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《微、小飞机实践教程》 一书完稿

已有 2865 次阅读 2017-8-25 23:36 |系统分类:教学心得|关键词:学者

      七年来,致力于在同济大学航空专业本科生中推进实施各种层次的《小飞机实践》教学改革试点。

     今年夏天,在清华大学出版社宋成斌主任的督促下,终于狠下心来潜心整理这几年自己的所做作为,终于完成了《微、小飞机实践教程》 一书。

     该书循序渐进,由简到繁,记录了同济大学航空专业本科生配合理论教学之外的小飞机实践的具体做法;展示了同济大学为培养飞机设计师在实践教学方面所做的努力和所取得的成果。

    全书约20万字,具体内容如下。


《微、小飞机实践教程》(沈海军


 

第一章绪论……………………………………………………………………………………………………1

一、背景   ……………………………………………………………………………………………….…………1

二、同济大学的微、小飞机教学实践    ………………………………………………………….2

三、飞机设计与制作的不同层次   ………………………………………………………..………….3

四、微、小飞机实践的目的   ……………………………………………………………………………3

初级篇:简易手工模型制作

第二章  莱特兄弟牙签飞机制作………………………………………………………………….6

一、概述……………………………………………………………………………………………………………6

二、1900年莱特兄弟的滑翔机…………………………………………………………….……….….9

三、莱特兄弟1901年的滑翔机…………………………………………………………………..….12

四、从莱特1900和1901年滑翔机中学到的…………………………….…………………..13

五、1902年莱特兄弟的滑翔机………………………………………………………….…….……..14

六、世界上第一架动力飞机…………………………………………………………..….…….…….17

第三章“P51野马”纸板飞机模型制作………………………………..……….…….…..23

一、预备知识……………………………………………………………………………………..………….….23

二、“P51野马”纸板飞机模型制作  ……………………………………………..……….…….25

三、注意事项………………………………………………………………………………………..……….….27

第四章  复原古埃及“木鸟”滑翔机………………………………………………………..….30

一、预备知识……………………………………………………………………………………..………..….30

二、材料、工具准备……………………………………………………………………………………..…30

三、制作过程……………………………………………………………………………………………..…..….31

第五章  飞鱼模型制作…………………………………………………………………………………..….36

一、预备知识……………………………………………………………………………………………………...36

二、飞鱼简介…………………………………………………………………………………………………….36

三、仿飞鱼飞行器  …………………………………………………………………………………………..38

四、飞鱼轻木模型制作……………………………………………………………………………..……...41

第六章  鸡蛋飞机模型制作……………………………………………………………………………….47

一、预备知识……………………………………………………………………………………………………….47

二、史上最萌的战斗机………………………………………………………………………………........48

三、鸡蛋飞机模型的制作…………………………………………………………………………………...50

第七章  古玛雅黄金飞机模型制作…………………………………………………………………….53

一、背景……………………………………………………………………………………………………………….53

二、制作材料与工具…………………………………………………………………………………………….53

三、制作过程 ……………………………………………………………………………………..……………..54

第八章  带结构飞机静态模型制作 ………………………………………………………………57

一、概述……………………………………………………………………………………………………………….57

二、设计思路………………………………………………………………………………………..……………..57

三、CAD图纸…….……………………………………………………………………………………….………..57

四、模型制作  ………………………………………………………………………………………..…………60

中级篇:室内微小飞机设计与制作

第九章 3D打印室内电动遥控飞机  …………………………………………………………………62

一、简介    ………………………………………………………………………………………………..62

二、3D打印飞机原型机与设计方案    …………………………………………………….62

三、3D打印室内飞机的制作过程  …………………………………………………………….64

四、3D打印技术在室内飞机设计、制作上的优势与不足  ………………………65

第十章微小飞机动力测定   ……………………………………………………………………………..67

一、7mm空心杯减速组/GWS4540桨动力系统  ……………………………………….67

二、发动机静拉力(或静推力)确定方法 ……………………………………………….67

