飞机结构设计课件
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飞行器结构力学电子教案PPT课件
飞行器结构力学电子教案ppt 课件
目
CONTENCT
录
• 飞行器结构力学概述 • 飞行器结构力学基础知识 • 飞行器结构静力学分析 • 飞行器结构动力学分析 • 飞行器结构疲劳与损伤容限分析 • 飞行器结构优化设计
01
飞行器结构力学概述
定义与特点
定义
飞行器结构力学是研究飞行器结构强度、刚度和稳定性的学科， 主要关注飞行器在各种载荷作用下的响应和行为。
迭代算法
通过不断迭代更新解，逐步逼近最优解，常用的 算法包括梯度下降法、牛顿法等。
飞行器结构优化设计方法
尺寸优化
通过改变结构件的尺寸，以达到最优化的结构性 能。
拓扑优化
在给定的设计区域内，寻找最优的材料分布和连 接方式。
形状优化
通过改变结构的形状，以实现最优的结构性能。
多学科优化
综合考虑多种学科因素，如气动、热、强度等， 进行多学科协同优化。
技术发展
飞行器结构力学的发展推动了航空航天技术的进步 ，为新型飞行器的设计和研发提供了技术支持。
飞行器结构力学的历史与发展
历史
飞行器结构力学的发展可以追溯到20世纪初期，随着航空工 业的快速发展，结构力学逐渐成为飞行器设计的重要学科。
发展
近年来，随着新材料、新工艺和计算技术的不断发展，飞行 器结构力学在理论和实践方面都取得了重要进展。未来，随 着环保要求的提高和新能源的应用，飞行器结构力学将面临 新的挑战和机遇。
损伤容限
指材料或结构在受到损伤后仍能保持一定承载能力的程度，是评估结构剩余寿命的重要 指标。
疲劳与损伤容限分析的必要性
飞行器在服役过程中受到各种复杂载荷的作用，结构疲劳与损伤是不可避免的现象，因 此进行疲劳与损伤容限分析是确保飞行器安全的重要手段。
目
CONTENCT
录
• 飞行器结构力学概述 • 飞行器结构力学基础知识 • 飞行器结构静力学分析 • 飞行器结构动力学分析 • 飞行器结构疲劳与损伤容限分析 • 飞行器结构优化设计
01
飞行器结构力学概述
定义与特点
定义
飞行器结构力学是研究飞行器结构强度、刚度和稳定性的学科， 主要关注飞行器在各种载荷作用下的响应和行为。
迭代算法
通过不断迭代更新解，逐步逼近最优解，常用的 算法包括梯度下降法、牛顿法等。
飞行器结构优化设计方法
尺寸优化
通过改变结构件的尺寸，以达到最优化的结构性 能。
拓扑优化
在给定的设计区域内，寻找最优的材料分布和连 接方式。
形状优化
通过改变结构的形状，以实现最优的结构性能。
多学科优化
综合考虑多种学科因素，如气动、热、强度等， 进行多学科协同优化。
技术发展
飞行器结构力学的发展推动了航空航天技术的进步 ，为新型飞行器的设计和研发提供了技术支持。
飞行器结构力学的历史与发展
历史
飞行器结构力学的发展可以追溯到20世纪初期，随着航空工 业的快速发展，结构力学逐渐成为飞行器设计的重要学科。
发展
近年来，随着新材料、新工艺和计算技术的不断发展，飞行 器结构力学在理论和实践方面都取得了重要进展。未来，随 着环保要求的提高和新能源的应用，飞行器结构力学将面临 新的挑战和机遇。
损伤容限
指材料或结构在受到损伤后仍能保持一定承载能力的程度，是评估结构剩余寿命的重要 指标。
疲劳与损伤容限分析的必要性
飞行器在服役过程中受到各种复杂载荷的作用，结构疲劳与损伤是不可避免的现象，因 此进行疲劳与损伤容限分析是确保飞行器安全的重要手段。
飞机构造课件4起落架系统
重复压缩、伸张行程直至着陆撞击动能全被耗散掉。
油气式减震支柱
工作原理
利用气体压缩吸收着陆撞击动能减小撞击力； 利用油液高速流过小孔产生的摩擦热耗散能量减弱颠簸跳动。
53
起落架载荷
停机载荷
飞机停放所受地面反作用力
着陆撞击载荷
着陆接地所受地面反作用力
滑跑撞击载荷
飞机滑跑时所受迎面撞击力
起落架的结构形式
23
起落架的结构型式
构架式起落架
起落架的结构型式
构架式起落架
由撑杆和减震支柱铰链而成空间支架承力和减震。 特点
结构简单，重量轻 各杆铰接承受轴向力 梳状接头处易产生裂纹 固定式起落架
起落架的结构型式
支柱套筒式起落架
起落架的结构型式
支柱套筒式起落架
由内筒和外筒组成 特点
起落架支柱电门（安全电门、空/地电门）控制的收放电路
在地面将收放控制电路断开。
地面安全销
插入起落架活动关节处，防止起落架收上。
本课小结
基本问题： ◆收放系统组成部件和功用 ◆收放操纵与指示和警告 ◆应急放下原理和方法 ◆地面安全装置功用及型式
地面转弯系统
86
飞机地面转弯的方法
前轮（或尾轮）偏转 不对称刹车 不对称推力(多发飞机)
*刹车系统的组成和工作原理
105
客机着陆滑跑减速力
空气阻力
客机着陆滑跑减速力
发动机反推力
客机着陆滑跑减速力
