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飞机结构设计
第5次开课
开课时间: 2025年02月24日 ~ 2025年06月20日
学时安排: 3—4小时
进行至第12周,共17周 已有 611 人参加
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课程评价(33)
spContent=飞机结构设计课程内容工程性较强,如果只是通过理论学习,很难对飞机结构的特点及飞机结构传力分析产生深刻的理解,所以需要结合实物,对真实飞机结构进行传力分析教学与研究,然后才能理解、学到前人的设计经验。 本课程所有教学内容全部在北京航空航天大学航空航天博物馆内进行,面对实物开展教学。 以前,飞机结构设计的课程目标是“面向功能的设计”和“面向制造的设计”,从2024年起,结合第3版教材《飞行器结构学》将课程目标升级为“面向服务的设计”。 教学内容增加了结构设计选材与工艺、结构可维修性设计,以及结构设计人员基本素质与协同创新等内容,并将这些新增内容的教学视频和单元测验放在课程MOOC的第九章。 整个课程内容包括:结构设计概念、结构设计思想与方法、外载荷、结构材料与工艺选择、翼面+机身+起落架的结构分析与设计,以及结构维修性设计。使课程内容更全面、系统。 希望课程教学内容能真的使大家在飞机结构技能上有所提升。谢谢!
飞机结构设计课程内容工程性较强,如果只是通过理论学习,很难对飞机结构的特点及飞机结构传力分析产生深刻的理解,所以需要结合实物,对真实飞机结构进行传力分析教学与研究,然后才能理解、学到前人的设计经验。 本课程所有教学内容全部在北京航空航天大学航空航天博物馆内进行,面对实物开展教学。 以前,飞机结构设计的课程目标是“面向功能的设计”和“面向制造的设计”,从2024年起,结合第3版教材《飞行器结构学》将课程目标升级为“面向服务的设计”。 教学内容增加了结构设计选材与工艺、结构可维修性设计,以及结构设计人员基本素质与协同创新等内容,并将这些新增内容的教学视频和单元测验放在课程MOOC的第九章。 整个课程内容包括:结构设计概念、结构设计思想与方法、外载荷、结构材料与工艺选择、翼面+机身+起落架的结构分析与设计,以及结构维修性设计。使课程内容更全面、系统。 希望课程教学内容能真的使大家在飞机结构技能上有所提升。谢谢!
—— 课程团队
课程概述

飞机结构设计是飞机设计的专业核心课程之一,是一门综合性、工程性很强的课程,它把材料、制造工艺、材料力学、结构力学、复合材料结构设计、飞行力学、飞机结构布局、飞机设计标准和规范,以及各种设计要求等知识融为一体,是一门实用性很强的课程。

本课程的目标是:

(1)使学生了解和掌握飞机结构分析与设计的基本概念、飞机的设计情况与外载荷、结构分析原理与方法、飞机典型结构形式的特点、飞机结构设计技术等,同时对飞机结构设计原则、设计方法与技术有一个清晰的了解与掌握。

(2)使学生掌握飞机结构设计中传力分析、结构形式选择、结构布置以及结构元件设计的基本原理和方法,在飞机结构分析与设计中善于抓住主要矛盾,并且具备综合分析复杂问题的能力。

(3)使学生知道飞机结构设计是一项创新性很强的工作,须要同时兼顾多个专业的设计要求,使学生具备多专业协同创新能力与良好的人际互动能力,拥有全寿命周期面向服务进行结构设计的意识。

本课程所有内容全部在北京航空航天大学航空航天博物馆内进行,面对实物,采用研究、讨论方式开展教学。

授课目标

r 知识目标

①掌握结构设计、过载、安全系数等概念,各部件结构特点以及结构分析基本原理与方法;

②理解结构设计思想与面向服务设计的技术内涵,熟知材料与制造工艺现状。

r 能力目标

①具有已有结构分析与评鉴能力;

②正确分析结构载荷传递情况,从全寿命周期出发进行结构布置与设计;

③追踪技术前沿,具备团队合作及跨专业沟通协调能力。

r 素养目标

①树立团队协同意识,认同结构设计引领协同创新的逻辑;

②具备务实精确的职业态度与面向服务设计的技能思考;

