飞行器外观创新造型设计实验指导书

1、飞行器外观创新造型设计实验指导书一、飞行器外观创新造型设计实验课时安排8h其中: 授课4 h，创新设计实验4 h。二、飞行器外观实验的性质、目的和要求2.1 实验的性质飞行器外观创新造型设计是一门以创新思维、三维造型能力、实践及动手制作能力为主的开放型实验课程，以飞行器外观创新造型设计为实践载体，旨在通过探索和创造性的思维和实践过程，培养创新思维、造型能力以及实践动手能力。2.2 实验的目的21世纪是一个全面创新的时代，产品的日新月异，科学技术的迅速发展和知识更新的加速，使得我们要跟上时代前进的步伐，就必须具有自我更新知识的能力和创新能力。为迎接新技术革命的浪潮，世界各国对于创造性人才的需要更

2、显得日益迫切。“创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。”因此，为了抓住机遇，迎接挑战，就必须开发创造力，培养大批创造性人才。通过飞行器外观创新造型设计的过程，了解想象思维、联想思维、逆向思维、发散思维等各种思维方法，充分发掘自身的创造性思维和想象力，培养和锻炼三维造型设计的能力和实践动手能力，拓宽知识面。 2.3 实验的要求首先要提高想象力，就是要敢于打破习惯思维的框框，著名的教育家吕型伟曾题词，“先有胡思乱想，才有奇思妙想”，他说如果一件事大家都认为是天经地义，必须这样做，你不妨想想，不这样做行不行，胡思乱想一千次，九百九十九次是错的，但只要有一次是对的，就不得了。根据想象提出

3、所设计飞行器的使用场合，应具有的功能等等，再根据上述条件，设计一款飞行器的外观造型，可以是三维效果图纸或设计草图，也可以是实体模型。三、飞行器外观创新造型设计实验的主要内容3.1 了解创造性思维的方法（1）创造性思维与创造力开发面对知识激增的客观现实和科学技术的迅速发展及及知识和更新的加速，我们要跟上时代前进的步伐，要成为创造性人才，就必须具有：（要求）1. 必须具有创造性品格（人格魅力）以及勇于创新的精神和意识；2. 必须具有不断更新和探索新知识的的能力；3. 必须具有敢于质疑和挑战传统习惯思维的能力；4. 必须具有丰富的想象力、敏锐的灵感捕获能力和创造性思维的能力；5. 必须掌握科学的创造

4、技法。“创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。”创新必须具有优秀的创造性品格：“第一流人物对于时代和历史进程的意义，在其道德品质方面，也许比单纯的才智成就方面还要大。”（爱因斯坦文集第一卷，商务印书馆1976年版，第339页）创造性成果不仅取决于创造性思维，而且同创造性思维一起取决于创造性品格。一个人想要在科学研究、技术改革、文艺创作、管理等工作中有所突破，既需要有良好的感知觉、观察力、记忆力、思维力、想象力和操作力等智力因素，还需要有理想、信念、情感、兴趣、意志等非智力因素。（如利用网络漏洞、获取非法利益）创新必须具有不断更新和探索新知识的的能力：知识是创新的基础，是综合、加工

5、、改造的材料。若知识贫乏、狭窄，缺少思维的原材料，掌握与问题相联系的知识越少，产生新设想的机会就越少，因而创造性的解决问题的可能性就会越小，从而形成创新的障碍。创新必须具有敢于质疑和挑战传统习惯思维的能力在创新构思和解决问题的过程中，人们常常会自觉或不自觉地受某些传统观念的束缚，不敢超越传统半步，传统便成了创新的障碍。所以要于敢于质疑和挑战传统的、习以为常的“权威”理论，（这里的所谓“权威”理论是指大家认为司空见惯的，天经地义的事物）利用自己积累的知识和经验，提出全新的理论和方案。科学界有句格言，“创造的秘诀在于求异”，异就是与众不同，就是独树一帜，“异”是思想解放，观念的更新，有人曾把“异想