刹车力
注意：
在干跑道上着陆时，刹车是最主要的减速手段。
刹车系统的功用
减速 转弯 制动
对刹车的要求
要求驾驶员正确使用刹车 安全、高效
刹车装置能产生足够刹车力矩； 刹车装置摩擦系数稳定； 刹车装置耐磨性及抗压性好； 刹车冷却性好； 刹车灵敏性好； 刹车制动性能好； 滑行中单刹车转弯好控制。
油气式减震支柱
工作原理
利用气体压缩吸收着陆撞击动能减小撞击力； 利用油液高速流过小孔产生的摩擦热耗散能量减弱颠簸跳动。
53
起落架载荷
停机载荷
飞机停放所受地面反作用力
着陆撞击载荷
着陆接地所受地面反作用力
滑跑撞击载荷
飞机滑跑时所受迎面撞击力
起落架的结构形式
23
起落架的结构型式
构架式起落架
起落架的结构型式
构架式起落架
由撑杆和减震支柱铰链而成空间支架承力和减震。 特点
结构简单，重量轻 各杆铰接承受轴向力 梳状接头处易产生裂纹 固定式起落架
起落架的结构型式
支柱套筒式起落架
起落架的结构型式
支柱套筒式起落架
由内筒和外筒组成 特点
起落架支柱电门（安全电门、空/地电门）控制的收放电路
在地面将收放控制电路断开。
地面安全销
插入起落架活动关节处，防止起落架收上。
本课小结
基本问题： ◆收放系统组成部件和功用 ◆收放操纵与指示和警告 ◆应急放下原理和方法 ◆地面安全装置功用及型式
地面转弯系统
86
飞机地面转弯的方法
前轮（或尾轮）偏转 不对称刹车 不对称推力(多发飞机)
*刹车系统的组成和工作原理
105
客机着陆滑跑减速力
空气阻力
客机着陆滑跑减速力
发动机反推力
客机着陆滑跑减速力
刹车力
注意：
在干跑道上着陆时，刹车是最主要的减速手段。
刹车系统的功用
减速 转弯 制动
对刹车的要求
要求驾驶员正确使用刹车 安全、高效
刹车装置能产生足够刹车力矩； 刹车装置摩擦系数稳定； 刹车装置耐磨性及抗压性好； 刹车冷却性好； 刹车灵敏性好； 刹车制动性能好； 滑行中单刹车转弯好控制。
【课件】飞机结构与强度_第10章
半径R相同，集中力P、T相 等情况下，法向集中力P在 框横截面上引起的弯矩比切 向集中力T引起的弯矩大
飞机 结构与强度
板式加强框的受力分析
通过布置在腹板上的型材受轴力、腹板受剪而把集 中载荷扩散到机身壳体蒙皮上
框缘中的应力相对环形加强框低得多，所以这种加 强框缘条不需要很强
飞机 结构与强度
飞机 结构与强度
第10章 机身结构的受力分析
10.1 机身的外载荷和力图
机身的主要功用是：装载人员（机组人员、乘 客）、货物、燃油及各种设备，固定机翼、尾 翼、起落架等部件，使之成为一个整体。
机身属于薄壁结构，由纵向骨架（桁条、桁 梁）、横向骨架（普通隔框、加强隔框）、蒙 皮等组成。
作用在机身上的外载荷，通常可以分为 对称载荷和不对称载荷两种。与机身对 称面对称的外载荷，称为对称载荷，反 之称为不对称载荷。
s T
飞机 结构与强度
10.4 机身隔框的受力分析
普通框：维持机身外形，支持机身桁条和蒙皮。 加强框：除具有普通框的作用外，还要承受飞
机其他部件、组件、荷载和设备等传来的集中 载荷。
飞机 结构与强度
10.4.1 普通框的受力分析
对于小型飞机，在蒙皮没有受剪而失去 稳定性的情况下，普通框基本上只承受 空气动力，应力水平低，一般不做应力 计算。
但在大飞机上，需要考虑由机身总体弯 曲产生的影响。
在气密机身中还需要考虑由于增压载荷 产生于普通框中的应力。
飞机 结构与强度
机身弯曲时普通框的受力分析
飞机 结构与强度
机身增压时普通框受力分析
飞机 结构与强度
10.4.2 机身加强框受力分析
环形加强框受力分析
飞机 结构与强度
飞机 结构与强度
板式加强框的受力分析
通过布置在腹板上的型材受轴力、腹板受剪而把集 中载荷扩散到机身壳体蒙皮上
框缘中的应力相对环形加强框低得多，所以这种加 强框缘条不需要很强
飞机 结构与强度
飞机 结构与强度
第10章 机身结构的受力分析
10.1 机身的外载荷和力图
机身的主要功用是：装载人员（机组人员、乘 客）、货物、燃油及各种设备，固定机翼、尾 翼、起落架等部件，使之成为一个整体。
机身属于薄壁结构，由纵向骨架（桁条、桁 梁）、横向骨架（普通隔框、加强隔框）、蒙 皮等组成。
作用在机身上的外载荷，通常可以分为 对称载荷和不对称载荷两种。与机身对 称面对称的外载荷，称为对称载荷，反 之称为不对称载荷。
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飞机 结构与强度
10.4 机身隔框的受力分析
普通框：维持机身外形，支持机身桁条和蒙皮。 加强框：除具有普通框的作用外，还要承受飞
机其他部件、组件、荷载和设备等传来的集中 载荷。
飞机 结构与强度
10.4.1 普通框的受力分析
对于小型飞机，在蒙皮没有受剪而失去 稳定性的情况下，普通框基本上只承受 空气动力，应力水平低，一般不做应力 计算。
