飞行器结构设计 绪论
空间飞行器总体设计
第一章—绪论1.各国独立发射首颗卫星时间。
表格 1 各国独立发射首颗卫星时间表2.航天器的分类？答：航天器按是否载人可分为无人航天器和载人航天器两大类。
其中，无人航天人按是否环绕地球运行又分为人造地球卫星和空间探测器两大类；载人航天器可以分为载人飞船、空间站和航天飞机。
3.什么是航天器设计？答：航天器设计就是要解决每一个环节的具体设计，其中主要的几个关键内容为：航天任务分析与轨道设计、航天器构形设计、服务与支持分系统的具体设计。
4.画图说明航天器系统设计的层次关系并简述各组成部分的作用。
答：图 1 航天器系统设计的层次关系图(1).有效载荷分系统：航天器上直接完成特定任务的仪器、设备和核心部分；(2).航天器结构平台：整个航天器的结构体(3).服务和支持系统：有效载荷正常工作的必要条件。
①结构分系统：提供其他系统的安装空间；满足各设备安装方位，精度要求；确保设备安全；满足刚度，强度，热防护要求，确保完整性；提供其他特定功能②电源分系统：向航天器各系统供电③测控与通信系统：对航天器进行跟踪，测轨，定位，遥控，通信；④热控系统：对内外能量管理和控制，实现航天器上废热朝外部空间的排散，满足在飞行各阶段，星船各阶段、仪器设备、舱内壁及结构所要求的温度条件；⑤姿态与轨道控制系统：姿态控制--姿态稳定，姿态机动；轨道控制--用于保持或改变航天器的运行轨道，包括轨道确定（导航）和轨道控制（制导）两方面，使航天器遵循正确的航线飞行。
、⑥推进系统：向地球静轨道转移时的近地点与远地点点火；低轨道转移时，低轨到高轨的提升与离轨再入控制；星际航行向第二宇宙速度的加速过程；在轨运行⑦数据管理系统：将航天器遥控管理等综合在微机系统中⑧环境控制与生命保障：维持密闭舱内大气环境，保证航天员生命安全5.航天器的特点及其设计的特点？答：航天器的特点有5个，(1).系统整体性；(2).系统层次性；(3).航天器经受的环境条件：运载器环境、外层空间环境、返回环境；(4).航天器的高度自动化性质；(5).航天器长寿面高可靠性。
飞行器结构强度分析与优化设计
飞行器结构强度分析与优化设计第一章绪论随着科技的发展，飞行器的种类越来越多，涵盖民用、军用、航空航天等多个领域。
而其中结构强度是关键因素之一。
过度重量和强度不足都会对安全造成威胁，因此，针对飞行器结构强度的优化设计变得至关重要。
本文将探讨飞行器结构强度的分析与优化设计。
第二章飞行器结构设计飞行器结构由机身、机翼、机尾等多个部分组成。
飞行器结构设计需要根据飞机的用途、速度、高度、起飞重量等多个因素进行综合考虑。
在设计中需要注意的有以下几点：1.保证结构强度。
飞行器在飞行过程中会受到各种因素的影响，如气动力、惯性力、温度等，因此需要保证结构强度，以避免机身出现破损或损坏的情况。
2.减轻结构重量。
飞行器的重量直接关系到其燃料性能和载重能力。
因此，在保证结构强度的前提下，需要减轻结构总重量。
3.兼顾其他设计需求。
如飞行器的飞行性能、维修保养、操纵性等方面。
第三章飞行器结构强度分析飞行器结构强度分析是通过计算机数值模拟和实验测试两种方法进行的。
通过有限元分析方法对飞行器进行结构验证，确定各个部位的最大应力和变形情况，以及材料的疲劳寿命。
同时，还需要注意以下几个关键问题：1.材料特性的确定。
不同的材料具有不同的物理力学特性，需要根据实验和数值模拟来确定材料的弹性模量、屈服强度、断裂韧度等。
2.载荷的确定。
飞行器在飞行过程中受到的各种载荷是非常复杂的，如气动负荷、加速度、颠簸力等。
需要对这些载荷进行准确的预测和计算。
3.边界条件的设定。
对于有限元分析方法，需要将结构模型放置在虚拟的边界条件中进行计算。
边界条件的设定直接关系到计算结果的准确性。
第四章飞行器结构强度优化设计飞行器结构强度的优化设计包括减轻结构重量、改进结构布局和材料选用等多方面。
这些优化设计可以通过以下方法实现：1.材料优化。
选择强度高、密度小、耐疲劳、抗腐蚀的优质材料，在保证强度的前提下减少结构总重量。
2.结构布局优化。
通过优化结构布局，如调整剖面、减小结构厚度、减少孔洞等方式，达到减少重量的目的。
飞行器结构设计的原理及应用
飞行器结构设计的原理及应用随着科技的不断发展，人类对于飞行器的需求也越来越大。
飞行器作为一种人类掌控空中的代表，被广泛应用于军事、民用、商业等众多领域。
飞行器的结构设计是其能否良好运行的关键，本文将介绍飞行器结构设计的原理和应用。
一、飞行器结构设计的原理1.材料选择在飞行器的结构设计中，材料是非常重要的一个因素。
因为飞行器要承受的负荷非常大，所以对于其结构材料的要求也非常高。
一般来说，常用的材料有铝合金、钛合金、复合材料等。
在进行材料选择时，需要考虑许多因素，如抗腐蚀性、强度、刚度、重量等等。
2.结构强度计算结构强度计算是飞行器结构设计中非常重要的一环。
在进行计算时，需要考虑到受力部位的各种负荷，并根据构件的强度、刚度等参数来进行力学分析。
同时，还需考虑材料的疲劳寿命、可靠性等因素，以保证结构的稳定性和安全性。
3.重心调整重心调整也是飞行器结构设计很重要的一环。
在设计过程中，需要通过对各个场景的实测、实验来调整机身的重心位置。
同时，还需要考虑到重心位置与机身其他参数的关系，以保证飞行器能够稳定地在空中飞行。
二、飞行器结构设计的应用1.航空器的结构设计在航空器的结构设计中，需要考虑到其强度、刚度等因素。
同时，还需要在满足这些要求的前提下，尽可能地降低机身的重量。
航空器结构设计中，应用广泛的材料包括高强度铝合金、钢、钛合金、碳纤维等。
2.宇宙飞船的结构设计宇宙飞船的结构设计也是一项非常关键的工作。
在宇宙环境中，航天器需要承受更加严酷的负荷和环境，因此其结构设计需要更加复杂。
常见的宇宙飞船材料包括钛合金、铝合金、碳纤维等。
3.无人机的结构设计随着无人机技术的快速发展，无人机也成为了一种非常重要的飞行器。
