飞行器总体设计
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航空飞行理论知识点总结航空飞行理论知识点总结导论航空飞行理论是研究飞机飞行的基本原理和技术规律的学科,对于飞行员和航空工程师来说,掌握航空飞行理论知识十分重要。
本文将对航空飞行理论的各个知识点进行总结,包括空气动力学、飞行力学、飞行控制以及飞行器设计等方面的内容。
一、空气动力学1. 空气动力学基础知识空气动力学是研究空气对物体运动的力学规律的学科。
其中包括气动力、气动力矩的计算以及空气流动的特性等。
2. 静力学和动力学静力学研究物体在不发生运动时的平衡和稳定性,而动力学研究物体在发生运动时的运动规律和机构。
3. 空气动力学参数空气动力学参数包括气动力、气动力矩、气动力系数等,他们是描述物体在空气作用下所受力的重要指标。
4. 尺度效应尺度效应是指在不同尺寸的模型和实际飞机之间存在的差异。
了解尺度效应对于飞行器的设计和测试具有重要意义。
二、飞行力学1. 飞行动力学飞行动力学研究在不同飞行状态下飞机的力学行为,包括起飞、爬升、巡航、下降和着陆等各个阶段。
2. 稳定性与操纵性稳定性是指飞机在受到扰动后自动返回原始状态的能力,而操纵性是指飞机在操纵员操作下的灵活性和可控性能。
3. 飞行方程飞行方程是描述飞机在不同飞行状态下运动规律的方程,包括运动方程、气动力平衡方程和质量平衡方程等。
4. 外部干扰与驾驶负荷外部干扰包括风、气流和重力等对飞机造成的扰动,而驾驶负荷则是指操纵员在不同飞行状态下所需要的操作负荷。
三、飞行控制1. 飞行控制概述飞行控制是指通过操纵飞机各个控制面来改变飞机的运动状态,使其按照飞行员的意图实现飞行任务。
2. 飞行稳定性辅助系统飞行稳定性辅助系统是指通过计算机和传感器等设备来监测和控制飞机的姿态和稳定性的系统,如自动驾驶仪和导航系统等。
3. 飞行操纵系统飞行操纵系统由飞机上的各种操作机构和操纵面组成,通过操纵杆、脚蹬和配平机构等来操纵飞机的姿态和运动。
4. 飞行控制律设计飞行控制律设计是根据飞机的动力学和控制要求,设计出适用于不同飞行阶段的控制系统来保证飞行的安全和稳定性。
安卓手机遥控电动A4纸折微型飞行器总体设计文章设计的微型飞行器是在A4纸折出的纸飞机基础上,按照固定翼飞行器飞行原理,搭载飞行控制机构进行飞行的。
此飞行控制机构是以STM8微控制器为核心控制单元,614微型马达保障飞行动力,电磁舵机实现方向控制。
为了使A4纸折飞行器正常飞行,采用了最优化各个模块的方法。
通过设計制作机械结构和对上位机以及下位机的编程,做了使用安卓手机控制飞行的实验,实验结果验证和确定了总体设计方案的可行性。
标签:A4纸;微型飞机器;安卓手机;总体设计;关键结构;飞行实验1 概述1.1 微型飞行器简介微型飞行器(MA V:Micro Air Vehicle)是一种新兴的航空器,被称为未来战场上重要侦察和攻击武器。
固定翼微型飞行器是微型飞行器中最常见的一类MA V,机体使用A4纸折出的飞机,搭载设计出来的飞行控制机构,不仅极具创新,而且飞行控制机构可拆卸,达到反复利用的目的。
1.2 文章的研究内容文章主要从A4纸飞机飞行的理论基础及A4纸飞机机翼特殊处理方法,关键结构的机械设计,电气设计,程序设计四个方面对A4纸折微型飞行器作了总体设计。
2 A4纸飞机飞行的理论基础及A4纸飞机机翼特殊处理方法2.1 A4纸飞机飞行的理论基础普通固定翼飞机侧剖面的上缘向上拱起,下缘基本平直。
气流吹过机翼上下表面同时到达后端,由于上缘弧度大,弧长较长,所以经过上缘的气流速度比经过下缘的速度快。
