飞行器结构设计
飞行器结构设计(打印版)
在弹体坐标系下，由受力平衡和力矩方程得
Ra Rb G cos Ral1 Gl2 cos 0 fRa Fa
两坐标轴方向过载为：
nx ( P Fa) / mg 0 ny ( Ra Rb) / mg 0
可得
nx P / mg 0 fGl2 cos / mg 0l1 ny G cos / mg0
M N Yi Ji Fj
——舱段剖面上的正应力；
M ——由弯矩 M 产生的正应力；
N ——由轴向力 N 产生的正应力；
M ——作用在舱段剖面上的弯矩； N ——作用在舱段剖面上的轴向力；
J i ——减缩剖面的惯性矩；
Yi ——第 i 个元件到减缩剖面中性轴的距离；
F j ——减缩剖面的面积。
可知，从 0 至 90 度，随 增大， nx 变大， n y 变小。 4 波动系数 K：反映当舵面偏角发生变化时，导弹的过载系数变化的程度。 第四次课（教材 23 页-35 页） 1 地空导弹典型弹道上所选的特征点有：最大推力点，导弹进入控制飞行的初始点，机动飞行段的速 压点，机动飞行的终点。 2 压心：作用在物体上空气动力合力的作用点。 3 刚心：一个剖面上，所有作用力的合力，只产生纯弯曲的作用点。 4 设计载荷：使用载荷乘以安全系数。 P des
R ——连接框外径；
q ——连接框的支反剪流。
第八次课（教材 52 页—61 页） 1 梁式翼面结构中，翼梁一般沿翼面最大厚度线布置或沿翼弦的等百分比线布置，翼肋按顺气流方向 排列或沿垂直于翼梁弹性轴方向布置。 2 玻璃钢蜂窝夹层结构中，弹翼主体上蜂窝纵向沿展向排列，翼前后缘蜂窝纵向沿翼弦方向排列。 3 展弦比：展向长/弦向长。 4 翼面的相对厚度：翼面最厚位置厚度/弦长长度。 第九次课（教材 62 页—70 页） 1 普通肋开减轻孔是因为腹板剩余强度一般较大，减轻孔边缘翻边是为提高腹板的抗弯能力。 2 铆缝设计与计算主要是确定铆钉的直径，间距，边距与排距。 第十次课（教材 70 页—76 页） 1 第一强度理论是最大拉应力准则； 第二强度理论是最大伸长线应变准则； 第三强度理论是最大剪应力准则； 第四强度理论是最大形变能准则。 2 夹层结构夹芯参数为格子形状，边长，箔厚与变密度格子。 第十一次课（教材 76 页—84 页） 1 在多榫式接头中，齿中部厚度小于齿厚，是为了减少齿的精加工面，齿外端厚度比齿根略小，装配 时外端起导向作用。 （教材 77 页图 3.44）
飞行器结构设计课程设计 教学大纲
飞行器结构设计课程设计一、课程说明课程编号：420213Z11课程名称（中/英文）：飞行器结构设计课程设计/Aircraft Structure Design Curriculum Design课程类别：专业教育课程（集中实践环节）学时/学分：16/1先修课程：理论力学，材料力学，航空航天概论，飞行器结构设计适用专业：航空航天工程教材、教学参考书：《飞行器结构设计》。
余旭东，徐超，郑晓亚。
西北工业大学出版社,2010年。
第一版二、课程设置的目的意义本课程设计是航空航天工程专业必修的专业实践类主干课。
课程的目的是在学习完飞行器结构设计之后培养学生运用所学知识解决实际问题，提高学生理论联系实际和动手操作的能力，使学生更深入的掌握现代飞行器结构设计的先进设计思想、设计理论和设计技术。
三、课程的基本要求课程通过实验和课程设计环节培养学生的实际操作动手能力及学生应用相关理论知识来解决处理实际问题的综合能力。
其具体要求为：1.深入了解飞行器结构设计的基本概念和型号的研制步骤；2.通过实际动手分解和组装无人机掌握无人机的基本结构特点和设计方法；3.通过无人机飞控调试和无人机飞行实验以及无人机飞行轨迹规划等实验内容深入了解无人机的设计思想和对应的功能实现过程；4.通过有限元软件对卫星的建模和仿真，掌握航天器结构设计的基本方法和飞行器动态设计的方法。
同时注意培养学生实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验设计习惯，为今后工作打下良好的基础。
四、教学内容、重点难点及教学设计五、实践教学内容和基本要求本课程为实践类的课程设计，具体的教学内容为三个实训类的实验课程:实验一, 旋翼无人机飞行实验;实验二,旋翼无人机试飞;实验三,卫星结构的动力学仿真实验。
其具体要求为：实验一：要求掌握无人机的基本结构特点和各个构件的基本功能，并能动手拆解和组装无人机。
实验二：要求对无人机进行飞行试验，掌握无人机结构设计在无人机实际飞行中起的关键作用。
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。
飞行器结构设计课件
705 ~ 80， 0n y 4~ 6
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2.2典型飞行姿态和载荷系数
