多功能飞行器设计与实现(总体设计)解析
多旋翼飞行器设计与控制 第四讲 多旋翼动力系统建模和性能估算
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资源
(1) 课程中心 (课件、资料、作业等)
(2) 可靠飞行控制研究组主页(课件等)
/resources/
(3) 关注可靠飞行控制研 (4)加入课程官方交流
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1.总体描述
求解悬停时间的总体思路
• 螺旋桨模型： 拉力和转矩
• 电机模型 • 电调模型 • 电池模型
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2.动力系统模型
螺旋桨模型
叶素理论：该理论将螺旋桨叶片沿径向分为有限个微小
片段，如图所示，每一个微小片段均被等效成一个小型
Байду номын сангаас
固定翼叶片，来推导其升力大小，即计算每一个叶素上
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N 60
T
Dp4CT
单个
螺旋 桨拉
T
力 螺旋
G nr
桨个数
飞机重量
N 60
G
nr Dp4CT
转速（RPM）
10
2.动力系统模型
螺旋桨模型
（3）转矩模型
螺旋桨 转矩 转矩系数
M
CM
N 60
2
Dp5
N 60
G
nr Dp4CT
M
CM
G nrCT
Dp
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离达到最远时的飞行时间）。
飞行器前飞速的
• 阻力跟拉力的关系
• 阻力跟速度的关系
飞行器 俯仰角
飞行器 前飞速度
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3.性能计算
飞行器总体设计-简介
课程特点
①综合性 飞机总体设计涉及多学科领域、是一门综合性学科，它不同于飞行 力学、结构力学、发动机原理、飞行控制等一些分析性学科，它须综合 应用各门有关的分析学科的知识与各项先进的航空科学技术。
• ③实践性 • 飞机总体设计又是一项实践性很强的学科，不仅要培养学 生的定性分析能力，还要培养学生的定量计算分析能力，为配合 学生学习掌握飞机总体设计的知识和方法，我们还编写了一套飞 机总体设计软件及详细的使用手册。学生利用这一软件，可以实 现飞机总体设计的各个环节和全部过程，对飞机总体设计方案进 行权衡，改变设计参数，提高飞机性能。
• 本书吸收了国外一些成功的飞机设计经验数据、计算公式，对学生掌握飞机 总体设计方法很有帮助。尽管与实际应用于工业界的方法相比，本书列出的 设计与分析技术是简化了的，但课程内容安排符合学生认识规律。通过这门 课的学习，使读者在定性分析能力、定量估算能力、综合运用能力等方面得 到锻炼提高。
• 本书是国防科工委‘十五’重点教材。在普通高等教育‘九五’国家级重点 教材“现代飞机总体综合设计”一书基础上，经过几年教学实践，做了修改 补充。保持并加强理论严谨、系统性强的特点，力图接近工程实际，对从事 飞机设计的工程技术人员有参考价值，并便于读者自学。
飞行器总体设计教材
国防科工委‘十五’ 规划教材
《飞 机 总 体 设计》
主编 李为吉 编者 李为吉 王正平 艾剑良 杨华保
前
言
• 本书是航空高等院校飞行器设计专业本科生的必修课教材，重点讲述了飞机 总体设计的基本原理和方法。强调飞机总体设计的综合协调、折衷权衡、反 复迭代等特点，通过几个循环，由简到繁完成飞机的总体设计，锻炼增强学 生的综合分析和决策问题的能力。
目
第1章 绪言 第2章 飞机初始总体参数与方案设计
多功能飞行器设计与实现(飞行原理)
2 作用在飞行器上的力
§2 作用在飞行器上的力
§2 作用在飞行器上的力
重力
一部分是地心引力 另一部分是离心力
G G0 Ma Mg Ma
发动机推力（拉力）
空气动力 物体在空气中飞行时，空气对物体有力的作用，
这力称为空气动力。空气动力R通常由空气升力Y、侧 向力Z、空气阻力X组成。
紊流附面层内空气质点的运动情况正好与 层流相反，是杂乱无章的。靠近上面那些 层速度比较大的空气质点可能会跑到底下 面速度比较慢的层中来，而底下的质点也 会跑到上面去。
附面层的流态与气流粘性系数μ，气流密度ρ，气流速度υ以及物 体特征长度L有关， υ 、ρ、 μ越大，层流就越容易变成紊流。雷 诺把这几个影响因素归结为一个系数，称为雷诺数。
（三）附面层与雷诺数