6、天开”贬斥为不切实际的胡思乱想，这其实是一种偏见，异想，使我们摆脱了习惯性思维观念的束缚，使我们超越了常规的思考限制，这个“异”正是创造本能的体现，如果人们都认为凳子是四条腿的，桌子是方的，那么就无从创新。有人说，陶瓷设计已有几千年了，什么型都被设计了，怎么能再创造呢，这就是观念僵化。现在有许多造型的设计已经突破了固有的传统的造型的框框，出现了许多十分新颖的造型设计。折叠椅的设计：我们要设计一把折叠椅，按通常的思路是，既然是折叠椅，其折叠关节的结构设计一般均采用金属或塑料设计成铰链式的，现在市场上的产品都是这种类型的产品，那么能不能有其它的设计方案呢？请大家想一想，很难设想是不是？这里有一把折

7、叠椅，大家可以看一看，它的设计非常巧妙，是将一种材料（橡塑）本身的特性（具有柔韧性和一定的刚度）取代了通常的结构设计，其结果是使加工和生产的成本降低，外型更加简洁，使用更加方便，寿命更长。再将这一设计延伸，如牙膏盖、工具盒（卡尺盒）的铰链等等，都是利用了材料本身的特性（聚丙烯）替代了结构设计。因为聚丙烯的韧性非常好。启动系统设计：再举个例子， 999集团生产的供部队通信车用的小型发电机，采用日产三菱产小型汽油机作为动力。该汽油发动机的启动是采用手动启动，因为在小型汽油机上安装电启动装置成本太高。但为适应现代化作战装备的要求，该集团准备将其加装电启动装置，以适应军队装备的需要。在进行改装设计时，

8、按照通常的习惯思路，即在启动电机与发电机之间采用：（简述工作原理，在启动后启动电机必须与发电机分离）1. 采用超越离合器；2.采用电磁离合器；等等。以上方式存在问题：（在试制过程中出现的问题）1. 成本高，体积大。2. 由于发动机的高转速，使离合器在工作过程中产生高温，影响使用和寿命。是否可以改变传统的设计思路，另劈途径，答案是肯定的，关键问题是不能停留在习惯思维和传统的设计思路上。在本设计中，采用了摩擦传动的方式，实现了低成本、小体积、工作可靠的要求。 创新必须具有丰富的想象力、敏锐的灵感捕获能力和创造性思维的能力爱因斯坦说：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世上一切，推

9、动着进步，并且是知识进化的源泉。”想象能力是创造性思维能力的核心，人类一旦失去了想象力，创造力也就随之枯竭了。想象，是人们在头脑中将过去感知的形象进行加工，从而创造出新形象的思维过程。由于想象具有超前的特点，可以不受时间和空间的限制，将现实中还不存在的或无法观察到的事物形象在人的头脑中呈现出来，这样就为科学发明和技术革新指出了方向和途径。想象是创造的火种，没有丰富的想象，就不会有科技的进步，不会有飞机、轮船、卫星，不会有牛顿定律、相对论，没有斑斓的想象，就没有多彩的文学。要提高想象力，很重要的一点，就是要敢于打破习惯思维的框框，著名的教育家吕型伟曾题词，“先有胡思乱想，才有奇思妙想”，他说如果

10、一件事大家都认为是天经地义，必须这样做，你不妨想想，不这样做行不行，胡思乱想一千次，九百九十九次是错的，但只要有一次是对的，就不得了。爱因斯坦说：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世上一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”想象能力是创造性思维能力的核心，人类一旦失去了想象力，创造力也就随之枯竭了。爱因斯坦的伟大创新理论“相对论”的提出，就离不开想象。爱因斯坦当时在研究中的主要思维即“如果我乘坐在超过光速的飞行器中，我将看到时间与空间发生什么变化?”超过光速的飞行器，当时没有，现在也没有，超过光速是人力不可及的境界，时间、空间也随之发生变化。“如果我乘坐在超光速的飞行器中