4、垂直突风 (在航迹运动坐标系中分析)
2024/6/8
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2.2典型飞行姿态和载荷系数
（1）计算突风引起的升力变化:
YKC2
Y c os v2
G
gr
升力等于G乘上一个系数，该系数称为载荷系数。
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ny
Y cos v2
G
gr
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2.2典型飞行姿态和载荷系数
分析该曲线运动中， 的特性：
① nym a x 1vg2r
0o
② n y ma与x 曲线航迹半径成反比，与切线运动速度
若
n
的平方成正比，这表明： y一max 定，v 一定，则运动半径就规定了；太
或客机则没有太大必要。 Ⅱ. 载荷系数又反映了对结构的载荷作用, 载荷系数越大,表明
飞机 结构的承载越大,要有足够的刚、强度，则结构重量大。
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2.2典型飞行姿态和载荷系数
Ⅲ. 载荷系数的载荷作用，不仅对结构有作用，而且 对机载设备及乘员有载荷作用。载荷系数越大，对 他们的作用越强，要视他们的承受能力而定。
飞机的外载图像演示
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2.2典型飞行姿态和载荷系数
1.俯冲拉起:对称面内作曲线机动飞行情况（纵向飞行）
飞机的升力使飞机保持向心曲线运动。
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2.2典型飞行姿态和载荷系数
动平衡关系：（机体坐标系y向）
,表现了运动的变速特征（曲线运动）
即：
Y
Gc os Ny
飞行器结构设计的实践与优化
飞行器结构设计的实践与优化随着社会的不断进步和发展，飞行器的领域也越来越广泛，用途也越来越多元化。
从最初的货运飞机到现在的无人机，我们可以看出飞行器的设计已经不再只是简单的机械构造，更多地需要考虑到飞行器的结构设计以及优化。
那么，如何实践和优化飞行器的结构设计呢？一、结构设计的实践1.1 确定设计方案在进行飞行器的结构设计时，首先需要明确设计方案。
设计方案需要根据飞行器的性质、用途以及实际需求来确定。
比如，如果是设计无人机，就需要考虑到其飞行的安全性和稳定性；如果是设计商业航空飞机，就需要考虑到其商业性和经济性。
根据不同的设计方案，我们需要确定不同的设计思路和设计需求。
1.2 飞行器结构的设计根据设计方案的要求，我们需要进行飞行器的结构设计。
具体来说，设计过程包括以下几个步骤：1）确定飞行器的外形尺寸;2）确定飞行器的重心位置;3）确定飞行器主要翼面的面积和形状;4）确定飞行器的机翼弯度、机身外形和梢形;5）确定飞行器的尾部细节设计。
这些设计在实践中都需要具备丰富的理论知识和实践经验，特别是在飞行器的外形和尺寸的设计上，需要更多地考虑到飞行器的气动性和稳定性。
1.3 测试和验证完成飞行器的结构设计后，需要进行测试和验证。
在测试和验证中，主要是考虑到飞行器的性能和安全性。
测试和验证的过程中还包括了强度试验、气动试验以及飞行试验等，以便于我们获得更准确的数据和实验结论，从而更好的优化设计。
从结构设计的实践中，我们可以看到，飞行器的结构设计不是一次成功就可以解决的，它需要对设计方案、设计思路和设计要求有很深刻的认识，进而进行实践和验证。
这样，才能够得到一个完整可靠的结构设计。
二、飞行器结构设计的优化2.1 结构优化的概念在飞行器结构设计的实践中，我们常常会遇到一些问题，如重心不稳、控制性能差等。
这时候，我们就需要进行优化。
所谓优化，就是在设计过程中，针对原有设计方案中存在的缺陷，进行一定的改进和调整，从而达到更加合理的设计效果。
飞行器结构设计岗位职责
飞行器结构设计岗位职责
飞行器结构设计岗位职责：
飞行器结构设计师主要负责飞行器结构设计方面的工作。
其职
责包括：
1. 设计飞行器的结构方案和装配方案，确保满足飞行器的强度、刚度和航空安全等要求。
2. 通过CAD/CAE软件进行三维建模、荷载、应力、疲劳等分析，评估其结构的强度和刚度，确保结构安全。
3. 设计并选择适当的材料，确保结构耐久性，并考虑航空燃油
经济性。
4. 确保与其他设计方案的协调，如设备装配、动力系统、系统
布置等，确保结构设计的可行性。
5. 熟练运用结构设计规范、材料性能和先进制造技术，并对设
计进行持续改进。
6. 参加试飞和认证过程，确保飞行器满足民用或军用航空批准
标准。
7. 追踪和分析设计和生产中的问题和缺陷，以及实现飞行器结
构的质量和性能目标。