三、微小发动机动拉力测试   …………………………………………………………………….69

第十一章升力与阻力的确定  ………………………………………………………………………...71

一、飞机升阻特性的几个基本概念  ………………………………………………………….71

二、美国NASA的Tunnel简易气动软件  ………………………………………………….71

三、某室内小飞机的初步构型   ……………………………………………………………….74

四、室内飞机升力、阻力的确定    ………………………………………………………….75

第十二章性能分析   …………………………………………………………………………………………78

一、某室内飞机的动力与升力阻力数据  ………………………………………………….78

二、飞机巡航迎角、最大平飞速度与重量控制   …………………………………….78

三、尾容量与机翼上反角  ………………………………………………………………………..80

四、飞机的航时   ………………………………………………………………………………………..80

第十三章微小飞机设计、制作技巧   ……………………………………………………………….81

一、常规布局飞机中各几何尺寸的大致比例…………………………………………….81

二、室内飞机发动机的选择……………………………………………………………………….81

三、室内飞机的选材 ……………………………………………..………………………………….83

四、常用胶水的使用  ………………………………………………………..……………………….83

五、发动机的下拉与右拉  ……………………………………………………..………………….84

六、机翼上反角  ………………………………………………………………………………….…….84

七、前拉、腰推、后推发动机安装的注意要点   …………………………………….84

八、重心的位置与确定方法    ………………………………………………………………….85

九、飞机试飞调试   ……………………………………………..…………………………………….85

第十四章电磁舵机选购与制作     ………………………………………………………………….86

一、电磁舵机原理与通电线圈的电磁场  ………………………………………………….86

二、自制电磁舵线圈与磁铁的选取  ………………………………………………………….87

三、电磁舵选购与电磁舵制作  ………………………………………………………………….89

第十五章超级电容自由飞飞机的动力系统  ………………………………………………….92

一、超级电容自由飞动力系统简介  ………………………………………………………….92

二、超级电容与空心杯电机额定电压的匹配  ………………………………………….93

三、超级电容充电性能测试    ……………………………………………………………….94

四、电机-螺旋桨性能测试  …………………………………………………………………….95

五、超级电容放电与动力系统性能    ………………………….…………………….96

六、超级电容的有效储电量     ………………………………………………………….97

第十六章超级电容自由飞飞机的外形尺寸确定    ………………………………….98

一、飞机设计动力基准的确定    ……………………………………………………..….98

二、飞机主要部件尺寸比例的确定……………………………………………………….99

三、飞机元件及原材料的重量特性   ………………………………………………….100

四、飞机重量W总重与主机翼展L翼展之间的近似关系  ……………….102

五、飞机主要尺寸的确定    ……………………………………………………………….103

六、飞机修形与优化   ……..………………………………………………………………….103

第十七章超级电容自由飞飞机制作   ……………………………………………………….104

一、制作材料准备………… …………………………………………………………………….104

二、发动机的安装位置与拉力线 ……………………………………………………….104

三、飞机制作过程………………………………………………………………………………….105

四、试飞与调试……………….…………………………………………………………………….107

第十八章卡通生肖电动平板机设计与制作(上)……………………………………….109

一、飞羊卡通飞机CAD建模……………………………………………………………….110

二、建模过程……………………..………………………………………………………………….111

三、卡通羊飞机动力测试…………….……………………………………………………….111

四、卡通羊飞机升力和阻力的确定…………………………………………………….112

第十九章卡通生肖电动门板机设计与制作(下)…………………………………….115

一、卡通羊飞机性能分析,……………………………………………………………………. 116

二、卡通羊飞机的制作  ……..……………………………………………………………….118

三、卡通羊飞机的试飞与调试……………………………………………………………….120

第二十章同济大学《微小飞机设计与制作》课程设计介绍…………………….122

一、2013年课程设计  ………………………………………………………………………….122

二、2014年课程设计  ………………………………………………………………………….127

三、2015年课程设计  ………………………………………………………………………….134

四、2016年课程设计  ………………………………………………………………………….137

五、2017年课程设计  ………………………………………………………………………….142

