华东理工大学学士学位论文飞行器设计.docx
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华东理工大学学士学位论文飞行器设计
摘要
随着科学技术的进步和发展,人类不断追求更好的航空方式,先进的气动布局设计，可重复利用的热保护技术不断突破,领域内高性能无人机线不再是一个遥远的梦想。
随着无人机及其相关技术的突飞猛进和高超声速技术的不断成熟，以及人类对于临近空间——这个尚未被占领的神秘战场的高度关注，可以想象：
集无人驾驶、高超声速飞行、临近空间作战等特征为一身的飞行器，势必成为航空和武器装备领域的重要发展方向。
无人机（UnmannedAerialVehicle）无人驾驶飞机是不携带一个动态空气车辆运营商使用空中力量为车辆提供所需的提升,能飞自动或远程引导;既可以一次性使用还可以回收,可以携带致命和非致命的有效载荷。
无人驾驶飞机的诞生可以追溯到1914年。
在第一次世界大战期间,英国卡德尔和两位将军,英国军事航空学会提出建议:
开发一个不用人驾驶,为小型飞机和无线电控制,使它能够飞到敌人,扔炸弹。
这个想法得到了英国军事航空学会戴亨德森先生的支持。
在某些海上事故,无人驾驶飞机救援功能是最为有效和实用的救济的手段。
飞机的应用范围越来越接近现代人的生活。
常常出现在人们的生活的各个领域。
关键词：
飞行器；无人机；航空救援
Abstract
Withthedevelopmentofscienceandtechnologydevelopment,thepursuitofhumanspaceexploration,advancedaerodynamiclayoutdesign,reusablethermalprotectioncontinuousbreakthroughtechnology,highperformanceunmannedaerialvehicleisnolongerisadistantdream.MakeaspurtofprogresswiththeUAVanditsrelatedtechnologyandhypersonictechnologycontinuestomature,andfocuson,humanbeingsforthenearspace--thishasnotyetbeenoccupiedbythemysteriousbattlefieldcanimagine:
settheunmanned,hypersonicflight,thenearspaceoperationalfeaturesforavehicle,willbecomeanimportantdevelopmentdirectionofaviationandweaponsequipmentfield.Unmannedaerialvehicle（UnmannedAerialVehicle）,unmannedaircraftisnotequippedwithadynamicairvehicleoperators,usingairpowertoprovidetheneededliftforvehicle,capableofautomaticflightorremoteboot;canone-timeusecanalsoberecycled;effectiveloadcarryinglethalandnonlethal.Thebirthofunmannedaircraftcanbetracedbackto1914.WhenthefirstWorldWar,Britain'sKaderandPichel,thetwogenerals,putforwardaproposaltotheBritishSocietyofmilitaryaviation:
drivingthedevelopmentofanoman,andradiocontrolforsmallaircraft,enableittoflyovertotheenemy,droppedabomb.ThisassumptionisthatBritishSocietyofmilitaryaviationchairmanSirDaHenderson'ssupport.Butwhenyouhavesomeseaaccident,UAVrescuefunctionisthemosteffectiveandpracticalrescuemethods.Applicationrangebecomesaircraftmoreclosetothelifeofmodernpeople.Oftenappearinvariousfieldsofpeople'slife.