有流速变化的薄层空气层称为附面层。在 模型飞机机翼表面，边界层是很薄的，只 有2～3毫米左右。
在附面层里，粘性空气的流动有两种流态。 一种是层流附面层，另一种是紊流附面层。 这两种流态混在一起称混合附面层。
层流附面层内空气质点的流动可以认为是 一层一层的，很有层次也很有规则。层与 层之间的空气质点不会互相走来走去。
空气动力力矩
空气动力合力的作用点—压力中心，一般情况下不与重心重合，故 空气动力相对重心要产生一个力矩，这个力矩称为空气动力力矩，
记为 M R 。
空气动力力矩 沿机体坐标系可分解成三个分力矩，分别称之为滚 转力矩、偏航力矩、俯仰力矩。
M
x1
1 2
mx1v2Sl
M
y1
1 2
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M
z1
1 2
多功能飞行器设计与实现(总体设计)讲解共29页文档
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
多功能飞行器设计与实现(总 体设计)讲解
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
飞行器的多目标优化设计与应用研究
飞行器的多目标优化设计与应用研究在现代科技的飞速发展中，飞行器的设计与应用始终是一个备受关注的领域。
从航空航天的飞机、火箭，到民用领域的无人机，飞行器的性能、效率、可靠性等方面的优化设计至关重要。
多目标优化设计方法的引入，为飞行器的研发带来了新的思路和机遇。
飞行器的设计是一个复杂的系统工程，需要综合考虑众多因素。
首先，空气动力学性能是关键之一。
飞行器在空气中飞行时，所受到的阻力、升力等气动力直接影响其飞行速度、航程和燃油消耗。
优化飞行器的外形，如机翼的形状、机身的流线型设计等，可以有效地降低阻力，提高升力，从而提升飞行效率。
其次，结构强度和重量也是设计中需要平衡的重要因素。
一方面，飞行器的结构必须足够坚固，以承受飞行过程中的各种载荷和应力，确保飞行安全；另一方面，过重的结构会增加飞行器的重量，导致燃油消耗增加，降低有效载荷和航程。
因此，通过采用先进的材料和优化结构布局，实现强度和重量的最佳平衡，是多目标优化设计的重要任务之一。
再者，飞行器的动力系统性能也直接关系到其整体性能。
发动机的推力、燃油效率、可靠性等都是需要优化的目标。
同时，控制系统的稳定性和精度也对飞行器的飞行品质和任务完成能力有着重要影响。
多目标优化设计方法在飞行器设计中的应用，旨在同时优化上述多个相互关联且有时相互冲突的目标。
传统的单目标优化设计方法往往只能关注一个主要目标，而忽略了其他重要因素。
多目标优化设计则能够在多个目标之间寻找最佳的平衡点，得到一组非劣解，即所谓的Pareto 最优解集。
在实际应用中，多目标优化设计方法多种多样。
数学规划方法是其中的一类常见方法，如线性规划、非线性规划等。
这些方法通过建立目标函数和约束条件的数学模型，运用数值计算方法求解最优解。
然而，对于复杂的飞行器设计问题，由于目标函数和约束条件的复杂性，数学规划方法可能会面临计算量大、收敛困难等问题。
进化算法是另一类广泛应用的多目标优化方法，如遗传算法、粒子群优化算法等。
飞行器总体设计报告
公务机概念设计——火星救援队团队成员：目录第一章设计题目以及需求分析 (1)1.1 设计题目基本要求 (1)1.2 团队确定基本需求 (1)1.3 公务机在中国的发展前景 (1)1.3.1 公务机在中国的现状 (1)1.3.2 公务机在中国的市场预测 (2)1.3.3 中国市场的瓶颈 (2)第二章团队成员及其分工 (3)2.1 团队成员 (3)2.2 具体分工 (3)第三章飞机总体布局设计 (3)3.1 与设计要求相近的飞机资料 (3)3.2 可能的布局形式及其比较 (4)3.3 整体布局的确定 (4)3.3.1 一些相近飞机的总体方案 (4)3.3.2 总体设计过程 (5)第四章机身初步设计 (6)4.1 机身相关参数设计 (6)4.2 机身外形参数 (6)4.3 机身外形示意图 (7)4.4 机身客舱内部设计 (7)第五章飞机主要参数的初步确定 (8)5.1 基本设计参数 (8)5.2 主要总体参数 (8)5.2.1 飞机重量的预估（重量系数法） (8)5.2.2 推重比和翼载荷的确定（界限线法） (11)5.3 重要总体参数总结 (12)第六章机翼外形设计 (13)6.1 翼型的设计和选择 (13)6.2 机翼平面形状的设计 (13)6.2.1 展弦比 (13)6.2.2 梯形比 (13)6.2.3 后掠角 (14)6.2.4 