飞行器多学科设计优化复习题
1.优化设计问题的三要素就是什么？给出一个优化设计问题的例子,分别说明三个要素的具体内容。
三要素分别就是设计变量,约束条件与目标函数。
以结构优化设计为例,设计变量可能就是蒙皮厚度,前后翼梁缘条厚度,前后翼梁腹板厚度等结构参数;约束条件就是机翼强度要求、刚度要求等目标函数就是最小化结构重量。
2.飞行器设计一般分哪几个阶段？飞行器多学科优化设计有什么意义？
飞行器设计分三个阶段:概念设计、初步设计、详细设计。
飞行器MDO的意义为:
（1）MDO符合系统工程的思想。能有效提高飞行器的设计质量
（2）MDO为飞行器设计提供了一种并行设计模式。
（3）MDO的设计模式与飞行器设计组织体制一致,能够实现更高程度的自动化。
（4）MDO的模块化结构使飞行器设计过程具有很强的灵活性。
3.在飞行器设计过程中,多学科设计优化方法与传统设计方法之间有哪些相同与不同点。
传统的飞行器设计优化中,采取的就是一种串行的设计模式,往往首先进行性能设计优化,然后进行结构、操纵与控制系统设计优化,最后进行工艺装备设计。在传统的方法中,各个学科任务成了实现系统设计的最基本单元,影响飞机性能的气动、推进、结构与控制等学科被人为地割裂开来,各学科之间相互耦合所产生的协同效应并未被充分考虑进去,这可能导致失去系统的整体最优解,串行的模式也使得设计时间周期与成本大大增加。
而多学科优化设计技术就是一种并行设计模式,它以各子系统、学科的优化设计为基础,在飞行器各个阶段力求各学科的平衡,充分考虑哥们学科之间的相互影响与耦合作用,应用有效的设计/优化策略与分布式计算机网络系统,来组织与管理整个系统的设计过程,通过充分利用各个学科之间的相互作用所产生的协同效应,以获得系统的整体最优解。
相同点在于都有对于子学科的分解,但就是MDO更注重子学科间的协同。
4.给出MDO的三种定义,根据您的理解,MDO该如何定义？
Definition1:MDO就是一种通过充分探索与利用系统中相互作用的协同机制来设计复杂系统与子系统的方法论。
Definition2:MDO就是指在复杂工程系统的设计过程中,必须对学科(子系统)之间的相互作用进行分析,并且充分利用这些相互作用进行系统优化合成的方法。
Definition3:多学科设计优化就就是进行复杂系统的设计过程中,结合系统的多学科本质,充分利用各种多学科设计与多学科分析工具,最终达到基于多学科优化的方法论。
My Definition:当设计中每个因素都影响另外的所有因素时,确定该改变哪个因素以及改变到什么程度的一种设计方法。
5.多学科设计优化中,什么就是学科分析？什么就是系统分析？
学科分析:也成为子系统分析或子空间分析,以某一学科设计变量,其她学科对该学科的耦合状态变量与系统的参数为输入,根据某一学科满足的物理规律确定其物理特性的过程
系统分析:对整个系统,给定一组设计变量X,通过求解系统的状态方程得到系统状态变量的过程。
6.什么就是多学科设计优化的状态变量？学科状态变量与耦合状态变量之间有什么区别?
状态变量:用于描述工程系统的性能或特征的一组参数。
学科状态变量就是属于某一自学科的状态变量,耦合状态就是指对某一学科进行分析时,其她学科对该学科有影响的状态变量。
7. 给出MDO 问题的数学表达式,并叙事其含义。
12Find X =[x ,x ,...,x ]Min f(X,Y) s.t. C(X,Y)0T N ????≤?
其中X 为设计向量,Y 为状态向量,C 为约束向量,设计向量与状态向量还满足以下控制方程组:
12(,)(,)(,)0(,)n a X Y a X Y A X Y a X Y ????????==????????
。 。 8. MDO 问题有哪些特点？
(1) 以处理学科耦合为主要手段
(2) 具有高度复杂性
(3) 具有强拓展能力
(4) 面向工业应用
9. 什么就是系统的整体性与层次性？层次系统与非层次系统之间有什么区别？系统的分类与飞行器多学科设计优化之间有什么关系？
整体性:从系统论的角度来瞧,系统就是由相关要素(子系统,分系统或组成部分)有机地组成,但就是系统作为整体又具有各个子系统所不具备的性质与功能。
层次性:任何系统都就是更高一层次系统的有机组成要素,也就是第一层次各组成要素的有机组成。系统论认为,同层次系统与系统之间,系统各层次之间就是通过物质、能量与信息相互联系的。 层次系统与非层次系统区别:层次系统的子系统之间信息流程有顺序性,每个子系统只与上一级或下一级的子系统有直接联系,子系统间没有耦合关系,就是“树”的结构。而非层次系统的子系统间没有层次等级关系,子系统间的信息流程就是耦合在一起的。就是“网”状结构。
关系:实际上的飞行器设计的多个学科之间组成的系统往往就是非层次系统,各子系统之间的信息流程不具有顺序性,子系统间的信息流程耦合在一起,因此我们在进行飞行器设计时需要考虑到各个学科之间的耦合引起的协同,利用系统整体性与层次性的思想,充分考虑到系统各层次之间的相互作用,将飞行器系统整体性质与功能的优化作为设计的目标。
10. 局部最优组合为全局最优解需要满足哪些条件？一般系统中局部最优组合非全局最优的原因有哪些？
要想各子系统单独优化得到的结构凑起来就就是总系统全局最优化的结果,那么各子规划SPi 就是完全独立的,即各子规划与总规划之间必须有如下联系:
（1） 总规划TP 的设计变量由各子规划SPi 的设计变量的全体组成
（2） 任一子规划SPi 目标的改善必须对总吧TP 目标的改善做出积极的贡献,这就要求总规划TP
的目标就是各子规划SPi目标的增函数。
（3）总规划TP约束就是诸子规划SPi约束的全体
原因:
局部最优组合非全局最优就是因为子系统之间有某种形式上的耦合,这个耦合可能为变量的耦合,目标的耦合与约束的耦合。
11.给出求解复杂系统多学科设计优化问题的“分解-协调”法思路。
对于复杂系统,直接求解总规划TP,往往规模大,耦合复杂,“独立”与“联系”两方面都要同时考虑而难以直接求解。构造一种新的规划形式,把原总规划TP中的“相对独立”与“耦合联系”两种因素分开,以“分解”与“协调”两种手段来分别处理“独立”与“联系”两方面的问题,从而使一个大规模、复杂的总规划TP分解为若干相对简单的规划。