KeyWords：
Aircraft；unmannedaerialvehicle；Airrescue
目录
引言1
1设计的理念及概念飞行器的发展历史2
1.1概念无人机的起源2
1.2.1各国对飞行器的研制和发展3
1.2.2我国对概念飞行器的认识3
1.2.3展望未来飞行器的发展3
1.3飞行器的类别及特点3
1.4对概念无人飞行器的理解5
1.4.1从整体外形上讲5
1.4.2从颜色上6
1.4.3从设计理念上讲6
2概念无人机在生活中的应用7
2.1无人机的应用论述7
2.1.1无人机在不同条件下的救援措施7
2.1.2自然主义家具设计的本真7
2.2在方案中主要强调的方面7
2.2.1与仿生学的结合8
2.2.2概念飞行器与未来生活的联系9
2.3概念无人救援机的发展前景10
3设计中出现的探索与思考12
3.1在概念机应用方向上的选择12
3.2方案制作过程12
3.2.1一般飞行器燃料上的选择12
3.2.2在飞行安全系数上的考虑于探究13
3.3最终确定设计方案13
结论14
致谢15
参考文献16
引言
概念飞行器，也被称作新概念飞机，是处于研制或探索中的一类飞机。
与传统飞机相比，其设计思想、外形布局和飞行性能可能会存在显著差异。
一般来说，概念飞机具有以下几个特征：
第一，创新性。
飞机在设计理念上有重大突破，蕴含高新技术。
第二，高效性。
飞机作战效能或经济效率方面与以往的机型相比，有大幅度提高。
第三，探索性。
概念飞机的高技术含量远比传统飞机大，探索性强，随着社会发展和科技进步，某一时代的概念飞行器有可能在近期或不久的将来最终在实际中得到广泛应用。
在一些时候无人飞行器的救援功能在生活中的应用非常之广泛。
也极其的重要，随着技术的不断更新，飞行器的材料、外形、功能都在放生着新的改变。
一个新的构想或者说一个新的尝试,不一定带有很明确的目的。
探索的乐趣不在于我们带着什么目的去这样做,重要的是我们在这个过程中又有什么新的发现。
所以,可能你以为这种概念很夸张,甚至说我的概念很"幽默",但也许就在若干年以后这个概念就会变成实实在在的飞行器盘旋在你的头顶。
就象你在喝可口可乐的时候一样,它不是一种风行全世界的"药"。
有的时候,我们在尝试着提高目前现有技术而不得要领的时候,是否也可以转换一下思维,来一个概念的手术,共同来感受新概念飞行器。
本文主要介绍几种设想的飞行器,主要有介绍新气动布局和结构的碟形飞行器,新的航空能源运用方式的转能飞行器（系统）,新的结构调整带来航空战术思维改变的长航作战平台,新的飞行员座舱布置的座舱内涵机和新起飞方式的垂直机技术等。
当然这些还停留在概念阶段,还有很多地方需要商榷和详细论证。
1设计的理念及概念飞行器的发展历史
1.1概念无人机的起源
无人机属于概念飞行器的一种，1917年3月，世界上第一架无人驾驶飞机在英国进行了第一次飞行试验。
但是起飞后不久，飞机发动机突然熄火，导致飞机坠毁。
过了不久，研制小组又研制出第二架无人机进行试验。
飞机在无线电的操纵下平稳地飞行了一段时间后，发动机又突然熄火。
两次试验的失败，并没有使洛教授灰心，继续进行着无人机的研制。
此后，其他国家相继展开了无人驾驶飞机的研制。
（如图1.1所示）
图1.1无人机的展示
例如美国的F22，具有隐身、超音速巡航、超机动能力、超视距攻击能力，是典型的四代机，就是一种新型的有代表性的飞行器1966年12月6日，长空一号首飞成功。
实际上长空一号就是仿制拉-17的产品，从开始仿制到总体设计成功用了三个月。
后转由南京航空学院具体负责，曾由中航二集团的常州飞机制造厂负责生产。
在南航，该机型于1976年底设计定型，总设计师为该校的郭荣伟。
早在60年代末，该所开始了无人机的研制。