11、”是非逻辑的想象。但若没有这个想象，相对论就难以导出了。可见，敢于想象，善于想象，这是创造的关键。创新的一大特点是“灵感”捕获能力，钱学森曾指出：“凡有创造性经验的人都知道，光靠形象思维和抽思维不能创造，不能突破；要创造要突破，得有灵感。”灵感的发生或产生往往需要有丰富的知识积淀，同时要理性的思考和分析问题，博采众家之长，要多留意身边的事物，有时一个不经意的举动和想象，也许就是一项发明或发现的的引发端。所谓灵感就是人们在创造性活动中出现的一种复杂的心理现象，是一种最佳的创造性思维能力，是创造性思维能力、创造性想象能力和记忆能力巧妙地融合，从而使问题获得迅速解决。我们常常发现，诗人写诗，有时辗转

12、反侧，搜肠刮肚，连一个字也写不出来，有时因某种情景的触动，诗意象潮水般涌向心头，妙语连珠，书之不暇。科学家追踪一个既定目标，苦思数年，不得其解，一朝灵机触发，谜团顿开。 阿基米德洗澡时揭开了金冠之谜（利用比重测出金冠的掺假），还由此发明了著名的浮力定律。高斯说，一条原理，他求证数年都没有解决，“终于在两天以前我成功了象闪电一样，谜解开了。” 法国数学家彭加勒说，他在思索一个问题得不到解决时，就想些完全不相干的事情。一天，在山岩上散步的时候，我突然想到，而且想得又是那样简洁、突然和直截了当：不定三元二次型的算术变换和非欧几何的变换方法完全一样。 达尔文谈到一个进化论问题的解决时说：“我能记得路上

13、的那个地方，当时我坐在马车里，突然想到了这个问题的答案，高兴极了。”德国化学家凯库勒在苦思冥想碳原子如何相互结合，有一天他 乘车回家，忽有所悟，顿时猜出了碳链结合的秘密。创造性思维1.创造性思维具有积极的求异性。有人甚至把创造性思维称之为一种求异思维，因为求异思维始终贯穿于整个创造性活动过程之中。它往往表现为对司空见惯的现象和已有的权威性理论持有怀疑的、有分析的、批判的态度而不是盲从和轻信。“近代化学之父”拉瓦锡在21岁的时候对流行的“燃素说”发生了怀疑。当时人们普遍认为，燃素是一种构成火的元素。然而他却敏锐地发现了其中的破绽。正是这种积极的求异思维使他提出了氧化学说，推翻了统治人类一个多世纪

14、的“燃素说”。可见，求异性品质在创造性思维的开始阶段就明显地表现出来，并引导着创造性思维的进程。只有从前人不曾怀疑、不曾涉足的领域去开拓，才会引来创造性思维成果。如果总是跟在别人的思路后面，不敢做求异探索，就不会有什么创造性成果了。2.创造性思维具有创新性。创造性思维贵在创新，或者在思路的选择上、或者在思考的技巧上、或者在思维的结论上，具有前无古人的独到之处，在前人、常人的基础上有新的见解、新的发砚、新的突破，从而具有着一定范围内的首创性、开拓性。3.创造性思维具有极大的灵活性。由于创造性思维并无现存的思维方法和程序可循，所以，它的方式、方法、程序、途径等等都没有固定的框框。进行创造性思维活动

15、的人可以在知识的海洋里纵横驰骋，可以从一个思路迅速地跳到另一个思路，从一种意境进入另一种意境，多方位地试探解决问题的办法，并需要随着情况的变化修订探究的课题或目标。固守某一思路，思维陷入僵化，是绝不可能有所创造、有所突破的。4.创造性思维始终伴随着创造性想象。 在创造性思维活动中始终有创造性想象的参与，因而能够结合以往的知识和经验，在头脑里形成创造性的新形象，把观念的东西形象化，这是创造活动能够顺利展开的关键。一个研究者，尽管他积累了大量的资料，如果缺乏创造性想象，就走不出现实的圈子，就谈不上创新。创造性想象是科学创造和其他一切创造活动所必不可少的成份，所必须具备的心理因素。难怪有人说，想象是