但在大飞机上，需要考虑由机身总体弯 曲产生的影响。
在气密机身中还需要考虑由于增压载荷 产生于普通框中的应力。
飞机 结构与强度
机身弯曲时普通框的受力分析
飞机 结构与强度
机身增压时普通框受力分析
飞机 结构与强度
10.4.2 机身加强框受力分析
环形加强框受力分析
飞机 结构与强度
现代飞机结构与总体设计ppt课件
❖ 通常垂直尾翼后缘设有方向舵，某些高速飞机，
没有独立的方向舵，整个垂尾跟着操纵而偏转， 称为全动垂尾。
18
水平尾翼
飞机的结构
❖ 水平尾翼水平安装在机身尾部，主要功能为保持 俯仰平衡和俯仰操纵。
❖ 低速飞机水平尾翼前段为水平安定面，是不可操 纵的，其后缘设有升降舵，飞行员利用升降舵进行 俯仰操纵。
36
什么是飞机设计
❖飞机设计是指设计人员应用气动、结构、 动力、材料、工艺等学科知识通过分析综 合和创造思维，将设计要求转化为一组能 完整描述飞机的参数的过程
37
什么是飞机设计
❖飞机研制过程 —五个阶段的划分方式
▪ 论证阶段 —研究设计新飞机的可行性
▪ 方案阶段 —设计出可行的飞机总体技术方案
▪ 工程研制阶段 —进行详细设计，提供图纸试制原型机
飞机结构与总体设计
蔡波
通航产品部
主要内容
❖1.现代飞机结构 ❖2.飞机总体设计
2
航空发展历程
➢第一次有动力飞行
❖ 自从1903年12月17号，莱特兄弟的“飞行者”一号离开地 面的那刻起，人类已经开始把目光投向天空，此后的一百多 年来，这片领域已经发生了翻天覆地的变化。
3
航空发展历程
4
航空发展历程
也有三、四或六叶的。
26
飞机的结构
发动机的分类
二 涡轮喷气发动机： ❖ 又称空气涡轮喷气发动机，简称“涡喷” ❖ 以空气为氧化剂，靠喷管高速喷出的燃气产生反
作用推力的燃气涡轮航空发动机，。 ❖ 组成：压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管。推力用
牛或千克表示。
27
飞机的结构
发动机的分类
三 涡轮螺旋桨发动机： ❖从涡喷发动机派生而来 ❖涡轮螺旋桨发动机是一种由螺旋桨提供拉力和喷气
B737飞机结构及起落架概述ppt课件
向上推门并略微向右到第一个止动爪。然后向右 侧推门到完全打开止动爪。 当该门完全打开时，滚轮滑轨末端的弹簧锁可折 叠起来以改善对设备支架的接近性。在滑轨末端 的弹簧锁可将滑轨保持在折叠或非折叠位置。
电子科技大学成都学院
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
飞行操纵面（P20）
电子科技大学成都学院
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
舱门介绍
舱门类型： － 前后登机门 － 前后厨房勤务门 － 紧急出口门（驾驶员滑动窗） － 货舱门 － 机内门（机组门和厕所门） － 各种接近门。
电子科技大学成都学院
控制台
控制台
电子科技大学成都学院
P8后电子面板
电子科技大学成都学院
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
驾驶舱仪表板
P5后顶板
电子科技大学成都学院
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
课程介绍
课程任务
1）系统介绍B737-NG飞机结构、系统特点和起落架构造； 2）培养理论与实践并重的航空机务维护类技能型人才；
预期目标
冀望同学们通过本课程的学习，能更多地了解B737系列飞 机的构造，累积一定的机务维护、系统调试和结构修理等方面 的实用技术。
电子科技大学成都学院
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
飞行操纵面（P20）
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火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
舱门介绍
舱门类型： － 前后登机门 － 前后厨房勤务门 － 紧急出口门（驾驶员滑动窗） － 货舱门 － 机内门（机组门和厕所门） － 各种接近门。
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驾驶舱仪表板
P5后顶板
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火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
课程介绍
课程任务