按照伯努利方程:同样是流过某个表面的流体,速度快的对这个表面产生的压强要小。
因此可以得出机翼上表面受到的压强小于下表面受到的压强,这样一来就产生了升力。
由于A4纸飞机的速度较小,暂不考虑低雷诺数。
2.2 机翼特殊处理将上述普通固定翼飞机的飞行原理应用于此飞行器:用剪刀将A4纸折出来的纸飞机机翼后部剪成两段向上翘起的结构,此时给纸飞机一个向前的推力,纸飞机便有升空的趋向。
3 微型飞行器关键结构的机械设计3.1 支架根据A4纸折飞机的结构,设计了固定支架,前端搭载电路板及微型电池,后端安装电磁舵,微型马达及螺旋桨,将此支架夹在A4纸折飞机的前端。
航空航天行业飞行器设计和制造方案第1章飞行器设计概述 (3)1.1 飞行器类型及用途 (3)1.2 设计原则与要求 (4)1.3 设计流程与规范 (4)第2章飞行器气动布局设计 (5)2.1 气动布局类型 (5)2.1.1 传统气动布局 (5)2.1.2 非传统气动布局 (5)2.1.3 新型气动布局 (5)2.2 气动特性分析 (5)2.2.1 升力特性 (5)2.2.2 阻力特性 (6)2.2.3 气动热特性 (6)2.2.4 气动稳定性 (6)2.3 气动优化设计 (6)2.3.1 翼型优化 (6)2.3.2 展弦比和后掠角优化 (6)2.3.3 流场调控技术 (6)2.3.4 多学科优化设计 (6)第3章结构设计与分析 (7)3.1 结构材料选择 (7)3.1.1 材料选用原则 (7)3.1.2 具体材料类型 (7)3.2 结构布局设计 (7)3.2.1 结构布局设计原则 (7)3.2.2 结构布局设计方法 (7)3.3 结构强度与刚度分析 (7)3.3.1 结构强度分析 (8)3.3.2 结构刚度分析 (8)3.4 结构优化设计 (8)3.4.1 优化设计方法 (8)3.4.2 优化设计步骤 (8)第4章动力系统设计 (8)4.1 发动机选型及功能分析 (8)4.1.1 发动机类型选择 (8)4.1.2 发动机功能参数分析 (9)4.2 燃油系统设计 (9)4.2.1 燃油系统组成 (9)4.2.2 燃油系统设计要点 (9)4.3 推进系统设计 (9)4.3.1 推进系统组成 (9)4.3.2 推进系统设计要点 (9)第5章飞行控制系统设计 (9)5.1 飞行控制原理 (10)5.1.1 飞行器动力学模型 (10)5.1.2 控制系统数学描述 (10)5.1.3 飞行控制基本目标 (10)5.2 飞行控制系统架构 (10)5.2.1 集中式架构 (10)5.2.2 分布式架构 (10)5.2.3 混合式架构 (10)5.3 飞行控制律设计 (10)5.3.1 PID控制 (11)5.3.2 自适应控制 (11)5.3.3 鲁棒控制 (11)5.4 飞行仿真与验证 (11)5.4.1 仿真实验设置 (11)5.4.2 仿真结果分析 (11)5.4.3 实际飞行验证 (11)第6章导航与制导系统设计 (11)6.1 导航系统原理 (11)6.1.1 惯性导航系统(INS) (11)6.1.2 卫星导航系统(GNSS) (12)6.1.3 无线电导航系统 (12)6.2 导航系统架构与选型 (12)6.2.1 导航系统架构 (12)6.2.2 导航系统选型 (12)6.3 制导系统设计 (12)6.3.1 制导系统原理 (12)6.3.2 制导系统设计方法 (13)6.3.3 制导系统功能指标 (13)6.4 导航与制导算法实现 (13)6.4.1 惯性导航算法 (13)6.4.2 卫星导航算法 (13)6.4.3 组合导航算法 (13)6.4.4 制导控制算法 (13)第7章航电系统设计 (13)7.1 航电系统概述 (13)7.2 航电系统架构设计 (14)7.3 航电设备选型与集成 (14)7.4 数据融合与处理技术 (14)第8章飞行器制造与装配 (15)8.1 制造工艺选择 (15)8.1.1 金属切削加工 (15)8.1.2 铸造和锻造 (15)8.1.3 粉末冶金和增材制造 (15)8.1.4 复合材料加工 (15)8.2 零部件加工与检测 (15)8.2.1 零部件加工 (15)8.2.2 零部件检测 (15)8.3 装配工艺与质量控制 (15)8.3.1 装配工艺 (16)8.3.2 质量控制 (16)8.4 数字化制造与智能制造 (16)8.4.1 数字化制造 (16)8.4.2 智能制造 (16)第9章飞行器试验与测试 (16)9.1 飞行试验概述 (16)9.2 地面试验与调试 (16)9.2.1 结构强度试验 (16)9.2.2 动力系统试验 (16)9.2.3 控制系统调试 (17)9.2.4 导航与通信系统试验 (17)9.3 飞行试验科目与实施 (17)9.3.1 飞行功能试验 (17)9.3.2 飞行品质试验 (17)9.3.3 稳定性试验 (17)9.3.4 安全性试验 (17)9.4 测试数据分析与处理 (17)9.4.1 数据采集与处理 (17)9.4.2 数据分析方法 (17)9.4.3 数据评估与报告 (17)9.4.4 问题诊断与解决方案 (17)第10章飞行器安全性与可靠性 (17)10.1 安全性与可靠性概述 (18)10.2 飞行器故障模式与影响分析 (18)10.3 安全性与可靠性评估方法 (18)10.4 提高安全性与可靠性的措施与创新实践 (18)第1章飞行器设计概述1.1 飞行器类型及用途航空航天行业中的飞行器主要包括以下几类:固定翼飞机、旋翼飞机、垂直起降飞机、无人机、载人飞船、探测器等。
碟形飞行器设计一、设计思路飞机设计思想来源于天上的鸟,升力则主要源于类似于翅膀的机翼。
本文尝试设计一种飞行器,它的整体都会产生升力,经过比较选择较为简单的“飞碟”形进行设计。
结合科幻电影中画面,采用圆盘式结构有以下几个优势:(1)外形紧凑,各方向中心轴对称受力均匀,可实现任意方向转弯;(2)采用垂直起降方式,可任意对称分布多个发动机,可空悬停;(3)侧面投影面积小,侧面雷达反射面积基本可以做到无反射状态,非常适合空战。
因为这几个优势并使设计更为简单,采用多个发动机作为动力来源,飞机底部一个发动机产生升力来实现垂直起降,尾部一个发动机产生推力,且尾部发动机可在一定范围内进行旋转,即可以改变推力的方向,从而控制飞行姿态。
通过直接改变推力来改变飞行器运动方向,使对飞行器的操纵更为简便,并可提高飞行器的灵活性。
本文先从外观、材料、飞行姿态、控制等方面设计一个简单的飞碟形飞行器,在实现基本功能后分析其性能及优缺点,进而提出一些观点对飞行器进行优化和完善。
二、整体外观设计整个飞行器采用对称结构,底部为一圆形平面,上表面为一弧面。
底部尾部各一个发动机,飞碟尾部增加一个类似飞机垂尾的部分,来保证偏航与滚转的稳定。
其大致结构如图1所示。
图1.侧视图与仰视图三、飞行器材料选择(1)大型飞机材料的选择必须满足飞机的总体技术要求及其相关的具体设计要求。
由于飞行器动力有限,希望采用的材料可以大幅度减轻机体结构重量、改善气动弹性,提高飞行器的综合性能。
另外由于飞行器外形的原因,要选用可塑性强的材料。
(2)飞机的发动机部分应选取耐高温材料。
(3)由于所设计飞行器具有灵活性高、可操纵性强的特点,若考虑进入军用,则选取材料应具有高强度的特点。