机翼形状其他参数 (15)6.2.5 燃油容量校核 (15)6.2.6根弦和尖弦计算 (15)Y (16)6.2.7平均气动弦长MAC以及位置S6.3 襟翼和副翼设计 (16)6.3.1 襟翼 (16)6.3.2 副翼 (16)6.3.3 扰流板 (16)6.4 前后梁位置 (17)6.5 机翼纵向位置的初步确定 (17)6.6 机翼设计图 (17)6.6.1 机翼平面草图 (17)6.6.2 机翼CATIA设计图 (17)第七章尾翼外形设计 (18)7.1 平尾设计 (18)7.1.1 确定平尾容量 (18)7.1.2 预估尾力臂长度并计算平尾面积 (19)7.1.3 平尾外形设计 (19)7.1.4 升降舵设计 (19)7.1.5 平尾设计图 (20)7.2 垂尾设计 (20)7.2.1 航向机身容量参数 (20)7.2.2 预估尾力臂 (21)7.3 垂尾设计图 (22)第八章动力装置 (23)8.1 发动机选择 (23)8.2 发动机短舱设计 (23)8.3 发动机以及短舱设计图 (24)第九章起落架设计 (25)9.1 飞机重心估算 (25)9.2 起落架相关参数设计 (25)第十章起落架设计 (26)10.1 飞机CATIA模型 (26)10.2 全机渲染图 (27)参考文献 (27)附录 (28)飞机总体设计——公务机概念设计报告第一章设计题目以及需求分析1.1设计题目基本要求表.1 设计题目基本要求1.2团队确定基本要求为了避免与众多团队撞车，我们选择将国内喷气式公务机改为远距离喷气式公务机，如表.2所示：表.2 团队确定的基本要求1.3 公务机在中国的发展前景1.3.1 公务机在中国的现状2003年前后，中国国内的公务机市场几乎由金鹿公务、“山东航空”、“上海航空”三分天下，即海航集团旗下金鹿公务航空，山东航空旗下彩虹公务航空，及上海航空旗下上海航空公务机公司。
飞行器总体设计课程导引
飞行器总体设计课程导引1. 课程介绍●本课程是飞行器设计专业学生的专业必修课，主要讲述飞机总体设计的基本原理和方法。
●系统工程的方法是其处理问题的理论基础，而大量的技术科学如空气动力学、飞行力学、结构分析与设计、材料工程、工程热力学、航空电子学、控制学等又构成其解决具体问题的技术基础。
飞行器总体设计的目的就是要将各个分系统（它涉及各个技术学科）为实现系统的最佳功能而进行恰当的综合。
●体现工程设计的特点：为一定目的进行设计；为最好的实现设计目的，需对各个分系统所涉及的技术问题进行全面的(技术的、经济的)分析、探索，并在此基础上进行最佳的综合折中。
●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。
2. 教学内容●飞机设计阶段的划分和飞机设计的依据●飞机构形和发动机的选择●飞机主要参数的确定●各部件外形设计●飞机的总体布置●飞机方案评估分析●飞机设计新技术●飞机总体设计实例3. 教学目标●掌握飞机设计的一般过程和方法。
●融汇贯通先修专业基础课程的知识：飞机总体设计将综合应用空气动力学、飞行动力学、航空发动机原理、飞机结构力学、飞机制造工艺等课程学到的知识。
●提高综合分析、判断和决策能力：面对众多的设计方案中，经过综合分析，作出决策和选择。
●培养团队合作精神：每4~6个学生为一设计小组，分工协作，共同完成资料收集和某飞机总体方案的初步设计工作。
●培养制定计划、组织协调的能力：每个设计小组在14周内完成一个飞机总体设计的初步工作，必须制定计划，分工合理，协调每个学生的进度。
●提高书面和口头表达能力：在本课程结束时，每个设计小组必须提交设计报告，并面向全体同学汇报设计过程和设计方案。
4. 教材●李为吉主编，飞机总体设计，西北工业大学出版社，20055. 参考文献●李为吉主编，现代飞机总体综合设计，西北工业大学出版社，2001●Raymer D. P.，Aircraft Design：A Conceptual Approach，AIAA Education Series, 4th Edition, 2006. （第二版中英对照本：王和平编，现代飞机总体设计，西北工业大学讲义，1995）●顾诵芬等编，飞机总体设计，北京航空航天大学出版社，2001●余雄庆等编，飞机总体设计，航空工业出版社，2000●杨景佐等编，飞机总体设计，航空工业出版社，1991●(俄)叶格尔等著，杨景佐等译，飞机设计，航空工业出版社，1986●Roskam, J.