③心系家国,具备敢为人先的责任担当。

课程大纲

课程教学大纲与预习/复习指导

课程教学大纲

课程预习与复习指导

课程教学进度

第一章 飞机结构设计引论

第一章 飞机结构设计引论 PPT

1.1 课程介绍

1.2 飞机研制的一般过程

1.3 飞机设计工程研制阶段

1.4 飞机结构设计的定义和原始条件

1.5 北航东南门外天桥设计工作流程展示与点评

1.6 飞机结构设计的基本要求

1.7 新机研制中结构设计的一般过程

1.8 飞机结构重量要求

1.9 北航东南门外天桥结构设计展示与点评

1.10 结构设计人员基本素质与协同创新

第一章测验 飞机结构设计引论

第二章 飞机结构设计思想和方法

第二章 飞机结构设计思想和方法 PPT

2.1 飞机结构设计思想和方法

2.2 飞机结构设计思想发展学生展示

2.3 飞机结构设计思想发展展示点评

第二章测验 飞机结构设计思想和方法

第三章 飞机的外载荷和设计情况

第三章 飞机的外载荷和设计情况 PPT

3.1 飞机的外载荷和设计情况

3.2 典型飞机情况和机动过载

3.3 过载的确定与理论最大过载

3.4 影响飞机过载的因素

3.5 飞机设计规范简介

3.6 飞机对称机动飞行包线学生展示

3.7 对称机动飞行包线展示点评

3.8 安全系数和极限载荷

3.9 课堂问答/安全系数定义

3.10 安全系数影响因素和全机强度试验

第三章测验 飞机外载荷和设计情况

第四章 翼面结构分析与设计

第四章 翼面结构分析与设计 PPT

4.1 翼面结构分析与设计引言

4.2 机翼的设计要求

4.3 机翼的载荷和内力

4.4 课堂问答/机翼内力分析

4.5 机翼主要受力构件及其结构

4.6 机翼典型结构形式概论

4.7 伊尔-28机翼根部帽型长桁展示及点评

4.8 机翼结构形式学生展示

4.9 机翼结构形式展示点评(上)

4.10 机翼结构形式展示点评(下)

4.11 结构传力分析学生展示

4.12 结构传力分析展示点评

4.13 传力分析的概念、目的

4.14 结构传力分析基本方法

4.15 结构元件的传力特点

4.16 平直机翼:结构传力分析案例

4.17 梁式机翼:气动载荷的传递

4.18 梁式机翼:集中载荷的传递

4.19 单块式机翼:传力分析学生展示

4.20 单块式机翼:传力分析展示点评

4.21 多墙式翼面:传力分析学生展示与点评

4.22 扭矩在多闭室中的分配

4.23 中外翼对接:机翼设计分离面

4.24 机翼机身对接:接头传力分析

4.25 机翼机身对接:接头传力与平衡

4.26 机翼与机身连接对翼面根部的影响

4.27 平直机翼复习问与答(上)

4.28 平直机翼复习问与答(下)

4.29 后掠机翼:结构与载荷特点

4.30 有侧边加强肋的单梁式后掠翼受力分析

4.31 翼梁在机身侧边弯折的双梁式后掠翼受力分析

4.32 纵向构件转折的单块式后掠翼分析展示(上)

4.33 纵向构件转折的单块式后掠翼分析展示(下)

4.34 纵向构件转折的单块式后掠翼受力分析点评

4.35 梁架式后掠翼的受力分析(上)

4.36 梁架式后掠翼的受力分析(下)

4.37 三角机翼:结构特点、分类与载荷

4.38 平行梁式三角机翼的受力特点

4.39 梁架式三角机翼的受力分析

4.40 平直、后掠、三角机翼小节

4.41 机翼结构设计:设计依据与结构形式选择

4.42 机翼结构形式的选择方法

4.43 机翼主要受力构件布置

4.44 主要受力构件的布置原则

4.45 机翼结构元件设计

4.46 机翼开口区结构设计

4.47 单块式机翼开口区结构设计

4.48 机翼结构刚度设计

4.49 机翼扭转扩大/操纵反效展示与点评

4.50 机翼弯扭颤振学生展示

4.51 机翼弯扭颤振展示点评

4.52 尾翼和操纵面结构分析与设计

4.53 全动平尾结构设计特点

4.54 Mig-17机翼结构修改方案一学生展示

4.55 Mig-17机翼结构修改方案二学生展示

4.56 Mig-17机翼结构修改方案点评

第四章测验 翼面结构分析与设计

第五章 机身结构分析和设计

第五章 机身结构分析和设计 PPT

5.1 机身结构分析与设计引言

5.2 机身结构设计要求与载荷特点

5.3 机身的外载荷与内力特点

5.4 机身结构元件及其功用

5.5 典型机身结构形式与受力分析

5.6 机身结构布置与受力分析案例

5.7 加强框的受力分析和设计

5.8 刚框式加强框分析与设计(上)