高级篇(一):仿古代“玛雅飞机”飞天之路

第二十一章神秘的人类古代飞机……………………………………………………………….148

一、古埃及飞机…………………………………………………………………………………….148

二、古玛雅文明的黄金飞机………………………………………………………………….150

三、古印度飞行器维曼拿斯(Vimanas)…………………………………………….151

四、中国古代的飞行器  ….………………………………………………………………….153

第二十二章仿制中的若干问题、建模与3D打印…………………………………….158

一、古玛雅黄金飞机仿制中的若干问题……………………………………………….158

二、古玛雅飞机特征尺寸的提取  ……………………………………………………….160

三、古玛雅飞机的3D建模与3D打印  ……………………………………………….162

第二十三章总体与结构的设计  ……………………………………………………………….165

一、原有模型的优化处理……………….…………………………………………………….165

二、总体布局……………….……………………………………………………………………….165

三、机身外形的确定…………………………………………………………………………….166

四、机翼、副翼、尾翼外形的确定  …………..…………………………………….166

五、飞机结构设计   …………………………….…………………………………………….169

第二十四章飞机的气动性能   ……………………………………………………………….173

一、AVL软件介绍   …………………………………………………………………………….173

二、“玛雅飞机”的AVL文件   ………………………………………………………….174

三、“玛雅飞机”AVL文件的运行   …….…………………………………………….176

四、玛雅飞机的升阻特性与纵向静稳定性裕度   …………………………….179

第二十五章动力测试与匹配     ………………………………….………………………….182

一、动力系统简介   ………………………….……………………………………………….182

二、动力系统静拉力测定与估算   ……………………………………………………183

三、“玛雅飞机”的动力匹配问题   …………………………………………………….185

第二十六章飞机骨架的制作与装配     ………………………………………………….186

一、试制品的制作    ………………………………………………………………………….186

二、正式制作    ………………..……………………………………………………………….187

第二十七章飞机电子系统调试安装与蒙皮铺放     ……………………………….191

一、电子系统的调试与安装    ……….………………………………………………….191

二、飞机蒙皮铺放    ………………………………………….……………………………….192

第二十八章飞机试飞、感悟与所用的软件工具       …………………………….197

一、“黄金飞机”的试飞    ………………………………………………………………….197

二、感悟与体会    …………..………………………………………………………………….198

三、玛雅飞机仿制工作过程中使用的软件工具    …………………………….199

高级篇(二):“同舟”号无人机研制

第二十九章研究背景与小组成员分工   ………………………………………………….201

一、研究背景   …………………………….…………………………………………………….201

二、设计性能指标    ………………………………..……………………………………….201

三、组员与分工    …………………………………………………………………………….202

第三十章构型设计   …………………………….………………………………………………….203

一、气动布局   ………………………………………………………………………………….203

二、机翼      ……………………………………………………..…………………………….203

三、尾翼   ……………………………………………………………..………………………….204

四、发动机位置    ………………………………………..………………………………….204

五、起落架形式    ……………………………………………..…………………………….205

六、构型设计确定    ……………………………………………….……………………….205

第三十一章主要参数估算   …………………………………………………….……………….206

一、起飞重量    ……………………………………………………………………………….206

二、翼载荷与功重比  ……………………………………………………………………….208

三、主要参数确定……………………………………………………………….………….210

第三十二章动力系统设计与分析………………………………………………………….212

一、发动机简介和工作原理………………………………………………………….212

二、发动机的选择依据……………………………………………………..…………….213

三、发动机磨车……………………………………………………………………..……….214

四、发动机测试与选桨…………..……………………………………………………….215

第三十三章“同舟号”的初步设计……………………………………………………….218

一、常规布局飞机的特点………………….………………………………………….218

二、机身外形初步设计………………………………………………………………….219

三、主翼面外形初步设计………………….…………………………………………….221