，Airplane Design, Part 1- Part 8, Roskam Aviationand Engineering Corporation, Ottawa, Kansas,1985●Jenkinson, L. R, Simpkin, Paul., Rhodes, D., Civil JetAircraft Design, Arnold, London, 1999●Roger D. Schaufele, The Elements of Aircraft PreliminaryDesign, Aries Publications, California, 2000●Torenbeek, E, Synthesis of Subsonic Airplane Design, DelftUniversity Press, 1982●Taylor, J. W. R., Jane’s All the World Aircraft, Jane’sPublishing Company, London●方宝瑞等编，飞机气动布局设计，航空工业出版社，1997●武文康、张彬乾编，战斗机气动布局设计，西北工业大学出版社，2005●飞机设计手册第四册军用飞机总体设计，航空工业出版社，2005●飞机设计手册第五册民用飞机总体设计，航空工业出版社，2005●侯志兴等编，世界发动机手册，航空工业出版社，1986●“世界民用飞机综合数据”，国际航空，2001年第9期●“世界商用飞机发动机的主要技术数据”，国际航空，2001年第9期●“世界支线飞机综合数据”，国际航空，2001年第4期●“世界支线飞机发动机技术数据”，国际航空，2001年第4期●“世界公务机/通用航空飞机综合数据”，国际航空，2000年第10期6. 作业6.1 作业一：方案设计报告自选一种类型的飞机，参考原准机，自拟设计要求，完成总体方案设计工作。
飞行器总体设计最终版PPT课件
主要参考A320等同类型的飞机：
飞机总体布局
1) 正常式，中平尾，单垂尾 2) 机翼：后掠翼，下单翼 3) 在机翼上吊装两台涡轮风扇发动 机 4) 起落架：前三点式，安装在机身 上
机身外形尺寸
机翼外形
平尾外形图
垂尾外形图
俯视图： 飞机的三视图
主视图
侧视图
总体布局
机型对比
型号 波音737
团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存机型对比型号波音737波音727波音787空客320翼展米284532925035183409巡航速度马赫07808085082机长米378146695553757载客量人110215145289186宽度米376376546370载货量立方米3023559124523741最大起飞重量吨6595245735客舱布局333334333最大载油量升260202906912000023860最大航程公里56654600157005000团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群人有意识的协调行为或力的系统这群人就如同人的五官一样共同协作维持一个人的生存翼展米3745巡航速度马赫080机长米3978载客量人150180宽度米378载货量立方米最大起飞重量吨776客舱布局33最大载油量升28750最大航程公里51856设计参数与a320相近符合我们总的设计要求但与a320有一定差距需要以后的优化与改团队是指拥有共同目标并且具有不同能力的一小群
多功能飞行器设计与实现(总体设计)讲解
副翼的初步参数选取 副翼面积相对机翼面积一般在5%~7%； 副翼相对弦长约为20%~25%； 如采用襟副翼，即后缘 襟翼与副翼合成一块， 其相对展长可达 60%~80%。 一般副翼偏角δa 不超过25º 。
副翼选取曲线范围
4.模型飞机总体设计的步骤
(4)尾翼布置及参数选择
尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，是飞机纵向和侧向 上的平衡、稳定及操纵机构。 尾翼设计的成败，直接关系到飞机的稳定性和操纵 性，同时在一定程度上影响飞机的飞行性能，如速度、 升限等，所以尾翼是根据飞机的操纵 、稳定性要求进行 设计的。
生产定型 阶段
进一步 改进
分析使用环境 拟定设计要求
建立生产线 调整试飞 稳定工艺 定型试飞 批生产飞机 试飞鉴定 否 决策 是 定型试飞 报告 决策 是 批生产飞机 交付部队 否
方案 概念研究 论证设计要求 可行性 否 决策 是 战术技术要求 及概念性方案
3. 总体设计的特点
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