12.MDO问题建模有哪些特点？MDO问题建模要遵循什么原则？
特点:一般直接对发杂的工程系统进行分析与设计相当困难,较为有效的方法就是将系统按部件或者按照学科分解成若干个子系统。在复杂系统的多学科设计优化中,建立系统及子系统的设计、分析与优化模型需要考虑的因素很多,学科间的耦合使得MDO问题的建模十分困难,比如物理模型建立的困难,数学模型建立的困难与模型求解的困难。由于实际问题的复杂性与多样性,要寻求一种合适于MDO的问题建模的通用建模方法不可行。
原则:(1)模型的准确性;(2)模型的实用性;(3)模型的适应性;(4)系统分解的合理性;(5)学科间耦合关系的准确性;(6)系统设计目标与学科设计目标的协调性
13.给出可变复杂度建模方法的基本思路,并分析其在多学科设计优化中的意义。
思路:在优化中使用计算成本高的精确分析方法同时也使用了计算成本低的近似分析方法;在迭代过程中主要采用近似分析方法,然后用精确分析方法获得的修正因子来修正近似分析方法。
意义:有效地降低MDO过程的计算成本。
14.飞行器设计中有哪些不确定性？分别举例说明。
信息不确定性:与飞行器载荷、材料属性、物理尺寸、工作环境、成本等相关的可变性
决策不确定性:多个设计目标的选择(最小起飞重量、最大航程、最小成本、最大可靠性)
建模与仿真不确定性:飞行器气动特性预估存在不同精度的变复杂度模型。
技术不确定性:及采用新技术时产生的技术不确定性。
15.不确定性设计问题中,什么就是稳健设计问题,什么就是可靠性设计问题？
稳健设计问题就是寻找对不确定性变量有小改变相对不敏感的设计
可靠性性设计就是要获取更小失败可能性的设计
稳健设计侧重于保证性能,可靠性设计侧重于系统失效的可能性。
16.什么就是参数化建模？参数化建模在MDO中有什么意义与作用？
参数化建模就是一组参数用来约束设计对象的结构形状。这种设计对象的结构形状相对确定,而尺寸参数的求解比较简单,参数与设计对象的控制尺寸有明显的对应,设计结果的修改较为方便。
意义与作用:对于飞行器这类复杂系统的MDO,参数化建模具有举足轻重的地位,它有利于维护设计对象在几何结构上的完整性、相容性与一致性,并为其她学科如气动分析、结构分析提供支持。
17.经典优化方法中的间接法与直接法各有什么特点？分别给出最速下降法与单纯形法的算法步骤。
间接最优化方法:当目标函数可微并且梯度可以通过某种方法求得时,利用梯度信息可以建立更为有效的最优化方法。这种方法的寻优速度快,优化效率高。
直接最优化方法:当目标函数不可微,或者目标函数的梯度存在但难以计算时,可以采用直接优化方法进行求解,这一类方法仅需要通过比较目标函数值的大小来移动迭代点,它只假定目标函数连续,因而应用范围广,可靠性好。
最速下降法步骤:
单纯形法步骤:
18. 共轭梯度法与最速下降法有什么不要,写出共轭梯度法的算法步骤
共轭梯度法就是对最优梯度法进行了修正的一种寻优方法,其搜索方向并非负梯度方向,而就是将负梯度方向偏转一定角度,使其与上一步的搜索方向共轭。
算法步骤:
19. 用最速下降法求221212(,)4f x x x x =+的极小值,设(0)[1,1]T x =,迭代2次以上,并证明相邻
两个搜索方向就是正交的。
证明:由于每次搜索最优步长的确定均使搜索方向上的函数值达到极小值点,说明搜索方向与下一迭代点的等值线相切,而下一迭代点的搜索方向为负梯度方向,该方向为等值线在该点的法线方向,因此前后两次搜索方向正交。
20. 用共轭梯度法求的221212(,)4f x x x x =+的极小值,设(0)[1,1]T x =。
21. 为什么说经典优化算法都就是局部最优化方法？如何提高获取全局最优解的可能性？
经典算法只考虑如何求得目标函数的局部极小值,故而成为局部最优化方法。如果目标函数非凸且存在多个局部极小点,局部优化算法求得的解可能不就是全局最优解。对于存在多个局部极小值点的非目标函数,最优化结果依赖于初始点的选择,如果初始点选在全局最优点的附近,则可能得到理想的全局最优解。
提高获得全局最优解的可能性可以通过全局优化理论与算法实现,比较常用的有隧道函数法,山丘函数法与填充函数法。
22. 现代优化算法有什么特性？现代优化算法主要有哪些？
1） 与导数无关;2)启发式算法,思路直观;3)灵活性;4)应用广泛;5)随机性;6)难以解析 主要有:禁忌搜索、模拟退火、进化算法、神经网络、拉格朗日松弛等算法
23. 给出遗传算法的基本思路与算法步骤。
遗传算法就是一类随机优化算法,但她不就是简单的随机比较搜索,而就是通过对染色体的评价与对染色体中基因的作用,有效地利用已有信息来指导搜索并改善优化质量的状态。 步骤:
1） 编码,将问题用一种编码表示,从而将问题的状态空间与GA 的码空间相对应;
2） 形成初始种群
3） 计算适应度,适应度作为遗传算法的目标函数,就是优化过程中优胜劣汰的主要判据
4） 遗传算子的确定,在复制、交叉、突变、免疫中得到体现
5） 遗传算法参数的选择,包括种群数目、交叉与突变的概率,进化代数等。
6） 算法的终止条件
24. 现代优化算法就是通过什么手段来获取全局最优解的？
第32章螺纹连接的设计32-1试找出图32-27中所示螺纹连接结构中的错误，并改正。 （a） （b）
（c） （d） 图32-27 32-13有一刚性凸缘联轴器，用材料为Q235的普通螺栓连接以传递转矩T，现欲提高其传递的转矩，但限于结构不能增加螺栓的直径和数目，试提出三种能提高联轴器传递转矩的方法。 答：①可以适当增加结合面的数量；
