飞机总体设计

飞机总体与结构设计,飞行器工程学院王琦,飞机总体设计第一讲,1,教材及部分参考书目,顾诵芬,解思适.飞机总体设计.北京航空航天大学出版社，2001.Raymer,D.P.AircraftDesign:AConceptualApproach,3rd,1999.（89年版的中译本：现代飞机设计,1992）Roskam,J.AirplaneDesign.1985.Fielding,J.P.IntroductiontoAircraftDesign.London:CambridgeUniversityPress,1999Nicolai,L.M.飞机设计基本原理.赵先宁译.台北:徐氏基金会,1983.Brandt,S.A.,Stiles,R.J.,Bertin,etal.IntroductiontoAeronautics:ADesignPerspective.1997.方宝瑞.飞机气动布局设计.1997.Mattingly,J.D.,Heiser,W.H.,andDaley,D.H.AircraftEngineDesign.1987.,2,第一讲：绪论,1.1什么是飞机设计？1.2什么是飞机总体设计？1.3总体设计的重要性1.4总体设计的特点1.5现代设计技术简介1.6设计中的团队协作,3,1.1什么是飞机设计？,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,4,1.1什么是飞机设计？,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,5,1.1什么是飞机设计？,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,6,军用飞机的一般研制过程,“路漫漫其修远兮.”,论证阶段,方案阶段,工程研制阶段,设计定型阶段,生产定型阶段,进一步改进,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,决策,战术技术要求及概念性方案,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,决策,全尺寸样机研制任务书,是,否,否,是,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,决策,原型机,否,是,调整试飞定型试飞,决策,定型试飞报告,否,是,建立生产线稳定工艺批生产飞机试飞鉴定,决策,批生产飞机交付部队,否,是,1.2什么是飞机总体设计？,否,7,飞机设计的范围主要涉及论证、方案和工程研制阶段对于设计阶段的划分和各阶段应完成的任务，没有完全统一的表述形式,论证阶段,方案阶段,工程研制阶段,设计定型阶段,生产定型阶段,进一步改进,1.2什么是飞机总体设计？,飞机设计,8,1.2什么是飞机总体设计？,飞机设计的三阶段划分方式,制造,设计要求,概念设计（ConceptualDesign）,初步设计（PreliminaryDesign）,详细设计（DetailDesign）,9,1.2什么是飞机总体设计？,各阶段的任务设计要求论证与研究,10,1.2什么是飞机总体设计？,各阶段的任务概念设计飞机的布局与构型主要参数发动机、装载的布置三面图初步估算性能方案评估参数选择与权衡研究方案优化,11,1.2什么是飞机总体设计？,各阶段的任务概念设计,用CAD系统绘制的设计布置图,12,1.2什么是飞机总体设计？,各阶段的任务初步设计冻结布局完善飞机的几何外形设计、完整的三面图和理论外形（三维CAD模型）详细绘出飞机的总体布置图机载设备分系统载荷和结构承力系统较精确的计算（重量重心、气动、性能和操稳等）模型吹风试验,13,1.2什么是飞机总体设计？,各阶段的任务详细设计飞机结构的设计和各系统的设计，绘出能够指导生产的图纸如理论图，运动图，总装配图，构件装配面，零件图，各系统总装配图，零构件图详细的重量计算和强度计算报告大量的实验系统的台架试验部分主要承力件的静动强度试验.准备原型机的生产,14,1.2什么是飞机总体设计？,各阶段的任务原型机试制,零件进行数控机械加工,机身侧壁铆接装配,机翼壁板进行铆接,机头设备安装,15,1.2什么是飞机总体设计？,各阶段的任务原型机试制,机身段进行铆接,飞机进行总装配,飞机在试飞车间,来源：ThecatalogueofMBBEconomyandEfficiencyalltheway,PrintinWestGermanybuMBB,5.85/1493,16,1.2什么是飞机总体设计？,飞机总体设计概念设计初步设计,制造,设计要求,概念设计,初步设计,详细设计,飞机总体设计,飞机结构设计,17,1.3总体设计的重要性,“管中窥豹”机翼前梁在设计过程中的演变,详细设计专注于每一个细节尺寸与参数,初步设计表示出梁的截面变化,概念设计仅仅是一个从翼根到翼梢的平面！,“简单任务”？