在无人机的结构设计中，需要考虑到机身重量、抗风性能、稳定性等因素。
同时，还需要进行各种负荷的计算和力学分析，以确保机身稳定，不会在空中失控。
三、结语飞行器作为人类掌控空中空间的重要代表，其结构设计对于其能否在空中良好运作至关重要。
飞行器总体设计一PPT课件
★ 形成飞机的总体布置图、三面图、结构受力 系统图
★ 进行重心定位、性能、操稳计算，结构强度 和刚度计算
★ 提出对各分系统的技术要求 ★ 最终要制造出全尺寸的样机或绘制电子样机， 进行人机接口、主要设备和通路布置的协调检查以 及使用维护检查。
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样机在经过使用部门，特别是经空、地勤人员审 查通过后，可以冻结新飞机的总体技术方案，开始 转入工程研制。
由设计/研制单位提出 由用户和设计单位共同提出
由用户提出的要求，设计/研制单位要进行分析/ 论证——战术技术要求分析/论证。
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飞机设计要求通常没有固定的格式，其基本内容
应包括以下几个方面：
(1) 飞机的类型和基本任务 (2) 飞机的有效载荷 (3) 飞机的飞行性能指标 (4) 其他方面的要求：电子对抗、隐身、使用维护性、 使用周期、研制进度/经费、使用经济性，……。有时这 些要求可能会起到决定性的作用。
下面简单讨论飞机设计要求中的战术技术要求。
在作调整试飞过程中，新飞机肯定会出现各种故 障，必要时应对飞机作局部的修改。
在定型试飞过程中还会有故障，当然比调整试飞 中出现的要少的多，而且更改大多是机内系统，涉 及飞机外形的改动极少。
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定型试飞通常需要上千个起落。试飞科目全部完 成后，由试飞鉴定部门和飞行员写出正式报告，上 报国家航空产品定型委员会批准后，方可进入小批 量生产。
飞行器总体设计
1
第1章 绪 论
1.1 飞机研制的一般过程 1.2 飞机设计要求 1.3 喷气式战斗机的发展 1.4 喷气干线运输机的发展 1.5 支线飞机、通用航空 1.6 无人飞行器 1.7 飞机总体设计的特点 1.8 飞机总体设计框架
2
1.1 飞机研制的一般过程
飞行器结构设计及优化的研究
飞行器结构设计及优化的研究第一章引言在当今社会，飞行器的应用呈现出日益广泛的趋势。
从商业航空到无人机，从卫星到火箭，飞行器在交通运输、军事防卫、科研探索等领域都发挥着重要作用。
而飞行器的结构设计和优化则成为了关键的环节，直接影响着飞行器的性能和使用效果。
本文旨在探讨飞行器结构设计及优化的相关问题，通过实践和理论研究，提出改进和优化措施，以提高飞行器的性能和可靠性。
第二章飞行器结构设计原理2.1 设计目标飞行器的结构设计的主要目标是满足安全要求，保证结构的强度和刚度，同时降低重量和减少空气阻力。
为此，需要考虑材料的选用、结构的布局和形状等方面的因素。
2.2 结构布局结构布局是指如何排列和组织飞行器的各个部件，包括机翼、机身、尾翼等。
合理的结构布局可以使飞行器减少空气阻力，提高飞行效率。
2.3 结构形状结构形状对飞行器的空气动力学性能具有重要影响。
通过优化飞行器的外形，可以减小阻力，提高升力和操纵性能。
第三章飞行器结构设计方法3.1 结构分析飞行器结构分析主要依靠数学方法和计算机模拟技术。
通过建立结构的数学模型和物理模型，可以对飞行器的受力情况进行分析，为结构设计提供依据。
3.2 结构优化结构优化的目标是最大化性能，同时满足各项约束条件。
通过控制各个设计变量，可以寻找最优的结构设计，以提高飞行器的性能。
第四章飞行器结构设计案例研究4.1 商用飞机的翼型设计商用飞机的翼型设计直接影响着飞行器的升力和阻力。
通过对翼型的参数进行优化，可以使飞行器具有更好的升力产生和减阻能力。
4.2 无人机的结构布局设计无人机的结构布局设计需要考虑飞行器的稳定性和操纵性。
通过合理的布局设计，可以使无人机具有更好的稳定性和操纵性能。
4.3 卫星的材料选择和结构形状设计卫星的材料选择和结构形状设计对其的质量和工作效率有直接影响。
通过优化材料的力学性能和结构形状的空气动力学性能，可以提高卫星的工作效率。
第五章结论与展望通过对飞行器结构设计及优化的研究，可以提高飞行器的性能和可靠性。
飞行器结构动力学_第1章_2014版 [兼容模式]
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– 第四章：连续系统
• 杆的振动 轴的振动 • 梁的振动 薄板振动
– 第五章：结构动力学建模
• 有限元模型建立（第6章） • 结构模态分析（第7章）
第1章 概 论
第1章 概 论
现代有限元分析——结果
第1章 概 论
实验手段
地面静力实验
第1章 概 论
地面振动实验（Ground Vibration Test，GVT）
• 确保边界条件 • 激励方式
第1章 概 论
• 传感器布置 • 信号处理
F-16 GVT悬吊
第1章 概 论
风洞实验——颤振
第1章 概 论
NASA兰利
第1章 概 论
结构动力学建模（2）
• 原则 – 保持原有系统的动力学特性（或近似） – 必须和观察到的实际模型尽可能相似
• 初步设计阶段可采用一定简化，详细设计阶段 尽可能细化
• 方法 – 1.集中参数描述的离散系统 – 2.分布参数描述 – 3.两种方法的混合
• 例子： – 导弹在空中飞行；飞机在空中飞行
• 量子场理论（quantum field theory，QFT）：具有很多自由度的量子一级
的问题 第1章 概 论
背景知识（续）
牛顿
• 牛顿三定律
– 奠定了经典力学基础 • 《自然哲学的数学原理》