②可以适当增加预紧力； ③可以适当增加接合面的粗糙度，以提高摩擦因数。 （如果第1种，不能实现，可以增加结合面数量） 32-26图32-43为由两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架，两块边板各用4个螺栓与工字钢相连接，托架所受载荷随吊重量不同而变化，其最大载荷为20kN。试确定应采用哪种连接类型，并计算出螺栓直径。 图32-43 解：根据托架的结构，可以采用普通螺栓连接或铰制孔螺栓连接。 （1）采用普通螺栓连接 螺栓组受横向载荷：kN F R 20 = 旋转力矩：m N m N L F T R ? = ? ? = ? =6000 300 20 ①在横向载荷 R F作用下，各螺栓所受预紧力，由公式（32-23），取12 .0 ,2.1= = f f kμ，8 ,1= =z m可得 kN kN mz F k F s R f25 8 1 12 .0 20 2.1 1 '= ? ? ? = = μ
② 在旋转力矩作用T 下，各螺栓所受预紧力，由公式（32-27）可得 kN kN r T k F z i i s f 71.702 75812.060002.11 2'=???= = ∑=μ 其中mm mm r r r 2751501502 1 22821=+= === (此题应该采用你第一次的方法，只是21F F F '+'=')，因为预紧力的方向为轴向方向，直接相加 从图32-43（b ）可知，各螺栓所受合预紧力为 kN kN kN F F F F F 14.90135cos 71.7025271.7025135cos 222'2'12 '22'1'=???-+=-+= 选取螺栓强度等级为10.9级，可得MPa s 900=σ，取螺栓连接的安全系数5.1][=S ，则螺栓材料的许用应力MPa MPa S s 6005.1/900]/[][===σσ，则所需的螺栓危险剖面的直径为 mm mm F d 78.15600 14.31014.903.14][3.143 '=????=?=σπ 按GB169-81，选用M16的螺栓。 （请用下面的方法计算一下，看看结果）结果差距很大 先把横向力合成，得到最大的横向力，然后用（32-23），计算预紧力。 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 在横向载荷20kN 的作用下，各螺栓所受的横向力为 kN kN z F F R R 5.28 20'=== 在旋转力矩T 的作用下，各螺栓所受横向力为 kN kN r T k F F z i i f s R 49.82 75860002.11 '2' =??= = =∑=μ
机械设计基础 ——轴的结构设计改错一、指出图中结构不合理之处，并改正。 1、 答案： 1）左端轴承处的弹性挡圈去掉。 2）右端轴承处轴肩过高，应改为低于轴承内圈。 3）齿轮右端用轴套固定，与齿轮配合的轴头长度应小短于齿轮轮毂宽度。 4）左端轴承处应有越程槽。 5）联轴器没固定，左端应改为轴肩固定。 6）右端轴承改为轴套定位。 7）与齿轮配合处的键槽过长，应短于其轮毂宽度。 8）齿轮应改为腹板式结构。 9) 将联轴器的周向固定，改为键联接。 2、
主要结构错误： 1）与齿轮处键槽的位置不在同一母线上；2）端盖孔与轴径间无间隙； 3）左轴承端盖与箱体间无调整密封垫片；4）轴套超过轴承内圈定位高度； 5）三面接触，齿轮左侧轴向定位不可靠；6）键顶部与齿轮接触； 7）无挡油盘； 8）两轴承端盖的端面处应减少加工面。3、
1）轴承内外圈剖面线方向不一致，应改为方向一致； 2）左端轴承用轴肩定位，且轴肩不高于轴承内圈； 3）齿轮没有轴向固定，改为左端用轴环，右端用轴套固定；4）与左端轴承配合的轴段上应有砂轮越程槽； 5）联轴器没有轴向定位，应必为用轴肩定位； 6）右端轴承改为加大定位和固定，且低于轴承内圈； 7）与齿轮配合的轴段应有键槽； 8）齿轮改为腹板式结构性 9）轴的右端键槽过长，改为短于联轴器的孔的长度。 4、 答案： 1）左边轴肩高于轴承内圈； 2）与齿轮配轴段太长，齿轮轴向未定位； 3）齿轮与轴承间缺套筒； 4）右边轴肩过高超过轴承内圈； 5）右端盖与轴接触； 6）右端盖处缺少密封圈； 7）皮带轮周向定位缺键槽；； 8）皮带轮孔未通。
答案： 此轴系有以下6个方面13处错误： 1）轴承类型配用不合适： 左轴承为角接触轴承，角接触轴承不能单个使用； 2）转动件与静止件直接接触： 轴身与右端盖之间无间隙； 3）轴上零件未定位、未固定： 套筒未可靠的固定住齿轮； 联轴器轴向未固定； 联轴器周向未固定； 4）工艺不合理： 轴外伸端无轴肩，轴承不易装； 装轴承盖箱体的加工面与非加工面没有分开； 轴承与轴承座之间无调整垫片，轴承的轴向间隙无法调整； 轴上的键槽过长； 左轴承处轴肩过高，轴承无法拆卸； 5）润滑与密封问题： 轴承脂润滑而无挡油环； 端盖上无密封件； 6）制图投影错误 箱体孔投影线未画
第34章 滚动轴承 34-10 改正图34-29中的错误结构并说明理由。 （a ） （b ） （c ） （d ）
（f ） （g ） （h ）应是基轴制 (d 图，原意是轴稍微短一些，以免轴与轴端挡板接触) 均为标注错误，g 只要标注轴的公差，h 只要标注孔的公差，且一般轴处为过盈配合） 34-11 图34-30所示，斜齿轮轴采用一对7207AC （46207）轴承支承，已知斜齿轮的圆周力 N F t 3500=，径向力N F r 1200=，轴向力N F a 900=，轴的转速N F t 3500=，轴承的 冲击载荷系数2.1=d f ，温度系数1=T g ，额定动载荷N C r 25400=。试计算该对轴承的寿命（用小时计）。
图34-30 解：（1）计算轴承所受轴向力 在垂直面内对B 取矩，有 40301001?=?+?r a v r F F F 故 N N F F F a r v r 210100 30 90040120010030401=?-?=?-?= N N F F F r r v r 990)2101200(12=-=-= 在水平面内对B 取矩，有 401001?=?t h r F F 故 N N F F t h r 1400100 40 3500100401=?=?= N N F F F h r t h r 2100)14003500(12=-=-= 所以，两个轴承所受径向力分别为 N N F F F h r v r r 66.14151400210222 1211=+=+= N N F F F h r v r r 66.232121009902222222=+= += 由题目中给出的表可得 N N F F r s 962.99066.14157.07.011=?== N N F F r s 162.162566.23217.07.022=?==
