飞机总体设计介绍

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•Engineeringdesignisthetranslationofsomesetoffunctionalandaestheticdesiresintoinstructionsthatcouldbeusedtoconstructanobjectthatsatisfiesthesedesires.•Designinthematerialworldistheprocessbywhichideas,tastes,prejudices,scientificprinciplesandavailableresourcesareweightedandcombinedintoawell-definedplanfortheeventualconstructionofanobjectorsystem.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-适航条例和设计规范-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(ConceptualDesign)1%人员•初步设计(PreliminaryDesign)9%人员•详细设计（DetailDesign)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•方案评估•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:LeftBrain—RightBrainAssociativeCreativeFeatures•norules•uncriticalthinking•irrational•illogical•diverge•alternativeCreativeMind(RightBrain)CreativeSynthesis•rigidrules•criticalthinking•rational•logical•converge•oneanswerDecisionMakingJudicialMind(LeftBrain)AnalysisDeductiveAnalytical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•培养制定计划、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•设计报告评分标准：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“基于问题的教学”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