飞行器设计

飞机总体设计飞机设计研究所课程安排与评分方式课程安排课堂讲授专题讲座设计项目—设计小组／信息小组课后作业上机练习课程安排与评分方式设计小组—飞机概念方案设计任务：根据所给题目，选择某一类型的飞机进行概念设计，每组应完成至少1个方案的布局设计与初步布置以进行对比，完成其中至少1个方案的性能估算，完成演示文稿和设计报告人员：1-2个设计小组，每组4-6人，总组数将不超过6个课程安排与评分方式信息小组—飞机总体设计领域进展信息收集与分析任务：利用图书馆的网络数据库及公开的Internet资源，根据课程章节内容确定一个主题，收集2004年9月至今的至少5篇相关论文与报告（最多2篇为中文、至少1篇在2007年），进行翻译、整理和分析，完成演示文稿和分析报告人员：除设计小组外的人员均应参加信息小组，每组1-2人课程安排与评分方式评分方式总分＝平时成绩＋期末笔试100％＝70％＋30％＊设计小组•平时成绩＝考勤＋设计项目70％＝20％＋50％＊信息小组•平时成绩＝考勤＋作业＋设计项目70％＝20％＋15％＋35％教材及部分参考书目顾诵芬,解思适.飞机总体设计.北京航空航天大学出版社，2001.Raymer,D.P.AircraftDesign:AConceptualApproach,3rd,1999.（89年版的中译本：《现代飞机设计》,1992）Roskam,J.AirplaneDesign.1985.Nicolai,L.M.飞机设计基本原理.赵先宁译.台北:徐氏基金会,1983.Brandt,S.A.,Stiles,R.J.,Bertin,etal.IntroductiontoAeronautics:ADesignPerspective.1997.方宝瑞.飞机气动布局设计.1997.Mattingly,J.D.,Heiser,W.H.,andDaley,D.H.AircraftEngineDesign.1987.第一讲：绪论1.1什么是飞机设计？1.2什么是飞机总体设计？1.3总体设计的重要性1.4总体设计的特点1.5现代设计技术简介1.6设计中的团队协作1.1什么是飞机设计？所谓设计，便是创制某一产品之前的构思和体现这一构思结果的过程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1.1什么是飞机设计？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1.1什么是飞机设计？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设计定型阶段—进行定型试飞生产定型阶段－少量改进，小批量生产军用飞机的一般研制过程“路漫漫其修远兮......”论证阶段方案阶段工程研制阶段设计定型阶段生产定型阶段进一步改进分析使用环境拟定设计要求方案概念研究论证设计要求可行性决策战术技术要求及概念性方案三面图总体布置理论图结构受力系统全机各分系统设计要求发动机及主要机载设备选定决策全尺寸样机研制任务书是否否是飞机详细设计成品配套飞机试制地面模拟实验机上地面实验空、地勤培训及试飞准备决策原型机否是调整试飞定型试飞决策定型试飞报告否是建立生产线稳定工艺批生产飞机试飞鉴定决策批生产飞机交付部队否是1.2什么是飞机总体设计？飞机设计的范围—主要涉及论证、方案和工程研制阶段对于设计阶段的划分和各阶段应完成的任务，没有完全统一的表述形式论证阶段方案阶段工程研制阶段设计定型阶段生产定型阶段进一步改进飞机设计1.2什么是飞机总体设计？1.2什么是飞机总体设计？飞机设计的三阶段划分方式制造设计要求概念设计（ConceptualDesign）初步设计（PreliminaryDesign）详细设计（DetailDesign）1.2什么是飞机总体设计？各阶段的任务—设计要求论证与研究1.2什么是飞机总体设计？各阶段的任务—概念设计飞机的布局与构型主要参数发动机、装载的布置三面图初步估算性能方案评估参数选择与权衡研究方案优化1.2什么是飞机总体设计？各阶段的任务—概念设计用CAD系统绘制的设计布置图1.2什么是飞机总体设计？各阶段的任务—初步设计冻结布局完善飞机的几何外形设计、完整的三面图和理论外形（三维CAD模型）详细绘出飞机的总体布置图•机载设备•分系统•载荷和结构承力系统较精确的计算（重量重心、气动、性能和操稳等）模型吹风试验1.2什么是飞机总体设计？各阶段的任务—详细设计飞机结构的设计和各系统的设计，绘出能够指导生产的图纸•如理论图，运动图，总装配图，构件装配面，零件图，各系统总装配图，零构件图详细的重量计算和强度计算报告大量的实验•系统的台架试验•部分主要承力件的静动强度试验•.....准备原型机的生产1.2什么是飞机总体设计？各阶段的任务—原型机试制零件进行数控机械加工机身侧壁铆接装配机翼壁板进行铆接机头设备安装1.2什么是飞机总体设计？各阶段的任务—原型机试制机身段进行铆接飞机进行总装配飞机在试飞车间来源：ThecatalogueofMBBEconomyandEfficiencyalltheway,PrintinWestGermanybuMBB,5.85/14931.2什么是飞机总体设计？飞机总体设计＝概念设计＋初步设计制造设计要求概念设计初步设计详细设计飞机总体设计1.3总体设计的重要性“管中窥豹”—机翼前梁在设计过程中的演变详细设计专注于每一个细节尺寸与参数初步设计表示出梁的截面变化概念设计仅仅是一个从翼根到翼梢的平面！“简单任务”？1.3总体设计的重要性“管中窥豹”—机翼前梁在设计过程中的演变概念设计阶段就已经确定了整架飞机的布置！