8. 与生产和测试工程师密切合作，以确保设计能够顺利转化为
生产实践，并完成最终的产品。
总之，飞行器结构设计师是飞行器制造过程中至关重要的一环，负责设计各种结构、材料和制造技术，确保飞行器的安全、性能和
经济性。
此岗位需要有扎实的结构设计、立体造模能力以及对航空
技术有深入的了解。
飞行器结构设计和安全性评估
飞行器结构设计和安全性评估近年来，随着人类科技的不断进步和实践，飞行器扮演着越来越重要的角色。
然而，飞行器的结构设计和安全性评估是一个极其重要的领域，在这个领域里面涉及到了大量的科学和技术知识。
针对这个问题的解决，各国和企业都在不断地探索，并且也取得了不少的成果。
那么，究竟什么是飞行器结构设计和安全性评估呢？我们在本文中将对这个问题进行详细的探讨。
1. 飞行器结构设计首先，让我们来看看什么是飞行器结构设计。
结构设计是指在飞行器的设计过程中，根据设计所需考虑变量和特性，确定结构构件之间的几何形状、材料、连接方式，以及其他一些重要参数。
飞行器结构设计对于飞行器的性能和安全性都至关重要，因为结构设计的好坏，直接影响到飞行器的强度、空气动力学特性和控制精度等。
通常情况下，飞行器结构设计是一个复杂的综合性工作，设计人员需要考虑大量的因素，例如材料的强度、热膨胀系数、疲劳寿命等等。
同时，飞行器的结构设计还需要考虑到存在的环境和任务传递的量的影响，保证飞行器在各种不良条件下都能够保持结构的完整性。
2. 飞行器安全性评估有了一个合理的结构设计之后，如何确保飞行器的安全性呢？这就需要进行飞行器的安全性评估。
安全性评估的目的是为了确定飞行器在各种情况下的安全性能，以便于减少飞行风险、提高飞行安全性。
飞行器安全性评估一般分为三个层次，即整体评估、系统评估和单元评估。
整体评估主要是为了评价飞行器整体的飞行性能，包括燃料效率、飞行速度、机动性等等。
系统评估主要是评估各个系统（例如发动机、控制系统等）的安全性能，确保这些系统在各种工作状态下都能够正常工作。
最后，单元评估则是评价单一构件或者部件的安全性能，例如发动机部件的疲劳寿命、螺钉连接部位的强度等。
3. 飞行器结构设计和安全性评估的关系结构设计和安全性评估之间存在着密不可分的关系。
一方面，结构设计的好坏决定了飞行器的空中性能和生命安全；另一方面，安全性评估的准确性和完整性又反过来影响到结构设计的成果。
飞行器结构设计的研究与发展
飞行器结构设计的研究与发展一、引言随着人类科技的发展，飞行器作为一种重要的交通工具，逐渐成为人们生活中的必需品。
飞行器的结构设计是飞行器制造的核心环节，其优劣直接决定了飞行器的安全性、经济性和可靠性等因素。
本文将对飞行器结构设计的研究与发展进行探讨。
二、飞行器结构设计的发展历程1.早期的飞行器结构设计早期的飞行器采用木材、金属等材料作为结构材料，其结构设计主要以实用为主，对机体重量、空气动力学等因素影响不够重视。
因此，这些飞行器的安全性、经济性和可靠性均存在一定的问题。
2.现代飞行器结构设计现代飞行器结构设计相较于早期则有了飞跃式的进展。
如今已能采用先进的复合材料、液压系统及高精度机械等材质和技术，而且以轻量化、高强度、高可靠性等基本特点为设计理念。
三、飞行器结构设计的技术要点1.材料选择外部应力和内部负载使材料的安全性、使用期限、维护成本、生产技术等因素成为结构设计的重要要素。
现代飞行器结构设计采用高强度低密度的材料如复合材料。
2.轻量化设计轻量化设计是现代飞行器结构设计的主要趋势，可通过材料和零部件的精细化、超低振动设计来实现。
3.空气动力学优化空气动力学优化设计是现代飞行器结构设计的重要技术之一，可通过分析和计算瞬态运动来改进设计以降低飞行器在空气中的能量损失。
4.三维建模三维建模已成为现代飞行器结构设计的必备技术，可节省时间和成本，提高设计的准确性和效率。
四、飞行器结构设计应用领域目前，飞行器结构设计的应用领域已经涉及到航空、航天、军事和民用等多个领域，并在此基础上不断地探索和发展。
近年来，飞行器展示和研发竞赛中的市场需求，更推动着该领域技术日新月异。
五、未来发展趋势未来，飞行器结构设计的研究将继续推进，推动材料科技、空气动力学、模拟仿真等技术的进一步创新，以实现更高的安全性、经济性和可靠性，带来更多的重大科技成果。
六、结论在飞行器结构设计的发展历程中，科技进步带来了不断前行的动力，并使得飞行器结构设计的技术不断成熟，应用领域不断拓展。
飞行器结构强度设计研究
飞行器结构强度设计研究
飞行器是由机身、机翼和发动机组成的结构，是空中运行所必需的重
要结构体系，其结构设计是飞行器发动机和控制的重要前提。
飞行器结构
的强度设计是飞行器的基本性能，也是飞行器结构设计中重要的一项内容。
在多余强度设计中，采用减量性设计原理，以尽量减少材料使用量和
重量，同时保证结构的安全可靠性为原则，即可以减少飞行器结构的重量，从而提高性能和经济效益。