也可考虑在飞行器上应用隐形材料。
综上,铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能,是飞行器上的常用材料,可以用做机身材料;陶瓷材料具有结构致密、表面平整光洁、耐酸性能良好等特点,可利用陶瓷材料的耐高温性能制造飞机喷气处绝热装置。
四旋翼飞行器的设计查重98%四旋翼微型飞行器是一种以4个电机作为动力装置.通过调节电机转速来控制飞行的欠驱动系统;为了实现四旋翼微型飞行器的自主飞行控制,对飞行控制系统进行了初步设计,并且以C8051F020单片机为计算控制单元,给出了飞行控制系统的硬件设计,研究了设计中的关键技术;由于采用贴片封装和低功耗的元器件,使飞行器具有重量轻、体积小、功耗低的优点;经过多次室内试验,该硬件设计性能可靠,能满足飞行器起飞、悬停、降落等飞行模态的控制要求.一.微小型四旋翼飞行器的发展前景根据微小型四旋翼飞行器发展现状和相关高新技术发展趋势,预计它将有以下发展前景。
1 )随着相关研究进一步深入,预计在不久的将来小型四旋翼飞行器技术会逐步走向成熟与实用。
任务规划、飞行控制、无 G P S 导航、视觉和通信等子系统将进一步健全和完善,使其具有自主起降和全天候抗干扰稳定飞行能力。
它未来的主要技术指标:任务半径 5 k m,飞行高度 1 0 0 m,续航时间 1 h ,有效载荷约 5 0 0 g ,完全能够填补目前国际上在该范围内侦察手段的空白。
2 )未来的微型四旋翼飞行器将完全能够达到美国国防预研局对 M A V基本技术指标的要求。
随着低雷诺数空气动力学研究的深入,以及纳米和 M E MS 技术的发展,四旋翼 M A V必然取得理论和工程上的突破。
它将是一种有 4个旋翼的可飞行传感器芯片,是一个集成多个子系统 ( 导航与控制、动力与能源、任务与通信等子系统) 的高度复杂ME M S系统;不但能够在空中悬停和向任意方向机动飞行,还能飞临、绕过甚至是穿过目标物体。
此外,它还将拥有良好的隐身功能和信息传输能力。
3 )微小型四旋翼飞行器的编队飞行与作战应在未来的战争中,微小型四旋翼飞行器的任务之一将是对敌方进行电子干扰并攻击其核心目标。
单个微小型飞行器的有效载荷量毕竟有限,难以有效地完成任务,而编队飞行与作战不仅可以极大地提高有效载荷量,还能够增强其突防能力。
航空航天与飞行器设计作业指导书第一章绪论 (2)1.1 航空航天与飞行器设计概述 (2)1.2 飞行器设计的基本原则 (2)第二章飞行器气动设计 (3)2.1 气动布局设计 (3)2.2 气动特性分析 (3)2.3 气动优化设计 (4)第三章飞行器结构设计 (4)3.1 结构设计原则 (4)3.2 结构材料选择 (5)3.3 结构强度分析 (5)第四章飞行器动力系统设计 (5)4.1 动力系统选型 (6)4.2 动力系统布局 (6)4.3 动力系统功能分析 (6)第五章飞行器控制系统设计 (7)5.1 控制系统概述 (7)5.2 控制策略设计 (7)5.3 控制系统功能分析 (7)第六章飞行器导航与制导系统设计 (8)6.1 导航与制导系统概述 (8)6.1.1 基本概念 (8)6.1.2 分类 (8)6.1.3 发展趋势 (9)6.2 导航系统设计 (9)6.2.1 导航系统设计原则 (9)6.2.2 导航系统设计内容 (9)6.3 制导系统设计 (10)6.3.1 制导系统设计原则 (10)6.3.2 制导系统设计内容 (10)第七章飞行器电子信息系统设计 (10)7.1 电子信息系统概述 (10)7.2 电子信息系统设计 (11)7.3 电子信息系统功能分析 (11)第八章飞行器安全与可靠性设计 (12)8.1 安全与可靠性设计原则 (12)8.2 安全性与可靠性分析方法 (12)8.3 安全性与可靠性评估 (13)第九章飞行器功能分析 (13)9.1 飞行器功能指标 (13)9.2 飞行器功能分析 (14)9.3 飞行器功能优化 (14)第十章飞行器设计实践与案例分析 (15)10.1 飞行器设计实践 (15)10.2 飞行器设计案例分析 (15)10.3 飞行器设计发展趋势与展望 (15)第一章绪论1.1 航空航天与飞行器设计概述航空航天事业作为国家战略科技力量的重要组成部分,关乎国家安全、经济发展和科技进步。
飞行器系统工程的设计原理飞行器系统工程是指对各种航空器的系统设计与开发,包括飞行器结构设计、动力系统设计、控制系统设计、通信系统设计、航电系统设计和载荷系统设计。
飞行器系统工程是一项复杂的工程领域,其系统设计原理是基于科学原理、技术原理和工程实践展开的,这既是一种科学性、综合性、系统性的工作,又是一种创造性、实践性、市场性的工作。
一、设计需求分析飞行器系统工程的设计首先要进行设计需求分析,根据用户的需求,明确设计目标和功能,制定技术方案和实现步骤。
为了更好地实现飞行器系统设计,需要先了解市场环境,以确保设计的产品能够满足消费者的需求,同时了解技术的进展和创新,以确保产品的市场竞争力。
二、功能分区和模块划分飞行器系统工程的设计需要将系统划分为各个功能区域,每个区域需要实现特定的功能。
例如,飞行器的机身需要实现承载功能,发动机需要提供动力支持,控制系统需要保证飞行器的稳定性和安全性,通信系统需要实现与地面控制站的信息交流,航电系统需要实现导航和监测等功能,载荷系统需要实现物品或人员的运输。
在每个功能区域中,还需要按照模块化设计思路,将功能划分为多个模块,同时还需要考虑各模块之间的兼容性和耦合度。
三、多学科融合飞行器系统工程的设计涉及多个学科领域,涵盖了机械、电子、信息、材料等多个方面。
因此,在飞行器系统的设计中需要考虑多学科的融合,以实现各模块之间的协调和整体性。
可以采用集成设计的方法,即将各功能区域的设计方案集成到一个总体设计中,并进行测试和修改。
四、可靠性和安全性考虑飞行器是机电一体化系统,其设计必须考虑到可靠性和安全性。
可靠性和安全性是设计中的重点,它们直接关系到飞行器的使用寿命和使用安全。
在设计中需要考虑各压力点和承受能力,加强设计的抗扰性和抗干扰能力,避免单点故障和全局故障的发生。
同时还要对设计进行多方位的安全评估和测试,确保设计的可行性和安全性。
五、可持续发展飞行器系统的设计需要考虑到可持续发展,减少物质资源消耗,降低环境污染。
082501飞行器设计一、专业介绍飞行器设计专业是航空宇航科学与技术的二级学科之一。
1、研究方向01 飞行器总体设计(含直升机、轻型飞机和微小型飞行器)02 飞行器结构设计及CAD03 气动弹性数字化设计与主动控制04 航空器飞行动力学与控制05 航空器飞行安全(注:各大院校的研究方向略有不同,以北京航空航天大学为例)2、培养目标培养具有坚实的现代飞行器设计方面的基础理论和系统的专门知识的优秀人才,培养具有较好数学、力学基础知识和飞行器工程基本理论及飞行器总体结构设计与强度分析、试验能力,能从事飞行器(包括航天器与运载端)总体设计、结构设计与研究、结构强度分析与试验,并有从事通用机械设计及制造的高级工程技术人员和研究人员。