– 对第2、3定律给出了合理的科学和数学描述 – 阐述了动量守恒和角动量守恒原理 • 万有引力定律 – 最先给出引力的科学、准确的表达式 • 牛顿运动定律和万有引力定律 – 对经典力学进行了最完整和最准确的描述 – 适用于日常物体和天体 • 发明了微积分 – 莱布尼茨发明了现在常用的求导和积分符号
飞行器结构设计绪论资料
反馈；综合性、权衡性
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1.3飞机设计方法与内容
3. 飞机制造过程 工艺设计、机械加工、部件/全机装配。
首批试制出来的新飞机即可投入全机强度、疲劳寿命 试验和试飞。
4. 飞机的试飞、定型过程 地面滑跑试验；起、降性能试验； 飞行包线中各飞行科目试飞试验；
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飞机设计方法与内容
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飞机设计方法与内容
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飞机设计方法与内容
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1.3飞机设计方法与内容
二、飞机设计过程概述
1、设计的内涵：
① 创造性的思维过程；
② 全面、综合的辨证过程（抓主要矛盾）；
③ 设计的不唯一性；
④ 设计的反复性；
⑤ 设计与科学实验
⑥ 设计的继承性；的关系。
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1.3飞机设计方法与内容
2、飞机设计的主要阶段概述(三个主要阶段) ①总体设计阶段：主要解决飞机的构形布局、 参数、重量以及性能方面的问题。 ② 飞机结构的打样设计：结构受力形式选择、受力 构件布置、开口布置、分离面及其连接形式等计。 ③ 飞机结构的详细设计（结构件连接设计、细节设 计、工程制图）。
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1.3飞机设计方法与内容
3、结构的使用条件
（1）环境条件：指气象条件或周围介质条件（温度、 湿度、腐蚀、有害介质等）。
（2）起降场所条件：水、陆两栖；陆地：水泥、 土跑道。
（3）维修条件：外场维修；场站或基地维修。
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1.3飞机设计方法与内容
4、生产条件
（1）工艺条件（热加工、冷加工、少量或批量， 加工精度与性能的保障性）；
航天飞行器结构设计与分析
航天飞行器结构设计与分析随着技术的发展和人类的探索，航天飞行器已经成为了人类探险宇宙的必需品。
而这些航天飞行器的设计与分析是实现人类登上太空、探索宇宙的关键所在。
本文将从航天飞行器的结构和性能两个方面来探讨航天飞行器设计与分析的相关知识。
一、航天飞行器的结构设计1.飞行器外形设计航天飞行器的外形设计的目的是要使其在宇宙空间中能够稳定地运动，同时还要满足各种不同的功能需求。
因此，在飞行器的外形设计过程中，需要考虑多种因素，比如重量、气动和热力学性能以及系统的易用性等。
2.飞行器材料的选择在航天飞行器的结构设计中，材料的选择是十分关键的。
因为航天器需要在极其恶劣的环境下运行，比如高温、高压和强辐射等，所以材料需要具有良好的抗氧化、抗辐射、耐热性等性能。
不同的材料有不同的特性，比如钛合金在密度较小的情况下具有优良的强度和韧性，而碳纤维复合材料的密度更小，韧性更高，但是价格更昂贵。
在选择航天器材料的过程中，需要综合考虑各种因素，选择最合适的材料。
3.飞行器结构的设计在航天飞行器的结构设计中，需要考虑多种因素，比如飞行器的使用条件、动力装置、载荷等。
例如，载人航天器的结构设计需要考虑到人员的安全与舒适，而探测器则需要优化载荷的位置、数量和布局等方面来实现更好的探测效果。
二、航天飞行器的性能分析1.荷载分析航天飞行器在运行过程中需要承受多种荷载，比如加速荷载、加热荷载、气动荷载、重力荷载和振动荷载等。
在设计航天器的结构时，需要进行荷载分析，确定不同荷载的作用方向、大小和作用时间等参数，以便最终确定航天器的结构设计方案。
2.稳定性分析航天飞行器在宇宙空间中运动时需保持稳定，这对飞行器的外形和结构都提出了较高的要求。
在飞行器的设计之初，需要进行稳定性分析，以评估飞行器各部件之间的运动关系、转动性能和稳定性等因素，并调整各个部件之间的相互作用来达到更好的稳定性。
3.飞行器控制分析在航天飞行器的运行过程中，需要对其进行高度精确的控制。
飞行器结构设计
3
(7)
(8)
3.剪应力的计算
q qQ qM k
QS i qQ Jj
(9)
(10)
S j R yz sin
2
(11)
J j πR yz
3
(12)
Q qQ sin πR
(13)
qM k
Mk Ω
q
(14)
c
(15)
4.强度条件
A.按性质分
• • • • • 2.非金属材料 （1）塑料 （2）陶瓷 （3）橡胶 （4）玻璃
A.按性质分
• 3.复合材料 • （1）玻璃钢 • （2）碳纤维/环氧树脂
B.按功能（作用）
• • • • • • • 1.结构材料 2.导电材料 3.透光材料 4.透波材料 5.耐腐蚀材料 6.耐磨材料 7.隔热材料
3.改变结构型式,提高刚度,降低质量 4.提高空间利用率
二、气动力准则
飞行器穿越大气层，飞行器外形要满足
气动特性
三、使用维护准则
四、可靠性准则
可靠性的概念：产品在规定的使用 条件下和规定的时间内完成规定功能的 能力，以不发生故障的概率来衡量。
• 五、工艺准则
• 加工性，考虑现有加工手段，成本低
普通框与桁梁的连接
2.盘式连接 （1）轴向盘式连接
4.5节 舱段的强度计算
思考题14: 舱段强度计算的内容与原理是什么?
