的稳定和控制。
执行器包括舵机和电机驱动器等，用于实现对飞行器的操作和控制。
飞行控制系统的设计需要保证系统的稳定性和可靠性，防止出现失控和坠机等安全问题。
四、实验测试与结果分析在完成设计和制作后，需要进行地面测试和飞行试验，对微型飞行器的性能进行评估和分析。
具体测试内容包括：1.地面测试：对微型飞行器的各项性能指标进行测试，如起飞重量、最大速度、最大爬升率、续航时间等。
同时检查机载设备的正常运行情况，如GPS、传感器、控制器等。
2.飞行试验：在室外场地进行飞行试验，测试微型飞行器的实际飞行性能和稳定性。
2飞行器总体设计-第2章1
2.3 初步重量估计
空机重量估计
对不同类型的飞机，可以统计出一定的趋势
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2.3 初步重量估计
空机重量估计
We /W0 =AW0C K
vs
A 0.96 1.59 2.34 0.93
{A-公制} C {0.92} {1.47} {2.11} {0.88} -0.05 -0.10 -0.13 -0.07
Wf W0
)W0 (
We )W0 W0
W0估计值
We )W0 Wcrew W payload We/W0方程 W0
W0方程
Wcrew W payload 1 (W f / W0 ) (We / W0 )
迭代计算W0 &Wfuel
任务段中不得进行有效载荷的投放 迭代通常只须几次就可以收敛
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2.7 飞机气动布局的选择
2.7.1 正常式布局
J8
波音787
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2.7 飞机气动布局的选择
2.7.2 鸭式布局
随着主动控制技术的发展，电传操纵技术的成熟，把前翼设 计得比较大（相对面积8％～15％）并靠近机翼构成所谓近耦合 鸭式布局已成为现实。
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2.4 权衡研究（Trade Studies）
方案研究中的一个重要环节是与用户一道 评审和仔细分析设计要求 通过对要求中的项目进行变化，可以分析 出该项目对起飞总重的影响，进而更合理 地确定要求的取值 还可以反映出新技术（如采用某种复合材 料）对设计的影响
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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2.4 权衡研究（Trade Studies）
对各专业基本知识的全面了解 ＋创新的思想 ＋美学观点
概念构思的体现 — 概念草图
飞行器总体设计教学大纲
飞⾏器总体设计教学⼤纲《飞⾏器总体设计》教学⼤纲学时数：64学时讲授授课对象：飞⾏器设计⼯程专业⼤学本科前期课程：理论⼒学、材料⼒学、结构⼒学、⾃动控制原理、空⽓动⼒学与飞⾏性能计算⼀、课程地位：本课程是飞⾏器设计⼯程专业必修的专业主⼲课，是⼀门综合性、实践性很强的课程。
它要求学⽣在学习本课程中总体设计知识的同时，紧密结合前期课程中的基础理论，学习和掌握飞机总体设计的⼀般思路、原理和⽅法。
促进学⽣把理论和知识、技能转化为飞机总体设计能⼒的结合点，是培养学⽣分析⼯程实际问题和⼯程设计能⼒的重要环节。
⼆、课程任务：教授现代飞机总体的现代设计原理、综合设计思想理念和设计技术；培养学⽣在综合运⽤⼴泛理论的基础上对⼯程实际问题的分析能⼒、分析评价⽅法和设计能⼒，以及接受和适应深层次设计技术发展的能⼒；锻炼、培养学⽣辩证逻辑思维、创造性思维和系统⼯程思维。