16、创造之母。5.创造性思维是逻辑思维与非逻辑性思维的巧妙结合。创造性思维，既包含逻辑思维，又包含非逻辑思维，是逻辑思维与非逻辑思维的结合、对立统一的过程。在创造性思维活动中，新观念的提出，问题的突破，往往表现为从“逻辑的中断”到“思想的飞跃”。这时，通常都伴随着直觉、顿悟、灵感。直觉思维、灵感思维是创造性思维活跃的一种表现。创造是富于灵感的劳动。6.创造性思维是扩散思维与集中思维的统一。在创造性活动中，既没有现存时答案可供使用，也难以用传统、常规的方法去解决问题，它要求提出崭新的发明性的解决办法。这就既需要扩散思维，又需要集中思维，而只有通过扩散思维，提出种种新设想，然后才谈得上如何通过集中思维

17、从中挑选出好的设想。可见，创造性首先表现在扩散性上。但是，并不能因此否定集中思维的重要作用，扩散思维与集中思维实际上是一个辩证统一的过程，创造性思维的整个过程都是为了达到创造、创新的目的。扩散思维在于能提出尽可能多的新设想，集中思维在于能从中找出最好的解决方案。从这个意义说，集中思维是扩散思维的出发点和归宿。创造性思维与常规思维相比较，最本质的差异在于常规思维都是逻辑思维，而创造性思维除了逻辑思维外，还包含了各种形式的非逻辑性思维，逻辑性思维通常由判断、推理、比较、分类、综合、抽象、概括、归纳、演绎等逻辑方式来实现。下面重点介绍一下非逻辑性思维的一些主要形式。（2）创造性思维的主要形式想象思维

18、想象思维是一种非常重要的思维方式。想象，是人们在头脑中将过去感知的形象进行加工，从而创造出新形象的思维过程。联想思维联想思维是指由某一事物联想到另一事物而产生认识的心理过程。联想思维的方式也即我们通常所说的由此及彼、举一反三、触类旁通。比如：压电陶瓷是一种能把机械能与电能直接相互转化的具有特殊功能的材料，利用它能将电能转化成机械能的原理，开发出压电喇叭、超声波洗衣机等；利用它能将机械能转化成电能的原理，人们又制成了压电打火机、压电传感器等。在日本一次设计大赛上，有一个很有创意的设计就是利用压电效应，设想将生活中的各种振动和机械压力，如汽车开过路面的振动，商场里人推门的力量，转化为电能收集储存起

19、来，作为获取清洁能源，创新产品设计的手段。直观思维直观思维一般是指在实践中，外界事物在人们大脑中产生的感觉；它具有生动性、直接性、具体性的特点，是开发人们创造性思维的基础。直观思维决定于观察力、想象力和记忆力。爱因斯坦有一个思维过程的模式：经验直觉 概念(设想)逻辑推理理论实践。1法国地理学家魏格纳提出“大陆漂移说”，就是从地图上巴西的一块突出部分和非洲的喀麦隆海岸凹进去的部分，形状十分相似的地貌而直观到的；（和地图的布置形式有关，）池田菊苗发现“味精”也是从饭桌上的黄瓜汤的直观中想到的，等等。许多创造发现都是通过直观思维后才创造的。倾向思维倾向思维即人们在思维过程中往往是从一定的目的、倾向而

20、进行的思维。在创造思维过程中，这种思维形式也常常被运用，一般是指创造者通过接触到某一事物，从一定事物倾向出发，即在思考某一间题时，或有意或无意，或正常或偶然中突然开了窍，找到了创造成功之路。如古希腊科学家阿基米德在沫浴时，突然解决了国王要求他检验工匠是否在新制的金冠中掺了假的难题。邓禄普发明充气轮胎也是这样。他看到自己的儿子骑着硬轮自行车颠簇地在卵石道上行驶，非常怕摔铰，一个偶然的机会，他发现充足气的橡皮管既有弹性又有坚硬性，于是触发创造成功了邓禄普充气轮胎。这些说明倾向思维可以开发人的创造能力。旁通思维旁通思维也叫侧向思维，这是从其它领域离得很远的事物中得到启发从而产生新设想的的一种思维方式

