航空课程总结

大型飞机是一个国家航空设计和制造技术水平的重要标志，以大型客机和货机为代表的大型飞机，无论在军事上还是在经济上都有着非常重要的战略意义。基于国民经济的发展和国防安全的需要，都要求中国必须发展自己的大型飞机，大飞机的发展对航空工业的整体技术水平，对国民经济和国防建设都有着非常重要的现实意义。在为期一个月的专项讲座之后，大飞机班老师为我们安排了全面、丰富、专业的课程，从大型飞机概述到总体气动设计，从结构强度到材料学，从发动机到环控系统等等。在为期两个月的课程学习中，我对大飞机相关的各个学科都有了初步的了解，以下是我对部分所学课程所做的总结。1、课程学习1.1总体气动设计课程刘沛清教授、张云飞教授、朱自强教授等老师对大型飞机总体气动相关知识进行了详尽的介绍。刘沛清老师和张云飞老师主要侧重于飞机总体设计，所谓飞机设计，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。飞机的研制过程主要分五个阶段：（1）论证阶段：研究设计新飞机的可行性；（2）方案阶段：设计出可行的飞机总体技术方案；（3）工程研制阶段：进行详细设计，提供图纸试制原型机；（4）设计定型阶段：进行定型试飞；（5）生产定型阶段：少量改进，小批量生产。个良好的设计应具有很好的总体性能，各部分充分协调，可以顺利通过后续的专业性的计算或者试验的验证而不需作根本性的改变。“飞机设计，气动先行”，气动力设计的内容包括气动力性能设计与计算，操纵安定面设计与计算，进发匹配设计与计算，风洞模型设计与吹风实验以及载荷的计算等。在气动布局的设计方面，翼型的选择起着至关重要的作用。多位老师都详细讲到了超临界翼型，超临界翼型有利于防止出现激波和减小附面层分离的程度，进而提高临界马赫数。它还有利于减轻飞机的结构重量，同时改善低速飞行的性能。但它由于上表面平坦，在减缓气流加速的同时，也会减小升力，为克服这一缺点，可增加下翼面后缘部分的弯曲来弥补升力的不足。另外，朱自强老师着重为我们介绍了一种新型布局形式的飞机——翼身融合体飞机，翼身融合体飞机最早是波音和斯坦福大学合作研究的，高承载的外翼和低截面升力的内翼及中央体的设计特点，使它具有可承载旅客的大厚度翼型和为易于纵向平衡的反弯的后缘。为了稳定和控制，翼身融合体同样采用了常规民机的前缘缝翼和作为升降舵的后缘简单式襟翼，外翼的升降舵是俯仰和滚转的主要控制，带有方向舵的翼梢小翼提供主要的方向稳定性和控制。翼身融合体的另一个优点是自然地提供一个比常规外形更低的噪声环境，同时由于发动机燃油消耗减小而减少了污染物。这种布局形式可能是未来飞机布局的发展趋势。1.2结构强度设计课程何景武教授、一飞院赵书旺高工等老师针对大飞机的结构强度设计进行了详尽的介绍。所谓大型客机的结构强度设计，是指根据飞机总体设计、及适航要求，依据强度设计的原始条件，结合强度设计的基本要求，在飞机总体设计基础上，为保证飞机在整个使用寿命周期内其结构能够正常使用和飞行安全所需要进行的各种设计、分析及试验工作。按照飞机结构完整性设计要求，飞机结构强度设计涵盖了飞机的整个使用寿命期。在结构强度设计中，主要工作包括大型客机的载荷分析、强度分析、刚度分析、寿命分析和维护维修。结构设计的分析计算工作主要包括：结构静力分析，结构动力分析（动载荷分析、固有动力特性分析、动响应分析），结构稳定性分析，气动弹性分析（颤振分析、弯扭发散分析、载荷分布分析），结构热问题分析，结构寿命分析（疲劳分析、损伤容限分析、耐久性分析），结构可靠性分析。在飞机设计、研制过程中，飞机载荷的分析确定是一项十分关键的工作，它关系到飞机设计的好坏与成败，载荷分析的最终目的就是要给出该型号飞机在全寿命周期内可能出现的所有载荷情况中可能出现的最为严重的载荷情况，以及对应该严重载荷情况的所有相关设计参数。