航空科学与工程学院 2016年研究生入学考试复试大纲 一、复试方式：笔试＋面试 二、复试组织： 1、笔试：由航空学院统一组织，考试科目及复试大纲另见《航空科学与工程学院2013年考研复试安排》。 2、口试：以学科专业组为单位，由3-5位硕士生导师组成面试小组（组长为教授），每位考生的面试时间为20分钟。 三、复试流程和评分标准： 1）检查并核实考生面试所必备的个人证件和材料；考生可以提供有助于证明自己背景和能力的相关材料，证件和材料完备是面试的必要条件。 2）考生用英语口述个人基本情况、兴趣等，面试小组老师就考生基本情况提问，考生用英文回答问题。 3）考生朗读一段考场指定的专业外语短文，并口头翻译成中文。 4）面试小组老师就基础理论知识提问，学生用中文回答问题。 5）面试小组老师就专业知识提问，学生用中文回答问题。 面试结束后考生退场，在3-5个工作日后见航空学院网站“招生就业”栏目的“研究生招生”，会通知出学院的拟录取名单，在7层的研究生教学橱窗也会公布。 四、考场纪律 考生准时到达指定的复试考场，遵守考场秩序，尊重考试教师。 五、各学科专业组具体复试内容及参考书： 1、飞行力学与飞行安全系2016年硕士研究生入学复试程序 方式： 由3~6位硕士生导师组成面试小组，每位考生的面试时间为20分钟。 范围： 面试范围包括英语口语能力、专业英语阅读理解能力、专业基础理论知识和专业知识。具体环节如下： 1）对考生学习背景、心理、爱好和志愿等基本情况的了解。 2）考察考生的英语阅读和口头表达能力。
3）基础理论和专业知识面试。基础理论包括自动控制原理、理论力学和材料力学。专业知识包括飞行力学、飞行安全、飞行器总体设计、空气动力学等。 参考书： 基础理论可以选用任何一本考生熟悉的《自动控制原理》、《理论力学》、《材料力学》教材。专业课可以参考《飞机飞行动力学》（熊海泉编）或《飞机飞行性能》、《飞机的稳定与控制》等方面的参考书。 面试流程和评分标准： 1）检查并核实考生面试所必备的个人证件和材料；证件和材料完备是面试的必要条件。2）考生用英语口述个人基本情况、兴趣等，面试小组老师就考生基本情况提问，考生回答问题。 3）读一段指定的专业外语，并口头翻译成中文。 4）面试小组老师就基础理论知识提问，学生回答问题。 5）面试小组老师就专业知识提问，学生回答问题。 6）问答结束后，考生退场，面试老师根据考核要求和面试情况，对考生进行评分。 7）所有考生面试结束后，面试老师根据总体情况，对所有考生进行综合评估和比较，给出面试成绩。 2、人机与环境工程/制冷及低温工程2016年硕士研究生入学复试程序 方式： 由3~5位硕士生导师组成面试小组，每位考生的面试时间为20分钟。 范围： 1）英语阅读和口头表达能力。 2）对考生心理、基本情况的了解。 3）基础理论和专业知识面试。基础理论包括：自动控制原理，理论力学，流体力学；专业知识包括工程热力学，传热学，人机工程，低温制冷。考生可以选择其中1门基础理论和1门专业课作为面试内容，或者是综合知识。 参考书： 可以选用任何一本考生熟悉的《自动控制原理》、《理论力学》、《流体力学》教材。专业课可以选用考生熟悉的《工程热力学》，《传热学》，《人机工程》，低温制冷等方面的参考书。 面试流程和评分标准： 1）检查并核实考生面试所必备的个人证件和材料；证件和材料完备是面试的必要条件. 2）考生用英语口述个人基本情况、兴趣等，面试小组老师就考生基本情况提问，考生回答问题。 3）读一段指定的专业外语，并口头翻译成中文。 4）面试小组老师就基础理论知识提问，学生回答问题。 5）面试小组老师就专业知识提问，学生回答问题。 6) 问答结束后，考生退场，面试老师根据考核要求和面试情况，对考生进行评分。
多学科设计优化简要介绍 多学科设计优化 (Multidisciplinary Design Optimization,简称 MDO)是一种通过充分探索和利用工程系统中相互作用的协同机制来设计复杂系统和子系统的方法论。其主要思想是在复杂系统设计的整个过程中利用分布式计算机网络技术来集成各个学科 (子系统 )的知识，应用有效的设计优化策略，组织和管理设计过程。其目的是通过充分利用各个学科(子系统 )之间的相互作用所产生的协同效应，获得系统的整体最优解，通过实现并行设计，来缩短设计周期，从而使研制出的产品更具有竞争力。因此，MDO宗旨与现代制造技术中的并行工程思想不谋而合，它实际上是用优化原理为产品的全寿命周期设计提供一个理论基础和实施方法。 MDO研究内容包括三大方面：1，面向设计的各门学科分析方法和软件的集成；2，探索有效的 MDO算法，实现多学科 (子系统 )并行设计，获得系统整体最优解；3，MDO分布式计算机网络环境。 多学科设计优化问题 ,在数学形式上可简单地表达为： 寻找：x 最小化：f=f(x,y) 约束：hi(x,y)=0 (i=1 ,2 ,… ,m) gj(x,y)≤ 0 (j=1 ,2 ,… ,n) 其中：f 为目标函数；x为设计变量；y是状态变量；hi(x,y)是等式约束；gj(x,y)是不等式约束。状态变量 y，约束 hi 和 gj以及目标函数的计算涉及多门学科。对于非分层系统，状态变量 y，目标函数 f，约束hi 和 gj 的计算，需多次迭代才能完成；对于分层系统，可按一定的顺序进行计算。这一计算步骤称为系统分析。只有当一设计变量 x通过系统分 随着科学技术日新月异的发展，我们的武器装备，尤其是战斗机的水平日益提高，装备复杂程度已远超乎平常人的想象，装备设计不单要用到