课程要求：在设计原理、概念、⽅法等基础⽅⾯强调系统全⾯、深刻精炼、科学逻辑的有机结合，要使学⽣能真正掌握和运⽤；强调理论与实际的有机结合；强调理论知识综合运⽤能⼒的培养，加强主动式教学，启发学⽣主观能动性，利⽤现代技术的⾼信息含量使学⽣更多了解国内外飞机总体设计技术和前沿学科的发展；最终使学⽣基本掌握现代飞机总体设计的先进设计思想、设计理论和设计技术，着⼒于⼯程设计能⼒的培养。
三、课程内容：第⼀章绪⾔（2）1、理解“飞机总体设计”的基本含义，本课程的特点，以及学习本课程的⽬的与任务。
2、初步建⽴如飞机设计阶段、特点等基本概念。
第⼆章设计的依据与参数选择（8）1、了解飞机的设计要求2、了解飞机的设计规范3、熟悉飞机的总体技术指标4、掌握飞机总体设计的参数选择第三章飞机总体布局设计（10）1、掌握飞机型式的含义与内容2、理解飞机配平形式选择3、了解隐⾝对布局设计的影响4、熟练掌握机翼参数选择5、熟练掌握尾翼布置及参数选择第四章机舱及装载布置（6）1、掌握机⾝初始⼏何参数估计2、熟练掌握民机客舱设计与布置3、掌握民机货舱布置4、掌握民机驾驶舱布置5、了解作战飞机座舱布置6、了解武器装载布置第五章起落装置布置（4）1、了解对起落装置的设计要求2、掌握起落架布置3、了解轮胎参数的初步选择4、掌握起落架收放装置的设计第六章动⼒装置及燃油系统（7）1、了解发动机类型与选择2、了解发动机在飞机上的布置3、了解发动机尺⼨4、进排⽓系统设计5、掌握燃油系统设计第七章飞机的总体布置（6）1、了解飞机总体布置⼯作的任务2、了解飞机内部的总体布置3、掌握飞机外形设计4、掌握飞机设计布置图5、掌握飞机浸湿⾯积与体积第⼋章重量特性估算（3）1、了解飞机重量分类2、了解近似分类重量法4、掌握统计分类重量法5、掌握估算结果的修正6、掌握重⼼定位与调整第九章飞机性能综合分析与评估（15）1、了解飞机性能综合分析与评估的重要性2、掌握⽓动特性估算3、掌握稳定性与操纵性分析4、掌握动⼒特性估算5、掌握飞⾏性能估算四、学时分配：五、主要参考书《飞机总体设计》李为吉主编，西北⼯业⼤学出版社；《飞机总体设计》顾诵芬主编，北京航空航天⼤学出版社；《飞机总体设计》余雄庆主编，航空⼯业出版社六、考核⽅式（包括作业、测验、考试等及其所占⽐例）课程考核要求：考试（80%），设计作业（20%）。
飞行器总体设计-简介
课程特点
①综合性 飞机总体设计涉及多学科领域、是一门综合性学科，它不同于飞行 力学、结构力学、发动机原理、飞行控制等一些分析性学科，它须综合 应用各门有关的分析学科的知识与各项先进的航空科学技术。
• ③实践性 • 飞机总体设计又是一项实践性很强的学科，不仅要培养学 生的定性分析能力，还要培养学生的定量计算分析能力，为配合 学生学习掌握飞机总体设计的知识和方法，我们还编写了一套飞 机总体设计软件及详细的使用手册。学生利用这一软件，可以实 现飞机总体设计的各个环节和全部过程，对飞机总体设计方案进 行权衡，改变设计参数，提高飞机性能。
• 本书吸收了国外一些成功的飞机设计经验数据、计算公式，对学生掌握飞机 总体设计方法很有帮助。尽管与实际应用于工业界的方法相比，本书列出的 设计与分析技术是简化了的，但课程内容安排符合学生认识规律。通过这门 课的学习，使读者在定性分析能力、定量估算能力、综合运用能力等方面得 到锻炼提高。
• 本书是国防科工委‘十五’重点教材。在普通高等教育‘九五’国家级重点 教材“现代飞机总体综合设计”一书基础上，经过几年教学实践，做了修改 补充。保持并加强理论严谨、系统性强的特点，力图接近工程实际，对从事 飞机设计的工程技术人员有参考价值，并便于读者自学。
飞行器总体设计教材
国防科工委‘十五’ 规划教材
《飞 机 总 体 设计》
主编 李为吉 编者 李为吉 王正平 艾剑良 杨华保
前
言
• 本书是航空高等院校飞行器设计专业本科生的必修课教材，重点讲述了飞机 总体设计的基本原理和方法。强调飞机总体设计的综合协调、折衷权衡、反 复迭代等特点，通过几个循环，由简到繁完成飞机的总体设计，锻炼增强学 生的综合分析和决策问题的能力。
目
第1章 绪言 第2章 飞机初始总体参数与方案设计
飞行器总体设计一PPT课件
★ 形成飞机的总体布置图、三面图、结构受力 系统图