• 一、舱体剖面的设计计算 1.计算模型
图4—37半硬壳式弹身剖面与正应力分布图
2.正应力的计算
N M N J j Fj
MYj
(1)
Fj ( f s 2ci c )
飞行器的结构和设计
飞行器的结构和设计飞行器在世界上已经有超过一世纪的历史了，但是对于普通人而言，这类技术还很神秘。
在长期的发展中，飞行器的结构和设计也经历了非常大的变化和进步，更加科学合理和实用，我们今天就来深入探讨一下这一话题。
1. 飞行器的基本结构飞行器是通过空气动力学原理来支持和推进飞行的，因此其基本结构就是由机身、翼面（包括机翼和尾翼）和发动机等三个部分组成。
机身是整个飞行器的骨架，是连接各个部件的桥梁。
翼面是产生升力和控制飞行方向的组成部分，而发动机则是提供推进力的关键因素。
2. 飞行器的设计思路飞行器设计的一个主要目标就是要减小空气阻力，降低能耗，并且提升飞行性能。
为了达成这个目标，设计师们运用各种理论和技术来不断地优化设计，并取得了显著的成果。
首先，飞行器的机翼形状对其飞行性能产生了非常大的影响。
目前广泛采用的矩形全掠翼形状是为了最大程度利用机翼的升力。
极小的弯曲、薄翼厚和光滑的表面使得气流通过机翼时形成的阻力减小到最小限度，从而提高飞行效率。
同时，一些高超声速飞行器则采用三角翼、钻石形状或其它前缘凸起的翼型，因为这些翼型能够使得机翼表面与空气流动的角度改变，从而使得飞行器在飞行过程中更加稳定和灵活。
其次，随着飞行器设计知识的增强，设计师们对于载客类飞行器的机头和腹部形状也有了更多关注。
为了优化飞行性能，机头形状大多采取了流线型设计，以更好地降低空气阻力，同时增加的腹部凸起和波浪形状也能起到一定的稳定效果。
最后，飞行器的机载电子系统也是设计的重要因素之一。
这些电子系统包括导航、通讯、控制和安全监测等，都是飞行器顺利完成任务的必要保障。
得益于现代高性能电子系统的发展和运用，飞行器的性能更加优秀，可靠性和安全性也更高。
3. 飞行器未来趋势在未来，随着新材料和新技术的发展，飞行器的结构和设计将会迎来更大的改变和发展。
例如，新型材料制成的机翼将更加轻盈且更加强韧，能够实现更加高效的空气动力学效果。
此外，更加先进的电子系统、太阳能装置和水下推进器等新型技术也将对飞行器的发展产生重大影响。
航空工程师中的飞行器结构设计
航空工程师中的飞行器结构设计航空工程是一门综合性的学科，它涉及到飞行器的设计、制造、维修等多个方面。
而在航空工程师中，飞行器结构设计是其中至关重要的一环。
飞行器的结构设计直接影响着其性能、安全性以及飞行的稳定性。
本文将从飞行器结构设计的原则和方法、材料选择以及相关的先进技术等方面进行探讨。
一、飞行器结构设计的原则和方法飞行器结构设计应遵循以下几个原则和方法，以确保其结构的合理性和可靠性：1. 力学原理：飞行器结构设计要考虑力的分布和传导规律，采用适当的支撑和刚度措施，以提高飞行器的稳定性和强度。
2. 优化设计：通过合理利用材料和结构形式，尽量减少飞行器的重量和空气阻力，以提高其飞行性能和燃油效率。
3. 安全性：飞行器结构设计要考虑到各种可能的应力和负荷情况，保证在各种工况下都能保持其完整性和稳定性，以确保飞行的安全。
4. 制造和维修便捷性：飞行器结构设计应考虑到制造和维修过程中的实际操作，尽量采用标准件和模块化设计，以提高效率和降低成本。
二、飞行器结构设计中的材料选择在飞行器结构设计中，材料的选择非常重要，不同材料具有不同的特性和适用范围。
以下是常见的飞行器结构设计材料：1. 高强度金属：例如铝合金、钛合金等，具有高强度和较低的密度，适用于承受较大载荷的结构部件。
2. 复合材料：如碳纤维增强复合材料，具有轻质、高强度和耐腐蚀等优点，适用于飞行器的外壳、翼面板等部件。
3. 塑料材料：如聚酰亚胺、聚酯等，具有较好的绝缘性和耐热性，可用于飞行器的电气和电子设备的支撑结构。
4. 其他材料：如陶瓷、复合材料等，适用于特殊环境和高温部件的结构设计。
三、飞行器结构设计中的先进技术随着科技的不断进步，飞行器结构设计中也涌现出了一些先进的技术，以提高飞行器的性能和安全性。
以下是一些有代表性的技术：1. 仿生设计：借鉴自然界的形态和结构，以使飞行器在空气中运动更加高效和稳定。
2. 三维打印技术：通过将结构部件以逐层建造的方式制造出来，可以实现复杂形状和轻量化设计，提高结构的刚度和特性。
结构总体设计课后习题及答案
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。
飞行器总体设计课件一
第1章 绪 论
1.1 飞机研制的一般过程 1.2 飞机设计要求 1.3 喷气式战斗机的发展
1.4 喷气干线运输机的发展
1.5 支线飞机、通用航空
1.6 无人飞行器
1.7 飞机总体设计的特点 1.8 飞机总体设计框架
1.1 飞机研制的一般过程
1995年，总参谋部、国防科工委（现总装备部）
术方案及研制经费、保障条件和对研制周期的预测，
在这一阶段为了验证技术方案的可行性，必要时 还要对所用的关键新技术进行试验验证（如气动布 局方案的风洞实验），以使方案的可行性论证有坚 实的技术基础。
1.1.2 方案阶段
任务： 根据批准的《某型飞机战术技术要求》设计出可 行的飞机总体技术方案。 主要工作内容：
在放飞前还应进行充分的地面滑行试验，以进一 步验证在动态过程中机上各系统的工作情况，同时 进一步对试飞测试系统作一定的检验。 工程研制阶段的最终成果是试制出供地面和飞行 试验用的原型机4~10架，并制定试飞大纲和准备好 空、地勤人员使用原型机所需的技术文件，具有进 行试飞所必需的外场保障设备。