1.飞机设计的三个主要阶段是什么？各有些什么主要任务？ ?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 ?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 ?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，详细的重量计算和强度计算报告，大量的实验，准备原型机的生产 2.飞机总体设计的重要性和特点主要体现在哪些方面？ ?重要性：①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②设计前期的失误，将造成后期工作的巨大浪费③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?特点（简要阐述） ①科学性与创造性：飞机设计要应用航空科学技术相关的众多领域（如空气动力学、材料学、自动控制、动力技术、隐身技术）的成果；为满足某一设计要求，可以由多种可行的设计方案。 ②反复循环迭代的过程 ③高度的综合性：需要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 3.B oeing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，而不是对人⑥利用并且期待建设性的反馈意见 ⑦建设性地解决争端 ⑧永远致力于争取双赢的局面（win-win situations） ⑨集中注意力—避免导致分裂的行为 ⑩在你不明白的时候提问 4.高效的团队和低效的团队 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、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 5.飞机的设计要求有哪些基本内容？ ①飞机的用途和任务 ②任务剖面 ③飞行性能 ④有效载荷⑤功能系统 ⑥隐身性能要求 ⑦使用维护要求 ⑦机体结构方面的要求 ⑦研制周期和费用 ⑦经济性指标 11环保性指标 6.飞机的主要总体设计参数有哪些？ ①设计起飞重量W0 (kg)②动力装置海平面静推力T (kg)③机翼面积S (m2) 组合参数④推重比T/W0⑤翼载荷W0 /S (kg/m2) 7.毯式图的 步骤 ①保持推重比不变，改变翼载（x轴变量），获得总重曲线（y轴变量） ②推重比更改为另一个值后确定不变，改变翼载（x轴变量），获得总重（y轴变量）。同时需将y轴向左移动一任意距离。
课堂测试与练习 一、概念题 1、机械是由哪几种组成的，各起什么作用？ 2、什么叫零件？什么叫构件？ 3、简述运动副的作用及其种类；每种运动副所具有的约束是 什么？ 4、什么是机构及其平面机构？平面机构具有确定运动的条件 是什么？ 5、四杆机构存在曲柄的条件是什么？ 6、简述三心定理，并证明。 7、试分析滚子半径的大小对凸轮实际轮廓线的影响； 8、渐开线有哪些重要性质？在研究渐开线齿轮啮合的哪些原 理时曾经用到这些性质？ 9、简述齿轮啮合基本定律，并证明。 10、试比较斜齿轮与直齿轮有什么不同？ 11、试推导直齿圆锥齿轮的当量齿轮； 12、什么是周转轮系？它的组成是什么？ 13、试证明棘轮机构的工作条件是φ>ρ； 二、计算自由度 1、计算压力机工作机构的自由度；
2、计算加药机构自由度，给出确定运动条件； 3、计算教学参考书P19 （题1-10 ）冲压机构的自由度，并 指出机构中复合铰链、局部自由度、虚约束； 三、已知一翻料机构，连杆长BC=400mm,连杆两个位置如图 所示（自己画），要求机架AD与B1C1平行，且在其下相距35mm，试设计四杆机构。 四、用反转法原理，确定图中凸轮从图示A点位置转过 60后
的压力角，并标在图上。（见教学参考书P52，题3-1图） 五、 设计尖顶对心移动从动件凸轮机构 已知：mm 35min =γ，mm h 20=，从动件的运动规律如下：当凸轮以等角速度1ω顺时针旋转ο90时，从动件以等加速度等减速运动；当凸轮自ο90转到ο180时，从动件停止运动；当凸轮自ο180转到ο270时，从动件以等速回原处；当凸轮自ο270转到ο360时，从动件又停止不动。 六、 设计一曲柄摇杆机构 已知摇杆mm CD 290=，摇杆两极限位置的夹角ο32=ψ，行程速度变化系数25.1=K 。若曲柄mm AB 75=，求连杆BC 和机架长度AD 。 七、 已知：一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的参数为 25.0,1,20,2,120,2421======**c h mm m Z Z a οα，试求其传动比12i 、 两轮的分度圆直径、齿顶圆直径、全齿高、标准中心距及分度圆齿厚和齿槽宽。 八、 图示的吊车起升传动机构，已知： 110,67,19321===Z Z Z ，87,36,15654===Z Z Z 。电动机1m 和2m 的角速度s rad /6.6121==ωω。试计算两台电动机同时工作以及一台停止工作时，与系杆H 相固联的卷筒7的角速度?7==H ωω
《飞行器结构优化设计》 ——课程总结 专业航天工程 学号GS0915207 姓名
《飞行器结构优化设计》课程总结报告 通过这门课程的学习，大致了解无论是飞行器、船舶还是桥梁等工程项目的传统结构设计流程：首先是根据技术参数、经验和一些简单的分析方法进行初始的结构设计，然后用较为精确的分析方法对初始设计进行核验，根据核验结果，逐步调整设计参数，直到得到满意的设计方案。但是这种传统设计方法的产品性能优劣主要就取决于设计人员的水平，而且设计周期长，并要耗费大量的人力和物力。随着高速、大容量电子计算机的广泛使用和一些精度高的力学分析数值方法的建立和应用，使得复杂的结构分析过程变得更加高效、精确。 本课程重点就在于介绍结构优化的各种分析方法。这些分析方法都是以计算机为工具，将非线性数学规划的理论和力学分析方法相结合，使用于受各种条件限制的承载结构设计情况。 优化问题的数学意义是在不等式约束条件下，求使目标函数为最小或最大值的一组设计变量值，在实际工程应用中，优化问题所包含的函数通常是非线性的和隐式的。建立在数学规划基础上的优化算法，是依据当前设计方案所对应的函数值与导数值等信息，按照某种规则在多维设计变量空间中进行搜索，一步一步逼近优化解。随着计算机的发展和数学计算方法不断进步，结构分析。优化的方法也是随之水涨船高。 一、有限元素法 这是基于在结构力学、材料力学和弹性力学基础上的一种分析方法。研究杆、梁，经简化薄板组成的结构的应力、变形等问题。其方法是首先通过力学分析将结构离散化成单一元素，然后对单一元素进行分析，算出各单元刚度矩阵后，进行整体分析，根据方程组K·u=P求解。这种方法求解的问题受限于结构的规模、形式和效率。 二、敏度分析 结构敏度是指结构性状函数，如位移、应力、振动频率等对设计变量的导数。近似函数的构成，以及许多有效的结构优化算法，皆要利用这些参数的一阶导数，以至二阶导数信息。 结构敏度分析的基础是结构分析，对于复杂的结构，精确的结构分析工作是