★ 进行重心定位、性能、操稳计算，结构强度 和刚度计算
★ 提出对各分系统的技术要求 ★ 最终要制造出全尺寸的样机或绘制电子样机， 进行人机接口、主要设备和通路布置的协调检查以 及使用维护检查。
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样机在经过使用部门，特别是经空、地勤人员审 查通过后，可以冻结新飞机的总体技术方案，开始 转入工程研制。
由设计/研制单位提出 由用户和设计单位共同提出
由用户提出的要求，设计/研制单位要进行分析/ 论证——战术技术要求分析/论证。
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飞机设计要求通常没有固定的格式，其基本内容
应包括以下几个方面：
(1) 飞机的类型和基本任务 (2) 飞机的有效载荷 (3) 飞机的飞行性能指标 (4) 其他方面的要求：电子对抗、隐身、使用维护性、 使用周期、研制进度/经费、使用经济性，……。有时这 些要求可能会起到决定性的作用。
下面简单讨论飞机设计要求中的战术技术要求。
在作调整试飞过程中，新飞机肯定会出现各种故 障，必要时应对飞机作局部的修改。
在定型试飞过程中还会有故障，当然比调整试飞 中出现的要少的多，而且更改大多是机内系统，涉 及飞机外形的改动极少。
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定型试飞通常需要上千个起落。试飞科目全部完 成后，由试飞鉴定部门和飞行员写出正式报告，上 报国家航空产品定型委员会批准后，方可进入小批 量生产。
飞行器总体设计
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第1章 绪 论
1.1 飞机研制的一般过程 1.2 飞机设计要求 1.3 喷气式战斗机的发展 1.4 喷气干线运输机的发展 1.5 支线飞机、通用航空 1.6 无人飞行器 1.7 飞机总体设计的特点 1.8 飞机总体设计框架
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1.1 飞机研制的一般过程
飞行器设计综合课程设计
飞行器设计综合课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握飞行器设计的基本原理，如空气动力学、结构设计等；2. 了解飞行器各组成部分的功能和相互关系；3. 掌握飞行器设计的基本流程和方法。
技能目标：1. 能够运用所学知识，设计出具有创意的飞行器；2. 学会使用相关软件（如CAD等）进行飞行器设计和绘图；3. 提高团队协作能力和沟通表达能力，能够就设计方案进行有效讨论和修改。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对飞行器设计和制造的热爱，激发创新意识；2. 增强学生的国家荣誉感，认识到我国在飞行器领域的重要地位；3. 培养学生严谨的科学态度，注重实践与理论相结合。
课程性质：本课程为综合实践课程，旨在通过飞行器设计，提高学生的综合运用知识能力和创新能力。
学生特点：六年级学生具有一定的知识储备，好奇心强，动手能力强，善于团队合作。
教学要求：教师需引导学生将所学知识与实践相结合，注重培养学生的创新精神和实践能力，提高学生的问题解决能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，激发学生的学习兴趣，确保课程目标的实现。
通过课程学习，使学生能够将理论知识运用到实际设计中，培养具备创新意识和实践能力的优秀学子。
二、教学内容1. 理论知识：- 空气动力学原理；- 飞行器结构设计；- 飞行器动力系统；- 飞行器控制原理。
参考教材章节：第三章“飞行器的基本原理”和第四章“飞行器设计与制造”。