可靠性评价旨在评估飞行器结构的可靠性，其目的主要有两个：一是
为飞行器结构的设计提供理论支持；二是为了保证结构及其部件的可靠性，从而满足飞行器的安全运行。
安全可靠性评价是运用安全理论，对飞行器结构进行可靠性评价的一
种方法，它强调了飞行器结构能够达到良好的安全可靠性，根据飞行器的
实际使用环境，制定合理的安全规则，以确保飞行器的安全性。
重量优化设计旨在在不影响结构可靠性的前提下，尽量减少飞行器结
构的重量，从而减少结构的阻力和动力消耗，提高飞行器的经济性能。
飞行器结构设计与性能分析
飞行器结构设计与性能分析随着科技的发展，飞行器已经越来越普及，甚至连小孩子都可以用遥控器控制他们玩耍。
而飞行器的结构设计和性能分析是飞行器技术中极为重要的一部分。
本文将就飞行器结构设计与性能分析展开探讨。
一、飞行器结构设计飞行器通常包括机身、翼面、推进系统和底盘、起落架和电力系统。
在设计飞行器结构时，设计师需要以强度、刚度、稳定性和重量为基础，根据飞行器的特殊特性进行设置。
以下是常见的飞行器结构设计要素：1、材料选择：飞行器的材料选择非常重要，一般常用的材料有铝合金、碳纤维、玻璃钢等。
这些材料都具有轻量、高强度、高稳定性的特点，总体来说，材料应该既能够满足强度和刚度要求，又要尽可能的轻量化。
2、机身结构：机身是飞行器最基础的部分，它的设计通常分为框架结构和蒙皮结构两种形式。
对于小型飞行器而言，采用蒙皮结构相对较为适宜，此时需要保证蒙皮结构的强度和刚度。
3、翼面设计：翼面是飞行器的最重要部分之一，翼面形状可以根据飞行器所执飞行任务的类型进行设计。
高速飞机需要更为细长的翼面形状，而垂直起降无人机则需要更大的翼面面积，同时需要满足起飞和着陆时的要求。
4、推进系统和底盘：推进系统和底盘是飞行器的动力来源和支撑基础。
在推进系统上，可以采用尾喷或侧喷等方式来提供必要的推动力。
而底盘则需要满足在着陆时的产生大量冲击力的需求，同时需要保证整体结构的稳定性。
二、飞行器性能分析在设计飞行器结构时，性能分析也是非常重要的一方面。
均衡和合理的性能设计和分析能够确保飞行器在规定的工作条件下获得更好的性能和效果。
以下是针对性能分析的一些常用指标：1、空气力学性能指标：空气动力学参数是衡量飞行器空气动力学性能最主要的参数。
例如，升力系数、阻力系数和升阻比等，这些指标通常会影响飞行器的抗风能力和节能性能。
2、稳定性和控制性能：稳定性是飞行器的最基本要求之一，一般分为交替稳定和纵向稳定。
控制性能是指飞行员可以通过控制机身运动来实现对飞行器的控制。
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。
飞行器结构设计与优化
飞行器结构设计与优化在现代航空工业中，飞行器的结构设计和优化是至关重要的步骤。
飞行器结构的设计和优化，涉及到多个方面，包括材料选择、结构布局、气动特性和强度分析等。
本文将从几个角度来探讨飞行器结构设计与优化的重要性和挑战。
第一，材料选择。
飞行器的材料选择对于飞行器的性能有着重要的影响。
合适的材料能够提供足够的强度和刚度，同时又要尽可能减轻飞行器的重量。
在选择材料时，需要考虑到材料的强度、密度、成本和可加工性等因素。
例如，碳纤维复合材料具有较高的强度和刚度，同时轻量化，逐渐成为飞行器结构的首选材料。
第二，结构布局。
飞行器的结构布局直接关系到飞行器的性能和操控性。
合理的结构布局能够提供足够的机翼面积和稳定性，同时减少湍流和阻力。
航空工程师需要考虑到飞行器的使用场景和任务需求，来确定最佳的结构布局。
比如，战斗机的结构布局需要考虑到机动性和隐身性，而民用飞机则更注重舒适性和燃油效率。
第三，气动特性。
飞行器的气动特性对于飞行器的性能有着决定性的影响。
飞行器必须要能够在不同的气候和高度条件下保持稳定的飞行状态。
为了优化飞行器的气动特性，航空工程师需要进行流场分析和气动力学计算。
通过模拟和实验，他们可以确定飞行器的气动外形和操纵面的设计，并对其进行调整和优化。
第四，强度分析。
飞行器的结构必须能够承受各种飞行过程中的载荷和力的作用。
强度分析是评估飞行器结构是否足够强壮的重要手段。
通过有限元分析和强度校核，航空工程师能够对飞行器的结构进行评估和优化。
他们需要综合考虑静态负荷、动态载荷、振动和冲击等多方面的因素，以确保飞行器的结构安全可靠。
飞行器结构设计与优化的挑战也是不可忽视的。
首先，飞行器需要在复杂的外界环境中稳定运行，因此对结构的要求非常高。
其次，飞行器的结构需要承受巨大的载荷，如重力、气动载荷和机械应力，这对结构的强度和刚度提出了更高的要求。
此外，飞行器结构的设计和优化需要考虑到不同工况下的性能需求，如起飞、飞行、降落和遭遇紧急情况等。
飞行器结构设计中应满足的基本要求
飞行器结构设计中应满足的基本要求一、概述在飞行器的设计中，结构设计是至关重要的一环。