长空一号研制成功后，在我国空空武器等试验中发挥了重要作用，概念飞行器的发展。
1.2.1各国对飞行器的研制和发展
三个研究团队根据由美国国家航空航天局航空研究任务理事会负责的环境责任飞行器工程的要求设计了未来概念飞行器，将在2025年左右设计定型，突出了精简、绿色的特征。
研究团队来自位于加州亨廷顿海滩的波音公司设计团队、加州帕姆代尔市洛克希德马丁公司、加州埃尔塞贡多市诺斯罗普格鲁曼公司。
这三家全球顶级飞行器研发机构在过去的一年内研究了各种方案，以满足美国宇航局的设计合同要求。
1.2.2我国对概念飞行器的认识
至上世纪初，以[美国]赖特建筑为代表的一批草原风格的别墅成为当时的主流风格,这种风格的特点是自然材质的选择和室内外相结合的设计。
1.2.3展望未来飞行器的发展
在概念飞行的器的发展之路上人类一直在不断的探索创新，与科技发展同步进行着，未来的概念的飞行器的发展道路将越走越远，方向将越来越细化。
1.3飞行器的类别及特点
飞行器的类别分为两类：
轻于空气的飞行器和重于空气的飞行器。
主要区别于飞行的原理和飞行模式。
于空气的飞行器也可分为两种：
气球和飞艇。
轻于空气的航空器的主体是一个气囊，其中充以密度较空气小得多的气体（氢或氦），利用大气的浮力使航空器升空。
气球和飞艇都是轻于空气的航空器，二者的主要区别是前者没有动力装置，升空后只能随风飘动，
或者被系留在某一固定位置上，不能进行控制；后者装有发动机、螺旋桨、安定面和操纵面，可以控制飞行方向和路线。
比空气重的飞行器升力产生自与空气的相对运动。
主要固定翼航空器主固定的机翼产生升力。
旋翼飞机主要是由转子的旋转产生升力。
这架飞机有最主要的一个应用范围是航空器。
其特点是配备提供拉或推产生升力的动力装置固定翼飞机,飞行控制的控制表面。
航天飞机的出现在1980年代早期,虽然有翅膀,飞机也有类似的形状,但它是由一个火箭,飞出大气层,然后在近地轨道。
航天飞机返回主要依靠非机动的滑翔机降落,这是飞机的主要区别。
滑翔机和飞机之间的根本区别是它上升后断电和滑翔在自身引力的组件在飞行方向。
尽管一些滑翔机和小型引擎（称为动力滑翔机）,但主要是用于获取初始滑翔飞行之前的高度。
转子的转动所产生的空气动力旋翼飞机。
旋翼机转子没有动力驱动,当电厂提供的拉力下,迎面气流吹转子旋转的风车一样,产生升力。
一些小型固定翼的旋翼机表面,它的一部分提供的升力。
直升机旋翼由发动机驱动,垂直和水平所需的拉力是由转子提供的。
即颤振的扑翼飞行器的机器,它是早期人类试图模仿鸟类飞行和产生一种飞机。
它使用像鸟的翅膀扑翼表面产生升力和拉力。
然而对于鸟类飞行的翅膀复杂的运动的不完全理解,结合制造像鸟的翅膀扑翼表面有许多技术难题,扑翼机尚未成功。
（如图1.21.3所示）
图1.2轻于空气的航空器
图1.3重于空气的航空器
更多的天然材料在现代简约的基础上应用，如木材，石头，板岩，玻璃，颜色是纯天然的色彩，如矿物的颜色。
的材料质地较厚，并清晰，质地纯净的线条，很少有胶合板。
1.4对概念无人飞行器的理解
1.4.1从整体外形上讲
一些飞机的外形奇特，似乎只存在于未来世界，或者是飞行在其他星球的天空中。
布拉迪设计飞机所采用的动物原型有包括疣猪、斑马、潮虫，以及蝠鲼、海豚和水母等海洋动物，雨燕、燕子和翼龙也成为布拉迪的灵感源泉。
1.4.2从颜色上
不同的色彩可以方便的识别不同飞行器的功能，但一般都以黑白为主要颜色，在我创作该设计的时候考虑到要突出它的科技含量所以在一些区域采用了天蓝色，也表现它在空中自由翱翔的感觉。
1.4.3从设计理念上讲
设计理念上简单地说就在综合了各种飞行器的组成结构，整合利弊。
结合人机工程学的理解—蜻蜓。
功能上也突出体现了飞行器救援效率高的本领。
（如图1.4.3所示）
.