北京航空航天大学 学年 第一学期期末 《机械设计A4》 考试 A 卷 班 级______________学 号 _________姓 名______________成 绩 _________ 年月日
班号学号姓名成绩 《机械设计A4》考试卷 注意事项： 1、所有题目按步给分，非标准合理答案适当给分，但不超过该步骤的二分之一，计算过程纯计算错误不重复扣分。 2、本试卷共8页，所有题目均在本试题册上作答，拆页或少页本试题册无效。 题目： 一、填空 ……………………………………………………………( 25 分) 二、选择填空 …………………………………………………………( 5 分) 三、简答 ……………………………………………………………( 20 分) 四、分析计算 ……………………………………………………………( 35 分) 五、结构设计 ……………………………………………………………( 15 分) 题号 1 2 3 4 5 成绩
一．填空 ………………………………………………… (共25分，每空0.5分) 1．轴上零件的固定主要是将轴与轴上零件在，和方向上以适当的方式固定。 2．按轴负担的载荷分类，自行车的中轴属于轴；前轴属于轴；后轴 属于轴。 3．带传动的主要失效形式为和，其传动比不稳定主要 是由引起的。 4．闭式软齿面齿轮设计时，考虑到其主要失效形式为 所以一般按 照 强度进行设计，按照 强度进行校核。 5．当滚动轴承在基本额定动载荷作用下运行时，其所能达到的基本额定寿命为 ， 此时滚动轴承的工作可靠度R为。 6．齿轮强度计算中的齿形系数主要取决于 和 。 7．设计中提高轴的强度可以采用、等方法，提高 轴的刚度可以采用等方法。 8．斜齿轮传动与直齿轮相比较，其优点为 、 和 ，开式齿轮传动与闭式齿轮传动比较，其不足之处有 。9．形成流体动力润滑的条件是，， 及。10．三角形螺纹的牙型角α= ，适用于 是因为其 ；矩形 螺纹的牙型角α＝ ，适用于 是因为其 。 11．螺纹防松是要防止 之间的相对运动；常用方法有如，如，如。 12．斜齿轮传动的标准模数是，圆锥齿轮传动的标准模数是， 加工标准直齿轮不发生根切的最小齿数是。 13．代号为71208的滚动轴承，该轴承的类型为,轴承的宽度系列 为，内径尺寸为 mm，精度等级为级。 14．普通平键连接的工作面为，用于轴与轴上零件的固定，传 递。
飞行器多学科设计优化复习题 1.优化设计问题的三要素是什么？给出一个优化设计问题的例子，分别说明三个要素的具体内容。 三要素分别是设计变量，约束条件和目标函数。 以结构优化设计为例，设计变量可能是蒙皮厚度，前后翼梁缘条厚度，前后翼梁腹板厚度等结构参数；约束条件是机翼强度要求、刚度要求等目标函数是最小化结构重量。 2.飞行器设计一般分哪几个阶段？飞行器多学科优化设计有什么意义？ 飞行器设计分三个阶段：概念设计、初步设计、详细设计。 飞行器MDO的意义为： （1）MDO符合系统工程的思想。能有效提高飞行器的设计质量 （2）MDO为飞行器设计提供了一种并行设计模式。 （3）MDO的设计模式与飞行器设计组织体制一致，能够实现更高程度的自动化。 （4）MDO的模块化结构使飞行器设计过程具有很强的灵活性。 3.在飞行器设计过程中，多学科设计优化方法与传统设计方法之间有哪些相同和不同点。 传统的飞行器设计优化中,采取的是一种串行的设计模式，往往首先进行性能设计优化,然后进行结构、操纵和控制系统设计优化,最后进行工艺装备设计。在传统的方法中，各个学科任务成了实现系统设计的最基本单元，影响飞机性能的气动、推进、结构和控制等学科被人为地割裂开来，各学科之间相互耦合所产生的协同效应并未被充分考虑进去，这可能导致失去系统的整体最优解，串行的模式也使得设计时间周期和成本大大增加。 而多学科优化设计技术是一种并行设计模式，它以各子系统、学科的优化设计为基础，在飞行器各个阶段力求各学科的平衡，充分考虑哥们学科之间的相互影响和耦合作用，应用有效的设计/优化策略和分布式计算机网络系统，来组织和管理整个系统的设计过程，通过充分利用各个学科之间的相互作用所产生的协同效应，以获得系统的整体最优解。 相同点在于都有对于子学科的分解，但是MDO更注重子学科间的协同。 4.给出MDO的三种定义，根据你的理解，MDO该如何定义？ Definition1：MDO是一种通过充分探索和利用系统中相互作用的协同机制来设计复杂系统和子系统的方法论。 Definition2：MDO是指在复杂工程系统的设计过程中，必须对学科（子系统）之间的相互作用进行分析，并且充分利用这些相互作用进行系统优化合成的方法。 Definition3：多学科设计优化就是进行复杂系统的设计过程中，结合系统的多学科本质，充分利用各种多学科设计与多学科分析工具，最终达到基于多学科优化的方法论。 My Definition：当设计中每个因素都影响另外的所有因素时，确定该改变哪个因素以及改变到什么程度的一种设计方法。 5.多学科设计优化中，什么是学科分析？什么是系统分析？ 学科分析：也成为子系统分析或子空间分析，以某一学科设计变量，其他学科对该学科的耦合状态变量和系统的参数为输入，根据某一学科满足的物理规律确定其物理特性的过程 系统分析：对整个系统，给定一组设计变量X，通过求解系统的状态方程得到系统状态变量的过程。 6.什么是多学科设计优化的状态变量？学科状态变量和耦合状态变量之间有什么区别?