1）系统介绍B737-NG飞机结构、系统特点和起落架构造； 2）培养理论与实践并重的航空机务维护类技能型人才；
预期目标
冀望同学们通过本课程的学习，能更多地了解B737系列飞 机的构造，累积一定的机务维护、系统调试和结构修理等方面 的实用技术。
第六章机身结构分析ppt课件
f=lf/df, ff=lff/df, af=laf/df,
精选课件ppt
15
6.2 机身上的载荷及其平衡
前后机身上的质量力、尾翼、起落架等部 件传给机身的 集中力，在机身中段上与机 翼传给机身的集中力平衡。
机身看作支撑在机翼上的多支点梁。
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16
6.2.1机身上的主要载荷
机身受到的主要载荷由强度规范规定。
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23
6.3 机身的结构受力型式及其受载情况
■ 构架式 ■ 闭合的空间薄壁梁（广泛采用的受力型式） • 纵向受力构件(桁条和加强桁条—桁梁) • 横向受力构件(普通框和加强框) • 外部壳体
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24
图6.4 机身的结构受力型式
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25
6.3.1构架式结构的机身
空间桁架
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13
长而细的前机身能减小阻力。 机翼后掠使后机身延长，同时也使前机身 缩短。 此时后机身上的弯矩增大，因此机 身质量也随之增 加。 延长前机身时要考虑前起落架的布置条件，以保 证起落架具有必要的轮距，还要考虑把发动机移到 后机身。
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14
三、机身参数
■ 机身可以看作是多支点外伸 梁，支点是机翼与机身的连 接接头。
2
6.1.1飞机机身的功用
■机身作为飞机结构的基础，通过受力关系，把飞机的所有 部件联成一个整体； ■装载乘员、设备和有效载荷，装载燃油； ■布置起落架； ■放置发动机； ■机身的结构质量占飞机质量的8%-15%； ■机身的结构质量占飞机结构质量的 40%-50%。
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3
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3. 当质量沿X轴分散 较大时或机身较长 时， 也会使 Mz 增 大；
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15
6.2 机身上的载荷及其平衡
前后机身上的质量力、尾翼、起落架等部 件传给机身的 集中力，在机身中段上与机 翼传给机身的集中力平衡。
机身看作支撑在机翼上的多支点梁。
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6.2.1机身上的主要载荷
机身受到的主要载荷由强度规范规定。
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6.3 机身的结构受力型式及其受载情况
■ 构架式 ■ 闭合的空间薄壁梁（广泛采用的受力型式） • 纵向受力构件(桁条和加强桁条—桁梁) • 横向受力构件(普通框和加强框) • 外部壳体
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图6.4 机身的结构受力型式
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6.3.1构架式结构的机身
空间桁架
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长而细的前机身能减小阻力。 机翼后掠使后机身延长，同时也使前机身 缩短。 此时后机身上的弯矩增大，因此机 身质量也随之增 加。 延长前机身时要考虑前起落架的布置条件，以保 证起落架具有必要的轮距，还要考虑把发动机移到 后机身。
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三、机身参数
■ 机身可以看作是多支点外伸 梁，支点是机翼与机身的连 接接头。
2
6.1.1飞机机身的功用
■机身作为飞机结构的基础，通过受力关系，把飞机的所有 部件联成一个整体； ■装载乘员、设备和有效载荷，装载燃油； ■布置起落架； ■放置发动机； ■机身的结构质量占飞机质量的8%-15%； ■机身的结构质量占飞机结构质量的 40%-50%。