图1.4.3产品展示
2概念无人机在生活中的应用
1
2.1无人机的应用论述
2.1.1无人机在不同条件下的救援措施
无人机中低空监测系统具有机动快速、使用成本低、维护操作简单等技术特点，具有对地快速实时巡察监测能力，是一种新型的中低空实时电视成像和红外成像快速获取系统。
在对车、人无法到达地带的资源环境监测、森林火灾监测及救援指挥等方面具有其独特的优势。
无人机配备彩色CCD任务载荷或红外探测任务载荷可在距地面800到2000米飞行高度对地面火场进行实时观察，将获取的图像数据实时传回地面。
为地面消防部门第一时间提供火场地理坐标（经、纬度）、火场面积、火场边界、火场蔓延趋势等火场态势情报，使消防部队迅速调配人员进行重点区域灭火工作，及时通知消防人员撤离危险地区，并根据火场图像资料为消防人员提供撤离路径。
采用无人机航空遥感系统的灾情信息和图像数据可以进行灾难损失聘雇与再难过程估计发生的范围，准确计算受灾面积极其灾害损失评估，对于雨季冰冻灾害可以对低温的发生强度及其低温冷害的分布范围实施时动态监测，并且能够迅速地研究低温冷害发生的一般规律，为相关部门及时采取有效的救灾措提供有效的情报。
2.1.2自然主义家具设计的本真
将来的概念飞行器2025年未来概念飞行器的基本指标将比1998年飞行器油耗标准减少50%、减少75%的有害气体排放以及减少83%由于飞行器噪音而受限的机场数量。
美国宇航局环境责任飞行器工程（ERA）的项目主管费伊科利尔（FayCollier）认为：
该飞行器工程真正的挑战是我们必须将所有设计在同一时间完成，并且整合到一起，其中一些指标是非常苛刻的，难度很大，这是以前所没有接触过的。
因此，美国宇航局花费了1100万美元左右的经费给三个设计小组，以评估满足这些指标需要什么样的飞行器，例如机翼设计等。
2.2在方案中主要强调的方面
2.2.1与仿生学的结合
直升机的概念最早可追溯到中国古代的竹蜻蜓。
据有据可查的历史记载，在晋朝葛洪所著的《抱扑子》一书中就描绘了通过旋转的竹蜻蜓垂直升空的情景和可以通过旋转的螺旋桨产生垂直的向上拉力，它被认为是世界上最早的对垂直起降直升机基本原理的描述。
我也是通过蜻蜓的外形起得灵感，蜻蜓的外形轻盈，机动性很强适用于救援形式的概念飞行器。
利用这一点不仅解决了外形的问题而且研究人与系统中其他因素之间的相互作用，以及应用相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优化人类和系统效能的学科。
（如图1.21所示）
图2.21产品展示
当前，民用领域中，地图测绘无人机、地质勘测无人机、灾害监测无人机、气象探测无人机、空中交通管制无人机、边境控制无人机、通信中继无人机、农药喷洒无人机的研究和应用在国内外都在不断的发展中。
进行国土测绘与对海洋、高压线路、灾情及气象等进行监视，对概念无人机的技术要求是不一样的。
比如无人机在海洋区域飞行的抗风能力要高于高山地区；气象监视要求无人机进到台风眼中还要能够飞回来；对灾情进行监视回传的遥感信息图像只要能看清地面的所有物品就行了，而监视高压线路就一
定能够看清楚。
（如图2.21所示）
图2.21产品展示
2.2.2概念飞行器与未来生活的联系
如今，科技发展如此的迅猛，航空事业不断的崛起，这不得不让我们想象飞行器在来的生活中会大量的被应用起来，传统的飞机已经不能满足我们日益渐增的需求了。
无论是速度还是在安全系数上都要有一定的提高。