3、研究生入学考试科目:①101思想政治理论②201英语一或202俄语或203日语③301数学一④931自动控制原理综合或951力学基础或952热工基础(注:以上以北京航空航天大学为例,各院校在考试科目中也有所不同)4、课程设置(以上海交通大学为例)主要课程名称:计算方法、数学物理方程、图与网络、拓扑学概论、小波方法、应用泛函分析、高等计算方法、微分方程数值方法、数理统计(I)、数理统计(II)、随机过程论(I)、随机过程论(II)、最优估计方法、最优控制方法、微分几何、非线性系统理论与方法、最优化方法(I)、最优化方法(II)、矩阵论、矩阵分析、应用近世代数、数学应用分析、自然辩证法概论、科学社会主义理论与实践、英语、专业英语、飞机总体设计、飞机结构强度设计、流体力学中的数学物理方法、空气动力学5、相近专业:飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造与工程、飞行器环境与生命保障工程、空间科学与技术等。
二、推荐院校飞行器设计专业硕士全国较强的招生单位有:西北工业大学、北京航空航天大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、北京理工大学、中国民用航空学院三、飞行器设计专业就业前景分析:我国飞行器可供开发的空间很大,许多应该用到飞行器的民用领域目前还未开发利用,在私人使用上也几乎是空白,因此,飞行器设计与工程专业的人才会是我国将来急需的人才,此专业以后的就业前景应该是不错的。
第一章—绪论1.简述飞行器结构、结构的含义与功能。
答:飞行器结构是能承受和传递载荷并且保持一定强度、刚度和尺寸稳定性的机械系统的总称;机构是使飞行器及其部件完成规定的动作或运动等特殊功能的机械组件。
结构的功能:(1).将弹上设备和部件牢牢结合在一起构成整体,并提供气动外形;(2).为装载、设备和人员(运载火箭等)提供良好的环境条件;(3).承载全寿命周期的各种载荷,并保证飞行器始终正常工作。
机构的功能:(1).连接、固定与释放功能:如分离机构;(2).运动功能:如折叠展开机构;(3).锁定功能:到位后锁紧,完成结构功能。
2.飞行器结构设计的内容与原始条件有哪些?答:飞行器结构设计是根据设计的原始条件,构思和拟定满足各项基本要求的结构方案,进行全部零、部件的设计、分析、实验,最终提供全套可供生产的图纸和相应技术文件的过程。
飞行器结构设计的内容:(1).飞行器结构布局设计:部位安排、分离面、结构形式选择、受力构件布置;(2).选择结构元件参数:在结构布局的基础上,选择并优化结构元件尺寸和材料;(3).结构细节设计:细节精心设计、开孔、连接、圆角、机械和电气接口、口盖等。
飞行器结构设计的原始条件:(1).结构设计任务的总体设计参数:外形、尺寸、质量特性、内部装载物的相关数据与安装要求等;(2).结构的工作环境及其对结构特性的要求:自然环境、力学环境(载荷大小、性质和在结构上的分布等,以及对结构特性的要求);(3).结构的协调关系以及由此产生的限制要求:外挂、发射装置;(4).飞行器结构的生产条件:产量和生产厂的加工能力、装配能力、工艺水平等。
3.飞行器结构设计的技术要求有哪些?为满足质量特性要求,可采取哪些措施?答:飞行器结构设计的技术要求有6个,如下(1).空气动力学要求—前提性要求:外形准确度要求(同轴度、垂直度、曲线误差、安装角等)、外形的表面质量要求(表面粗糙度、局部凹陷、突出物等)。
(2).结构完整性要求—强度、刚度、可靠性,本质性要求(▲▲):结构设计应保证结构在承受各种规定的载荷和环境条件下,具有足够的强度、不能产生不能容许的残余变形;具有足够的刚度、满足各项结构动力学性能要求,并达到总体规定的可靠度。