,18,1.3总体设计的重要性,“管中窥豹”机翼前梁在设计过程中的演变概念设计阶段就已经确定了整架飞机的布置！设计前期的失误，将造成后期工作的巨大浪费,翼盒,机翼油箱,前缘襟翼,前梁的位置,19,1.3总体设计的重要性,总体设计阶段所占时间相对较短，但需要作出大量的关键决策投入的人员和花费相对较少，但却决定了一架飞机大约80%的全寿命周期成本,20,1.3总体设计的重要性,（决定的费用）,（消耗的费用）,21,1.4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）的成果总体设计没有“标准答案”,美国JSF竞争,22,1.4总体设计的特点,反复循环迭代的过程,概念设计流程,参数选择与权衡研究,设计分析,设计方案,设计要求,“DesignWheel”,23,1.4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,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？“会飞的发动机”？！,重量重量工程师的梦想航模飞机？,24,1.4总体设计的特点,K.D.伍德,25,1.5现代设计技术简介,飞机设计过程的演化来自Boeing的观点*,*McMasters,J.H.,Cummings,R.M.AirplaneDesignasaSocialActivity:EmergingTrendsintheAerospaceIndustry(InvitedPaper).AIAAPaper2002-0516.,：最具革命性的变化数字计算机的出现,26,1.5现代设计技术简介,飞机设计过程的演化,推动力：外界政治经济环境的变化CADCAECAM、CIMS等技术的迅速发展,27,1.5现代设计技术简介,虚拟风洞实验,数字样机,计算流体力学（CFD）,28,1.5现代设计技术简介,几种典型的软件,AAA美国DAR公司（J.Roskam）,ACSYNTVirginia理工&NASAAmes,RDS美国ConceptualResearch公司（D.P.Raymer）,VisualCAPDABerlin工大,29,1.6设计中的团队协作,来源:Brandtetal.,30,1.6设计中的团队协作,LockheedMartin的“臭鼬工厂”(SkunkWorks),31,1.6设计中的团队协作,TheSkunkWorksapproachhasproventobethebestforsmallprojectsusingexperiencedteammemberssmall,expert,teammemberswithlotsofresponsibility“臭鼬”工厂的这种用富有经验的团队成员应对小型工程的方法已经被证明是最好的。小，经验，团队成员与许多责任来源：W.H.Mason,Virginia理工,32,1.6设计中的团队协作,什么是团队协作（Teamwork）?不是让大家坐在一起做同样的家庭作业是:-一起明确需要解决的问题-每个团队成员都负责某一特定任务并开展工作-在团队会议上把每项任务的结果集合起来，并且确定：我们是否已经解决了问题？-如果回答是肯定的，那么确定下一步该做什么？如果是否定的，那么如何进行修改和调整来解决问题？,33,1.6设计中的团队协作,高效的团队1.氛围非正式、放松的和舒适的2.所有的成员都参加讨论3.团队的目标能被充分的理解接受4.成员们能倾听彼此的意见5.存在不同意见，但团队允许它的存在6.绝大多数的决定能取得某种共识7.批评是经常的、坦诚的和建设性的；不是针对个人的8.成员们能自由地表达感受和想法9.行动：分配明确，得到接受10.领导者并不独裁11.集团对行动进行评估并解决问题来源:Parker,TeamPlayersandTeamwork,34,1.6设计中的团队协作,低效的团队1.氛围互不关心无聊或紧张对抗2.少数团队成员居于支配地位3.旁观者难以理解团队的目标4.团队成员不互相倾听，讨论时各执一词5.分歧没有被有效地加以处理6.在真正需要关注的事情解决之前就贸然行动7.行动：不清晰该做什么？谁来做？8.领导者明显表现出太软弱或太强硬9.提出批评的时候令人尴尬，甚至导致对抗10.个人感受都隐藏起来了11.集团对团队的成绩和进展不进行检查来源:Parker,TeamPlayersandTeamwork,35,1.6设计中的团队协作,Boeing的团队协作戒律1.每个成员都为团队的进展与成功负责2.参加所有的团队会议并且准时达到3.按计划分配任务4.倾听并尊重其他成员的观点5.对想法进行批评，而不是对人6.利用并且期待建设性的反馈意见7.建设性地解决争端8.永远致力于争取双赢的局面（win-winsituations）9.集中注意力避免导致分裂的行为10.在你不明白的时候提问源于BoeingCommercialAirplaneGroupDonEvans（ArizonaStateUniv.）整