1.1.4 设计定型阶段
大部分空战仍是双方在目视的近距离范围进行的， 而且航炮在空战中也发挥了重要的作用； 大多数战斗机还是编队空战。
根据越战等的经验，研制了第3代战斗机： 强调格斗空战能力和全天候作战能力； 十分重视飞机在亚跨音速范围内的机动； 机载电子设备和武器系统的性能水平有突破性的 提高。 实践证明，第3代战斗机的设计是比较成功的。
新飞机首飞成功后即应按试飞大纲要求，进行 定型试飞。 在开始定型试飞前应由研制单位负责，进行调整
试飞（工厂试飞），以排除新飞机的一些初始性的
重大故障，大致要飞到原设计飞行范围的80%左右，
飞机部件与系统设计-课件-第1讲-绪论
02
飞机部件与系统概述
飞机部件的类型与功能
01
02
03
04
机身
提供乘客和货物运输空间，承 受飞行中的气动载荷和惯性载
荷。
机翼
产生升力，维持飞行平衡，同 时产生向下的气动阻力。
尾翼
保持飞行稳定，控制方向和升 降。
发动机
为飞机提供动力，推动飞机前 进。
飞机系统的组成与作用
飞机电气系统设计
电气系统概述
电气系统是飞机上用于提 供电能和实现电能转换的 系统，包括电源系统、配 电系统和用电设备等。
电源系统的组成
电源系统包括发电机、蓄 电池、电源控制板等部分 ，用于产生和调节电能。
配电系统的功备 ，确保用电设备的正常运 行。
飞机气动系统设计
激光焊接工艺
可实现高精度、高质量的焊接，提高飞机部件的可靠性和安全性 。
表面处理技术
通过改变材料表面的性质，提高部件的耐磨、耐腐蚀等性能，延 长使用寿命。
智能化设计
数字化建模与仿真
01
利用计算机技术进行飞机部件与系统的设计和性能仿真，提高
设计效率和准确性。
智能化优化算法
02
利用人工智能和机器学习技术对飞机部件与系统进行优化设计
04
飞机系统设计原理
飞机液压系统设计
01
02
03
液压系统概述
液压系统是飞机的重要组 成部分，用于控制飞行器 的起飞、着陆、姿态调整 等。
液压系统的组成
液压系统包括液压油、液 压泵、控制阀、管道和执 行机构等部分。
液压系统的特点
液压系统具有功率密度高 、响应速度快、控制精度 高等特点，能够提供强大 的动力输出。
第1章 绪论(哈工大飞行器控制课件)
6 DOF
1.1 飞行器简介
• a) b) • a) b) c) 飞行器的特点： 人造的； 离开地面运动，而且具有6个运动自由度。 飞行器的分类(何庆芝)： 航空器：大气层内飞行； 航天器：大气层外飞行； 导弹和火箭：能够自主或半自主地飞向目 标。
1.1.1 航空器
航空器----飞机，特点： a) 气动流形，有较大的翼面和舵面(结构上) b) 飞行速度较低 (1Mach) c) 飞行高度较低 (10km)
1.4 参考书目-1
• [1] 钱杏芳，导弹飞行力学，北京理工大学 出版社，2000 • [2] 邓正隆，惯性技术，哈尔滨工业大学出 版社，2006 • [3] 孟秀云，导弹制导与控制系统原理，北 京理工大学出版社，2003 • [4] 秦永元，惯性导航，科学出版社，2006
1.4 参考书目-2
1.2 飞行器的基本结构
导弹为例： • 整流罩 • 导引头 • 战斗部 • 仪器舱 • 发动机 • 机翼 • 舵面
1.3 课程主要内容-1
制导控制系统基本组成原理：
1.3 课程主要内容-2
惯性器件(陀螺仪、加速度计) 惯性导航原理(平台式、捷联式) 飞行器运动方程组(16个方程式、线性化) 舵系统(电动、液压、气动、直接力) 飞行稳定控制系统(侧向回路、滚转回路) 制导方式(遥控、雷达、红外、电视、激光、 复合) 导引规律(追踪、平行接近、比例)
飞行器制导与控制
飞行器的结构设计与优化
飞行器的结构设计与优化飞行器是人类的重要发明，它们的出现让人类的出行方式更加便捷。
从最早的热气球到今天的各种飞机，飞行器已经经过了数百年的发展和演化。
在这个过程中，飞行器的结构设计与优化发挥着极为关键的作用。
本文将会谈论飞行器的结构设计与优化的重要性以及相关的技术和实践。
一、飞行器结构设计的重要性飞行器是一种飞行器械，对其结构设计的要求非常高。
飞行器必须要能够在高空运行，体验到强大的风力，并且还要承受人员的重量。
因此，飞行器不仅需要在极端环境下保持结构的稳定性，还需要具备足够的动力和承载能力。
如果我们无法对飞行器的结构进行有效的设计，那么很难满足上述的要求和需求。
在设计飞行器的结构时，需要考虑其安全、性能和效率。
安全是设计飞行器的首要考虑因素，因为在操作中它将需要处理危险的情况。
性能是其次，如果飞行器的性能不足，那么它将无法满足实际需求。
效率是另一个重要的考虑因素，一台结构的好飞行器可以节省燃料，减少维修和运营成本，提高使用寿命。
二、飞行器结构设计要考虑的因素在设计飞行器结构时，需要考虑以下因素：1.强度和刚度为了确保飞行器在空气中行驶时的刚性和强度，需要使用坚固的材料和有效的设计方法。
考虑到飞行器要承受沉重的物品和人员，它必须是坚固的。
2.燃料效率燃料是飞行器驱动力的来源，与飞行器的结构密切相关。
如果飞行器的重量和空气阻力过大，那么燃料的使用效率将受到影响。
3.空气阻力其次，需要考虑飞行器的空气阻力系数。
如果飞行器的空气阻力过大，将导致其移动缓慢，且需要更多的动力来保持速度。
减小空气阻力可以提高飞行器的燃料效率和速度。
4.空气动力学所谓的“空气动力学是一种研究空气在物体上产生的力学实验”。
这对于飞行器来说是至关重要的。
因此，需要考虑飞行器在空气中的运行的空气动力学特性以及如何设计飞行器的结构，以使其在空气中获得最大的效率。
5.光学和电学飞行器需要用到各种传感器和电气设备。