翼型是构成翼面的重要部分，直接影响到飞 机的性能和飞行品质 选择翼型时不仅要满足气动要求，还须兼顾 结构、强度及工艺的需要
S l b0 b1
c
——机翼参考面积 ； ——机翼展长； ——翼根弦长； ——翼尖弦长 ； ——机翼展弦比 ； ——机翼前缘后掠角； ——根梢比（梯形比）; ——翼型相对厚度; ——扭转角
4.模型飞机总体设计的步骤
(5)模型飞机的稳定性
LHT SHT 俯仰稳定系数：Api= CHT Cw Sw
Cy 俯仰安定度：mz
X 0 Y0 (0.44CL 0 / 57.3) mz CL c c
飞行器的多目标优化设计与应用研究与探讨
飞行器的多目标优化设计与应用研究与探讨在现代科技的快速发展中，飞行器的设计与应用成为了一个备受关注的领域。
飞行器不仅在军事领域发挥着至关重要的作用，在民用领域如航空运输、气象监测、资源勘探等方面也有着不可或缺的地位。
为了满足日益复杂和多样化的任务需求，飞行器的多目标优化设计逐渐成为了研究的重点。
飞行器的多目标优化设计是一个复杂的系统工程，它需要综合考虑多个相互关联且有时相互冲突的目标。
这些目标可能包括飞行器的性能、可靠性、经济性、可维护性等。
例如，在设计一架客机时，既要追求更高的飞行速度和更大的载客量，以提高运输效率和经济效益，又要确保飞行的安全性和舒适性，同时还要考虑飞机的制造成本和运营成本，以及对环境的影响等。
在性能方面，飞行器的飞行速度、航程、升限、机动性等都是重要的指标。
更高的飞行速度可以缩短旅行时间，增加运输效率；更远的航程可以扩大飞机的运营范围，提高市场竞争力；更好的机动性则有助于飞机在复杂的气象条件和空中交通环境中灵活应对。
然而，这些性能指标之间往往存在着相互制约的关系。
比如，为了提高飞行速度，可能需要采用更先进的发动机和气动外形设计，但这可能会增加飞机的重量和制造成本，同时对燃油消耗和环境影响也会产生不利影响。
可靠性是飞行器设计中另一个关键因素。
飞机在飞行过程中必须能够稳定可靠地运行，确保乘客和机组人员的生命安全。
这就要求在设计过程中充分考虑各种可能的故障模式，并采取相应的预防和应对措施。
例如，采用冗余设计来提高关键系统的可靠性，加强结构强度和耐久性，进行严格的质量控制和检测等。
然而，提高可靠性往往也会带来成本的增加，因此需要在可靠性和经济性之间进行权衡。
经济性是民用飞行器设计中至关重要的目标。
航空公司在购买和运营飞机时，都希望能够降低成本，提高利润。
这就需要在设计阶段就充分考虑飞机的制造成本、燃油消耗、维修成本、折旧率等因素。
例如，通过优化飞机的结构和材料，减轻飞机的重量，可以降低燃油消耗和制造成本；采用先进的维修技术和管理方法，可以减少维修时间和成本，提高飞机的使用率。
2无人机 飞行器设计
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5、飞行平台的设计 平台重要尺寸的确定
多旋翼平台尺寸有大有小，有高有矮。影响尺寸核心的几个参数：①以动力电池为首的 大尺寸机载物品体积、重量。②旋翼数量与桨径。③任务设备体积。
继续使用例1 的例子，要设计一款搭载佳能5D II及3轴稳定云台的，飞行时间半小时的 多旋翼。动力选型时选择了巡航功率284W的6515电机，配20×7英寸（桨径508mm）螺旋桨。 电池选择了10C,12S,12800mAh的动力电池，其体积为200×100×70mm。另外采购佳能5D II 及3轴稳定云台，总高度为250mm，回转直径300mm。
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4、载重、航时、总重相互关系计算
（例3）结构重量系数 f结构=0.1，动力系统重量系数 f动力=0.15 的10公斤裸机能飞多久？
W总 10
W任务 0 求解h；代入（10）式，得：
0.6 W任务 0.3
h
W总
0.694
h
0.75 W任务 0.3 W总
0.75
- 0.3 10
1.04 小时 1小时零 2分钟
相机云台接线总共两公斤，所以 W任务 2 ；航时45分钟，h=0.75 ；代入（9）式得：
W总
W任务 0.3 0.6- 0.694h
W总
0.6 -
2 0.3 0.694 0.75
2.3 0.0795
29公斤
15
4、载重、航时、总重相互关系计算
是不是纯电就飞不长呢？
也不是，这需要我们改善加工工艺把机体作轻同时使用更轻量的电机、电调、桨，假设
4、 USB输入接口和通信模块应尽量靠近，连线距离短，减少外在干扰信号 的影响
多功能无人机的设计与实现
多功能无人机的设计与实现在当今科技飞速发展的时代，无人机已经成为了众多领域中不可或缺的工具。