设计前期的失误，将造成后期工作的巨大浪费翼盒机翼油箱前缘襟翼前梁的位置1.3总体设计的重要性总体设计阶段所占时间相对较短，但需要作出大量的关键决策投入的人员和花费相对较少，但却决定了一架飞机大约80%的全寿命周期成本设计阶段人员比例概念设计1％初步设计9％详细设计90％1.3总体设计的重要性（决定的费用）（消耗的费用）1.4总体设计的特点科学性与创造性应用航空科学技术相关的众多领域（如空气动力学、结构力学、材料学、自动控制、动力技术、隐身技术）的成果总体设计没有“标准答案”美国JSF竞争1.4总体设计的特点反复循环迭代的过程设计要求技术可用性概念草图初次估计的参数选择初始设计初始分析－气动－重量－推进参数选择与性能优化修正设计分析－气动－重量－推进－操稳性－结构－费用－子系统－…细化的参数选择与性能优化新概念构思设计要求权衡初步设计概念设计流程参数选择与权衡研究设计分析设计方案设计要求“DesignWheel”1.4总体设计的特点高度的综合性—综合考虑设计要求的各个方面，进行不同学科专业间的权衡与协调从孤立专业的角度设计出的飞机气动力把机身、发动机、起落架这样降低气动效率的部件统统去掉！动力装置飞机？“会飞的发动机”？！重量重量工程师的梦想－航模飞机？布鲁恩＆米勒1.4总体设计的特点K.D.伍德1.5现代设计技术简介飞机设计过程的演化—来自Boeing的观点*需求或机会起步阶段（～1950）要求工程设计制图制造原型机（产品）试验用户订货？湮没是否*McMasters,J.H.,Cummings,R.M.AirplaneDesignasaSocialActivity:EmergingTrendsintheAerospaceIndustry(InvitedPaper).AIAAPaper2002-0516.：最具革命性的变化—数字计算机的出现成熟阶段（～1955-1985）·用户，市场和要求间的紧密联系·规范、标准等·大规模的组织·功能上的分离工程设计制图·大规模的组织·功能上的分离制造·详尽的实验·有限的原型制造大量的图纸和参与机构1.5现代设计技术简介飞机设计过程的演化现代（1990年之后）·“用户介入”·大量的律师·大规模（但更精益）的组织·集成化产品小组（IPTs）工程设计与制造外购·达到“价值链”的最高点·不再有纸制图纸·不再有垫片·“扁平的组织”用户获取“定制”（Defineproduce）支持•推动力：•外界政治经济环境的变化•CAD／CAE／CAM、CIMS等技术的迅速发展1.5现代设计技术简介虚拟风洞实验数字样机计算流体力学（CFD）1.5现代设计技术简介计算机辅助飞机概念设计软件使得设计者可以迅速地提出一个新颖的设计方案，并且不断地修改方案和进行权衡研究（tradestudies）—RaymerD.P.,“AircraftDesign：AConceptualApproach”显著减少对突然出现的设计项目的反应时间、极大地提高设计质量和在一定的资源水平下可同时进行的设计项目的数量使得解决更为大规模的设计问题成为可能—Isikveren,A.T.,Quasi-AnalyticalModelingandOptimisationTechniquesforTransportAircraftDesign.Stockholm:RoyalInstituteofTechnology,20021.5现代设计技术简介几种典型的软件AAA美国DAR公司（J.Roskam）ACSYNTVirginia理工&NASAAmesRDS美国ConceptualResearch公司（D.P.Raymer）VisualCAPDABerlin工大1.6设计中的团队协作来源:Brandtetal.1.6设计中的团队协作LockheedMartin的“臭鼬工厂”(SkunkWorks)1.6设计中的团队协作TheSkunkWorksapproachhasproventobethebestforsmallprojectsusingexperiencedteammembers–small,expert,teammemberswithlotsofresponsibility来源：W.H.Mason,Virginia理工1.6设计中的团队协作什么是团队协作（Teamwork）?不是让大家坐在一起做同样的家庭作业是:-一起明确需要解决的问题-每个团队成员都负责某一特定任务并开展工作-在团队会议上把每项任务的结果集合起来，并且确定：我们是否已经解决了问题？-如果回答是肯定的，那么确定下一步该做什么？如果是否定的，那么如何进行修改和调整来解决问题？1.6设计中的团队协作高效的团队1.氛围－非正式、放松的和舒适的2.所有的成员都参加讨论3.团队的目标能被充分的理解／接受4.成员们能倾听彼此的意见5.存在不同意见，但团队允许它的存在6.绝大多数的决定能取得某种共识7.批评是经常的、坦诚的和建设性的；不是针对个人的8.成员们能自由地表达感受和想法9.行动：分配明确，得到接受10.领导者并不独裁11.集团对行动进行评估并解决问题来源:Parker,TeamPlayersandTeamwork1.6设计中的团队协作低效的团队1.氛围－互不关心／无聊或紧张／对抗2.少数团队成员居于支配地位3.旁观者难以理解团队的目标4.团队成员不互相倾听，讨论时各执一词5.分歧没有被有效地加以处理6.在真正需要关注的事情解决之前就贸然行动7.行动：不清晰－该做什么？谁来做？8.领导者明显表现出太软弱或太强硬9.提出批评的时候令人尴尬，甚至导致对抗10.个人感受都隐藏起来了11.集团对团队的成绩和进展不进行检查来源:Parker,TeamPlayersandTeamwork1.6设计中的团队协作Boeing的团队协作戒律1.每个成员都为团队的进展与成功负责2.参加所有的团队会议并且准时达到3.按计划分配任务4.倾听并尊重其他成员的观点5.对想法进行批评，而不