它需要设计成合适的形状和尺寸，以容纳这些设备，并保证传感器能够正常运行。
飞行器的结构优化设计技术研究
飞行器的结构优化设计技术研究随着科学技术的不断发展，飞行器的研究与应用也得到了空前的发展。
而在飞行器的研究领域中，结构优化设计技术是非常关键的一个领域。
下面就从多个方面来探讨飞行器的结构优化设计技术。
一、设计目标与原则飞行器结构优化设计技术的设计目标主要包括以下两个方面：一是实现结构轻量化，以达到减轻飞行器整体重量、提高飞行速度和降低空气阻力等目的；二是保证飞行器的结构稳定性和强度，确保其能够在高强度的载荷下正常运行。
在这个基础上，飞行器结构优化设计技术又有以下原则：一是适当降低结构的刚度与阻尼，以使飞行器能够在极端情况下保持稳定；二是遵循分层次、逐级逼近、逆向设计、先验信息等原则，以实现优化设计的精确性；三是遵循结构可靠性、安全性等原则，以确保在最大负载工况下飞行器的安全运行。
二、优化设计方法在飞行器结构优化设计技术的研究中，优化设计方法是非常重要的一个环节。
目前，传统的结构优化设计方法主要包括：设计变量优化、响应面法、有限元法、遗传算法、神经网络算法、粒子群算法等不同的优化设计方法。
这些方法都有各自的优劣势，可以根据不同的设计需求进行选择。
其中，设计变量优化是对设计变量进行优化，通过对设计变量的调整来达到最优设计结果的设计方法。
而响应面法是一种多元回归分析法，可以将多个因素之间的关系建立起来，以对目标函数进行研究和优化。
有限元法是一种基于有限元分析的方法，可以通过计算分析深入挖掘结构的特性，从而实现结构优化设计。
遗传算法主要依靠遗传进化过程中的群体概率和评价函数来达到最优化的目的，而神经网络算法则利用神经网络的自适应性和非线性映射的功能，实现设计变量的最优化。
粒子群算法则依靠群体智能的特性和聚集效应，实现设计变量的收敛和优化。
三、应用飞行器结构优化设计技术可以应用于多个方面，比如在航空工业中可以用于飞行器整体结构的研究与优化，以提高飞行器的运行效率和经济性。
在航天工程中可以用于发射载具的结构研究与优化，以确保发射载具在高空环境下的安全和稳定运行。
飞机结构设计 第1章 绪论
1932年，英国空海军飞机设计要求《AP970》中已有防颤振要求 1975年出现了ACT技术，从原理上讲可以 放宽这一要求
三、静强度、刚度和安全寿命设计 设计准则 Ne≤Ns=Nex/nf Ne— 飞机的使用寿命； Ns— 飞机结构的安全寿命； Nex—结构的疲劳试验寿命； nf —疲劳分散系数。 50年代中期起重视安全寿命设计（彗星号客 机失事） 安全寿命设计准则美国使用到70年代初，其 它国家至今仍不同程度地沿用。
注意：
①内部装置与结构之间应有一定的间隙; ②根据具体情况设计出的结构不一定占据整 个最大高度和空间; ③某些协调关系在设计过程中可作一些调整。
1.2.2 结构的外载荷 及对结构受力特性的要求
飞机结构应满足基本要求，结构强度/刚度/寿命/ 可靠性设计与外载直接有关。 外载是结构布局与设计结构尺寸的主要依据。 飞机的外载应按照飞机强度规范要求，通过风洞 实验和分析计算给出。结构零部件的载荷主要由 分析得到。 飞机结构的载荷特性主要取决于飞机的机种、总 重、外形尺寸、使用要求等。 在结构设计时必须明确所设计结构的受力特性。
二、静强度和刚度设计 气动弹性问题：速度和战术技术性能要求 的提高，采用阻力系数较小的薄翼型 设计准则 ： δ≤[δ] ； f Vmax≤Vcr 。 式中： δ—结构在设计载荷下的变形量； [δ]—结构容许的变形量； Vcr=max(ffVf ，fsVs ， faVa) Vf , Vs , Va— 颤振速度、机翼发散 速度与副翼失效速度。
1.3.2 对基本要求分析
上述基本要求是相互关系、相互制约 的，有的是相互矛盾的。
气动要求是一种前提性的要求，即设计出 的结构必须满足。
图1.2 翼面前缘变形
使用要求也是一种前提性要求，即根据飞 机的机种、使用特点规定了使用、维护要 求。因此，要求结构有与之相应的“开敞 性”，即在结构上必须有相应的设计分离 面和开口，以保证维护人员有接近内部的 装载或内部结构的通道，并使相应结构的 拆装迅速可靠。
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1.4 飞机结构材料
表1-2 民用飞机结构用材料重量百分比 重量百分比
复合材料 第1代 Boing707 Boing747 A300 Boing767 第3代 Boeing757 1 5 3 3 81 76 80 78 铝合金 钛合金 0.2 4 4 2 6 13 13 14 12 钢
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1.3飞机设计方法与内容
３、使用维修要求： 结构与系统的安全可靠工作需要定期地检修维护来 保障，良好的维修性、保障性是工程设计的主要因素。 具体来说，合理地布置分离面及各种开口，结构内部安 排必要的检查维修通道，增加结构的开敞性和可达性。 ４、工艺要求： 良好的工艺性设计是保证加工、装配合理精度及性 能的前提。
1.3飞机设计方法与内容
3. 飞机制造过程 工艺设计、机械加工、部件/全机装配。 首批试制出来的新飞机即可投入全机强度、疲劳寿 命试验和试飞。
4. 飞机的试飞、定型过程 地面滑跑试验；起、降性能试验； 飞行包线中各飞行科目试飞试验；
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飞机设计方法与内容
飞机的试飞、定性
