北航飞行器设计与应用力学系.doc

北航智能飞行器1、概况北航智能飞行器技术系是北航跨院系的全国双一流学科——航空宇航科学与技术的重要组成部分。

现设有空间飞行器设计、运载火箭与导弹设计等专业方向，每年招收本科生近百人、全日制硕士和博士研究生约70名，并进行着相当规模的外国留学生和在职工程硕士的培养，是学院本科、研究生招生规模最大的系。

多年来该系为航天部门输送了大量人才，其中许多人在自己的岗位上作出了突出贡献。

本专业自身师资力量雄厚，有教授13名，全部具有博士学位，多名教授作为技术专家直接参与国家航天发展的规划；该系生源质量特别好，在国内同类专业中位列前茅。

目前主要研究方向包括航天飞行器新概念，优化设计方法，飞行动力学，航天飞行器制导、导航与控制，结构与机构动力学和控制，导弹武器系统，深空探测及热控技术等领域，承担着大量包括国家自然科学基金和国家航天高新技术在内的科研项目。

在优化设计理论与算法、空间智能结构技术和卫星编队飞行等方面取得重要突破。

2、历史沿革1958年北航成立了我国首个火箭系，其中导弹设计教研室就是其重要的组成部分，也是当时全国唯一的导弹设计专业。

由于行业归并的原因，1973年火箭系解散，导弹设计教研室划归原飞行器设计与应用力学系（5系、。

1988年北航在原火箭系基础上成立宇航学院，其中新建了空间飞行器设计教研室，2年后又将原5系的导弹设计教研室并入宇航学院，并成立了运载火箭教研室，由此与当时国家的学科专业目录“空间飞行器设计”和“导弹与运载火箭设计”相对应，其中我院“空间飞行器设计”专业1997年获批成为博士点（全国高校中此专业仅2个、。

2001年，根据国家专业目录合并的发展趋势，宇航学院合并原“空间飞行器设计”、“运载火箭设计”和“导弹设计”3个教研室，成立了目前的航天飞行器技术系。

3、学科建设航天飞行器技术系的学科-飞行器设计，隶属北航跨院系的全国双一流重点学科——航空宇航科学与技术。

该学科在最近一次全国学科评估中不仅在同一学科中名列前茅，而且也列航空宇航科学与技术一级学科（下设飞行器设计，航空宇航推进理论与工程，航空宇航制造工程及人机与环境工程4个二级学科、前茅。