5.9 刚框式加强框分析与设计(下)

5.10 腹板式加强框分析与设计(上)

5.11 腹板式加强框分析与设计(下)

5.12 开口区结构分析与设计(上)

5.13 开口区结构分析与设计(中)

5.14 开口区结构分析与设计(下)

5.15 机身与其它部件对接及龙骨梁结构

5.16 J-6机身与垂尾/机翼连接分析展示与点评

5.17 机身与垂尾连接处的结构特点

5.18 机身与前起落架连接分析展示与点评

5.19 与前起落架连接的机身结构分析

5.20 机身设计分离面的对接形式

5.21 机身气密座舱结构的设计特点

5.22 战斗机增压舱的设计特点与本章总结

5.23 机身引起的空难事故案例

第五章测验 机身结构分析和设计

第六章 起落装置设计

第六章 起落装置设计 PPT

6.1 起落架设计引言

6.2 起落架的外载荷

6.3 起落架的结构形式和受力分析

6.4 带斜撑杆起落架的受力分析

6.5 摇臂式起落架受力分析展示与点评

6.6 小车式起落架分析展示与点评

6.7 起落架减震器的工作原理

6.8 起落架减震器的原理与结构

6.9 前起落架构造与收放机构

第六章测验 起落装置设计

第九章 结构设计选材与可修理性设计

第九章 结构设计选材与可修理性设计PPT

9.1 飞行器结构设计选材与工艺

9.3 飞机结构可修理性设计

9.2 飞机结构维护分级与修理要求

1.10 结构设计人员基本素质与协同创新

第九章测验 结构设计选材与可修理性设计

第七章 复合材料结构设计【选修】

【选修】7.1 复合材料结构概论

【选修】7.2 复合材料结构设计特点

【选修】7.3 复材结构设计选材-增强相

【选修】7.4 复材结构设计选材-基体相

【选修】7.5 复合材料的性能与表征技术

【选修】7.6 复材典型结构形式

【选修】7.7 翼面复合材料结构型式

【选修】7.8 机身复合材料结构型式

【选修】7.9 复材结构设计过程

【选修】7.10 复材结构设计的一般要求

【选修】7.11 复合材料结构设计值

【选修】7.12 复材结构设计步骤

【选修】7.13 层合板设计的一般原则

【选修】7.14 层合板设计的设计方法

【选修】7.15 层合板的厚度公差

【选修】7.16 铺层的角度公差与拼接

【选修】7.17 复合材料结构细节设计

【选修】7.18 复合材料结构连接设计

【选修】7.19 复合材料整体结构设计

【选修】7.20 复合材料结构试验技术

总复习

总复习 PPT

总复习(一)

总复习(二)

总复习(三)

总复习(四)