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BOEING 三代飞机结构设计思想发展
第三代 ：第三代波音喷气客机是777和新一代
737（-600,-700,-800），
除了具有第一，二代客机已有的特性之外，
这一代的客机的设计特点是在腐蚀预防和控制
方面作了重大的改进。
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1.4 飞机结构材料
合金材料：铝合金、钛合金、高强度合金钢。 复合材料：玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、 芳纶（KEVLAR）复合材料。
在进行强度、刚度校核，以验算截面尺寸能否保 证安全。如果满足强度要求，即认为设计完毕；当强度 不够，或设计人员认为剩余强度太大时则修改设计。计 算分析均以工程梁理论为基础。 六十年代以后，出现了计算机、飞机结构设计采 用了有限元等先进方法进行结构应力分析。
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飞机设计方法与内容
六十年代以后，出现了计算机、飞机结构设计采 用了有限元等先进方法进行结构应力分析。
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1.3飞机设计方法与内容
５、成本要求（经济性）：
飞机的主要成本：设计、研制、制造和运营。 对军机而言，成本不应当是第一要求，重量与性能 是第一位的。对民用客机，成本是第一要求。 一般说，气动性能、使用要求是“前提性”要求， 气动外形、结构与强刚度设计技术是“前提”技术。 技术要求与技术性能是互相联系、互相制约的，有 的甚至是相互矛盾的，应当在一个好的设计素质基础上， 把握主要矛盾，综合考虑，权衡处理。
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有限元模型
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BOEING 三代飞机结构设计思想发展
第一代 ：第一代的波音喷气客机是在50年代和70年代
间设计的，包括707，727和早期的
737（-100，-200），747（-100,-200,-300,SP）。
这些飞机设计的主要特征着重于结构的强度和失效 即使主要的结构件失效，其周围的结构仍可安全地承受
1、气动外形要求：
在结构设计中，与外边界相关的结构（框架结构与蒙皮）要 保证理论气动外形的刚度（整体或局部的）以及光洁度（阻力及 其他热效应），强度问题应当是首先保证的。
２、重量要求
应当体会到重量设计是在满足各种结构性能指标的前提下， 使重量最轻。从优化数学语言，在满足各种性能指标约束下，使 重量目标函数最小。实际工程设计中，仅为满意解（总体设计分 解到各结构上的重量指标）。
[3]结构设计的任务
根据飞机型号设计技术要求、飞机三面图、总体布 置图、外形图和规定的载荷情况、环境情况、使用方法 ， 结合结构设计基本要求，设计出合乎使用要求且强度、 刚度、疲劳、损伤容限品质合格，工艺性良好，满足重 量的机体结构，为试制和批生产提供全套的图样和技术 文件。
应当注意设计阶段的规律：反复、循环、迭代、 反馈；综合性、权衡性 11 2016/7/4
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1.3飞机设计方法与内容
2.飞机设计过程
[1]总体设计：气动外形布局设计；飞行力学性能设计； 机载设备（包括燃油）布置等，重量分 设计；发动机选型设计；结构总体尺寸设计。
[2]结构设计：理论设计（打样设计）；强度、刚度设计； 细节设计；工程绘图。
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1.3飞机设计方法与内容
（1）工艺条件（热加工、冷加工、少量或批量， 加工精度与性能的保障性）； （2）加工能力（小量或大批量，加工精度与 加工性能）； （3）装配能力（装配精度、装配量大小）； （4）生产能力（产量）； （5）生产质量保障体系（技术与管理）。
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1.3飞机设计方法与内容
四、飞机结构设计基本要求：5条
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1.5现代飞机性能的基本概念
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1.5 现代飞机性能的基本概念
B-52 : S=10000 Km 载弹: 30 t
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1.5 现代飞机性能的基本概念
RS-71: M=3.2 H=27430 m
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1.5现代飞机性能的基本概念
AH-225 : 载重 225 t
民用飞机使用技术要求：
有效载重；航程；安全性、可靠性、维修性、经济性。
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1.3飞机设计方法与内容
技术性能论证与制定（顶层设计）过程 依据：军事战略方针及战术（战略防御）要求； 商务策略，工、农业生产，赈灾救护等要求； 制定：主要性能指标； 主要使用条件； 机载设备等; 效能分析、 费效分析。
