飛行器工程的案例
來自海綿骨架的啟示：可簡化空間飛行器的工程設計（轉載）
在不增加重量的情況下增加建筑結構的強度，理論上可以使橋梁更長、基礎設施更輕、運輸更方便，甚至可以甚至可以簡化空間飛行器的工程設計。普渡大學土木工程教授 Pablo Zavattieri 說：“經過數百萬年的進化，反復試驗的過程產生了更好的材料。”
然而，就這種海綿而言，其骨骼不可壓縮性的進化目的還尚不明確。眾所周知，海綿通常生活在幾千米的深海，那里的水壓非常大，但這種壓力來自各個方向，均勻地壓在海綿骨骼玻璃梁的兩側，從而抵消了自身的壓力。“海綿并不會受到擠壓力。” 美國亞利桑那州立大學的生物學家 Clint Penick 說。
Penick 表示，海綿確實需要堅固的結構才能站立并從水中過濾浮游生物。“他們堅固的骨骼還可以阻止天敵或防止可能與他們相撞的動物造成傷害。” 他補充道。
強大的抗壓性不是這種海綿的全部特征，它骨架的晶格壁只是其結構的幾個復雜層次之一。微觀上可以研究它的纖維是如何在其晶格壁內發生輕微位移的，或者它的蛋白質和二氧化硅分子的排列是如何阻止其軌道上的斷裂的；宏觀上可以探究這種骨架如何使海綿過濾水。
Bhate 的團隊正在研究一些線與其他線不完全相連的方式從而使骨架具有柔韌性，并且他還對這種結構經受扭曲的方式感到好奇。“這是你可以花一輩子時間去做的事情，但你仍然沒有復制所有這些能力，而這恰恰是它令人興奮的原因。”Bhate 說。
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轉載：https://c.m.163.com/news/a/G1F73BI205119734.html?spss=newsapp
展開 基于實際工程的飛行器氣動設計與仿真
試驗與CFD缺一不可
無論是高機動的飛機還是可復用的火箭，氣動設計上，試驗數據仍是目前確定飛行器的基礎和依據。試驗包括地面試驗和飛行試驗。飛行試驗包括地面火箭助推驗證及空中載機拋射，是除了真機試飛外最有效獲取氣動特性的手段，但高昂的價格使得其無法成為氣動設計中的常用手段。
地面的高低速風洞試驗是氣動力設計中的主要內容之一：初步設計階段有選型試驗，詳細設計階段有定型試驗。試驗內容包括測力、測壓、顫振、動導、旋轉天平、立式風洞試驗等。
圖23 典型非常規風洞測力試驗
在CAE中，CFD是核心。CFD可評估巡航和機動飛行條件下的飛行器性能，計算定常和非定常的載荷以進行結構設計，提供導數進行飛行控制系統的設計，以及提供氣動數據對設計變量的敏感度進行優化設計。現代復雜氣動布局飛行器的研制過程已然證明，有效使用CFD方法可以大量節省設計經費、縮短研制周期。但復雜外形跨速域飛行器的氣動設計不僅對CFD提出了巨大挑戰，也使CFD愈顯其在設計中的重要地位和巨大作用。
圖24 波音與NASA聯合提出的CFD發展路線
4.2. 試驗的不可或缺性：CFD模擬能力尚有不足
CFD工程師及飛行器設計師眼中，對待風洞試驗及CFD的態度是不一樣的。很多數據顯示，在新型復雜構型飛行器的氣動設計中，CFD占比越來越大，作為一個CFD工程師，毫無疑問會相信，未來風洞試驗在飛行器氣動設計過程中會逐漸萎縮，最終演變為一個氣動特性的驗證手段。但是氣動布局設計師，也會認同這樣的觀點嗎？通過圖12，我們可以看出，在CFD技術工程上已然十分成熟的今天，型號上的風洞試驗絲毫未見減少，但為什么會有風洞試驗可能被取代的“錯覺”？
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故高超聲速寬速域飛行器不僅需要考慮外形設計一體化與氣動控制之間的關系，還需要將機體和推進系統的一體化設計作為研究重點。
6 結 論
水平起降、高超聲速寬速域飛行器是當前航空航天的前沿研究熱點，具有十分重要的戰略發展意義，許多國家已進行了大量的研究，但高超聲速寬速域飛行器實現工程化應用仍存在許多難題有待解決。經過對國內外寬速域飛行器的研究進展和現狀進行梳理總結，主要得出以下幾點結論和展望：