从航拍、农业植保到物流配送、抢险救援，无人机的应用场景越来越广泛。
为了满足不同任务的需求，多功能无人机的设计与实现成为了研究的热点。
多功能无人机的设计首先要考虑的是其结构和外形。
一个合理的结构设计能够确保无人机在飞行过程中的稳定性和机动性。
一般来说，无人机的主体结构包括机身、机翼、电机、螺旋桨和起落架等部分。
机身的设计需要兼顾强度和重量，以保证能够承载各种设备和任务载荷。
机翼的形状和尺寸则直接影响着无人机的飞行性能，例如升力、阻力和操控性。
电机和螺旋桨的选择要根据无人机的预期飞行速度、载重和续航能力来确定。
起落架的设计则要考虑到着陆时的稳定性和对机身的保护。
在动力系统方面，电池和电机是关键的组成部分。
目前，锂电池是无人机中常用的电源，其能量密度和放电性能直接影响着无人机的续航时间。
为了延长续航，一方面需要不断提高电池的技术水平，增加能量密度；另一方面，可以通过优化电机的效率和螺旋桨的设计来降低能耗。
此外，一些新型的动力技术，如氢燃料电池和太阳能电池，也在不断地研究和探索中，有望为无人机提供更持久的动力支持。
飞行控制系统是多功能无人机的“大脑”，它负责控制无人机的姿态、高度、速度和航向等参数。
飞行控制系统通常由传感器、控制器和执行机构组成。
传感器包括陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计和 GPS 等，用于测量无人机的状态信息。
控制器则根据传感器采集到的数据，通过算法计算出控制指令，然后发送给执行机构，如电机调速器和舵机，来调整无人机的飞行姿态。
为了提高飞行控制的精度和稳定性，先进的控制算法和滤波技术被广泛应用，例如 PID 控制、模型预测控制和卡尔曼滤波等。
在功能实现方面，多功能无人机需要配备各种不同的设备和传感器。
例如，对于航拍无人机来说，高清摄像头和稳定云台是必不可少的，以拍摄出清晰、稳定的画面。
农业植保无人机则需要搭载喷雾设备和流量传感器，实现精准的农药喷洒。
航天器的多功能性设计探讨
航天器的多功能性设计探讨在人类探索宇宙的征程中，航天器扮演着至关重要的角色。
随着科技的不断进步和太空任务的日益复杂多样，航天器的多功能性设计逐渐成为了研究的重点。
多功能性设计旨在使航天器能够适应多种不同的任务需求，提高其利用效率和可靠性，降低太空探索的成本。
要实现航天器的多功能性，首先需要考虑的是其结构设计。
一个灵活可变的结构是实现多种功能的基础。
传统的航天器结构往往较为固定，一旦设计完成，很难进行大幅度的改动。
然而，通过采用模块化的设计理念，可以将航天器分解为多个独立的模块，这些模块可以根据不同的任务需求进行组合和重新配置。
比如，在进行科学探测任务时，可以搭载更多的科学仪器模块；而在进行载人飞行任务时，则可以增加生命保障和居住模块。
在材料选择方面，也需要充分考虑多功能性的要求。
高强度、轻质的材料能够减轻航天器的重量，从而降低发射成本。
同时，材料还需要具备良好的耐辐射、耐高温和耐低温性能，以适应太空环境的极端条件。
例如，碳纤维复合材料和钛合金等材料在航天器制造中得到了广泛的应用。
此外，一些具有特殊功能的材料，如自修复材料和智能材料，也为航天器的多功能性设计提供了新的思路。
自修复材料能够在受到损伤时自动修复，提高航天器的可靠性；智能材料则可以根据外界环境的变化调整自身的性能，如形状记忆合金能够在温度变化时改变形状，从而实现航天器结构的自适应调整。
动力系统是航天器的核心组成部分，其多功能性对于航天器的性能至关重要。
目前，航天器常用的动力系统包括化学推进、电推进和核推进等。
化学推进系统具有推力大、启动迅速的优点，但燃料消耗快，适用于短时间内需要大推力的任务，如轨道转移和发射。
电推进系统则具有比冲高、燃料消耗少的特点，适用于长时间的轨道维持和姿态调整等任务。
核推进系统具有强大的推力和持久的动力，但技术难度较大，目前仍处于研究阶段。
为了实现航天器的多功能性，可以考虑采用多种动力系统组合的方式，根据不同的任务需求灵活切换使用。
飞行器设计系统集成与创新研究
飞行器设计系统集成与创新研究在现代科技的飞速发展中，飞行器设计已经成为了一个高度复杂且综合性极强的领域。
从早期的简单机械结构到如今的高度智能化、集成化的飞行器，这其中的技术进步和创新变革可谓是翻天覆地。
飞行器设计系统集成与创新，不仅关乎着航空航天事业的发展，更在国家安全、经济发展以及人类探索未知领域等方面发挥着至关重要的作用。
一、飞行器设计系统集成的概念与重要性飞行器设计系统集成，简单来说，就是将飞行器的各个子系统、组件和部件有机地组合在一起，使其协同工作，以实现飞行器的整体性能和功能目标。