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飞机设计方法与内容
五. 飞机结构设计的基本内容：
(1) 结构的打样设计（画出部件打样图） (2) 组件的打样设计（画出组件打样图） (3) 零构件设计（画出零构件图纸） (4) 组件结构设计（画出组件装配图） (5) 部件结构设计（画出部件装配图）
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飞机设计方法与内容
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1.3飞机设计方法与内容
2、飞机结构的协调关系
① 各部件的相对位置以及相互间连接交点的位 置 （不能改动）； ② 零、构件之间在连接尺寸上的协调关系； ③ 各构件间或构件与内部装载间的位置、形状协调； ④ 部件或组件结构的外边界一般与飞机的理论 外 形相协调； ⑤ 其内部边界可能需与某个内部装载协调，也可能 不需协调。
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1.3飞机设计方法与内容
3、结构的使用条件
（1）环境条件：指气象条件或周围介质条件（温度、 湿度、腐蚀、有害介质等）。 （2）起降场所条件：水、陆两栖；陆地：水泥、 土跑道。 （3）维修条件：外场维修；场站或基地维修。
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1.3飞机设计方法与内容
4、生产条件
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1.1 人类飞行历史与原理
固定翼——常见飞机
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1.1 人类飞行历史与原理
旋翼——直升机
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1.2 飞机结构组成及功用
飞机结构有五大组成部分：
机身：装载。 机翼：产生升力。
尾翼：使飞机具有操纵性与稳定性。 起落架：起飞、着陆、滑跑用。 发动机：产生推力。
载荷。
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安全。因此设计的飞机具有足够的结构强度和超静定度，
BOEING 三代飞机结构设计思想发展
第二代 ：第二代的波音喷气客机是757和767，和 737（-300,-400,-500），以及747-400。 除了原有的强度和失效安全规格之外，还更在设计 中结合了耐久和损伤容限标准。此种设计使飞机结构具 有足够的强度，即使飞机结构具有相当程度的损伤，只 要有例行的结构检查，仍可安全地飞行。因为这种计划 中的结构检查应能在损伤还未到到危险极限以前便可及 时地被发现。
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1.3飞机设计方法与内容
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B777成为第一架无图设计飞机。
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飞机设计方法与内容
三、飞机结构设计的主要依据和原始条件
主要依据： 9条 1. 使用方提出的战技要求或使用—技术要求 2.飞机三面图及理论外形图 3.飞机总体布置图 4.重量指标分配及总重量 5.使用寿命要求 6.载荷和使用环境条件 7.维修性要求 8.生产条件和工艺性要求 9.其它有关设计准则、规范和标准
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1.3飞机设计方法与内容
定型： 有待结构的静力及疲劳试验完成后， 没问题才定型
全尺寸疲劳试验： 全尺寸飞机的疲劳试验是波音结构性能数据开
发的主要部分。除了验证飞机设计思想之外，疲劳试验经常被用 来找出设计时未预料到的损坏，进而制定出适当的机队的预防性
维修措施。通常疲劳试验是在新机型认证时完成，但也有在已使
飞行器结构设计
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
绪论 飞行历史与原理 飞机结构组成及功用 飞机设计方法与内容 飞机结构材料 现代飞机性能的基本概念
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1.1
人类飞行历史与原理
1903年美国莱特兄弟实现了人类 第一次动力飞行。
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2
1.1 人类飞行历史与原理
扑翼——鸟类
组件的打样设计打样图
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飞机设计方法与内容
六. 飞机结构设计的典型方法
在二十世纪五十年代以前，飞机结构设计，一般根 据所设计对象的具体要求、条件，结合已有经验与设计 原理、知识进 行；定性分析，选出合理的设计方案；然 后粗略计算，选择结构的主要截面尺寸。
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