（1）水平起降、可重復使用的高超聲速寬速域飛行器是各個大國的研究熱點，并且經過多年的研究，在寬速域飛行器的氣動設計、推進系統和材料技術等方面均有了一定的理論和技術研究成果。
（2）通過總結現有寬速域飛行器的研究現狀，提出適用于水平起降高超聲速飛行的寬速域飛行器主要有渦波效應-乘波構型、機翼-乘波構型和變形/組合構型三大類的觀點。這三類的寬速域飛行器研究仍處于理論驗證階段，均有一定的可行性和不足，如表1所示，有待更深入、更系統地研究。
表 1 寬速域飛行器構型對比
Table 1 Wide speed range aircraft configuration comparison
（3）升阻特性匹配、穩定性、減阻降熱、推進技術、一體化設計是后續寬速域飛行器工程化需要深入探討的，足夠容積滿足載重要求也是高超聲速寬速域飛行器設計時需要重點考慮的。
展開 飛行器環境與生命保障工程專業畢業實習報告范文
前言
隨著社會的快速發展，用人單位對大學生的要求越來越高，對于即將畢業的飛行器環境與生命保障工程專業在校生而言，為了能更好的適應嚴峻的就業形勢，畢業后能夠盡快的融入到社會，同時能夠為自己步入社會打下堅實的基礎，畢業實習是必不可少的階段。畢業實習能夠使我們在實踐中了解社會，讓我們學到了很多在飛行器環境與生命保障工程專業課堂上根本就學不到的知識，受益匪淺，也打開了視野，增長了見識，使我認識到將所學的知識具體應用到工作中去，為以后進一步走向社會打下堅實的基礎，只有在實習期間盡快調整好自己的學習方式，適應社會，才能被這個社會所接納，進而生存發展。
剛進入實習單位的時候我有些擔心，在大學學習飛行器環境與生命保障工程專業知識與實習崗位所需的知識有些脫節，但在經歷了幾天的適應過程之后，我慢慢調整觀念，正確認識了實習單位和個人的崗位以及發展方向。我相信只要我們立足于現實，改變和調整看問題的角度，銳意進取，在成才的道路上不斷攀登，有朝一日，那些成才的機遇就會紛至沓來，促使我們成為飛行器環境與生命保障工程專業公認的人才。我堅信“實踐是檢驗真理的唯一標準”，只有把從書本上學到的飛行器環境與生命保障工程專業理論知識應用于實踐中，才能真正掌握這門知識。因此，我作為一名飛行器環境與生命保障工程專業的學生，有幸參加了為期近三個月的畢業實習。
一、實習目的及任務
經過了大學四年飛行器環境與生命保障工程專業的理論進修，使我們飛行器環境與生命保障工程專業的基礎知識有了根本掌握。我們即將離開大學校園，作為大學畢業生，心中想得更多的是如何去做好自己專業發展、如何更好的去完成以后工作中每一個任務。
展開 
飛行器中的“精靈”——CA-X4810四旋翼飛行器
近年來，四旋翼飛行器可謂是航空領域的寵兒。無論是“小巧會飛的照相機”，還是飛行器大賽的種子選手，亦或是電力巡檢、快遞投送、救援搶險的小能手，甚至是披掛上陣，執行軍用任務的空中間諜，你都能看到四旋翼飛行器的身影。
從1970年，法國人發明的世界第一架有人駕駛的四旋翼飛行器升上天空，到近年來逐漸成為主流的微小型多旋翼無人機飛行器，四旋飛行器的發展并不能說是一帆風順。但隨著新材料、微機電、飛機控制等技術的不斷發展，多旋翼飛行器在實現微小轉化后，已經擁有了廣闊的民用和商用前景。
目前，棲云通航公司已上市了CA-X4810四旋翼飛行器。CA-X4810是一款超長續航，融合多功能的四旋翼飛行器。機身使用超輕碳纖維材料與航空鋁合金，相較于傳統金屬材料，結構性增強的同時，質量可以減輕25%。超輕機身巨能飛！
CA-X4810四旋翼飛行器使用了自主研發的超高密度鋰電池，比常用的鋰聚合物電池提高了50%的續航性能，在-40℃的環境下，容量保留率仍能達到70%。高密度電池實現超長續航！
CA-X4810四旋翼飛行器還使用了自主研發的高效率超輕無刷電機，電能轉化效率高達81.9%，最大速度可達到70KM/h，最大爬上速度可達5m/s,懸停時長最高可達100分鐘。輕量化動力系統，實現超高的巡航里程！