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3
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3. 当质量沿X轴分散 较大时或机身较长 时， 也会使 Mz 增 大；
航模培训航模飞机制作教程ppt学习课件
检查航模飞机重心位置是否合理，调 整至最佳状态
首飞过程记录及问题分析
记录航模飞机起飞、飞行、降落过程 中的各项数据，如飞行高度、速度、 航向等
分析航模飞机在飞行过程中出现的问 题，如飞行不稳定、偏离航线等
观察航模飞机飞行姿态是否稳定，有 无异常抖动或偏移现象
针对问题提出改进措施，如调整电机 输出、优化飞控参数等
针对问题调整策略分享
对于飞行不稳定问题，可 以尝试调整电机输出和飞 控参数，提高航模飞机的 稳定性和操控性
对于偏离航线问题，可以 检查GPS模块定位精度和 航向传感器准确性，优化 航线规划算法
对于电池续航能力不足问 题，可以选择更高能量密 度的电池或优化航模飞机 功耗设计
分享调整策略时，应提供 具体步骤和注意事项，以 便学员能够准确理解和操 作
采用高增益天线等方法进行改善。
舵机设置及调整技巧
01
舵机类型选择
根据航模需求选择合适的舵机类型，如模拟舵机、数字舵机等。
02
安装与连接
将舵机安装在航模上合适的位置，并连接至接收机对应通道。
03
调整技巧
通过遥控器对舵机进行中立点调整、行程调整以及反向调整等操作，确
保舵机能够准确响应遥控器指令。同时，还需注意舵机的防震和散热问
02
航模飞机结构与原理
航模飞机组成部分
机翼
提供升力的主要部分，分为上 单翼、中单翼和下单翼三种类 型。
发动机
提供飞行动力，分为活塞发动 机、喷气发动机等类型。
机身
航模飞机的主体部分，承载发 动机、机翼、尾翼等部件。
尾翼
包括水平尾翼和垂直尾翼，用 于保持航向和稳定性。
起落架
用于支撑飞机在地面停放和滑 行，分为前三点式和后三点式 两种类型。
首飞过程记录及问题分析
记录航模飞机起飞、飞行、降落过程 中的各项数据，如飞行高度、速度、 航向等
分析航模飞机在飞行过程中出现的问 题，如飞行不稳定、偏离航线等
观察航模飞机飞行姿态是否稳定，有 无异常抖动或偏移现象
针对问题提出改进措施，如调整电机 输出、优化飞控参数等
针对问题调整策略分享
对于飞行不稳定问题，可 以尝试调整电机输出和飞 控参数，提高航模飞机的 稳定性和操控性
对于偏离航线问题，可以 检查GPS模块定位精度和 航向传感器准确性，优化 航线规划算法
对于电池续航能力不足问 题，可以选择更高能量密 度的电池或优化航模飞机 功耗设计
分享调整策略时，应提供 具体步骤和注意事项，以 便学员能够准确理解和操 作
采用高增益天线等方法进行改善。
舵机设置及调整技巧
01
舵机类型选择
根据航模需求选择合适的舵机类型，如模拟舵机、数字舵机等。
02
安装与连接
将舵机安装在航模上合适的位置，并连接至接收机对应通道。
03
调整技巧
通过遥控器对舵机进行中立点调整、行程调整以及反向调整等操作，确
保舵机能够准确响应遥控器指令。同时，还需注意舵机的防震和散热问
02
航模飞机结构与原理
航模飞机组成部分
机翼
提供升力的主要部分，分为上 单翼、中单翼和下单翼三种类 型。
发动机
提供飞行动力，分为活塞发动 机、喷气发动机等类型。
机身
航模飞机的主体部分，承载发 动机、机翼、尾翼等部件。
尾翼
包括水平尾翼和垂直尾翼，用 于保持航向和稳定性。
起落架
用于支撑飞机在地面停放和滑 行，分为前三点式和后三点式 两种类型。
【课件】飞机结构与强度_第1章
重点
基本概念；
基本原则和基本假设
第1章 绪 论
❖ 1.1飞机结构设计思想的演变 ❖ 1.2飞机结构与强度的任务 ❖ 1.3飞机结构力学的研究对象 ❖ 1.4飞机结构力学的基本原则和基本假设
1.1飞机结构设计思想的演变
❖ 飞机结构是体现飞机总体布局、气动外形的技术 载体，是飞机各系统实现预定功能的物理平台， 是制约飞机使用可靠❖飞机结构力学
▪ 飞机结构力学研究飞机受力结构的组成规律及其 在载荷作用下所表现的力学性能——强度、刚度 和稳定性。
❖飞机结构力学有着不同于一般结构力学的两个 显著特点：
▪ 飞机结构力学所采用的计算原理和计算方法应该 是有效的、先进的。
▪ 薄壁结构的组成分析、内力变形计算及稳定性计 算是飞机结构力学的重要内容之一。
❖ 连续性假设
▪ 认为变形固体在其整个体积内都毫无空隙地充满了物 质。
❖ 均匀性假设
▪ 认为在变形固体的体积内，各点处的力学性质完全相 同。
❖ 各向同性假设
▪ 认为构件在各个方向上的力学性质完全相同。
飞机结构力学基本假设