飞行器的结构设计要求不仅仅包括承受外部载荷的强度和刚度，还要考虑飞行器的轻量化、安全性、使用寿命等多方面因素。
本文将从深度和广度两个方面，来全面评估飞行器结构设计中应满足的基本要求，并探讨其重要性与必要性。
二、基本要求的深度探讨1. 强度和刚度飞行器在飞行过程中会受到各种外部载荷的作用，如机载设备的振动、气动力的作用、重力等。
飞行器的结构设计首要考虑的就是强度和刚度。
结构设计必须能够确保在外部载荷的作用下，飞行器的各个部件不会发生破坏或变形，同时还要保证飞行器具备足够的刚度，以确保飞行器在飞行过程中保持稳定性。
2. 轻量化随着航空航天技术的不断发展，对飞行器重量的要求也越来越高。
轻量化设计不仅可以降低飞行器的燃料消耗，延长其续航能力，还可以提高飞行器的承载能力和飞行性能。
3. 安全性飞行器结构设计必须保证其在面临意外情况时具备一定的安全性。
无论是在飞行过程中的异常情况，或是在地面维护和使用中的意外事件，飞行器的结构都必须能够确保乘员和设备的安全。
4. 使用寿命飞行器的结构设计要求还要充分考虑其使用寿命。
飞行器作为高价值资产，其结构设计必须能够确保其长期稳定运行，减少维护成本和飞行器的寿命周期成本。
三、基本要求的广度探讨1. 材料选择飞行器结构设计所用的材料必须能够满足强度、刚度、轻量化和耐腐蚀等多重要求。
传统的铝合金和钛合金在航空航天领域备受青睐，而随着复合材料技术的发展，碳纤维复合材料等新材料也逐渐被应用于飞行器的结构设计中。
2. 结构布局飞行器的结构布局应该能够实现结构件的合理排布、布局简洁、易于维护和维修，并且能够充分满足飞行器在飞行过程中的动力学、气动学和航空电子设备的布置。
3. 先进制造技术飞行器结构设计需充分考虑先进的制造技术，如数字化设计与制造、3D打印技术等，以提高结构件的制造精度和减少生产成本。
飞行器结构设计与优化
飞行器结构设计与优化作为现代航空领域的核心技术之一，飞行器结构设计和优化已成为影响飞行器性能和质量的重要因素。
在飞行器的设计和制造过程中，结构设计和优化涉及到重要的材料、制造工艺和设计参数等方面，其重要性显而易见。
一、飞行器结构设计的原则在飞行器结构设计中，设计原则主要包括受力性、可靠性、轻量化、可制造性和可维护性等多个方面。
在结构设计中，要根据不同部位和不同功能的要求设置不同的设计原则。
例如，机翼和机身整体结构的设计应当考虑到提高飞行器的刚度和强度，而发动机舱的设计则需重点考虑飞行器的耐高温、防火和减重等问题。
在受力性方面，飞行器的结构设计应考虑到各种可能出现的荷载情况，并对不同部位和不同功能的部件进行合理的强度和刚度分配。
在可靠性方面，飞行器的结构设计应考虑到各种可能出现的故障和损耗情况，尽可能避免单点故障和故障的扩展与蔓延。
在轻量化方面，飞行器的结构设计应尽可能减少飞行器的重量，从而提高飞行器的载荷能力和燃油经济性。
在制造方面，飞行器的结构设计应考虑到各种可能出现的制造工艺问题，尽可能降低制造成本。
在维护方面，飞行器的结构设计应考虑到各种不同维护环境，尽可能提高维护效率和疲劳寿命。
二、飞行器结构优化的方法和手段为了在飞行器结构设计中达到最佳的技术和经济效果，飞行器结构优化是必不可少的步骤。
当前飞行器结构优化主要通过有限元分析、优化算法和虚拟样机试验等手段来实现。
有限元分析是一种常用的飞行器结构优化方法，主要用于分析不同荷载条件下飞行器各部位和部件的受力状态和变形情况，进一步优化飞行器的结构，提高飞行器的机械性能和耐久性。
有限元分析是一种非常精准的工具，但需要丰富的理论知识和良好的模型建立能力。
优化算法是另一种常用的飞行器结构优化方法，主要用于寻找最优解，通过数值优化、元启发式算法、人工智能等各种优化手段，提高飞行器的机械性能、重量和生产效率等多个方面。
优化算法具有高效性和可靠性的特点，但需要高超的数学处理能力。
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。
飞行器结构设计第二章新
三、动力载荷综合设计
叠 加 抑 制
四、静动载荷综合设计
卫星、弹头载荷的综合设计
2.6 使用载荷和设计载荷、安全系数
一、什么是“使用载荷” 使用载荷——正常使用状态下，在飞行器或其部件上可能承 受的最大载荷，又称限制载荷（Limit Load）。
注：由设计情况导出的最严重情况下的使用载荷。
N尾 0
M尾 0
五、导弹、火箭的动载荷
自学2.4节。
2.5 飞行器载荷综合设计
一、什么是“载荷综合设计”
原因：飞行器在各种工作环境中某一时刻可能同时会受到静力、动 力和热载荷源的联合作用。各种载荷之间有时有抑制作用，有时某 种载荷对其他载荷又会有激励作用。
载荷综合
内力综合
二、静力载荷综合设计
稳态载荷 热载荷 瞬态载荷 电载荷 磁载荷 物理载荷
2.2 过载系数
一、过载系数的三种定义
过载系数（Overload Coefficient），简称过载。
——为什么引入过载？