21、。19世纪30年代，美国的莫尔斯发明了有线电报(电磁式电报机)，但在实用中由于信号在传输中衰减，无法用它远距离传送信息。怎么办?他为此作了种种试验，问题还是解决不了。一次，他从纽约到巴尔的摩乘坐马车，无意中发现车到每一个驿站都要换马。这情景顿时启发了他，使他想到，如果线路沿线设立若干个信号放大站，使每传一站后所衰减的信号都经过放大而得到恢复，这一来，远距离传输问题不就得到解决了吗?果然，由于这一创造性设想的实现，有线电报不久就成了远距离传输信息的通讯工具。莫尔斯从驿站换马联想到信号传输，从而产生了设放大站的设想，“触类旁通”，这就是旁通思维。旁通思维都是从其它事物中得到启示而产生新设想的，所以

22、又叫侧向思维。逆向思维逆向思维就是有意识从常规思维的反方向去思考问题的思维方式，也就是反过来“想一想”，“唱唱反调”。司马光砸缸救人，通常，人掉进水缸里，想到的办法总是设法把人从水里拉出来，而司马光却“一反常规”，用砸缸的办法救人。 某汽车厂生产载重汽车大梁，在使用中经常发生断裂，于是修改设计，在经常断裂处将材料加厚加强，但问题却始终得不到解决，经向专家咨询和经计算机模拟试验，提出将常发生断裂处的材料减薄，降低刚度，结果问题迎刃而解。爱迪生发明留声机也是“反过来”思考的结果。立体思维 人脑进行思考活动时总是受过去生活经验和已有生活方式的影响。某种思考方法的经常运用，久而久之形成一定的思维轨道、

23、思维定势，也就是我们平时所说的固定的思路。思路有定向性，能使人顺利地去思考解决一般的问题，却会妨碍解决创造性的问题，使人跳不出旧框框，离不开老路线。 国外某心理学家曾做过这样一个实验：叫人用6根火柴搭出4个三角形。结果，多数人搭不出来。经启示，还有一些人完不成。这些人拿到6根火柴棒后，便急于在桌面上摆来摆去，但摆弄了好久，伤透了脑筋，就是搭不出4个三角形来。他们为什么摆不出4个三角形呢?因为他们的思路受到平面的束缚，只想到在桌面(平面)上摆三角形，如果他们跳出“平面”的限制，扩展到“空间”，想到“立体”，很快就可以搭成三角锥体而排出4个三角形来。如右图所示。再举一例，今有10个铜板，作下图那样

24、的排布，请你搬动其中2个铜板，要求他们组成“正十字形”。把搬到4处，多出，不成。把搬到4处，又多出，也不成。但若能想到“空间”，利用“立体”的概念，问题很快就可解决：把多出来的 和中的任意一个叠到处的上面，另一个搬到4处，既可组成正“十字形”。如果想不到重叠，不“利用空间”去思考问题，那就始终找不到答案。发散思维发散思维（也称扩散思维或辐射思维）发散思维是指从某一对象出发，把思路向四面八方发散，探索多种解决问题方案的思考方式，不墨守成规，不拘于传统方法，没有固定范围的局限，从一点向四面八方想开去，由已知探索未知的思维形式。集中思维 集中思维也称收敛思维，是与扩散思维相对应的思维形式。它是指以某

25、个思考对象为中心，从众多答案中找出一个唯一正确的或最佳的答案的思维形式。集中性思维不象发散性思维那样把思路向四面八方发散，而是在要解决问题的思路已经明确的基础上，进行有条理、有组织的定向思考，一步一步地逼近问题的答案。 所以，培养具有创造性品格，勇于挑战和探索的创新精神，掌握科学的创造技法，建立起工程背景知识，加强所学知识的实际应用能力，拓宽知识面。是我们的学习本实践课的主要目的。3.2飞行器一般知识伯努利原理1726年，伯努利通过无数次实验，发现了“边界层表面效应”：流体速度加快时,物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加。为纪念这位科学家的贡献，这一发现被称为“伯努利效应”。伯努

26、利效应适用于包括气体在内的一切流体,是流体作稳定流动时的基本现象之一，反映出流体的压强与流速的关系，流速与压强的关系：流体的流速越大，压强越小；流体的流速越小，压强越大。比如，管道内有一稳定流动的流体，在管道不同截面处的竖直开口细管内的液柱的高度不同，表明在稳定流动中，流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。这一现象称为“伯努利效应”。伯努力方程：p+1/2pv2=常量。在列车站台上都划有安全线。这是由于列车高速驶来时，靠近列车车厢的空气将被带动而运动起来，压强就减小，站台上的旅客若离列车过近，旅客身体前后出现明显压强差，将使旅客被吸向列车而受伤害。 伯努力效应的应用举例：飞机机翼、 喷雾器、