（1）小变形假设
结构在外载荷作用下的变形与几何尺寸 相比很小。建立力的平衡方程时，可以 不考虑变形对结构几何关系的影响根据 变形前的几何形状建立平衡方程。
❖ 结构
▪ 由结构元件或构件（如杆、梁、板等）通过某些连接 方式（如螺接、铆接、焊接、胶接等）组合起来的可 以承受载荷和传递载荷的受力系统。
▪ 基本要求：
• 能承受任意形式的外力； • 各元件之间不会发生相对的机械运动。
1.2.1 飞机结构力学
❖结构力学： 研究工程结构在外界因素作用下的力学行为及 其组成规律。
基本关系
（1）平衡关系
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飞机结构设计
曲面造型新方法
• 传统NURBS造型，仅允许调整控制顶点或权因子来局部改变曲面 形状 ，修改不方便
• 设计方法有扫掠法(Sweeping)，蒙皮法(Skinning)，放样(Lofting) 法和旋转法，
• 修改时调整生成曲线形状来改变曲面形状 • 现有造型手段过于简单、不便用户使用，难以实现曲面的有效修
京航空航天大学出版社 • 童秉枢，现代CAD技术，清华大学出版社 • 唐荣锡，CAD/CAM技术，北航出版社 • 蔡青等， CAD/CAM系统的可视化、集成化、智能化、
网络化，西北工业大学出版社 • 范玉青，现代飞机制造技术，北航出版
飞机结构设计
CAD软件系统：几何造型技术
• 几何造型技术是一种研究在计算机中，如何表达物体模型形状的 技术。
• 在几何造型系统中，描述物体的三维模型有三种
• 线框模型 • 表面模型 • 实体模型。
飞机结构设计
数字建模－模型表示方法
• 线框模型 • 表面模型（注重几何描述，曲面） • 实体模型 （注重几何体之间的拓扑关系）
o 边界表示（Brep） o 构造几何表示（CSG）
飞机结构设计
数字建模
• 数字建模，即如何构造、计算几何外形 ； • 形状分析，包括曲面的奇性分析、凸性分析、基于有限元的曲线曲面工
飞机结构设计
NURBS曲面（90个）
飞机结构设计
曲面造型技术: 隐式曲面造型技术
• 具有几何运算下的封闭性； • 定义了一个半空间，将空间分为：
f(Байду номын сангаас,y,z)0
曲面的内侧
f(x,y,z)0
曲面的外侧
f(x,y,z)0
曲面之上
• 用于计算机动画中，如人体的肌肉、水滴、云、烟 等物体的造型和表现飞．机结构设计
内部 数据库
GKS元文件
API：GKS/PHIGS/GL
外部 数据库
图形元文件
CGM
CGI
设备相关服务
操作系统通信接口
非图形设备
图飞机形结构工设计作站
图形设备
内容
CAD硬件 CAD软件系统：
光栅图形学 图形变换 几何造型技术 真实感图形学 图形标准
飞机结构设计
曲线曲面 实体 参数化 特征 新的几何建模方法
飞机结构设计
• CAD/CAM技术是一项综合性的高新技术，该技术的应用和发展， 已引起一场深刻的产品设计与制造的技术革命，对产品结构、产 业结构、管理结构、生产方式以及人才知识结构等产生重大的影 响。
• 1989年，美国国家工程科学院将CAD/CAM技术评为当代十项最 杰出的工程技术成就之一
• 伴随着计算机技术和计算机图形学技术的发展而迅速发展起来的
飞机结构设计
自由变形法
飞机结构设计
能量优化法（Minimal Energy）
• 以曲线曲面拥有最小物理变形能为目标，运用各种约束及施加外 载荷的方式控制曲线曲面造型方法
• 首先要解决的是确定优化过程的目标函数（从物理变形能、从几 何性质出发）
程可用性分析等； • 形状修正与变形，即在形状分析的基础上修改模型，直至满足设计者的
意图。
飞机结构设计
数字建模
飞机结构设计
曲面造型技术
曲面造型技术的研究领域包括
曲面表示 曲面拼接 曲面重建 曲面转换
曲面求交 曲面变形 曲面简化 曲面位差
飞机结构设计
曲面造型技术
在曲面的表示方法上，曲面造型技术大致包括以下几类：
改
飞机结构设计
变形曲面造型技术
• 变形造型：假定物体有很好的弹性，在外力（拉 深、 压缩、扭转、弯曲）的作用下，要发生变形
➢ 1982, Barr: 拉伸、均匀张缩、扭转和弯曲等变形的数学表示 （非自由变形） ; ➢ 1986, Sederberg和Parry: 自由变形(Free-Form Deformation,FFD) ; ➢ 1990, Coquillart: 广义FFD方法(Extended Free-Form Deformation,EFFD); ➢ 1992, Hsu等:直接操纵物体变形的方法(Direct Manipulation of FreeForm Deformation,DFFD); ➢ B样条表示的变形造型; RFFD;轴变形方法(Axial Deformation)等.