就像十几年前我们想象电话和车子一样，在不远的未来飞行器的应用也一定会不断的发展起来。
毕竟在一些领域飞行器已经成为了必需品。
无论是在救援还是在航空的探索或是在一些指标的测定上都已经接近成熟了。
我们需要做的就是创新，发现更多的突破点，逐渐的完善它，让飞行器更好的服务我们人类。
（如图2.22所示）
图2.22产品展示
2.3概念无人救援机的发展前景
目前,中国直升机设计研究所,研究员,中国航空工业由第602吴越，今天在珠海2厅,我们的记者说,经过35年的努力,我国已经有能力设计第三代直升机,这次展出的1架超轻型单座直升机和3架75公斤级无人驾驶型直升机是由江西苍岚轻型直升机有限公司研制开发的，系统集成和转子技术重大突破,标志着我国无人直升机研发水平已经在世界先进水平。
在美国某高校的一个小组已研制出一种无人驾驶直升机，它的长项是“玩特技”。
代号为“60”X-细胞无人直升机,在实验中已经成功地“拷贝”了第一个高难度动作———副翼横滚，也就是说，在保持较高飞行速度的情况下，围绕机头和机尾组成的纵轴线像陀螺一样做360度滚动。
无论有人驾驶和无人驾驶的直升飞机,都需要高度熟练的飞行员参与,特技飞行才得以进行。
而学校的信息与决策系统实验室开发了“X－Cell60”,是完全的条件下完成无人自动副翼滚,这是在世界上没有先例。
可以做特技飞行的无人直升机,有望用于军事侦察、高空灾区空中侦察等。
类似这种无人救援机在各个国家都逐渐的被应用起来。
有一种无人驾驶直升机操纵系统，是根据直升机上飞控计算机的指令进行操纵，包括旋翼操纵机构、航向操纵机构和油门操纵机构，其特征在于：
所述的旋翼操纵机构包括自动倾斜器、三套变距舵机和拉杆组件；自动倾斜器安装在直升机主轴的下方，三套变距舵机分别和自动倾斜器相连安装在自动倾斜器的周边下方，拉杆组件的一端与自动倾斜器相连，另一端和直升机的旋翼相连，旋翼操纵机构通过三套变距舵机的协调动作驱动自动倾斜器升降或倾斜，带动拉杆组件控制旋翼的飞行姿态；所述的航向操纵机构包括航向舵机、推拉钢索和摇臂，航向舵机安装在直升机的设备舱内，航向操纵机构通过航向舵机驱动推拉钢索，推拉钢索带动摇臂，驱动尾桨变距机构改变尾桨距角，实现对航向的控制；，描述了加速器运行机制包括油门伺服和油门拉索,加速器运行机制通过油门伺服驱动油门拉索控制发动机节气门打开,发动机的控制系统。
各种先进的技术更新更多高端概念飞机性能、实用强,从而有了更具体的应用方向。
各个国家的发展的概念,无人驾驶飞行器（无人机）的开发和利用已经开始着手。
在救援领域的应用及其广泛,针对地震,水灾,火灾会有相应的无人驾驶飞机。
在各种恶劣的条件下工作才能体现出它的独特高效之处。
（如图2.3所示）
图2.3无人救援机
3设计中出现的探索与思考
3.1在概念机应用方向上的选择
综合考虑了各种机型的不同应用方向，觉得概念机在今后的发展中，救援方向应该会应用的更加的广泛。
其次，在大部分概念机的性能上用于救援也很是实用，可以更好的发挥其优点。
（如图3.1所示）
图3.1建模展示
3.2方案制作过程
3.2.1一般飞行器燃料上的选择
飞机使用航空煤油，航天飞机的助推器携带500吨的铝粉做燃料，轨道飞行器的燃料主要由外面橘黄色的燃料箱供给，里面有700吨液氧和100吨液氢，作为轨道的燃料。
目前,大部分飞机使用航空煤油。
虽然航空煤油比汽车用的汽油重,但却比柴油轻,并且是为飞行的极端环境研制的,不过它终究还是利用石油生产的。