拓展资料

翼面典型结构形式专题讨论

央视《财经评论》要为“奇迹”点赞 也要对事故追因

上课教室:北航航空馆介绍

直升机地面共振实验

飞机气动弹性试验

复材结构设计特点及在飞行器中的应用

湿热环境下复材机械连接结构破坏行为

复合材料在飞机结构中的应用

复合材料机翼制造过程

复合材料结构

第01章-绪论

第02章-单层板的刚度与强度

第03章-层合板的刚度与强度

第04章-复材结构设计基础

第05章-典型构件设计

参考资料

作业-复材结构设计

作业展示

作业_飞机结构设计-2020年春季

作业01_小组学习方法

作业02_航空馆地下室教室设计

作业03_个人发展与飞机结构设计思想

作业04_飞如何确定飞机设计情况

作业05_安全系数在工程中的应用

作业06_复材对伊尔-28机翼结构的影响

作业07_典型翼面结构差别

作业08_某平直机翼传力分析

作业09_车站机场候车侯机大厅建筑传力分析

作业10_J-7机翼及整体油箱分析

作业11_翼面结构气动弹性问题的物理机制

作业12_J-6机身与机翼主梁连接加强框接头分析与结构更改设计

作业13_歼6机身加强框接头分析改进

作业14_起落架与机身连接结构

作业15_小车式起落架传力分析

参考资料

国外民用飞机结构强度技术的发展思路研究_孙侠生

国外民用飞机典型龙骨梁结构特点研究_马文博

邓金鑫_201906__复合材料设计_分析和工艺软件发展现状

周震_201812__国内外碳纤维复合材料及结构供应与制造现状

作业展示_如何组织开展远成员分离的小组学习展示

作业展示_无人机方案展示-2组PK

作业展示_飞机结构设计思想的发展

作业展示_帆布蒙皮机翼结构选型与传力分析

作业展示_飞机的飞行状态与设计情况

作业展示_飞机静力与疲劳试验

作业展示_飞机新概念结构设计与工程应用

作业展示_观察身边的连接结构并对其进行传力分析

作业展示_华航611空难调查与通用飞机起落架分析

作业展示_机身加强框对比分析

作业展示_机翼的典型结构型式及其对比分析

作业展示_机翼开口区附加弯矩分析与对比

作业展示_金属与复合材料机翼主要结构元件对比

作业展示_平直翼后掠翼和三角翼结构对比分析

作业展示_先进战斗机全动平尾结构型式与分析

作业展示_翼面气动弹性问题的物理机制

作业展示_纵向构件转折的单块式后掠翼结构载荷传递分析

作业展示_小组学习方法

程小全(202106):飞机结构设计课程教学目标探讨

程小全(202108):飞机结构设计中载荷安全系数的工程意义

张纪奎_复合材料整体结构在大型民机上的应用

张纪奎(202110):增材制造技术发展对飞机结构设计教学的影响

黄文俊_直升机复合材料应用现状与发展

博士论文_高校专业博物馆体验式教学研究

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预备知识

材料力学、结构力学、理论力学、飞行力学

参考资料

教材:飞行器结构学(第 3 版). 程小全主编,北京:北京航空航天大学出版社,2023.05 


参考资料: 

【1】程小全.飞机结构设计课程教学目标探讨[J]. 力学与实践, 2021, 43(3): 453-356. 

【2】实用飞机结构工程设计.(美)Michael C. Y. Niu 著,程小全译,北京:航空工业出 版社,2011.03,第 2 次印刷 

【3】实用飞机复合材料结构设计与制造. (美)Michael C. Y. Niu 著,程小全、张纪奎译, 北京:航空工业出版社,2010.11

【4】程小全,张纪奎,郦正能.飞机结构设计中载荷安全系数的工程意义[J]. 力学与实践, 2021, 43(4): 599-602.

【5】张纪奎,秦绍成,程小全,郦正能.增材制造技术发展对飞机结构设计教学的影响[J]. 力学与实践, 2021, 43(5): 760-765.

【6】郦正能主编. 飞行器结构学(第 2 版). 北京:北京航空航天大学出版社,2010.03 

常见问题

(1)第3版教材与第2版教材内容衔接问题。

答:我的线下课程已经根据第3版教材重新制作了24版PPT课件,在原来第2版教材内容基础上进行了部分内容的调整,增加了结构设计选材、结构可修理性设计等内容,以便与“面向服务的设计”技术相匹配。但是,MOOC视频暂时无法大面积更新,只是新增了结构设计人员基本素质与协同创新、结构材料与工艺选择、结构可修理性设计三部分内容。所有新增内容放在第九章里面,设计人员基本素质与协同创新则同时放到了第一章最后一节。这样也同样保证了课程内容的系统性与完整性,但是对于使用MOOC的用户会带来一些麻烦,对此我深感抱歉。

(2)第七章 复合材料结构设计设为选修的问题。

答:在第3版《飞行器结构学》中,已将复合材料融入到结构材料与工艺选择,以及其他相关内容中,因此,复合材料结构设计不再单独讲解。但如果有用户对复合材料结构设计感兴趣,则可以自己选修,所以第七章还是保留在MOOC中。

(3)单元测验(即各章后面的测验)答题截止时间按教学进度设置,容易出现学生忘答的情况。

答:已将所有单元测验的答题截止时间统一设置为课程结束前一周的时间。

北京航空航天大学
1 位授课老师
程小全

程小全

教授

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