OPENGL 图形交换标准
• CAD系统集成化：
• CAE • CAPP • CAM • PDM、CIMS、CE、ERP
• CAD热点：
• 网络化CAD系统：系统构成、模型压缩 • 智能化CAD系统 • 逆向工程
飞机结构设计
参考文献
• 朱心雄，自由曲线曲面造型技术，科学出版社 • 施法中，计算机辅助几何设计与非均匀有理B样条，北
计算机辅助设计
飞机结构设计
计算机辅助设计
• Computer Aided Design （CAD） • 使用计算机帮助人们进行产品和工程设计领域中的各项工作 • 设计人员通过人一机交互操作的方式进行产品设计构思和论证，
产品总体设计，技术设计，零部件设计，有关零件的强度、刚度、 热、电、磁的分析计算和零件加工信息(工程图纸或数控加工信息 等)的输出，以及技术文档和有关技术报告的编制。
➢ 参数曲面造型技术 ➢ 隐式曲面造型技术 ➢ 细分曲面造型技术 ➢ 变形曲面造型技术 ➢ 基于形状混合的曲面造型技术 ➢ 其它曲面造型技术
飞机结构设计
曲面造型技术:参数曲线曲面描述
• 曲线
o 参数三次样条 o Bezier曲线 o B样条曲线 o NURBS－－非均匀有理B样条曲线
• 曲面
o Ferguson曲面 o Coons曲面 o Bezier曲面 o B样条曲面 o NURBS曲面
飞机结构设计
• CAD(CAM)技术不能代替人们的设计和制造行为，而只是实现这 些行为的先进手段或工具。
• 人们设计和制造行为，则由专业技术人员的创造能力和工作经验， 以及现代设计方法等所提供的科学思维方法和实施办法来确定。
飞机结构设计
CAD系统软件结构
其他
IGES/
系统
STEP
专业CAD系统
通用CAD系统 图形语言连接
形状修改
• 修改控制顶点、微分几何特性 • 权因子、重节点、重顶点 • 裁减（Trim） • 过渡（Blend） • 布尔操作（Bool）
飞机结构设计
切矢的修改
飞机结构设计
CAGD目前的研究热点
• 计算机辅助几何设计（CAGD） • 曲面造型新方法 • 曲面转换 • 复杂形体建模 • 约束求解
曲面造型新方法
• 传统NURBS造型，仅允许调整控制顶点或权因子来局部改变曲面 形状 ，修改不方便
• 设计方法有扫掠法(Sweeping)，蒙皮法(Skinning)，放样(Lofting) 法和旋转法，
• 修改时调整生成曲线形状来改变曲面形状 • 现有造型手段过于简单、不便用户使用，难以实现曲面的有效修
京航空航天大学出版社 • 童秉枢，现代CAD技术，清华大学出版社 • 唐荣锡，CAD/CAM技术，北航出版社 • 蔡青等， CAD/CAM系统的可视化、集成化、智能化、
网络化，西北工业大学出版社 • 范玉青，现代飞机制造技术，北航出版
飞机结构设计
CAD软件系统：几何造型技术
• 几何造型技术是一种研究在计算机中，如何表达物体模型形状的 技术。
• 在几何造型系统中，描述物体的三维模型有三种
• 线框模型 • 表面模型 • 实体模型。
飞机结构设计
数字建模－模型表示方法
• 线框模型 • 表面模型（注重几何描述，曲面） • 实体模型 （注重几何体之间的拓扑关系）
o 边界表示（Brep） o 构造几何表示（CSG）
飞机结构设计
数字建模
• 数字建模，即如何构造、计算几何外形 ； • 形状分析，包括曲面的奇性分析、凸性分析、基于有限元的曲线曲面工
飞机结构设计
NURBS曲面（90个）
飞机结构设计
曲面造型技术: 隐式曲面造型技术
• 具有几何运算下的封闭性； • 定义了一个半空间，将空间分为：
f(Байду номын сангаас,y,z)0
曲面的内侧
f(x,y,z)0
曲面的外侧
f(x,y,z)0
曲面之上
• 用于计算机动画中，如人体的肌肉、水滴、云、烟 等物体的造型和表现飞．机结构设计
内部 数据库
GKS元文件
API：GKS/PHIGS/GL
外部 数据库
图形元文件
CGM
CGI
设备相关服务
操作系统通信接口
非图形设备
图飞机形结构工设计作站
图形设备
内容
CAD硬件 CAD软件系统：
光栅图形学 图形变换 几何造型技术 真实感图形学 图形标准