飞行器结构的力学分析与优化设计随着人类对于空中探索和任务需求的迅速增长，飞行器已经成为了一种不可或缺的交通工具。

在这一背景下，如何确保飞行器的稳定性和安全性成为了一个永不停歇的研究课题。

而飞行器结构的力学分析与优化设计，就是确保飞行器稳定性和安全的核心基础。

一、结构优化的意义对于一架飞行器来说，其结构的稳定性和可靠性是非常重要的。

因为任何一点小的失误，都可能导致极其严重的后果。

通过结构优化，可以最大程度地提高飞行器的性能，诸如飞行速度，飞行高度，稳定性等方面的表现都可以更为优秀的展现出来。

二、结构分析的过程在进行飞行器结构分析之前，需要根据不同的需求和目的，确定飞行器的结构类型。

飞行器主要分为固定翼和旋翼两种，因此结构分析的过程会根据不同的类型发生变化。

对于固定翼飞行器，其结构的主要组成部分有以下几个：机身、主翼、水平尾翼、垂直尾翼、发动机，以及舵面等组件。

在进行结构分析时，需要考虑以下几个方面：1. 弹性形变在进行弹性形变的分析时，需要考虑飞行器的材质特性，以及其收到的载荷。

在这一过程中，需要使用特定的材料模型和相关的贡献分析来解决问题。

2. 强度计算在进行飞行器结构的强度计算时，需要综合运用各种材料特性和载荷情形。

一般来说，将计算中考虑到细微运动所产生的载荷，并加以统计。

3. 稳定性计算对于飞行器而言，其稳定性是非常重要的。

通过对飞行器的结构进行稳定性分析，可以找到设计中的问题，并且给出相应的优化方案。

三、结构优化的方法在进行结构优化时，需要考虑以下几个方面：1. 材料选择不同的材料有其优缺点，因此在进行结构设计时需要选择最适宜的材料。

一般来说，在飞行器材料的选择上，需要兼顾同等强度的情况下的重量和成本。

2. 压力分析在设计期间，需要进行模拟分析以及试验验证来确定飞行器在实际应用中的承载能力。

3. 流体力学分析加入流体力学分析，可以从流体力学角度来优化飞行器的空气动力特性，从而提高其飞行表现。

简单介绍一下北航航空飞行器设计专业发信站: 水木社区(Fri Jun 12 18:03:07 2009), 站内北航航空学院、系统工程系、宇航学院均有飞行设计专业。

有所区别下面仅就我了解的航空学院飞行器设计专业作简要介绍，仅供参考，尽量简明扼要有不对的地方，欢迎指出<1. 航空学院>全称“航空科学与工程学院”，前身是“飞行器设计与应用力学系”，简称“五系”2003年5月，五系正式成立为航空科学与工程学院，下设几个系别┌─────────┐│航空科学与工程学院│└────┬────┘┌───┬───┬─┴─┬───┬───┐┌┴┐┌┴┐┌┴┐┌┴┐┌┴┐┌┴┐│飞││流││固││人││飞││动││机││体││体││机││行││力││系││所││所││环││力││学│└─┘└─┘└─┘│境││学││与│└─┘└─┘│控││制│└─┘说明：有些系别用的是简称飞行力学专业已划归到北航“交通学院”，但仍有部分老师在五系带学生动力学与控制专业原属北航“理学院”，理学院拆分重组，该专业划归五系目前，航空学院的传统专业主要挂靠在：飞机系、流体所、固体所、人机环<2. 专业划分>学院涉及的一级学科力学、航空宇航科学与技术、动力工程及工程热物理学院涉及的二级学科流体力学（国家重点学科）、固体力学（国家重点学科）工程力学（国家重点学科）、飞行器设计（国家重点学科）人机与环境工程（国家重点学科）、制冷与低温工程本科专业飞行器设计与工程、飞行器环境控制与生命保障工程、工程力学注：上面三个本科专业，前两年都在一起上课，所修的基础课也基本一样在第三年才涉及专业方向选择，到时候还有选择的机会所以，对于高考填报志愿来说，这三个专业本科阶段没有本质区别<3. 本科的飞设专业>飞行器设计专业，以力学背景为基础，并接受航空方面的专业基础知识培养重要的课程：高等数学、线性代数、工程数学等- 数学基础材料力学、理论力学、空气动力学、结构力学、振动学基础等- 力学基础飞行动力学、飞行器结构设计、总体设计等- 专业基础航空航天概论、航空实践课程- 科普当然，课程远不止这些，上述只是跟飞设专业相关的一些基础课大三暑假有下厂实习的环节；大三、大四有课设和实践环节，比如设计制作小飞机等学校有冯如杯科技竞赛，有些项目是老师出题目，招本科学生来做也算是一个本科阶段接触科技实践的机会<4. 本科毕业去向>读研。

北航宇航学院飞行器设计专业考研经验我是2013年报考的北航宇航学院的飞行器设计专业，专业课考的951力学基础。

考研是个系统工程，不仅需要勤奋的学习，同时也要注重学习方法和信息搜集等方面。

本人经过两次考研，深感考研的艰辛，特将一些经验和教训与大家分享。

考研首先就是要选学校，选择学校和专业很关键，因为你要根据学校准备考试。

一定要量力而行，要充分考虑各方面的因素，包括你的本科院校、大学平时的成绩、个人的学习习惯、目标院校的往年招生情况以及考试难度。

切忌头脑发热一味的高标准，如果最后没考上吃亏的还是自己。

一旦确定目标院校就要着手准备，搜集目标院校目标专业的考试信息，准备好所需要的资料和参考书，准备好以后就安心复习吧。

如果大学的成绩并不理想但是想考研的话，最好就报一个辅导班，经过二战的我选择了启道考研辅导班。

首先说一下政治，政治真的不用很早准备，个人感觉八月份开始就可以，八月份会出考研政治大纲解析，也就是大家说的“红宝书”。

如果时间充裕的话可以把红宝书过两遍。

如果时间较紧的话可以看“风中劲草”，里面全是总结的知识点，选择题考的知识点都在上面能找到，“风中劲草”看的好的话，考研政治选择题应该没问题。

考研政治复习也不能只看书，看完一章的内容，要适当的找些题做。

政治简答题要适当的背一些，平时也要注重积累，休息的时候看看新闻或报刊，本人当时背的启航二十天二十题，涵盖的知识点还是很全的，考前可以看看网上的各大考研机构的押题，但是不要全相信，因为今年的情况是考的简答题基本上都是非热门的问题，这也提供了一个信号，那就是以后的考试可能在反押题上会更厉害。