这并非是简单的拼凑，而是一个精心策划、协调和优化的过程。
一个成功的飞行器设计系统集成，能够带来诸多显著的优势。
首先，它可以提高飞行器的性能和可靠性。
通过对各个子系统的优化组合和协同工作，能够充分发挥每个部件的性能潜力，减少系统之间的冲突和干扰，从而提高飞行器的整体性能和稳定性。
其次，有助于降低成本和缩短研发周期。
在集成的过程中，可以提前发现和解决潜在的问题，避免在后期的研发和生产中进行大量的修改和返工，从而节省时间和成本。
再者，能够增强飞行器的适应性和可扩展性。
良好的系统集成设计可以使飞行器更容易适应不同的任务需求和环境条件，同时也为未来的技术升级和功能拓展留下了空间。
二、飞行器设计系统集成的关键技术1、系统架构设计这是飞行器设计系统集成的基础。
需要综合考虑飞行器的任务需求、性能指标、技术可行性等因素，确定合理的系统架构。
包括硬件架构、软件架构以及通信架构等，以确保各个子系统之间能够高效、稳定地进行数据交换和协同工作。
2、多学科优化设计飞行器设计涉及到众多学科领域，如空气动力学、结构力学、控制工程、电子工程等。
多学科优化设计方法可以将这些不同学科的知识和模型进行整合，通过优化算法来寻求最优的设计方案，以达到在满足各种约束条件下的最佳性能。
3、仿真与验证技术在飞行器设计过程中，通过建立精确的仿真模型，对飞行器的性能、可靠性等进行预测和分析。
飞行器总体设计岗位职责
飞行器总体设计岗位职责
飞行器总体设计岗位职责：
1. 负责飞行器总体设计的规划、方案设计、技术分析和评估等工作。
2. 参与编制飞行器总体设计方案，包括总体飞行性能、载荷能力、气动特性、结构设计等方面，同时确保设计方案符合安全、经济和生产需求。
3. 完成飞行器总体设计方案的技术评估和经济分析，包括制定设计目标和限制条件，提出方案改进和优化措施。
4. 配合组织全机设计变更、确认飞行器总体设计权威性、适航性以及解决全机设计及试飞问题等。
5. 参与飞行器试制、试验和验证工作，包括飞行器原型设计、制造、装配、试飞等环节的技术指导和支持。
6. 协调与其他部门及分包商的沟通协调工作，跟进产品设计、制造、测试等过程中出现的问题，及时反馈并跟踪解决。
7. 根据市场、技术和客户需求，参与飞行器总体设计方案的优化和升级，促进公司研发实力的提升。
8. 参与制定公司的技术标准、设计规范和流程，加强项目管理和控制。
以上是飞行器总体设计岗位的主要职责，要求具备全面的技术素质、出色的团队合作精神和良好的创新能力，能够保证设计方案的质量和有效性。
同时需要关注行业发展趋势，加强技术创新，不断提升公司的核心竞争力。
多功能飞行器设计与实现(总体设计)讲解29页PPT
1、 舟 遥 遥 以 轻飏， 风飘飘 而吹衣 。 2、 秋 菊 有 佳 色，裛 露掇其 英。 3、 日 月 掷 人 去，有 志不获 骋。 4、 未 言 心 相 醉，不 再接杯 酒。 5、 黄 发得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
29
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初步选择通常是参照同类飞机的统计资料选择适当的 尾容量
平尾
CHT
LHT SHT CwSw
LHT（Lh）-尾力臂 SHT-平尾面积 Cw（bA）-机翼平均气动弦长 Sw-机翼全面积
▪ 飞机的主要总体设计参数
• 设计起飞重量
W0
• 动力装置海平面静推力 T
• 机翼面积
S
• 组合参数
▪ 推重比 ▪ 翼载荷
T/W0 W0 /S
(kg) (kg) (m2)
(kg/m2)
4.模型飞机总体设计的步骤
(3)机翼参数选择
▪ 翼型选择 ▪ 机翼外形设计 ▪ 机翼的增升装置和副翼
(4)尾翼布置及参数选择
模型飞机总体设计
1.什么是飞机设计？
▪ 所谓设计，便是创制某一产品之前的构思和 体现这一构思结果的过程
▪ 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
1. 什么是飞机设计？
▪ 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
1.什么是飞机设计？
▪ 飞机研制过程 —五个阶段的划分方式
• 论证阶段 —研究设计新飞机的可行性
• 方案阶段 —设计出可行的飞机总体技术方案
• 工程研制阶段 —进行详细设计，提供图纸试制原型机
• 设计定型阶段 —进行定型试飞
• 生产定型阶段 －少量改进，小批量生产
2.什么是飞机总体设计？