飞机结构设计
曲线曲面 实体 参数化 特征 新的几何建模方法
飞机结构设计
• CAD/CAM技术是一项综合性的高新技术，该技术的应用和发展， 已引起一场深刻的产品设计与制造的技术革命，对产品结构、产 业结构、管理结构、生产方式以及人才知识结构等产生重大的影 响。
• 1989年，美国国家工程科学院将CAD/CAM技术评为当代十项最 杰出的工程技术成就之一
• 伴随着计算机技术和计算机图形学技术的发展而迅速发展起来的
飞机结构设计
自由变形法
飞机结构设计
能量优化法（Minimal Energy）
• 以曲线曲面拥有最小物理变形能为目标，运用各种约束及施加外 载荷的方式控制曲线曲面造型方法
• 首先要解决的是确定优化过程的目标函数（从物理变形能、从几 何性质出发）
程可用性分析等； • 形状修正与变形，即在形状分析的基础上修改模型，直至满足设计者的
意图。
飞机结构设计
数字建模
飞机结构设计
曲面造型技术
曲面造型技术的研究领域包括
曲面表示 曲面拼接 曲面重建 曲面转换
曲面求交 曲面变形 曲面简化 曲面位差
飞机结构设计
曲面造型技术
在曲面的表示方法上，曲面造型技术大致包括以下几类：
改
飞机结构设计
变形曲面造型技术
• 变形造型：假定物体有很好的弹性，在外力（拉 深、 压缩、扭转、弯曲）的作用下，要发生变形
➢ 1982, Barr: 拉伸、均匀张缩、扭转和弯曲等变形的数学表示 （非自由变形） ; ➢ 1986, Sederberg和Parry: 自由变形(Free-Form Deformation,FFD) ; ➢ 1990, Coquillart: 广义FFD方法(Extended Free-Form Deformation,EFFD); ➢ 1992, Hsu等:直接操纵物体变形的方法(Direct Manipulation of FreeForm Deformation,DFFD); ➢ B样条表示的变形造型; RFFD;轴变形方法(Axial Deformation)等.
OPENGL 图形交换标准
• CAD系统集成化：
• CAE • CAPP • CAM • PDM、CIMS、CE、ERP
• CAD热点：
• 网络化CAD系统：系统构成、模型压缩 • 智能化CAD系统 • 逆向工程
飞机结构设计
参考文献
• 朱心雄，自由曲线曲面造型技术，科学出版社 • 施法中，计算机辅助几何设计与非均匀有理B样条，北
计算机辅助设计
飞机结构设计
计算机辅助设计
• Computer Aided Design （CAD） • 使用计算机帮助人们进行产品和工程设计领域中的各项工作 • 设计人员通过人一机交互操作的方式进行产品设计构思和论证，
产品总体设计，技术设计，零部件设计，有关零件的强度、刚度、 热、电、磁的分析计算和零件加工信息(工程图纸或数控加工信息 等)的输出，以及技术文档和有关技术报告的编制。
➢ 参数曲面造型技术 ➢ 隐式曲面造型技术 ➢ 细分曲面造型技术 ➢ 变形曲面造型技术 ➢ 基于形状混合的曲面造型技术 ➢ 其它曲面造型技术
飞机结构设计
曲面造型技术:参数曲线曲面描述
• 曲线
o 参数三次样条 o Bezier曲线 o B样条曲线 o NURBS－－非均匀有理B样条曲线
• 曲面
o Ferguson曲面 o Coons曲面 o Bezier曲面 o B样条曲面 o NURBS曲面
飞机结构设计
• CAD(CAM)技术不能代替人们的设计和制造行为，而只是实现这 些行为的先进手段或工具。
• 人们设计和制造行为，则由专业技术人员的创造能力和工作经验， 以及现代设计方法等所提供的科学思维方法和实施办法来确定。
飞机结构设计
CAD系统软件结构
其他
IGES/
系统
STEP
专业CAD系统
通用CAD系统 图形语言连接
形状修改
• 修改控制顶点、微分几何特性 • 权因子、重节点、重顶点 • 裁减（Trim） • 过渡（Blend） • 布尔操作（Bool）
飞机结构设计
切矢的修改
飞机结构设计
CAGD目前的研究热点
• 计算机辅助几何设计（CAGD） • 曲面造型新方法 • 曲面转换 • 复杂形体建模 • 约束求解