2. 实践操作：- 飞行器设计基本流程与方法；- 使用CAD软件进行飞行器设计；- 制作飞行器模型；- 飞行器模型的调试与优化。
教学内容安排：共8课时，其中理论知识4课时，实践操作4课时。
3. 教学进度：- 第1-2课时：学习空气动力学原理和飞行器结构设计；- 第3-4课时：学习飞行器动力系统和控制原理；- 第5课时：介绍飞行器设计基本流程与方法；- 第6课时：使用CAD软件进行飞行器设计；- 第7课时：制作飞行器模型；- 第8课时：调试与优化飞行器模型。
飞行器总体设计课件一
1.2.1 战术技术要求及其论证
军用飞机的研制是一个大型、复杂的系统工程， 需要多个工业部门密切协作。战术技术要求是军用 飞机型号研制的重要技术文件，其既是型号研制的 依据，又是该型号国家定型验收的依据。
使用部门（军方）根据武器发展规划，负责战术 技术要求的提出与论证。军方设有专职机构从事战 术技术要求的研究工作。
新飞机首飞成功后即应按试飞大纲要求，进行 定型试飞。
在开始定型试飞前应由研制单位负责，进行调整 试飞（工厂试飞），以排除新飞机的一些初始性的 重大故障，大致要飞到原设计飞行范围的80%左右， 再开始正式的国家鉴定试飞，以检查新飞机能否达 到设计要求。
参与鉴定试飞用的原型机可按不同分工完成各自 的试飞任务，以完成定型试飞大纲规定的所有任务。
(4) 使用环境：我方的机种配备与协同；可能使 用的场站环境及条件；后勤保证条件及要求；维护 与检修条件和要求等。
(二) 作战效能要求 (1) 武器装备要求 (2) 机载电子设备及电子对抗要求 (3) 使用条件要求：空-空、空-海、空-地作战剖 面及航程、外挂要求，训练飞行要求等；
(4) 使用限制条件要求：飞行包线限制条件；机 动性、操稳特性限制要求；寿命要求；强度、刚度、 重量要求；可靠性、维修性、出勤率要求；地面配 套设备及零备件要求；单价及使用寿命的费用要求 等。
在这一阶段为了验证技术方案的可行性，必要时 还要对所用的关键新技术进行试验验证（如气动布 局方案的风洞实验），以使方案的可行性论证有坚 实的技术基础。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.1.2 方案阶段
任务： 根据批准的《某型飞机战术技术要求》设计出可 行的飞机总体技术方案。 主要工作内容： ★ 确定飞机布局形式、总体设计参数 ★ 选定动力装置、主要系统方案及主要设备 ★ 机体主要结构材料和工艺分离面等
飞行器设计与工程专业主干课程简介
飞行器设计与工程专业主干课程简介主干课程：结构强度基础、弹性力学、流体力学基础、空气动力学、飞行器结构力学、结构振动理论、结构试验技术、自动控制原理、飞行器总体设计、飞行器结构设计、复合材料力学基础、飞机结构维修、民航维修无损检测与故障诊断。
结构强度基础：使学生掌握材料的力学性能以及实验方法；简单构件在不同载荷形式下的应力、变形计算；构件的复杂应力状态分析、强度计算以及稳定性分析；结构分析中常用的能量方法和简单的动载荷计算。
弹性力学：重点介绍弹性力学的研究对象、基本方程（平衡方程、物理方程和几何方程）和求解方法（按应力求解和按位移求解），在平面问题中重点介绍直角坐标解答（矩形梁、楔形体）和极坐标解答（圆环圆筒受均布压力、孔口应力集中）。
内容上注重深入浅出，公式推导详尽，例题步骤具体，并注意培养学生分析问题与解决问题的综合能力。
流体力学基础：本课程是航空航天类院校本科飞行器设计与工程专业教学计划中的一门技术基础课。
为飞行器设计与工程专业学生的必修课。
本课程的目的和任务是使学生掌握流体力学基本知识和空气动力学的基本概念、基本理论，以及解决空气动力学问题的基本方法和分析手段。
本课程的内容可分为三大部分：流体力学和空气动力学基本任务、流体力学基本概念及流动控制方程；低速流动和可压缩无粘流动的基本原理；绕翼型和机翼的不可压缩流动的薄翼理论和有限翼理论及应用。
空气动力学：本课程是航空学院本科专业飞行设计与工程及相关专业的教学计划中的一门技术基础课。
为飞行器设计与工业专业学生的专业必修课。