定义一：
飞行器所承受的全部表面力的合力与飞行器的瞬时质量在地面上的 称重之比。
F F n
i
i
mg0
G0
要点： 1. 过载是矢量，根据坐标轴的方向决、定正负。 2. 若将飞行器简化为质点，上式给出质心处过载。
三、 “破坏载荷法”——设计方法 设计载荷法或破坏（极限）载荷法——核心思想：飞行器的强 度按设计载荷计算，在设计载荷作用下结构不能破坏。 目的：保证结构在任何情况下可靠承载，具有足够的强度。
Pu Pdes [ ]b d ,max
对比——许用应力法： 在使用载荷下飞行器及其部件不允许产生妨碍正 常工作的永久变形，即
飞行器总体设计
飞行器总体设计
飞行器的总体设计可以包括以下几个方面：
1. 机身结构：飞行器的机身结构是其最基本的组成部分，
通常由机翼、机身和尾翼组成。
机翼负责提供升力，机身
承载载荷和提供尺寸和形状以容纳机载设备和乘客，尾翼
用于控制飞行器的稳定和机动性。
2. 动力系统：飞行器的动力系统可以是内燃机、电池、太
阳能电池板等多种形式。
动力系统的选择应根据飞行器的
尺寸、用途和性能需求等因素进行考虑。
3. 控制系统：飞行器的控制系统包括飞行操纵系统和导航
系统。
飞行操纵系统用于操作飞行器的姿态和运动，导航
系统用于确定飞行器的位置和航向，并提供导航指引。
4. 通信系统：飞行器可能需要与地面控制中心或其他飞行
器进行无线通信，因此通信系统应具备可靠的通信能力。
5. 安全系统：飞行器的安全系统包括避撞系统、防火系统、紧急降落系统等，以确保飞行器在遇到紧急情况时能够及
时采取相应措施保障安全。
6. 载荷和乘员安排：根据飞行器的用途，需要考虑合适的载荷和乘员安排，以满足任务需求，并确保舒适和安全。
7. 结构材料和制造工艺：飞行器的结构材料和制造工艺影响其重量、强度和寿命等性能指标，需要根据需求选择合适的材料和工艺。
总体设计还需考虑飞行器的性能、稳定性、操纵性、经济性和环保性等方面的要求，以及适用的法规和标准。
飞行器结构设计与性能分析
飞行器结构设计与性能分析一、引言飞行器是一种高性能、复杂的机械系统。
结构设计与性能分析是飞行器研制的重要环节。
飞行器结构设计必须充分考虑其受力情况、质量分布、稳定性和安全性等因素。
性能分析则需要对飞行器的载荷特性、空气动力特性、动力系统性能、控制系统性能等进行全面的分析与评估。
本文将从飞行器结构设计与性能分析两方面进行探讨，希望能对飞行器研发工作提供一定参考价值。
二、飞行器结构设计（一）飞行器结构设计需要考虑的因素1、受力情况：飞行器的各部件通过气动力和重力的作用受到各种力的作用。
结构设计时需要考虑这些力的作用方向、大小以及时间变化等因素，以便合理地分配各部件的强度和刚度等参数。
2、质量分布：飞行器的重量和重心分布对其稳定性和机动性能具有很大的影响。
飞行器结构设计时需要充分考虑其质量分布特点，以最大限度地降低飞行器重量和延长飞行时间等。
3、稳定性：飞行器横向、纵向和偏航稳定性是其能否完成给定任务的关键因素。
结构设计时应根据飞行器的稳定性需求和控制要求进行设计，以达到稳定性和机动性的平衡。
4、安全性：飞行器的设计需要充分考虑安全性问题，保障飞行器在各种失控状态下的可控性和可靠性。
同时，应尽可能地减少飞行器对环境和人员的影响，保护环境和人员安全。
（二）结构设计方法与技术1、CAD技术：计算机辅助设计（CAD）可以帮助设计师更快速、更准确地完成飞行器的3D建模和渲染，同时可以对模型进行复杂的运动仿真和结构分析，以确定结构的可靠性和稳定性等性能指标。
2、有限元方法：有限元法可以对飞行器结构进行全面的力学分析，通过建立相应的有限元模型和加载模型，计算各部件受力情况，检测各部件的强度、刚度和寿命等性能指标，为优化设计提供依据。
3、仿生学设计：将自然界的生物学结构中具有优秀性能的形态和结构作为参考，进行仿生学设计，可以大大提高飞行器的性能。
例如，仿照鸟类的翅膀结构设计飞行器的机翼，可以提高其飞行效率和机动性。
飞行器结构设计
飞行器结构设计
飞行器结构设计是指对如何构造飞行器进行设计和规划的过程和方法。
它包括结构选型、布局设计、材料选择、连接方式等内容。
这些因素都对飞行器的重量、安全性、舒适性、飞行效率等方面有着重要的影响。
下面将从这些方面详细说明。
结构选型：飞行器结构的选型包括机翼、机身、尾部、襟翼、进气道、发动机等部分。
在选型过程中需要考虑到设计要求以及实际能够承受的压力和重量等因素。
例如，设计要求飞机在空中保持平衡，而机身则需要考虑保证结构强度的同时减轻重量。
布局设计：布局设计是指如何安排飞行器内部的设备和仪器，以满足飞行员或乘客的需求。
这包括座椅的安排、控制台的设计、仪器的安装位置以及空气循环等方面。
在设计时需要考虑舒适度与空间效率之间的平衡。
材料选择：飞行器的结构材料需要同时满足轻量化、强度要求以及抗腐蚀等多种特性。
航空材料包括合金、碳纤维、铝和钛等。