在飞机的结构设计中，由于飞机结构重量的限制、结构强度的限制、结构选材的限制、工艺水平和生产加工能力的限制等多种设计要求的限制下，要获得较好的结构刚度性能具有较大的困难。因此，如何设计出较为满意的结构刚度特性，提高结构的使用效率也一直是广大设计人员所追求的目标。在结构布局设计中，飞机总体结构方案确定的原则是：结构布局设计力求综合满足各种设计要求，结构传力合理，力求综合承载；结构总体方案力求重量最轻。1.3材料技术课程曹春晓院士等老师对大型飞机的选材以及现阶段的先进材料技术进行了详尽的介绍。航空材料处于材料科学领域的最前沿，其技术含量之高和技术难度之大使得它成为高技术领域的重要一员。曹春晓院士的“一代材料，一代飞机”八个字形象地阐明了材料在飞机发展中占据的重要地位。从飞机的发展历程来看，材料与飞机一直在相互推动，不断发展。当前的飞机材料中，复合材料技术成为新一代大型飞机的最前沿，欧美新一代大型飞机的材料技术特色就是——复合材料的用量创历史新高。复合材料在大型飞机上一直扮演减轻结构重量的角色。由于其出色的表现和不断提高的成熟度,在飞机结构重量中所占的比例越来越大,不断打破“世界记录”。此外，复合材料所具有的优越的抗腐蚀性能也是其用量不断创新高的重要原因。（1）波音787复合材料用量50％，整个机身是由若干个复合材料整体机身段组成的，从而减少了1500个零件和4-5万个连接件，显著减轻了结构重量(减重4500kg)，降低油耗8％，大幅度地降低了制造、装配、运营和维护成本，是新一代大型飞机材料技术的第一亮点。而且钛合金用量也达到了15%。（2）A380率先在中央翼盒上大量采用了复合材料(原为金属结构)，是新一代大型飞机材料技术的又一个亮点(总重8.8吨，其中复合材料5.3吨，减重1.5吨)，铝合金61%，复合材料用量22%，钛合金用量10%。（3）A350的复合材料使用量从37%提高到53%，钛合金用量从9%提高到14%如此高的符合材料使用以及钛合金使用说明了飞机材料发展的趋势。曹院士还介绍了一些新意的材料技术，譬如C纤维和树脂的更新换代进一步提高了复合材料的性能水平和降低了原材料成本；以波音787机身段为代表的复合材料结构整体化；A380率先在中央翼盒上大量采用复合材料（原为全金属结构）。波音787则发展全复合材料翼盒直至全复合材料机翼；复合材料自动化、低成本化制造技术的发展和应用；A380选用了层间混杂复合材料（纤维金属层板）GLARE；A380是首次推出全钛挂架的飞机，A350也采用全钛挂架，均主要选用β退火的Ti-6Al-4VELI；新型高强高韧近β型钛合金Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-1Zr首次在A380平台上闪亮登场；在F/A-22，V-22等军用飞机上迅猛崛起的钛合金精铸技术正逐步进入大型飞机领域；第三代铝锂合金在A350、A380上的大量应用是空客新一代飞机的一大特色；新型高强铝合金7085的问世为特大锻件在A380上的应用开辟了道路；A380和A350采用激光焊接技术（LBW）制成6000系铝合金和铝锂合金整体结构件。这些新型的航空材料技术都不同程度上地应用在了新研发使用的大型民航客机上，替代了原来的材料技术，解决了诸多难题，是航空材料发展的新方向。1.4高涵道比涡扇发动机课程洪杰教授等老师对发动机的结构特点及现阶段的发展状况进行了详细的讲解。商用涡扇发动机的发展最早开始于活塞发动机，飞行速度仅有0.5~0.7Ma，随后发展到燃气涡轮发动机，包括涡喷发动机、涡扇发动机、涡桨发动机等，特点是空气流量大，可连续做功，超音速飞行，但缺点是经济性差。还有冲压发动机，主要是靠高速飞行的冲压作用增加，适用于高速高空飞行。