这就需要我们复习时更全面扎实一些。

再一个就是简答题言之成理即可或者说要答到点子上去，拿到题先看看题目和问题，想一想用哪方面的知识回答。

事实上，在考试的时候基本上就是想到什么就答上去，感觉什么沾边都写上去，认真写的话简答题得三十多分还是很有戏的。

总的来说，政治要考到七十多分还是很有可能的。

航空科学与工程学院《飞行力学实验班》课程实验飞机典型模态特性仿真实验报告学生姓名:姜南学号:11051136专业方向:飞行器设计与工程指导教师:王维军(2014年 6 月29日一、实验目的飞机运动模态是比较抽象的概念, 是课程教学中的重点和难点。

本实验针对这一问题,采用计算机动态仿真和在人-机飞行仿真实验平台上的驾驶员在环仿真实验,让学生身临其境地体会飞机响应与模态特性的关系,加深对飞机运动模态特性的理解。

二、实验内容1.纵向摸态特性实验计算某机在某状态下的短周期运动、长周期运动的模态参数;进行时域的非实时或实时仿真实验,操纵升降舵激发长、短周期运动模态,并由结果曲线分析比较模态参数;放宽飞机静稳定性,观察典型操纵响应曲线,并通过驾驶员在环实时仿真体验飞机的模态特性变化。

2.横航向模态特性实验计算某机在某状态下的滚转、荷兰滚、螺旋模态参数;进行时域仿真计算,操纵副翼或方向舵,激发滚转、荷兰滚等运动模态,并由结果曲线分析比较模态参数。

三、各典型模态理论计算方法及模态参数结果表1 纵向模态纵向小扰动运动方程00001000ep ep ep u w e u w q pu w q X X u u X X g Z Z w w Z Z Z q q M M M M M δδδδδδδδθθ⎡⎤∆∆⎡⎤⎡⎤-⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆∆⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦A =[ Xu X ̅w Z uZ w 0−g Z q 0M ̅u M ̅w 0Mq 010]=[−0.01999980.0159027−0.0426897−0.04034850−32.2869.6279 0−0.00005547−0.001893500−0.54005010] A 的特征值方程|λ+0.0199998−0.01590270.0426897λ+0.0403485032.2−869.627900.000055470.001893500λ+0.540050−1λ|=0 特征根λ1,2=−0.290657205979137±1.25842158268078iλ3,4=−0.00954194402086311±0.0377636398212079i半衰期t 1/2由公式t 1/2=−ln2λ求得,分别为t 1/2,1=2.38475828674173s t 1/2,3=72.6421344585972s振荡频率ω分别为ω1=1.25842158268078rad/s ω3=0.0377636398212079rad/s周期T 由公式T =2πω求得,分别为T 1=4.99290968436404s T 3=166.381877830828s半衰期内振荡次数N 1/2由公式N 1/2=t 1/2T求得,分别为N 1/2,1=0.436598837599716周 N 1/2,3=0.477628965372620周模态参数结果表如下:特征根t 1/2/sω/(rad/s T /s N 1/2/周模态命名−0.2907±1.2584i 2.38481.25844.99290.4366短周期模态−0.0095±0.0378i 72.6421 0.0378166.3819 0.4776长周期模态2 横航向模态横侧小扰动方程为0001000a r ar a r v p r av p r r v p r Y Y v v Y Y Y g p L L p L L L r r N N N N Nδδδδδδδδφφ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦A =[ YvY ̅p L ̅v L ̅p Yr g L ̅r 0N ̅v N ̅p 01N ̅r 000]=[−0.06059630−0.0015153−0.4602834−87132.20.28001300.00111489−0.020782201−0.140994000] A 的特征值方程|λ+0.060596300.0015153λ+0.4602834871−32.2−0.2800130−0.001114890.02078220−1λ+0.1409940 0λ|=0 特征根λ1=−0.529224752834596 λ2=0.00594271142566856λ3,4=−0.0692958292955363±1.00201868823874i半衰期t 1/2由公式t 1/2=−ln2λ求得,分别为t 1/2,1=1.30974066660216s t 1/2,2=−116.638202818668st 1/2,3=10.0027258149084sλ1和λ2对应的运动不存在振荡,没有振荡频率、周期和半衰期内振荡次数。