四、尾翼外形初步设计…………………………………………………………………….228

五、起落架位置的确定…………………………………………………………………….230

六、操作系统的初步设计……………………………………………………………….230

第三十四章机身结构详细设计……………………..……………………………………….232

一、机身隔框的详细设计……………………..………………………………………….232

二、机身肋条的设计……………………………………..………………………………….233

三、机身盖板的设计………………………………..……………………………………….234

四、机身与机翼连接处的设计……………………..………………………………….234

五、机身与垂尾平尾连接处设计……………..…………………………………….235

六、机身与主起、后起连接处的设计…………….……………………………….235

七、机身设备舱的设计……………………………….………………………………….236

八、机身结构的补强措施………………………………..……………………………….237

第三十五章  机翼的详细设计…………………………….………………………………….238

一、中央翼详细设计……………………..……………….….…………………………….238

二、外翼详细设计………..………………………………………………………………….241

三、副翼、襟翼以及舵机安装位置的设计  ………….…….……………….242

第三十六章  尾翼的详细设计……………………….……………….….………………….245

一、垂尾详细设计…………………………………………………….……….…………….245

二、平尾详细设计………..…………………….………………….………….…………….246

第三十七章“同舟号”的CAD建模………….……….……….……………………….249

一、概述…………………………………………….…….……………….……….…………….249

二、翼面建模…………………………………….……………………...…………………….249

三、机身建模…………………………………………………………..….….……………….253

四、起落架建模…………………………………………………….….….………………….254

五、“同舟号”飞机装配…………………………………………….………………….254

第三十八章重量重心计算………………………………………………….………………….258

一、计算方法………………………………………………………………….……………….258

二、重量重心计算过程………………………………………………………………….259

第三十九章气动建模与升阻特性分析………………………………..……………….262

一、气动建模理论基础…………………………………………………………………….262

二、气动外形的初步建模……………………………………………………………….262

三、升力特性估算…………………………………………………………….…………….264

四、阻力特性估算……………………………………………………………….…………….268

五、升阻特性的AVL数值分析………………………………………………………….272

六、升阻特性的理论计算与AVL数值分析比较……………………………….274

第四十章 飞行稳定性计算与分析   …………………………………….…………….275

一、设计目标 …………….…………………………………………………………..……….275

二、纵向静稳定性计算分析…………………………………………………..………….275

三、横航向稳定性分析…………………………………………………………..………….278

四、稳定性的AVL数值分析…………………………………………………..………….284

第四十一章飞行性能计算及分析 ……………………………………………..………….286

一、设计要求……………..…………….…………………………………………..………….286

二、起飞性能估算………………………………………..……………………..…………….286

三、着陆性能估算…………………………………………..…………………..…………….287

四、最大爬升角和最大上升率…………………………………………..…………….288

五、航时 ………………………………………………………..………………………………….289

第四十二章主要部件的强度校核  ……………………………………………..………….290

一、中央翼的强度校核……………………………………………………………..……….290

二、外翼的强度校核……………………………………………………………….……….296

三、平尾强度的校核………………………………………………………………………….300

四、机身强度的校核………………………………………….……………………………….301

五、主起落架强度校核……………………………………………………………………….302

六、机翼与机身连接件的强度校核…………………………………………..……….304

第四十三章“同舟号”的制作和试飞…………..………………………………..……….305

一、飞机的制作  ……………………………………………………………………………….305

二、“同舟号”试飞…………………………………………………………………………….308

参考文献  ……………………………………………………………………….……………………..….309

附一 3D打印探秘人类远古飞行器………………………………………………………….310

附二同济大学小飞机团队毕业设计项目   …………………………………………….315




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