根据飞行器的规模和用途，不同的材料具有不同的优点和缺点。
连接方式：飞行器的连接方式需要考虑优化结构的强度、重量和
寿命。
在这一方面的设计包括焊接、螺栓连接和黏合等多种方式。
它们在不同的应用场景中各有优劣点，需要根据具体情况进行选择。
总之，飞行器结构设计需要综合考虑多个方面，使设计能够满足飞行器的效率、安全性和可靠性等多个方面的要求。
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尺 寸 优 化 目前是结构优化中 主要处理的问题
结构布局优化
目前还没很好解决
飞机结构优化的数学模型
飞机结构优化的数学模型
求杆的截面面积和板的厚度（设计变量） X=(x1, x2, · · · , xn )T 使结构重量（目标函数）
f ( X ) Li ρ i xi Min
i 1 n
设计变量和优化方法分类
设计变量和优化方法分类 设 计 变 量
拓扑变量
包括元件、连接点及支 持条件的数目及空间排 列秩序。该类变量描述 了结构的构造模式
外形变量
该类变量描述结构的 几何外形，通常是节 点坐标
尺寸变量
描述组成结构元件的截 面尺寸，如杆元件的截 面积、板元件的厚度等
拓 扑 优 化
外 形 优 化
总
结
结构有限元分析重点内容
有限元素法概念
有限元素法的典型步骤
有限元模型化原则
结构优化设计的重点内容
结构优化设计的数学模型
优化方法的基本思想
第一、二讲练 习 题
1. 简要说明一下飞机研制的几个阶段。 2. 简要说明一下飞机结构设计的基本要求和原始 条件。 3. 飞机结构设计方法的演变过程及其原因何在? 4. 试述飞机结构设计思想的演变及相应的设计准 则。
其中系数 称为步长，S =(s1,s2,· · · ,sn )T 称为方向向量，见图所示。
优化方法
x1
X(0) X(1)
0
图2-5 设计迭代示意图
x2
如果能给定某一方向向量S 和步长 ，就可对原设计方案修改， 而获得一个新设计。 各种不同的优化方法的本质差异在于确定S 和 的方法不同。 现有的优化方法大致分成下面几类：
确定设计
完成设计
一、结构优化设计的数学模型
几个概念
设计变量：结构优化设计中需要调整的结构参数，通常用n维 空间向量表示，即 X=(x1, x2, · · · , x n )T 等式约束：设计变量必须满足的等式条件，如平衡方程、变形 协调方程等，可以表示为 he(X) = 0 (e = 1,2, · · · ,E) 性状参数：描述结构响应的参数，如应力、位移、振动频率等。 不等式约束：对性状参数和几何参数的限制，可以表示为 gj(X) ≤ 0 (j = 1,2, · · · ,J)
4. 并行工程方法 5. 主动控制技术及自适应结构与智能结构
§2.2 结构有限元分析
结构设计的具体过程：
结构的失效判据 具体结构外 载荷、边界 条件等 结构的应力、 应变分析 评估结构 承载能力、 使用寿命、 可靠性等
修改、完 善设计， 制定试验 方案 等等
有限元素法
一、有限元素法的基本概念
数值求解节点位 移: {}=[K]-1{F}
实例
结构内任意点处的 应力、应变分析
单元分析、 单元刚度方程
有限元法解题的步骤和过程图
影响有限元法计算精度的因素
1. 单元模型。如杆单元与梁单元，板单元与体单元。 2. 单元的剖分数量。如 应力集中处单元剖分密度要大。 开 孔 板 网 格 剖 分 图 3. 单元插值函数的选取。
第二讲结束
退出
机翼、机身计算模型
全机有限元计算模型
某无人机复合材料机翼结构 气动载荷与结构变形的耦合分析结果
某无人机全复合材料机翼设计分析的结果
结构形式 梁式结构 （原来） 蜂窝夹层 结构
重量（kg ）
尖部弯曲位 移(mm)
尖部扭转变形 （度）
45 45
800 800
-2.0 -1.2
精品课件！
网格剖分 有限元网格剖分应满足以下条件：
1. 单元之间不能相互重叠或分离，要与原结构的占有空 间相容。 2. 单元应精确逼近原结构。即：所有原结构的顶点都应 取为单元的顶点，所有网格的表面顶点都应落在原结 构表面，所有原结构的边和面都被单元的边和面所逼 近。
3. 单元的形状合理。每个单元应尽量趋近于正多边形或 正多面体，不能出现面积很小的二维尖角元或体积很 小的三维薄元。
误差。
这一原则从三方面把握：
1. 结构的力学特征：抓住主要矛盾，选取合适单元
2. 载荷模拟 ：确定载荷的性质和量值 3. 支承模拟 ：即边界条件的确定，但较困难
三、有限元软件
有限元法通用软件的结构
节点位移输出
几何参数
材料性能
有限元模型
前置处理 有限元 分 析
应力结果输出
载
荷
后置 处理
位移图形显示
过 去 根据原准机、已有的 设计经验和一些简单 的分析方法进行设计
现 在：以现代力学和数学的 数值方法理论基础，以计算机 为工具，因此能够自动寻找满 足设计要求的优化设计方案
传统的飞机设计方法