北航,飞行器设计与工程,培养计划：飞行器北航培养计划工程北航飞行器与动力工程北航研究生院北航飞行器动力去向篇一：北航飞行器设计考研：学习计划北航飞行器设计考研：学习计划第一阶段：基础复习阶段(开始复习—6月)1)学习目标目标1：通读该专业阶段的核心课程：《自动控制原理》《静力学》的相关知识框架或者《理论力学》《材料力学I》、《材料力学II》的知识目标2：掌握专业技能、培养兴趣爱好，基本了解改专业的知识框架和理念，为下一阶段的复习夯实基础;平时每周一份南方周末了解社会热点和动向，学会运用所学知识分析社会问题。

2)学习任务①泛读教材分析这两门核心课程，建构力学基础的理论框架。

②学习每本教材，需在结合自己的理解绘制知识理论框架图构，建知识体系。

③学生遇到不理解的问题及时记录，上报教务老师，并与教务教师沟通请教。

④扩展知识面所需书籍3)复习进度安排由于自动控制原理或者力学方面的知识涵盖的内容很广。

以力学基础为例，相对而言，理论力学较抽象、重理解，材料力学内容更细、也更具体和繁杂，所以该计划是根据数学一进行制定的。

一般而言，可以先复习理论力学，注重理解，材料力学因要点较多，复习太早知识点又容易忘记，故安排如下：《理论力学》或《自动控制原理》：4月5日-5月31日《材料力学》或《静力学》：6月1日-7月31日这段时间主要是熟悉参考教材，结合专业课考纲，把握重难点，力争将每一个考点都过一遍。

