哈工大飞行器结构设计大作业指导书_最终版
飞行器结构设计(打印版)
在弹体坐标系下，由受力平衡和力矩方程得
Ra Rb G cos Ral1 Gl2 cos 0 fRa Fa
两坐标轴方向过载为：
nx ( P Fa) / mg 0 ny ( Ra Rb) / mg 0
可得
nx P / mg 0 fGl2 cos / mg 0l1 ny G cos / mg0
M N Yi Ji Fj
——舱段剖面上的正应力；
M ——由弯矩 M 产生的正应力；
N ——由轴向力 N 产生的正应力；
M ——作用在舱段剖面上的弯矩； N ——作用在舱段剖面上的轴向力；
J i ——减缩剖面的惯性矩；
Yi ——第 i 个元件到减缩剖面中性轴的距离；
F j ——减缩剖面的面积。
可知，从 0 至 90 度，随 增大， nx 变大， n y 变小。 4 波动系数 K：反映当舵面偏角发生变化时，导弹的过载系数变化的程度。 第四次课（教材 23 页-35 页） 1 地空导弹典型弹道上所选的特征点有：最大推力点，导弹进入控制飞行的初始点，机动飞行段的速 压点，机动飞行的终点。 2 压心：作用在物体上空气动力合力的作用点。 3 刚心：一个剖面上，所有作用力的合力，只产生纯弯曲的作用点。 4 设计载荷：使用载荷乘以安全系数。 P des
R ——连接框外径；
q ——连接框的支反剪流。
第八次课（教材 52 页—61 页） 1 梁式翼面结构中，翼梁一般沿翼面最大厚度线布置或沿翼弦的等百分比线布置，翼肋按顺气流方向 排列或沿垂直于翼梁弹性轴方向布置。 2 玻璃钢蜂窝夹层结构中，弹翼主体上蜂窝纵向沿展向排列，翼前后缘蜂窝纵向沿翼弦方向排列。 3 展弦比：展向长/弦向长。 4 翼面的相对厚度：翼面最厚位置厚度/弦长长度。 第九次课（教材 62 页—70 页） 1 普通肋开减轻孔是因为腹板剩余强度一般较大，减轻孔边缘翻边是为提高腹板的抗弯能力。 2 铆缝设计与计算主要是确定铆钉的直径，间距，边距与排距。 第十次课（教材 70 页—76 页） 1 第一强度理论是最大拉应力准则； 第二强度理论是最大伸长线应变准则； 第三强度理论是最大剪应力准则； 第四强度理论是最大形变能准则。 2 夹层结构夹芯参数为格子形状，边长，箔厚与变密度格子。 第十一次课（教材 76 页—84 页） 1 在多榫式接头中，齿中部厚度小于齿厚，是为了减少齿的精加工面，齿外端厚度比齿根略小，装配 时外端起导向作用。 （教材 77 页图 3.44）
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。
哈工大再入飞行器视景仿真大作业重点讲义资料
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y再入飞行器制导及三维视景仿真研究报告院系：航天学院控制科学与工程系姓名：学号：联系电话：日期： 2015/8/11 再入飞行器制导控制技术发展现状1.1再入飞行器制导控制的特点和国内外现状再入飞行器的制导控制技术一直以来是各国飞行器研究领域的焦点，再入飞行器的飞行方式不同于其他飞机，需要经其他载具搭载然后再次进入大气层，因此这种飞行器具有超高的飞行速度，能够实现在一小时内到达全球任意地方。
所以这种超高声速的飞行器的精确控制显得尤为重要。
而控制模型的特点往往具有很强的非线性，而且在飞行过程中误差容易积累，最后导致末端制导时容易产生较大的误差；并且受到外界因素，如空气密度，风向等影响较大；在控制其姿态时，各个通道之间往往耦合程度很高；因为其速度高于声速数倍，因此在控制室必须具备快速调整和快速响应的能力。
而随着科技的不断进步，已经有诸如X-37B等的飞行器频频亮相，而我国在这方面也不甘示弱，2007年，一种由轰-6战机挂载的超高声速飞行器进入了公众视野，虽然这款飞行器的具体参数还尚未被公开，但这款被公众称为“神龙”的飞行器被认为可以和X-37B一较高下。
而因为多数超高声速飞行器都是通过自身惯性进行滑翔的，且不同的飞行器在不同的环境下其控制律也不尽相同，而且绝大多数的被控对象都是非线性系统，且在实际高速运行当中会受到很大的外界干扰，这些因素都对再入飞行器的精确制导问题提出了挑战。
1.2一种超高声速飞行器的控制策略简介面对这一系列的挑战，有学者提出了名为“基于自适应神经模糊系统的高超声速飞行器的载入预测制导”的理论模型。