初步完成设计 建模
人工多次循环
进行分析
人工修改设计 完成设计
基于优化的飞机设计方法
建模
仿真优化
基于网格和仿 真的优化设计
结构的疲劳 耐久性设计。 复合材料设 基于仿真的 和损伤容限 三维计算机 计方法和应 多学科综合 设计，二维 设计 用。计算机 优化的设计 计算机辅助 辅助设计、 设计 制造技术 疲劳损伤容 耐久性设计 限松花江设 技术。数字 计方法的应 样机技术。 用。CAD技 术的应用 复合材料结 构在主要受 力结构的应 用。并行工 程技术 遗传算法、 神经网络、 并行计算等 技术，仿真 技术
且满足约束条件
(1) 平衡方程和变形协调方程（等式约束） (2) 几何约束 xi - ximax ≤ 0 ximin - xi ≤ 0 (i = 1,2, · · · ,n)
还有应力约束、位移约束、稳定性约束、动力特性约束等等。
二、优化方法
结构优化设计中，等式约束一般由结构分析处理，在结构优 化设计程序中，结构分析程序是它的一个子程序。 结构优化方法本身一般只处理不等式约束条件，这些约束通 常是非线性，且为隐含的形式，甚至不存在解析表达式。 n 个设计变量形成一个 n 维欧氏空间，在该空间中任意一点 或向量X=(x1, x2, · · · ,xn)T 就代表一个设计方案。 对于某一设计点X(0)= (x1 (0), x2(0), · · · , xn (0))T ，经过结构分析 和约束判断，发现要调整，以便得到一个新的设计点X(1)= (x1 (1), x2(1), · · · , xn (1))T ，则这二个设计点的关系可以表示为 X(1) = X(0) + ·S
有限元法解题操 作的典型步骤 影响有限元法计 算精度的因素
它是一种近似数值分析方法，因 为其求解的基本方程是一个代数方程 组，而不是描述真实连续体场变量的 微分方程组。
单 元 单元的形式可以区分为
（1）按几何形状：一维、二维或三维； （2）按节点参数： Lagrange族（只包含场函数的节点值） 或Hermite族（还包含场函数导数的节点值）； （3）按插值函数：Lagrange多项式或Hermite多项式； （4）按单元坐标：笛卡儿坐标或自然坐标。 这些区分法在有限元素法的专门课程中会介绍，这里 简单介绍一下第一种分法的元素
现有的优化方法
数学规划法
优化准则法
遗传算法
神经网络法
等等
三、结构优化设计程序系统
目前已开发许多结构优化设计程序系统，如： GENESIS、ASTROS、STAR、CATIA-ELFINI、 ACCESS等等。
面对大型复杂的结构，现有的优化方法仍存在不足，还有 待发展和完善，而且仅用数值方法很难解决结构优化设计的全 部问题，还需要设计人员的分析和判断。
•
随着飞机性能的提高、新材料和新技术的应用，现代飞 机的结构越来越复杂，结构设计人员要掌握现代科学技 术的新成果，采用先进的设计方法和技术，才能设计出 成功的结构。
下面简要介绍几种以计算机技术为基础的重要的设计方 法和技术 1. 有限元素法 2. 结构优化设计
•
3. 计算机辅助设计（含计算机辅助制造）
二、有限元模型化原则
模型化工作，就是把实际结构的力学问题化为一种能够 用有限元法求解的力学模型。建立合理的力学模型是有 限元法的关键。
不恰当的模型化会带来失真或误差，甚至导致计算失败。
好的计算模型要利用以往成功的经验，经过反复论证和 必要的试验才能产生。
有限元模型化原则
有限元模型化的最基本原则是： 必须确保这一力学模型 能够模拟实际结构的主要力学状态，并尽可能减少模拟
网格剖分
4. 网格的密度分布合理。分析值变化梯度大的区域需要细 化网格。 5. 相临单元的边界相容，不能从一个单元的边或面的内部 产生另一个单元的顶点。
网格剖分
剖面型心
合理的单元形式
不合理的单元形式
有方程
单元 剖分
结构整体分析、
组集总体刚度方 程 {F}=[K]{}
有限元法的定义 有限元素法的定义
单元
有限元素法是将一个形状复杂的 连续体分解为有限个形状简单的子区 域，即将一个连续体简化为由有限个 单元组成的等效组合体，把求解连续 体的场变量（应力、位移等）问题简 化为求解有限个单元节点上的场变量 值。
全机有限元计算模型 机翼、机身计算模型
网格剖分
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各种形状只有角节点的单元图
杆、梁单元 (a) 一维单元
三角形
矩 形 (b) 二维单元
四边形
三角形圆环
四边形园环
(c) 轴对称单元
四面体 体
规则六面体 (d) 三维单元
不规则六面
第二章 飞机结构设计方法
§2.1 结构设计方法介绍
飞机结构设计方法发展情况表
年 代 50 年 代 60 年 代 较精确的 静强度设 计和优化 设计 大型复杂 的模型、 有限元技 术、数值 分析法 70年代 80 年 代 90 年 代 21世纪