这是第一遍，不求将每一个点都弄懂弄透。

争取能把握教材的知识脉络和整体结构。

注重重要的物理公式的推导，适用条件等。

第二阶段：强化提高阶段(7月—9月)1)学习目标：2)学习任务：3)详细备考方案一、阶段目标：对指定参考书进行深入复习，加强知识点的前后联系，建立整体框架结构。

分清、整理、掌握重难点，完成参考书配有的习题训练。

做历年真题，弄清考试形式、题型设置和难易程度等内容，整理真题答案。

[page]二、注意事项1. 将参考书中的概念、原理要注意理解记忆,书中的例题要做一遍。

航空器设计中的飞行力学与控制研究航空器设计中的飞行力学与控制研究是航空工程领域的重要组成部分。

飞行力学与控制研究旨在研究飞行器在各种飞行状态下的力学特性，以及如何利用控制系统实现良好的飞行性能和稳定性。

本文将研究航空器设计中的飞行力学与控制，重点介绍飞行力学的基本原理和常用的控制方法。

1. 飞行力学的基本原理飞行力学是研究航空器在空气中受到的各种力和力矩的学科。

在航空器设计中，了解飞行力学的基本原理对实现良好的飞行性能至关重要。

飞行力学主要包括空气动力学、飞行动力学和稳定性分析。

1.1 空气动力学空气动力学是研究航空器在空气中受到的气动力和气动力矩的学科。

它与空气流动的物理过程有关，包括气动力的产生、分析和控制。

空气动力学的研究需要了解机翼、机身、尾翼等部件在不同飞行状态下的气动力特性。

通过分析气动力系数、升力和阻力等参数，可以评估飞行器的飞行性能，并为飞行器的控制系统提供基础数据。

1.2 飞行动力学飞行动力学是研究航空器在飞行过程中受到的动力学力和动力学力矩的学科。

它与航空器的运动学和动力学特性有关，包括航迹控制、俯仰姿态和横滚姿态控制等。

飞行动力学研究的重点在于分析和控制飞行器的姿态和运动状态。

通过研究飞行器的动力学方程和运动学方程，可以设计出满足飞行任务要求的控制系统，并实现良好的飞行性能。

1.3 稳定性分析稳定性分析是研究航空器在不同飞行状态下的稳定性能力的学科。

稳定性分析旨在评估飞行器在飞行过程中的稳定性和操控性。

稳定性分析需要考虑飞行器的静态稳定性和动态稳定性。

静态稳定性关注飞行器在平衡状态下的稳定性特性，动态稳定性则关注飞行器在受到扰动后的回复特性。

2. 控制方法的研究在航空器设计中，控制方法的研究是实现良好飞行性能和稳定性的关键。

常用的控制方法包括PID控制器、模糊控制、自适应控制和优化控制等。

2.1 PID控制器PID控制器是一种常用的经典控制方法，它通过比较目标值和实际值的差异，通过调整比例、积分和微分参数来实现控制器的输出。

北航飞力实验课实验报告051770099研究生课程试卷2021－2021学年第一学期期末《飞行力学实验I》飞行原理实验报告考试时间2021年11月1日姓名：苏雨学号：ZY1805316专业：飞行器设计指导教师：王维军北京航空航天大学航空科学与工程学院2021年11月1飞机失速尾旋现象研究第一章：失速尾旋现象介绍在我从事航模生涯这些年以来，有一种十分危险的飞行现象，导致了我多架模型飞机坠毁。

这就是在飞行中有时会出现飞机突然失去控制，一边下坠，一边偏侧翻转，操纵无效直到坠地。

经查阅资料，了解到这种飞行现象称为失速尾旋。

失速：失速是当机翼攻角（迎角）增大到一定的程度（临界迎角）后，机翼上表面气流分离，导致升力减小所发生的现象。

飞机将低头下沉，直至获得足够升力飞行。

在高度低时发生失速是危险的，高度足够高时，可以练习失速的改出，改出失速的基本操作是迅速推杆到底采用俯冲姿态，等速度大于等于1.3倍失速速度时，缓慢向后拉杆改出至平飞。

尾旋（螺旋）：当一侧机翼先于另一侧机翼失速时，飞机会朝先失速的一侧机翼方向沿飞机的纵轴旋转，称为螺旋或尾旋。

发生螺旋式非常危险的事情，有些飞机在设计制造时是禁止飞机进入螺旋的，这样的飞机进入螺旋姿态后，很难改出。

可以改出的飞机改出尾旋的基本方法是推杆到底，并向相反方向拉杆，如果发动机以高速运转，必须立即收油门到慢车，向螺旋相反方向蹬满舵，螺旋停止后，使用失速改平的方法。

成功的关键是飞行员的技术和飞机的性能。

全世界每年飞机事故中因失速发生的占事故总数约30%～40%，如果飞行员认知不清、处置不及时准确，飞机很可能在极短时间内进入失速尾旋，若在低空小高度时飞机进入失速尾旋处置不当，很可能会造成机毁人亡的等级事故，研究失速与尾旋的预防措施与改出方法，对考核飞机边界飞行的操控性、安全性，挖掘飞机的机动性能以及保证战斗生存率与飞行安全意义重大。

第二章：失速尾旋现象原理分析12.1失速现象原理分析飞机在飞行时，机翼翼型中心与气流来流方向的夹角为迎角，当迎角增加到抖振迎角时，机翼上气流开始分离，机翼开始出现了抖振，此时机翼升力系数还在上升，当迎角增加到临界迎角时，机翼表面气流分离出现了严重分离，飞机升力系数急剧下降，可见失速根源是由于机翼表面气流分离造成，失速也包括平尾、鸭翼等控制翼面的气流分离，导致机翼和飞机其它控制翼面失去部分或全部效能,在失速过程中如果飞机升力支撑不了飞机重量，飞机就会掉高度（图1、图2），临界迎角表征着飞机抗失速能力，飞机临界迎角越大，飞机抗失速能力越大，其中一代、二代战机临界迎角约为10°～25°、三代战机约为25°～50°、四代战机约为50°～70°,飞行中仰角，其中θ为俯仰角、φ为偏航角、γ为滚转 2角（下同）。