洪老师特别给我们讲述了发动机的几个特别的结构，支承结构、风扇压气机结构、燃烧室结构和涡轮结构，支承结构中，印象较为深刻的是老师讲到PW公司在设计发动机时将高压涡轮前的一个支承放在了燃烧室里，这样对支承的材料等各方面要求都将随之增大，这样做的目的就是为了使得两个支承点的跨度越小，从而使得转子的刚性越好。为了使得转子的刚性好，PW公司研究可以放在燃烧室里的支承结构，这对支承结构的材料特性等各方面要求极高，可见公司精益求精的工作态度。另外就是PW公司的风扇设计技术，采用叶身带中间突肩，好处是使得叶片刚性增加、叶片振动变小、叶根应力减小、FOD增加、阻尼减振增加，还有采用的环型燕尾槽高压压气机、短环型燃烧室（内、外机匣与叶片式扩压器整体铸造）等等技术特点。1.5其他课程另外，叶叶沛研究员为我们讲解了民用飞机的经济性，让我对民用飞机的经济性分析方法有了基础的了解。民用飞机的经济性是现代民机发展的主导因素，民用飞机的发展，已从80年代以前的以技术创新为主导的发展阶段，转向了以经济性为主导的市场化阶段。“双赢”是新机研发项目商业成功的标志，即航空公司能从经营中挣钱，制造商能从销售中挣钱。“最小DOC”已成为新机研发唯一的优化设计准则。在初步设计阶段之前，经济性优化设计对飞机全寿命成本有决定性影响。经济性评估，也贯穿于飞机从新机购置、再循环和退役的整个生命周期。影响飞机经济性的因数，不仅仅是技术因素，还包括市场、国家政策和航空公司选型等因素。现代运营经济性的分析工具就是采用DOC方法，飞机的总运营成本包括直接运行成本和间接运行成本，其中直接运行成本取决于飞机设计。因此，人们在总体方案优化、运营优化和竞争分析中，主要分析直接运行成本。可以进行竞争分析、运营经济性分析（座公里成本与收益比较）、成本指数分析、飞机优化设计。贾玉红老师为我们讲解了大飞机的起落架设计，让我们对起落架的结构特点及类型有了一定的了解。飞机起落架是飞机重要承力、吸能并兼有操纵特性的部件，在飞机起降过程中，担负着极其重要的使命，其工作性能和可靠性直接影响整机的安全。起落架主要由承力结构、缓冲装置、滑行装置、刹车装置、收放机构和转弯机构组成。起落架缓冲装置主要由减震器和轮胎组成，可以吸收着陆撞击动能并消耗着陆撞击动能。刹车装置用于缩短飞机的着陆距离，改善飞机在机场运动的机动性。当发动机试车时刹车装置使飞机处于静止状态。收放机构指的是将起落架完全收入到飞机机体内，且不切断机体结构，不干扰油箱或不凸出在气流之外，并加上一个具有流线型的起落架舱门，避免给飞机的气动外形带来不利影响，减小飞机的飞行阻力。2、心得体会经过两个月的课程学习，我对大飞机总体气动技术、结构强度、材料、发动机、环控系统、运行管理、经济性、起落架等各个专项学科有了初步的了解，并有侧重地进行了重点学习，自觉受益匪浅，在以后的工作中，可能仅是针对这其中一个小的类别学科，但这两个月的综合学习一定会更快地投入到工作中。研制大型民机已被列入我国中长期发展规划。根据我国民机发展的实际情况，我国要实现大型民机的跨越式发展，需要重点突破的技术领域有很多，包括：高效气动设计技术和关键风洞试验技术，先进材料和结构技术，降低排放物污染技术，高安全性和可靠性设计技术，飞机系统技术等。在大型民机发展中，我们应始终以安全性、经济性、舒适性和环境保护为核心攻克各项关键技术，任重而道远。研制大型飞机是党中央、国务院在新世纪做出的具有重大战略意义的决策，国产大飞机的研制工作一定还会面临诸多困难和挑战。要完成这一光荣的历史使命，需要我们基层科技人员有远见、勇气、信心和力量，才能早日实现中华民族自主研制的大飞机翱翔蓝天。在接下来的工作中，我们要更加认真的学习相关知识，提高自己的知识水平、创新意识，争取在接下来的工作中为我国大型飞机的研制生产贡献更多的力量。