1、飞机设计的三个主要阶段是什么？各有些什么主要任务？ 答：飞机设计分为概念设计、初步设计、详细设计三个阶段；在概念设计阶段主要解决飞机的布局与构型，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，方案优化等问题；初步设计阶段进行飞机冻结布局，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；详细设计阶段包括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，详细的重量计算和强度计算报告，大量的实验，准备原型机的生产。 2、飞机总体设计的重要性和特点主要体现在哪些方面？ 答：飞机总体设计的重要性主要体现在：概念设计阶段就已经确定了整架飞机的布置；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；设计前期的失误，将造成后期工作的巨大浪费；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。 其特点表现为：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）；是一个反复循环迭代的过程；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）； 3、 Boeing的团队协作戒律有哪些？ 答：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，而不是对人； 6. 利用并且期待建设性的反馈意见； 7. 建设性地解决争端； 8. 永远致力于争取双赢的局面； 9. 集中注意力—避免导致分裂的行为； 10. 在你不明白的时候提问。 4、高效的团队和低效的团队各有什么表现？ 答：高效的团队表现为 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。 低效的团队 1. 氛围－互不关心／无聊或紧张／对抗
第一章绪论 1-2 现代机械系统由哪些子系统组成，各子系统具有什么功能？ 答：组成子系统及其功能如下： （1）驱动系统其功能是向机械提供运动和动力。 （2）传动系统其功能是将驱动系统的动力变换并传递给执行机构系统。 （3）执行系统其功能是利用机械能来改变左右对象的性质、状态、形状或位置，或对作业对象进行检测、度量等，按预定规律运动，进行生产或达到其他预定要 求。 （4）控制和信息处理系统其功能是控制驱动系统、传动系统、执行系统各部分协调有序地工作，并准确可靠地完成整个机械系统功能。 第二章机械设计基础知识 2-2 什么是机械零件的失效？它主要表现在哪些方面？ 答：（1）断裂失效主要表现在零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时，由于某一危险截面的应力超过零件的强度极限发生的断裂，如螺栓的断裂、齿轮轮齿根部的折断等。 （2）变形失效主要表现在作用在零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件产生塑性变形。 （3）表面损伤失效主要表现在零件表面的腐蚀、磨损和接触疲劳。 2-4 解释名词：静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷、静应力、变应力、接触应力。答：静载荷大小、位置、方向都不变或变化缓慢的载荷。 变载荷大小、位置、方向随时间变化的载荷。 名义载荷在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。 计算载荷计算载荷就是载荷系数K和名义载荷的乘积。 静应力不随时间变化或随时间变化很小的应力。 变应力随时间变化的应力，可以由变载荷产生，也可由静载荷产生。 2-6 机械设计中常用材料选择的基本原则是什么？ 答：机械中材料的选择是一个比较复杂的决策问题，其基本原则如下： （1）材料的使用性能应满足工作要求。使用性能包含以下几个方面： ①力学性能 ②物理性能 ③化学性能 （2）材料的工艺性能应满足加工要求。具体考虑以下几点： ①铸造性 ②可锻性 ③焊接性 ④热处理性 ⑤切削加工性 （3）力求零件生产的总成本最低。主要考虑以下因素： ①材料的相对价格 ②国家的资源状况 ③零件的总成本 2-8 润滑油和润滑脂的主要质量指标有哪几项？ 答：衡量润滑油的主要指标有：粘度（动力粘度和运动粘度）、粘度指数、闪点和倾点等。 衡量润滑脂的指标是锥入度和滴度。
北京航空航天大学飞机总体设计期末试卷1 参考答案 一、填空题………………………………………………………(每空0.5分，共15分) 1. 按照三个主要阶段的划分方式，飞机设计包括概念设计， 初步设计， 详细设计； 其中第一个阶段的英文名称为Conceptual Design。 2. 飞机的主要总体设计参数是设计起飞重量, 动力装置海平面静推力, 机翼面积.相对参数是推重比,翼载荷. 3. 在机翼和机身的各种相对位置中，二者之间的气动干扰以中单翼的气动干扰最小，从结构布置的情况看上单翼，下单翼的中翼段比较容易布置。 4. 对于鸭式飞机而言,机翼的迎角应小于前翼的迎角。 5. 机翼的主要平面形状参数中的组合参数为展弦比， 根梢比（或尖削比、梯形比)。 6. 假设某型战斗机的巡航马赫数为1.3，若使其在巡航时处于亚音速前缘状态，则机翼前缘后掠角的范围应为大于39.7°。 7. 武器的外挂方式包括（列举4种）__________，___________，____________， ____________。 答案：机身外挂、机翼外挂、翼尖悬挂、保形运载、半埋式安装中任意4种。 8. 根据衡量进气道工作效率的重要参数，一个设计良好的进气道应当总压恢复高, 出口畸变小， 阻力低，工作稳定。 9. 布置前三点式起落架时应考虑的主要几何参数包括擦地角，防倒立角，防侧翻角，前主轮距，主轮距，停机角。 二、简答题:………………………………………………………………………( 65分) 1. 飞机总体设计有什么主要特点（需简要阐述）？ 6分 答： 1）科学性与创造性 飞机设计要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；为满足某一设计要求，可以有多种可行的设计方案，即总体设计没有“标准答案”。 2）飞机设计是反复循环迭代的过程。 3) 高度的综合性：飞机设计需要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。 评分标准：2分／点，第一点中对“众多领域”的举例不必完全列出。 2. 飞机型式选择的主要工作有哪几个方面? 9分 答：飞机型式选择的主要工作集中到以下几个方面: 1) 总体配平型式的选择； 2) 机翼外形和机翼机身的相互位置； 3) 尾翼的数目、外形及机翼机身的相互位置； 4) 机身形状，包括座舱、使用开口及武器布置等； 5) 发动机和进气道的数目和安装位置，包括燃油的大致装载位置等； 6) 起落架的型别、收放型式和位置。 评分标准：1.5分／点 3. 简述鸭式布局的设计特点 5分 答：
第40卷第4期2008年8月 南 京 航 空 航 天 大 学 学 报Journal of N anjing U niversity of Aero nautics &Astronautics V ol.40N o.4 A ug.2008飞机总体多学科设计优化的现状与发展方向 余雄庆 (南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室,南京,210016) 摘要:通过对飞机总体多学科设计优化(M ultidisciplinary design optimizatio n ,M D O )研究进展的分析,为飞机总体M D O 进一步研究和应用提供基础。首先阐述飞机总体M DO 与传统飞机总体参数优化的区别,然后介绍M DO 领域中重要成果,包括代理模型技术、多学科敏度分析、M DO 策略和M DO 环境。着重分析飞机总体M DO 的关键技术及其实现途径,包括飞机总体M D O 流程、参数化飞机几何模型、分析模型的自动生成、耦合关系分析与表示、数据交换与数据管理和M DO 环境的建立。指出面向一体化产品开发团队的M DO 、基于不确定性的M D O 和面向飞机族的M DO 是飞机总体M DO 研究的3个新的研究方向。飞机总体M DO 使飞机总体设计过程更加科学化和自动化。 关键词:飞行器设计;多学科设计优化;优化 中图分类号:V 221 文献标识码:A 文章编号:1005-2615(2008)04-0417-10 基金项目:航空科学基金(00B52017)资助项目;国家自然科学基金(90305004)资助项目;武器装备预研基金资助项目。 收稿日期:2007-10-10;修订日期:2007-12-03 作者简介:余雄庆,男,教授,博士生导师,1965年5月生,E -mail :y x q @nuaa .edu .cn 。 