本课程的目的和任务是使学生通过本课程的学习获得可压缩空气动力学的基本理论，掌握可压缩空气动力学的分析方法, 了解亚音速流、跨音速流、超音速流的气动特性，能够应用所学知识分析空气动力学问题，估算可压缩流动中翼型的气动性能，掌握气动设计的一些基本概念，为飞行器总体设计等课程提供必备基础。
飞行器结构力学：本课程以杆系和薄壁结构为对象，研究杆系和薄壁结构的组成原理及其受力和变形分析的力法和位移法，薄壁工程梁理论。
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前 言（续）
本书吸收了国外一些成功的飞机设计经验数据、计算公式，对学生 掌握飞析技术是简化了的，但课程内容安排符合学 生认识规律。通过这门课的学习，使读者在定性分析能力、定量估算 能力、综合运用能力等方面得到锻炼提高。
目 录（续）
3.2 机翼设计 3.3 机身设计 3.4 尾翼及其操纵面设计 3.5 推进系统的选择与设计 3.6 起落架设计 3.7 飞机初步设计实例 第4章 飞机操纵系统设计与分析 4.1 操纵系统的特性 4.2 现代高速飞机稳定性和操纵性的基本特点和操纵 系统设计 4.3 飞机主动控制技术
目 录（续）
飞 行 器 总 体 设 计
主讲教师：王和平 教授/博导 138 918 74847 西北工业大学航空学院 wangheping@
飞行器总体设计教材
国防科工委‘十五’ 规划教材
《飞 机 总 体 设计》
主编 李为吉 编者 李为吉 王正平 艾剑良 杨华保
飞行器总体设计教材
普通高等教育‘九五’ 国家级重点教材
《现代飞机总体 综合设计》
主编 李为吉 编者 李为吉 王和平 王正平 艾剑良 杨华保
前 言
本书是航空高等院校飞行器设计专业本科生的 必修课教材，重点讲述了飞机总体设计的基本
原理和方法。强调飞机总体设计的综合协调、
折衷权衡、反复迭代等特点，通过几个循环， 由简到繁完成飞机的总体设计，锻炼增强学生 的综合分析和决策问题的能力。
本书是国防科工委‘十五’重点教材。在普通高等教育‘九五’国家 级重点教材“现代飞机总体综合设计”一书基础上，经过几年教学实 践，做了修改补充。保持并加强理论严谨、系统性强的特点，力图接 近工程实际，对从事飞机设计的工程技术人员有参考价值，并便于读 者自学。 本书由西北工业大学航空学院李为吉、王正平、艾剑良、杨华保编写。
全书由李为吉、王正平统稿。
目 录
第1章 绪言 第2章 飞机初始总体参数与方案设计 2.1方案设计的任务和过程 2.2 重量估算 2.3 飞机升阻特性估算 2.4 确定推重比和翼载 2.5 总体布局形式的选择（方案设计） 2.6 飞机气动布局的选择 2.7 隐身性能对飞机气动布局的影响 第3章 飞机总体参数详细设计（部件设计） 3.1 设计的任务和步骤
课程特点
①综合性 飞机总体设计涉及多学科领域、是一门综合性学科，它不同于飞行 力学、结构力学、发动机原理、飞行控制等一些分析性学科，它须综 合应用各门有关的分析学科的知识与各项先进的航空科学技术。 ②创造性 飞机总体设计还是一门创造性学科，它的目的是研究和创造出新的、 过去从未实现过的目标、过程或系统。 ③实践性 飞机总体设计又是一项实践性很强的学科，不仅要培养学生的定 性分析能力，还要培养学生的定量计算分析能力，为配合学生学习掌 握飞机总体设计的知识和方法，我们还编写了一套飞机总体设计软件 及详细的使用手册。学生利用这一软件，可以实现飞机总体设计的各 个环节和全部过程，对飞机总体设计方案进行权衡，改变设计参数， 提高飞机性能。
4.4 电传操纵系统 4.5 综合飞行控制系统 第5章 飞机费用与效能分析 5.1 飞机寿命周期费用的概念和分析方法 5.2 研究发展试验与鉴定费用和生产费用分析——兰德 DAPCA IV 模型 5.3 使用保障费用 5.4 飞机作战效能分析 5.5 多任务攻击机概念综合设计的基本原理 第6章 飞机总体参数优化 6.1 飞机总体参数的多学科设计优化 6.2 面向系统设计的方法