(《兵工学报》2014年12月第35卷第12期)当今再入飞行器制导的方法主要有标准轨道法和预测制导法两大类。
标准轨道法是提前在飞行器的计算机中预编入相应的轨道和相关信息，由飞行器自主寻找和矫正预设轨道。
飞行器结构设计_终版_
飞行器结构设计
注：题号前标★的都是老师最后一节课圈的重点。 第一次课： ★1 航空器举例：飞机，飞航式导弹，热气球等 ★2 飞行器质量为 结构质量 和 有效载荷质量 。 第二次课： 1.4—1.7 节 一、判断： 1. 铍合金即是金属材料又是功能材料。× 2. 玻璃钢之所以适合做隔热材料因线膨胀系数小。× 3. 高合金钢脆，易断裂。× 4. 材料的塑性、切削性、可焊性、热塑性、热流动性均影响材料加工性。√ 5. 结构固有频率计算属于静强度计算。× 6. 单翼是零件。× 7. 要求不失稳的元件应选用比强度大的材料。× 二、填空： ★1. 导弹弹体结构材料希望轻而强，通常用 比强度 和 比刚度 来表征这种材 料的综合性能。 ★2. 镁合金 在盐雾中易腐蚀， 高强度合金钢 易氢脆。 （钛、镁合金、合金钢、 铝） 3. 结构设计中有两种强度计算， 方案设计用 设计计算 ， 技术设计用 校核计算 。 4. 许用应力法指结构在 使用 载荷作用下不产生永久变形，破坏载荷法指结构 在设计载荷作用下P ≤ P 。 三、简答： ★断裂韧性：表征材料阻止裂纹扩展的能力。 结构设计中方案设计主要内容： （1）方案的内容应包括：结构形式，承力方案、 主要受力元件的布置、材料、基本剖面的形状尺寸，元件间的连接形式，内部 装置的布置，固定方法及满足各特殊要求的构造措施等。 （2）对拟定的方案是 否满足要求作相应的估计。 （3）进行方案论证 第三次： 一、判断： 1. 外载荷是指导弹从出厂到击中目标整个过程最大。错 2. 与刚性假设相比， 考虑弹翼弹性时， 由于压心是变化的会产生一种附加攻角。 对 3. 导弹总体方案设计完成了质心定位、气动计算、稳定性操纵性计算、风洞试 验。对 4. 导弹运输环节不能作为弹翼的设计情况。错 5. 导弹机动飞行时攻角大可作为弹翼设计情况。对 6 过载指作用在到导弹上可控力合力与重力之比。× 7. 波动系数反应了舵偏角与过载系数间的关系。√ 8. 过载系数是一无量纲的系数。√
简单飞行器设计大作业
简单飞行器设计大作业
**一、设计目标**
本次设计的目标是设计一个简单的飞行器，能够在空中稳定飞行，并具备一定的操控性能。
**二、设计要求**
1. 飞行器能够安全起飞和降落。
2. 具备简单的航向控制能力。
3. 能够在空中稳定飞行一段时间。
**三、设计方案**
1. 飞行器整体采用轻量化材料制作，以减小重量，提高飞行效率。
2. 采用电动马达作为动力源，驱动螺旋桨产生升力。
3. 飞行器的控制系统采用遥控器进行控制，通过调整马达的转速实现飞行器的升降和航向控制。
**四、技术实现**
1. 选择合适的材料制作飞行器的机架和外壳。
2. 安装电动马达和螺旋桨，并进行动力系统的调试。
3. 设计并制作遥控器，实现对飞行器的远程控制。
4. 进行飞行测试，对飞行器的性能进行评估和优化。
**五、总结与展望**
通过本次简单飞行器设计大作业，我们初步掌握了飞行器设计的基本流程和方法。
在未来的工作中，可以进一步优化飞行器的设计，提高其性能和可靠性，为实际应用提供更好的解决方案。
以上示例仅供参考，你可以根据具体的设计要求和实际情况进行修改和完善。
哈工大飞行器结构设计历年复习题
1 作用在普通肋上的空气动力载荷，被认为仅有两个梁腹板提供支反力，忽略桁条与蒙皮的参与，这是根据传力的 刚度比分配原则。 （对） 2 加强肋的支撑是翼梁、辅助梁与蒙皮。 （对） 3 在薄壁结构中，凡在集中载荷处都应采用中间元件。 （对） 4 结构设计中应使梁凸缘面积适应内力变化。 （对） 5 翼梁腹板的剪力图是阶梯变化的，根部最大。 （对） 6 根肋将分布力转化为集中力。 （对） 7 在蒙皮的计算模型中，屏格蒙皮看作受弯硬板，整个蒙皮看作承剪薄板。 （对） 8 单梁翼面整体受力计算模型中，支座是由翼梁的固定支座和辅助梁的铰支座组成的。 （对） 1 加强框和梁构成了弹身的受力基础。 （对） 2 当一个横向集中载荷作用在硬壳式舱段上，由载荷作用端到支座端蒙皮的剪流分布不变（对） 3 在全弹身受载中，剪力由弹身两侧壁受剪切传递，弯矩由弹身上下壁板受挤压传递。 （对） 4 在梁式舱段中，蒙皮提供的支反剪流载荷作用处沿长度方向逐渐减小。 （对） 5 纵梁的轴向内力由载荷作用处到另一端是逐渐减小的。 （对） 6 作用在梁上的集中载荷， 蒙皮不但受剪且逐渐参加承受轴向压力， 一定距离后， 轴向压力的沿周缘蒙皮达到均值。 （对） 7 在垂直于耳片式翼面的接头载荷中，弯矩由主接头传递，是通过螺栓受剪，耳片受拉压传递的。 （对） 8 从舱段间接头传力过程看，前连接框将分布力转化为集中力（为适应连接接头的传力特性） ，后连接框将集中力 转化为分布力（以适应蒙皮的传力特性） 。 （对） 1 弹翼的是功用产生升力、法相力，改变压心位置。 （对） 2 单梁式翼面中翼梁沿最大厚度分布。 （对） 3 ‘小展弦比’是指较小的翼面。 （错） 4 单块式弹翼纵墙与桁条沿翼肋等百分线布置。翼肋顺气流方向布置。 （对） 5 梁式翼面中，弯矩靠梁凸缘，剪力靠梁腹板，扭矩靠蒙皮、梁及纵墙组成的壁室来传递（对） 6 实心壁板弹翼中，弹翼与弹身连接长度占弦长的 20%-30%。 （对） 7 蜂窝夹层板件组合式弹翼，适用于面积较大的弹翼。 （对） 8 夹层结构弹翼抗弯能力大、耐热绝热好。 （对） 1 整体结构翼面在气动外形方面优于其他翼面。 （对） 2 薄翼型是指相对厚度比小于 0.05 的翼面。 （对） 3 在设计翼面与助推器连接接头时，需要考虑翼面与助推器受力协调及助推器热膨胀。 （对） 4 翼梁按垂直于弹身轴线布置时，翼梁处于最大厚度线上。 （错）<等百分线分布时最大> 5 翼肋垂直于翼梁时，翼型准确。 （错）<顺气流方向布置> 6 蒙皮厚度可按强度条件或刚度条件来确定。 （对）
哈工大飞行器控制大作业
H/km V/m/s a1 a2 a3 a4 a5
1.067 546.9 1.488 104.7 66.54 1.296 0.129
4.526 609.2 0.132 91.97 54.93 1.126 0.106
8.21 701.5 0.7748 76.51 41.52 0.9 0.076
14.288 880.3 0.3528 46.44 21.59 0.514 0.036
加入这个惯性环节，相当于让系统的带宽降低，使高频段被及时的衰减，此时，系统的 时域响应和频域响应都有很大的好转。 最终，系统仿真的 Simiulink 框图如下图所示：
仿真时把������������������������ 、������������������������ 、������������������������ 都当做 1，������������1 、������������2 由公式求出后，设计控制器 C 和 I，以求系统可
������������ ������������5 ������������ 2 + ������������1 ������������5 ������������ + ������������2 ������������5 − ������������3 ������������4 ∙ ������������ ������������ 2 + (������������1 + ������������4 )������������ + ������������1 ������������4 + ������������2 公式中各个系数所对应的数据见下表：
此时，得到的系统时域及频域图像如下：
可以看出，在未加任何校正环节的情况下，系统的时域响应是发散的，很不稳定。由开 环 Bode 图可以看出，此时系统根本就没有穿越 0db 线，没有剪切频率，高频也没有衰减， 导致系统还没有进行工作就已经不稳定了。
哈工大飞行器结构设计实验报告
飞行器结构设计实验一、实验目的通过参观航天馆内的实物及模型结合课堂学习内容，加深对蜂窝夹层结构、陀螺副翼、舱段的结构形式、舱段承力元件等的理解。
二、实验内容1、蜂窝夹层结构图1 蜂窝夹层结构图2 蜂窝夹层结构局部放大图夹芯层形似蜂窝的一种夹层结构，又称蜂窝夹层结构（见图1和图2）。
这种结构的夹芯层是由金属材料、玻璃纤维或复合材料制成的一系列六边形，四边形及其他形状的孔格，在夹芯层的上下两面再胶接（或钎焊）上较薄的表板。
早期使用的轻质巴萨木夹层不耐潮，抗腐性差,不耐火,人们遂把注意力转向金属蜂窝夹层。