同汽油一样,航空煤油价格也随飙升的石油价格猛涨,使航空公司不堪重负,成为美国一些大型航空公司纷纷陷入破产境地的重要因素。
面对油价不断攀升甚至石油枯竭的困境,美国航空公司甚至政府都不得不行动起来,寻找航空燃料的替代能源,以降低飞行成本,保证人类能在石油枯竭时有“油”可用。
物柴油可从大豆、玉米和其他农作物中提取,是目前汽车最实用的汽油替代者,今天的一些轿车和卡车已经在使用这种柴油。
更让人兴奋的是,生物柴油已开始在全世界大规模推广,在巴西等国已经取得了巨大成功。
因此,生物柴油也将成
为飞机替代能源的一个主要选择。
3.2.2在飞行安全系数上的考虑于探究
比如ERJ145飞机，它净重12吨，起飞时最大可承载22吨重量，比波音737的最大起飞重量52吨要轻很多，但其爬高能力和飞行高度却不比大飞机弱，它最高可飞到10900米，其安全系数和抗颠簸能力与波音737是按同一标准设计的。
不过实际飞行中，小飞机的飞行高度通常在六千到七千米，从而承受的气流和压力也就没有大飞机那般强
烈，乘坐的旅客很少会产生耳鸣、头晕等难受之感。
”
3.3最终确定设计方案
通过对前期调研资料的收集、分析、归纳。
从设计定位到草图的绘制，颜色选择，功能分析，再到最终方案的确定。
结论
当今世界流行的自然主义与简约风格以健康舒适、高品位为目的，摒弃了烦琐的细节，保留了生活最本真、最纯粹的部分。
因此，无论是建筑界，还是绘画界;无论是服装设计，还是工业设计，都有很多自然简约风格的追随者。
如今，自然主义与简约风格已经成为室内环境设计的潮流与向，人们在室内环境设计上追求空间布局的合理、造型构思的简洁、装饰材料的自然健康等，色彩也从华丽转变成优雅自然，更加向往与重视人与环境的和谐与交融。
在目前出版的关于中国近代家具的研究著作中，关于社会形态和文化的概括性论著已十分丰富，但缺少家具文化与设计理论的论述。
本文试图从自然主义和设计理念入手去谈论家具设计。
在整个近代历史时期，社会的意识形态和人们的生活环境都受到西方文化的影响。
但在近代家具文化中，这种西化的形式下仍然保留着中国传统家具文化的精髓。
通过对自然主义的研究，我们可以发现，家具文化是传承与发展的。
在工业革命和新机械的影响下，家具出现形制的改变是历史的必然性；经过文化的交流，相互的吸收与渗透出现新的装饰纹样也是符合历史发展的。
在此次毕业设计的整个过程中，我学习到了许多，亲身体验了整套家具的制作过程，包括家具的设计、电脑模型制作、排版、板材切割、打磨、上底漆、再打磨、家具的组装加修改〔由于经验不足，结构上会出现错误〕、调色并上漆、最后上清漆等等。
参考文献
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[2]朱春玲.飞行器环境控制与安全救生，2006
[3]贾玉红．航空航天知识100问，2010
[4]邓家褆，韩晓建，曾硝．产品概念设计——理论、方法与技术［Ｍ］．北京：
机械工业出版社，2002
[5]桑建华，飞行器隐身术.航空工业出版社，2010
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《硕士学位论文》，
吉林；吉林大学，1999：
20
[7]徐旭东/徐超/郑小亚.飞行器结构设计，西北工大出版社，2010
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