▪ 军用飞机的一般研制过程
整架模型飞机的焦点位置：
XF
0.25 0.7
SHT .LHT Sw.Cw
4.模型飞机总体设计的步骤
▪ (6)发动机及起落架安排
主要几何参数： 擦地角γ 防倒立角β 前、主轮距b 停机角Ψ
4.模型飞机总体设计的步骤
▪ (7)飞机内部的布置
对飞机内部各舱段的成品设备及管路、电缆 等的通路进行布置和协调，如接收机，舵机，动 力电池，电调等。
论证阶段
分析使用环境 拟定设计要求
方案 概念研究 论证设计要求 可行性
否 决策
是 战术技术要求 及概念性方案
方案阶段
三面图 总体布置 理论图 结构受力系统 全机各分系统 设计要求 发动机及主要 机载设备选定
工程研制 阶段
飞机详细设计 成品配套 飞机试制 地面模拟实验 机上地面实验 空、地勤培训 及试飞准备
立尾
CVT
LVT SVT bwSw
LVT(Lv) -尾力臂 SVT-立尾面积 bw（l） -机翼翼展 Sw-机翼全面积
4.模型飞机总体设计的步骤
▪ (5)模型飞机的稳定性
俯仰稳定系数：Api=
CHT
LHT SHT CwSw
俯仰安定度：mzCy
mz CL
X0 c
Y0 (0.44CL 0
c
/ 57.3)
副翼的初步参数选取 副翼面积相对机翼面积一般在5%~7%； 副翼相对弦长约为20%~25%； 如采用襟副翼，即后缘 襟翼与副翼合成一块， 其相对展长可达 60%~80%。 一般副翼偏角δa 不超过25º。
副翼选取曲线范围
4.模型飞机总体设计的步骤
(4)尾翼布置及参数选择
尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，是飞机纵向和侧向 上的平衡、稳定及操纵机构。
否 决策
是
全尺寸样机 研制任务书
否 决策
是
原型机
设计定型 阶段
生产定型 阶段
调整试飞 定型试飞
否 决策
是
定型试飞 报告
建立生产线 稳定工艺 批生产飞机 试飞鉴定
否 决策
是 批生产飞机
交付部队
进一步 改进
3. 总体设计的特点
▪ 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
3.总体设计的特点
▪ 反复环迭代的过程
设计要求
新概念构思
参数选择与 权衡研究
技术可用性 概念草图
设计要求权衡
初始设计
修正设计
设计要求
设计分析
设计方案
“Design Wheel”
初次估计 的参数选择
初始分析 －气动 －重量 －推进
分析 －气动 －重量 －推进 －操稳性 －结构 －费用 －子系统
－…
参数选择与 性能优化
细化的参数选择与 性能优化
概念设计流程
初步设计
3.总体设计的特点
▪ 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
从孤立专业的角度设计出的飞机
重量 重量工程师的梦想
－航模飞机？ 气动力
把机身、发动机、起落架这样 降低气动效率的部件统统去掉！
动力装置 飞机？
4.模型飞机总体设计的步骤
▪ 根据配平翼面和机翼之间的相对位置和配平 翼面的多少，通常分为以下几种型式
• 正常式布局：水平尾翼位于机翼之后 • 鸭式布局：水平尾翼位于机翼之前 • 无尾布局：只有一对机翼，但立尾有无不确定 • 三翼面布局：机翼前面有前翼，后面有平尾
4.模型飞机总体设计的步骤
(2)主要参数选择
在总体布置的基础上对飞机的几何外形进行 修形与完善。
对飞机的重量、重心位置进行校核。
“会飞的发动机”？！
布鲁恩＆米勒
P-51 Mustang
K. D. 伍德
F-16 Fighting Falcon
4.模型飞机总体设计的步骤
(1)飞机总体布局型式的选择
飞机部件几何外形特征及装载布置方案 的总称，如机翼、机身、尾翼及发动机、起 落架安装位置、装载布置方案等不同的组合。
F-15D双座战斗机
展弦比 展弦比越大，翼尖效应（翼尖处下 面高压气流流向上翼面，减小了翼 尖附近的升力）对机翼影响区比例 越小其升力线斜率即升阻比都较大
由于翼尖涡减小了翼尖处的有效迎 角，所以小展弦比机翼的失速迎角 大
❖副翼布置在机翼后 缘两侧的横向操纵面， 其作用是提供足够大 的滚转力矩，保证满 足飞机对横向操纵性 的要求。
▪ 翼型是构成翼面的重要部分，直接影响到飞 机的性能和飞行品质
▪ 选择翼型时不仅要满足气动要求，还须兼顾 结构、强度及工艺的需要
➢ S ——机翼参考面积 ； ➢ l ——机翼展长； ➢ b0 ——翼根弦长； ➢ b1 ——翼尖弦长 ； ➢ ——机翼展弦比 ； ➢ ——机翼前缘后掠角；
➢ ——根梢比（梯形比）; ➢ c ——翼型相对厚度; ➢ ——扭转角