1945年试制成最早的蜂窝夹层结构。
蜂窝结构比其他夹层结构具有更高的强度和刚度,与铆接结构相比,结构效率可提高15%～30%。
夹层的蜂窝孔格大小、高矮及其构成格子的薄片厚度等决定表板局部屈曲、孔格壁板屈曲的临界应力及夹层结构的保温性能。
这些尺寸的选择，一般要保证能够承受一定的去取载荷的前途下具有一定的保温性能。
蜂窝结构的受力分析与一般夹层结构相同。
在航空航天工业中,蜂窝结构常被用于制作各种壁板,用于翼面、舱面、舱盖、地板、发动机护罩、尾喷管、消音板、隔热板、卫星星体外壳、刚性太阳电池翼、抛物面天线、火箭推进剂贮箱箱底等。
2、陀螺副翼图1 陀螺副翼结构1— 安定面 2—盖板 3—风轮 4—螺钉 5—副翼 6—锁紧销 7—销套 8—止动件 9—卡箍 10—轴座 11、12—上下板 13—转轴图1是陀螺副翼。
它位于安定面的翼尖后缘，由上下板、风轮和转轴等组成。
工作原理：风轮轴被嵌在上下板的铜套座中，上下板由螺钉连接成一体。
平时锁紧销6插在销套7内，副翼被锁在中立位置。
导弹发射后，止动件8尾部的易熔材料被发动机燃气熔化，在弹簧作用下，锁紧销被拔出，陀螺副翼便被开锁。
图2 陀螺副翼工作原理 导弹在飞行过程中，受到气动力作用，风轮在气动力作用下作高速旋转，自转角速度为Ω ，方向如图2所示，相当于一陀螺转子。
由二自由度陀螺的进动性知0ω ⨯Ω=J M 进动。
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《飞行器结构设计》课程大作业指导书
哈尔滨工业大学航空宇航制造系
2015年4月16日
一、要求与说明
1. 学生必须按照相关规范，在规定的时间内完成两个备选题目之一的大作业，并提交纸质和电子版文件。
2. 要求每名学生独立完成作业内容，如有抄袭、伪造等作弊行为则取消成绩，大作业的分数计入期末考核成绩。
二、题目
三、内容要求及规范
（二）分离机构连接计算与结构设计
1、设计的目的与意义
连接于分离机构的计算与设计是飞行器结构与机构分系统设计的重要部分，连接分离机构直接影响分离面处的连接刚度，而连接分离面又是飞行器载荷较为严重的部位。
因此，为保证连接的可靠性，必须对分离机构中的关重件进行计算与校核，特别是起到连接与分离作用的爆炸螺栓组件。
本设计作业的主要目的是通过对典型连接分离机构的计算与设计，使学生掌握此类结构设计的基本原理和方法，同时加深对飞行器结构设计的具体认识，为开展相关技术领域的研究与设计奠定基础。
2、设计输入条件
假设某型号导弹在发射阶段，由于横向载荷的作用，在连接面A1-A2会产生M=1500Nm的弯矩，同时已知气动过载的等效轴向载荷为F=800N，以压力形式作用于一二级分离面上，分离舱段对接框为环形接触面，被连接件间均采用石棉垫片。
图2所示为轴向连接式对接框结构尺寸，图3所示为卡环式对接框尺寸，
两个舱段的平均壁度为6mm。
假设舱段承力结构材料均为TC4，在设计过程中不考虑横向载荷产生的剪力，为使分离面紧密贴合，取安全系数f=1.5。
此外，假定轴向连接分离机构由6个爆炸螺栓连接，卡环式连接分离机构由2个爆炸螺栓连接，爆炸螺栓螺杆材料为45号钢，且尺寸、规格同C级六角头螺栓。
图1 导弹一二级分离面受力示意图
3、设计任务
1）根据设计的输入条件，选择轴向连接或外置卡环式连接分离方式中的一种进行计算分析与结构设计。
要求详细计算用于连接和分离的爆炸螺栓所受的工作总拉力，以及螺栓最大预紧力，并根据爆炸螺栓材料的屈服极限条件确定螺栓尺寸和规格。
2）按照计算分析的结果以及选择的爆炸螺栓结构尺寸，设计连接分离装置的具体结构，画出装配草图。
2
a) 轴向连接式分离面结构尺寸
b) 外卡环式分离面结构尺寸
图2 两种不同分离面得结构及尺寸示意图
4、设计要求
将计算分析过程和重要零件选型整理为设计说明书，以附件为封皮；按照指导书提供的结构尺寸，画出所选类型分离机构的装配草图，附在说明书后上交。
附件课程大作业封皮
《飞行器结构设计》课程大作业
题目：________________________________________________
姓名：_______________________
学号：_______________________
授课教师：_______________________
得分
哈尔滨工业大学航空宇航制造系
2014年月日。