飞机总体设计_南航

航空宇航学院 飞机总体设计 任课教师： 余雄庆 航空宇航学院飞行器系 航空宇航学院 第一讲：绪 论 • 什么是工程设计 • 飞机设计的含义 • 飞机设计的过程 • 飞机设计的特点 • 本课程教学目标 • 课程将如何进行 • 课程的评分方法 航空宇航学院 什么是工程设计 • 工程设计是指设计人员应用自然规律， 通过分析、综合和创造思维将设计要求 (系统要求)转化为一组能完整描述系统 的参数(文档或图纸)的活动过程。 航空宇航学院 什么是工程设计 • Engineering design is the translation of some set of functional and aesthetic desires into instructions that could be used to construct an object that satisfies these desires. • Design in the material world is the process by which ideas, tastes, prejudices, scientific principles and available resources are weighted and combined into a well-defined plan for the eventual construction of an object or system. 航空宇航学院 工程设计、分析计算和科学研究 自然规律自然规律 系统或元件系统或元件输入输入 输出输出 给定 求解 过程 输入、自然规律、系统 输出 分析计算 输出、自然规律、系统 输入 逆分析 输入、输出、系统 自然规律 科学研究 输入、输出、自然规律 系统 工程设计 航空宇航学院 飞机设计的含义 • 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。 • 设计要求通常包括： - 性能、载荷和使用要求 - 适航条例和#设计# - 工艺和生产要求 - 环境要求 - 成本 航空宇航学院 飞机设计 空气动力学 结构力学 飞行力学 航空发动机 工程材料学 自动控制 …… 航空宇航学院 飞机设计的过程 • 概念设计 (Conceptual Design) 1% 人员 • 初步设计 (Preliminary Design) 9% 人员 • 详细设计（Detail Design) 90%人员 航空宇航学院 概念设计 已知 • 性能要求和使用要求 • 设计规范 工作内容 • 确定气动布局与构型 • 确定主要参数确定 • 选择发动机和机载设备 • 确定部件主要几何参数 • 飞行性能和操稳性估算 • 评估 • 总体参数优化 • 绘制三面草图 结果 • 三面草图 • 论证报告 目标 • 草拟出一个或几个能满足设计要求的 初步方案 方法与手段 • 统计数据 • 经验公式 • 理论估算公式 • 参数敏感分析 • 地毯图 • 总体计算分析软件 • 总体参数优化软件 航空宇航学院 初步设计 已知 • 概念设计结果 • 初步的外形CAD模型 工作内容 • 细化和优化几何外形 ¾ 气动设计、分析与优化 • 总体结构布置 ¾ 结构分析与优化 • 多学科分析与优化 • 完整三面图和外形数模 • 绘出飞机总体布置图 • 各种机载设备、各系统、 载荷和结构承力系统 • 对重量重心、性能和操稳较 精确的计算 • 模型吹风试验 成果 • 全机外形数模 • 完整三面图/总体布置图 • 论证报告 • 全尺寸样机 目标 • 细化和优化概念设计方案 • 详细论证设计方案能否符合要求 方法与手段 • CAD软件 • 基于数值仿真的方法:CFD、 FEM、性能、气动优化、 结构优化、多学科设计优 化软件 • 风洞实验/全尺寸样机 航空宇航学院 详细设计 已知 • 初步设计结果 ¾ 外形数模； ¾ 总体布置（数字样机；全尺寸样机） 工作内容 • 部件设计和零构件设计 • 各系统的设计 ¾ 液压系统 ¾ 环控系统 ¾ 起落架系统…… • 详细的重量重心计算 • 强度计算报告 • 静强度、动强度和寿命试验 • 系统的地面台架试验 • 工装设计 成果 • 部件总图、装配图、零 件图 • 各系统总图、装配图、 零件图 目标 • 完成可实现加工的细节设计 方法与手段 • CAD • CAM（FEM） • 结构优化设计 • 系统可靠性设计 • 试验 航空宇航学院 设计工作特点 •科学性与创造性 -构思与分析 -右脑与左脑 •非唯一性 •逐步细化 •反复迭代，多轮逼近 •综合与协调 航空宇航学院 设计工作的创造性 构思（创造性）： 提出各种各样方案 航空宇航学院 Creativity: Left Brain—Right Brain Associative Creative Features • no rules • uncritical thinking • irrational • illogical • diverge • alternative Creative Mind (Right Brain) Creative Synthesis • rigid rules • critical thinking • rational • logical • converge • one answer Decision MakingJudicial Mind (Left Brain) Analysis Deductive Analytical 航空宇航学院 反复迭代，多轮逼近 设计要求 设计方案 计算和试验 评估 是否满足要求？ 是否最优？ 否 修改方案 航空宇航学院 综合与协调 航空宇航学院 飞机设计应具备的知识与技能 数据与经验 ◆ 数据收集 ◆ 统计分析 ◆ 经验 构思与决策 ◆ 综合与创新 ◆ 决策 计算与分析 ◆ 几何计算 ◆ 气动计算 ◆ 结构分析 ◆ 重量计算 ◆ 性能计算 绘图与CAD ◆ 部件外形图 ◆ 三面图 ◆ 总体布置图 航空宇航学院 飞机总体设计框架 总体设计 = 概念设计 + 初步设计 设计 要求 设计 要求 布局型式选择布局型式选择 主要参数计算主要参数计算 发动机选择发动机选择 部件外形设计 机身 机翼 尾翼 起落架 进气道 部件外形设计 机身 机翼 尾翼 起落架 进气道 三面图 部位安排图 结构布置图 三面图 部位安排图 结构布置图 分析计算 重量计算 气动计算 性能计算 结构分析 分析计算 重量计算 气动计算 性能计算 结构分析 是否满足 设计要求？ 最优？ 是否满足 设计要求？ 最优？ 航空宇航学院 本课程教学目标 • 掌握飞机设计的一般过程和方法 • 提供一个飞机设计的经历 • 融汇贯通前修课程所学的知识 • 提高综合分析、判断和决策能力 • 培养团队工作精神 • 培养制定、组织协调的基本能力 • 提高书面和口头表达能力 航空宇航学院 课程评分内容与方法 • 设计报告 50% • 笔试 50% • 得分： 设计报告 + 笔试成绩 • 设计报告评分： 1）完整性 2) 正确性和合理性 3）清晰性 航空宇航学院 设计报告内容 • 设计要求拟定 • 飞机构形的确定 • 飞机主要参数计算 • 部件外形设计 • 飞机总体布置 • 重量重心计算 • 气动特性分析 • 飞行性能分析计算 • 三面图 • 总结 航空宇航学院 课程如何进行 • 采用“基于问的教学”方法 9以解决某飞机总体设计问题为中心，进行“教”与“学”。 9不仅仅是获取有关飞机总体设计的知识，更重要的是 学会如何应用知识来解决问题。 • 学生（分组） - 完成设计报告 - 笔试 • 教员 - 讲解总体设计的方法 - 讲解分析和综合方法 飞机总体设计 第一讲：绪 论 什么是工程设计 什么是工程设计 飞机设计的含义 飞机设计的过程 概念设计 初步设计 详细设计 设计工作特点 设计工作的创造性 Creativity: Left Brain—Right Brain 反复迭代，多轮逼近 综合与协调 飞机设计应具备的知识与技能 飞机总体设计框架 本课程教学目标 课程评分内容与方法 设计报告内容 课程如何进行