Multidisciplinary Design Optimization for Aircraft Conceptual and Preliminary Design :Status and Directions Yu X iongqing (K ey Labo rat or y o f Fundamental Science for Nat ional Defense-A dv anced Desig n T echno lo gy of F light Vehicle, N anjing U niver sity of A ero naut ics &A stro naut ics ,N anjing ,210016,China ) Abstract :The state-of-the-art in the multidisciplinar y desig n optimization (M DO)for aircraft conceptual and preliminary design is review ed.T his paper prov ides a basis for one in understanding M DO,further research and applicatio ns of M DO to aircr aft conceptual and pr eliminary design .The differences betw een M DO and traditional optim izatio n techniques in air craft desig n are presented.T he co mmo n issues in M DO are rev iew ed,including sur rogate m odels,sensitivity of coupled systems,MDO methods,and M DO computational enviro nm ent .T he emphases ar e o n the key enabling techno logies in aircraft M DO ,including the strategies of M DO application in aircraft design ,a par am etric aircr aft CAD modeling ,au-to matic generations of analysis models,coupling analysis,and expression am ong disciplines,data tr ans-fer and management,and distributed computing framew ork.The nex t frontiers in MDO for aircraft de-sign ar e MDO fo r integr ated pro duct teams (IPT ),M DO under uncer tainty ,and MDO fo r aircraft fam i-ly.T he im pact of M DO in aircraft prelim inary design is that the design process is m ore scientific and au-to matic. Key words :aircr aft design ;m ultidisciplinary desig n optim ization ;optim ization 飞机总体设计涉及气动、推进系统、飞行动力学、结构、重量重心、隐身和成本分析等多个学科。 为了缩短飞机总体设计周期,并能获得更优方案,人们在20世纪60年代中期就开始将计算机技术和
北京航空航天大学2011－2012 学年第二学期期末 《机械原理》 A卷 评分标准 2012年6月5日
班级__________ 学号__________ 姓名__________ 成绩__________ 《机械原理》期末考试卷 注意事项： 1、请将解答写在试卷上； 2、草稿纸上的解答不作为批改试卷的依据； 3、图解法解答请保留作图过程和作图辅助线。 题目： 一、机构自由度计算…………………………………………………………(14分) 二、机构运动分析……………………………………………………………(14分) 三、连杆机构设计……………………………………………………………(15分) 四、凸轮机构…………………………………………………………………(14分) 五、齿轮机构…………………………………………………………………(15分) 六、轮系………………………………………………………………………(14分) 七、机械系统动力学…………………………………………………………(14分)
一、计算图示运动链的自由度。若有复合铰链、局部自由度或虚约束，必须指出。（已知ABCD 和CDEF 是平行四边形。） 共14分 F 处为复合铰链 （2分） I （或J ）为虚约束 （1分） CD （或AB ）为虚约束 （2分） 滚子K 处为局部自由度 （1分） （5分） （3分）
二、在下图所示的机构中，已知原动件１以等角速度ω1沿逆时针方向转动，试确定： （1）机构的全部瞬心； （2）构件3的速度v 3（写出表达式）。 共14分 （1）该机构有4个构件，所以共有6个瞬心。通过直接判断，可以得到瞬心P 14、P 24 和P 34的位置，如习题2-21解图所示。 （3分） 依据三心定理，瞬心P 12应位于P 14和P 24的连线上；另外，构件1和2组成高副，所以瞬心P 12还应位于构件1和2廓线在接触点处的公法线nn 上，这样就得到了瞬心P 12的位置，如下图所示。 同理可得到瞬心P 23。再应用三心定理，就可以求得瞬心P 13。 （6分） （2）因为构件1的运动为已知，而要求的是构件3的速度，所以应用瞬心P 13来求得构件3的速度为 l P P P v v μω?==14131313，方向向上。 （5分）
1、材料科学与工程学院 现设二个本科专业、六个硕士点、六个博士点和一个博士后流动站。每年招收本科生150余名，硕士生160余名(包括本、硕、博连读)，博士生40余名，博士后10余名，近年来还招收来华留学生20余名。 低年级除执行学校统一的教学计划外，还开设材料学科大类平台课。高年级按金属与陶瓷材料、特种功能材料与器件、高分子及复合材料、材料加工工程与自动化、腐蚀与防护等五个培养方向组织教学，为高质量的本科人才培养提供了可靠保证。拥有从本科生到博士后的全过程培养条件。 学院下设材料科学、材料物理与化学、材料加工工程与自动化、高分子及复合材料共四个系，拥有以中国工程院院士、著名失效分析专家钟群鹏教授。 材料学院重视人才培养，锐意加强教学改革，教授给本科生上课的比例超过了85%。学院重视学生思想政治工作和学生全面素质培养的结合，实行教授班主任制度，注重加强育人环境的建设，学风好，学生出国留学与上研的比例为全校最高的院系之一，2010年应届毕业生上研和出国的比例达到了70%，学生就业率达100%。 材料学院与英国曼切斯特大学材料系、英国伦敦大学QueenMary学院、英国拉夫堡大学实行联合办学，凡在学院就读的学生，均可采用3+2（国内三年，国外两年）或2+3（国内两年，国外三年）两种模式到上述学校就读，毕业合格后授予上述学校工学硕士学历学位证书。 2、电子信息工程学院 每年招收本科生270余名，硕士生240余名，博士生50余名，博士后10余名，来华留学研究生10余名。
学院下设信息与通信工程系、电子科学与技术系、光电与信息工程系。拥有以中国工程院院士张彦仲教授；学院具有信息与通信工程、电子科学与技术、交通工程、光学工程、生物医学工程5个一级学科博士授予权，拥有通信与信息系统、电磁场与微波技术两个国家重点学科。学院目前共设有13个硕士点，9个博士点、4个自主建设博士点，3个博士后流动站。 与英国诺丁汉大学实行联合办学，与瑞典皇家工学院开展了科研项目与人才培养合作协议。 3、自动化科学与电气工程学院 北航自动化科学与电气工程学院具有从本科到博士的一体化的高级人才培养体系，拥有7个博士点、9个硕士点和1个工程硕士专业学位点，控制科学与工程是国家一级学科博士点，在全国重点一级学科评审中名列前茅。导航制导与控制、控制理论与控制工程、机械电子工程、检测技术与自动化装置、模式识别与智能系统5个二级学科为全国重点学科。 学院设有自动化大类本科专业，为国防重点专业，其口径宽、航空航天特色突出、学科资源优势明显，在自动控制、信息技术与电气工程领域为国家培养高级工程技术人才和管理人才。学生入学后自主选择自动化（自动控制与信息技术）和电气工程及其自动化两个专业进行专业培养。其中，自动化专业，以电为主、机电结合，适应数字化、信息化、综合化、网络化和智能化的发展趋势，以自动控制和计算机信息获取、信息处理与仿真为基础进行专业教育。该专业于2008年被再次评定为国防重点专业；电气工程及其自动化专业，根据电能的产生、传输、变换、检测与控制技术的发展，以电子技术、信息技术和