27、汽油发动机的汽化器、球类比赛中的旋转球。机翼的基本概念机翼的主要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行；同时也起一定的稳定和操纵作用。是飞机必不可少的部件，在机翼上一般安装有飞机的主操作舵面：副翼，还有辅助操纵机构襟翼、缝翼等。另外，机翼上还可安装发动机、起落架等飞机设备，机翼的主要内部空间经密封后，作为存储燃油的油箱之用。相关名词解释：翼型：飞机机翼具有独特的剖面，其横断面（横向剖面）的形状称为翼型，称为翼型前缘：翼型最前面的一点。后缘：翼型最后面的一点。翼弦：前缘与后缘的连线。弦长：前后缘的距离称为弦长。如果机翼平面形状不是长方形，一般在参数计算时采用制造商指定位置的弦长或平均弦长迎角(An

28、gle of attack) ：机翼的前进方向(相当与气流的方向)和翼弦(与机身轴线不同)的夹角叫迎角，也称为攻角，它是确定机翼在气流中姿态的基准。翼展：飞机机翼左右翼尖间的直线距离。展弦比：机翼的翼展与弦长之比值。用以表现机翼相对的展张程度。上（下）反角：机翼装在机身上的角度，即机翼与水平面所成的角度。从机头沿飞机纵轴向后看，两侧机翼翼尖向上翘的角度。同理，向下垂时的角度就叫下反角。上（中、下）单翼：目前大型民航飞机都是单翼机，根据机翼安装在机身上的部位把飞机分为上（中、下）单翼飞机也有称作高、中、低单翼。机翼安装在机身上部（背部）为上单翼；机翼安装在机身中部的为中单翼，机翼安装在机身下部（

29、腹部）为下单翼。 上单翼的飞机一般为运输机与水上飞机，由于高度问题，此时起落架等装置一般就不安装在机翼上，而改在机身上，使用上单翼的飞机一般采用下反角的安装。 中单翼因翼梁与机身难以协调，几乎只存在理论上； 下单翼的飞机是目前民航飞机常见的类型，由于离地面近，便于安装起落架，进行维护工作，使用下单翼的飞机一般采用上反角的安装。机翼在使飞机升空飞行中的重要作用飞机在飞行过程中受到四种作用力：升力-由机翼产生的向上作用力重力-与升力相反的向下作用力，由飞机及其运载的人员、货物、设备的重量产生推力-由发动机产生的向前作用力阻力-由空气阻力产生的向后作用力，能使飞机减速。 由此可见，机翼的主要功用就是

30、产生升力，以支持飞机在空中飞行。它为什么能产生升力呢？ 首先要从飞机机翼具有独特的剖面说起，前面名词解释已提到，机翼横断面（横向剖面）的形状称为翼型，机翼剖面的集合特性与机翼的空气动力有密切的关系。从侧面看，机翼顶部弯曲，而底部相对较平。机翼在空气中穿过将气流分隔开来。一部分空气从机翼上方流过，另一部分从下方流过。空气的流动在日常生活中是看不见的，但低速气流的流动却与水流有较大的相似性。日常的生活经验告诉我们，当水流以一个相对稳定的流量流过河床时，在河面较宽的地方流速慢，在河面较窄的地方流速快。流过机翼的气流与河床中的流水类似，由于机翼一般是不对称的，上表面比较凸，而下表面比较平，流过机翼上表面的气流就类似于较窄地方的流水，流速较快，而流过机翼下表面的气流正好相反，类似于较宽地方的流水，流速较上表面的气流慢。根据流体力学的基本原理，流动慢的大气压强较大，而流动快的大气压强较小，这样机翼下表面的压强就比上表面的压强高，换一句话说，就是大气施加与机翼下表面的压力(方向向上)比施加于机翼上表面的压力(方向向下)大，二者的压力差便形成了