飞行器结构设计(上)是一门讲授飞机结构设计专门知识的专业课,教学目标是建立飞机结构设计专业知识体系框架,理解和掌握飞机结构设计基本概念和基本方法,特别是对以薄壁结构为主要特征的飞机结构受力特性建立基本认识,并培养综合利用知识分析复杂结构系统承力和传力规律的能力。本课程可供航空专业相关学生作为专业课程单独学习,也可结合相关线下课程开展混合式教学。
课程内容围绕设计指标拟定、结构载荷计算、结构布局和传力分析以及结构强度设计所需的基本知识构建课程内容,共分为七章。具体包括:
第一章 绪论
本章结合现代飞机结构设计工业流程,学习飞机结构设计工作内涵,结合飞机总体设计及飞机结构生产和使用需求,学习飞机结构的设计输入条件,理解飞机结构设计基本要求,了解宏观指导飞机结构设计的设计思想的发展和变迁。通过本章的学习,在了解飞机结构设计的条件、依据和要求的基础上,实现掌握结构设计指标的意义及拟定方法。本章分为4个小节包括:
1.1 课程概述
1.1飞机结构设计的条件和依据
1.3飞机结构设计的要求
1.4飞机结构设计思想
第二章 飞机结构载荷分析
本章介绍飞机结构的使用载荷及其计算方法,包括:飞机结构载荷的类别和性质,过载系数基本概念和计算方法,突风工况和机动飞行工况下过载系数分析,基于过载系数的结构外力计算,典型气动载荷的分布,机身与起落架载荷及其分布特点等,本章分为5个小节,分别是:
2.1飞机结构的外载荷
2.2飞机结构的过载系数
2.3转动过载系数与突风过载系数
2.4机翼飞行载荷分析
2.5 机身与起落架载荷分析
第三章 飞机结构材料与结构组成
本章围绕飞机结构选材和结构元件布局问题进行讲解,首先分别介绍了制造飞机结构的典型材料,包括木材、铝合金和钛合金等。然后,分别讲解翼面结构和机身结构组成元件及其组合型式,不同的元件组合型式具有不同的受力特点,因此又称为受力型式,受力型式选择是结构设计重要的环节,因此本章最后以机翼为对象重点分析了翼面结构如何选择合理的受力型式并进行组成元件的布局。本章分为4个小节,包括:
3.1飞机结构的材料
3.2 机翼结构的组成与受力型式
3.3 机身结构的组成与受力型式
3.4 机翼结构受力型式的选择与元件典型布局
第四章 飞机结构传力分析基础
飞机结构是承受和传递载荷的系统,因此传力分析是飞机结构布局和设计时极其重要的分析环节。本章针对传力分析方法进行系统的讲解,在厘清结构传力基本概念和机理的基础上,应用传力分析方法基本原理,对气动力在平直机翼中的传递和平衡过程进行了详细的分析,获得了不同载荷在结构中的传力路径以及各结构组成元件在结构整体承载和传载过程中的作用。本章划分为3个小节,包括:
4.1飞机结构受力分析模型
4.2结构传力分析方法基本原理
4.3气动力在机翼结构中的传力分析
第五章 典型机翼机身结构的传力特性
本章以典型机翼机身结构为对象,采用传力分析方法,研究这些结构如何受载以及如何进行载荷的承受和传递。所讲授的结构均来自于飞机实物,包括中央翼盒结构、机翼机身对接结构、后掠翼结构、三角形机翼结构、机身结构以及机翼机身中的开口结构等。本章具体划分为6个小节,包括:
5.1机翼机身连接结构传力分析
5.2后掠机翼结构传力分析
5.3三角形机翼结构传力特性
5.4机身结构传力分析
5.5开口结构传力分析
5.6机翼机身结构传力分析实例
第六章 机结构强度分析基础
本章包含静强度设计、稳定性设计、气动弹性及刚度设计、安全寿命设计、损伤容限设计和耐久性设计的相关基本知识。通过学习本章内容,了解飞机结构静强度设计方法、结构失稳与稳定性设计基本概念、掌握结构气动弹性问题的基本概念、掌握结构疲劳损伤特点及安全寿命设计方法,掌握结构断裂与损伤容限的概念、特点、影响因素。本章划分为3个小节,包括:
6.1飞机薄壁结构稳定性分析
6.2机翼结构的气动弹性问题
6.3结构疲劳、损伤容限分析与细节设计
第七章 复合材料在飞机结构中应用
本章属于拓展性内容,主要介绍轻质复合材料结构在飞机结构中的应用情况,通过学习,了解复合材料的性能特点,复合材料结构与传统金属材料结构设计的区别,以及复合材料在国内外军机、民机结构中的逐渐应用情况。本章包括1个小节
7.1 复合材料在飞机结构中应用
本课程由西北工业大学飞行器结构设计团队主讲,课程团队是依据飞行器设计与工程专业在结构设计方向的专业课设置,按照课程关联性、由可互补、协作、沟通的高素质师资进行组合构成。2009年至今,团队经历了厚积薄发式的发展,培养了大批高素质航空领域专业拔尖创新人才,为国家重大战略需求和重大专项的顺利实施提供了智力支撑和人才保障。先后获得国家级教学成果奖3项、省级教学成果奖5项、校级教学成果奖4项,建成国家级、省级精品课2门。课程负责人侯赤,西北工业大学航空学院副教授。主讲《飞行器结构设计》《飞行器设计工程学》本科生课程和《现代飞机结构设计原理》研究生专业课。主持和参加校级教改项目3项、省级教改项目2项,获校级教学成果奖一等奖1项、省级教学成果奖一等奖1项。先后获评为校级“本科生最满意教师”“课程思政优秀教师”和“宝钢优秀教师”。