展開 我國超高速風洞預計2022年建成，天地往返飛行器高超音速飛行器曝光
在央視報道中，出現了疑似中國新型天地往返飛行器和高超音速飛行器的影子。
風洞被譽為是飛行器的搖籃。在位于北京懷柔科學城，一支幾代人傳承的科研團隊打造出了最新一代JF-22超高速風洞將于明年建成。
飛行器在天上飛，空氣不動，但是我們在地面上的時候，沒有辦法讓飛行器去飛，需要做一個飛行器的模型固定在這，在風洞產生高速的氣流吹這個模型，模擬它在天上飛的過程，這個就是風洞。
爆轟驅動超高速高焓激波風洞簡稱為JF22超高速風洞于2018年3月正式啟動，現在已進入現場安裝階段，完成真空艙、試驗艙和噴管的安裝，并通過專家組中期檢查，將于2022年建成。
▲JF22超高速風洞儀器安裝現場
就是這樣一個項目，經歷數代研發者的不懈努力，在錢學森、郭永懷部署的戰略方向上一路攻關，從高溫材料、到異型構造、再到傳感器設計，科研團隊在無人區反復探索，終于實現了從理論創新到技術創新的跨越。
直到2012年，總長265米、試驗段直徑達3.5米的JF-12復現風洞研制成功，可復現5到9倍聲速的飛行條件，實驗時間超過100毫秒，比其它同類型的激波風洞提高1個量級，成為國際最大、整體性能最先進的激波風洞，為我國航空航天重大任務研制提供了關鍵支撐。
作為研制新一代飛行器的搖籃，JF-22超高速風洞可以復現相當于約30倍聲速的飛行條件。JF-22最核心的技術就是通過正向爆轟驅動器為基本功能，提供平穩的驅動氣流，風洞的試驗能力要比JF-12驅動能力提高10倍。
▲JF12復現風洞
中科院力學所研究員、懷柔激波風洞項目負責人姜宗林說，JF-22風洞的目標是助力天地往返系統，若成功可以把衛星和航天器發射費用減掉90%。
展開 多旋翼+螺旋槳型eVTOL飛行器飛行性能簡要評估
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器實際上是電動版的復合式直升機。電動多旋翼相當于復合式直升機的單/雙旋翼，是專門用于提供升降力的推進器，電動螺旋槳是專門用于前向飛行的推進器，多旋翼的支撐結構可作為飛行短翼，在前向飛行時減輕多旋翼的升力負擔。
共軸雙槳復合式直升機
同多旋翼型 eVTOL飛行器和機翼+螺旋槳+多旋翼型eVTOL飛行器一樣，在此簡要評估一下此種類型 eVTOL 飛行器的飛行性能：
Eve Air Mobility Eve V3 網址：https://evtol.news/embraer/
垂直飛行性能：
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，可靈活設計電動旋翼的直徑尺寸、功率載荷、旋翼數量，電動螺旋槳數量以及安裝位置、結構布局。
懸停狀態飛行：電動旋翼安裝位置距離飛行器重心遠，控制力矩大；電動旋翼在水平面上多位均勻布局，量化了方位角度，控制響應快；電動旋翼同型號的數量多，便于設計交替冗余使用。遇有強風干擾，電動螺旋槳能夠逆風推進，提高飛行器的抗風性能。
起降狀態飛行：垂直起飛時，電動螺旋槳能夠快速強力推進飛行器，加快從懸停到前飛狀態的過渡時間，減少懸停能量消耗；降落進近時，電動螺旋槳能反向推進為飛行器剎車，避免機頭上揚影響駕駛員著陸操縱視線。
前向飛行性能：
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，專門由電動螺旋槳提供前向水平推進動力，能夠保持多旋翼槳盤平面處于水平狀態，使各個電動旋翼能夠均勻提供升力，避免了前后電動旋翼功率需求差異過大的困境。
電動旋翼支架結構能夠進行翼型設計，前向飛行時產生附加升力，提高飛行器的升阻比。
展開 世界最大飛行器，“飛天屁股”即將上天，可連續飛行兩周，中國的也來了
可能有些朋友還記得前幾年出現的一個被人們戲稱為“飛行屁股”的巨型飛艇，來看看它的樣子，從其前面的角度來看，真不是一般地驚艷，這個名稱真的是太形象太傳神了。
實際上這架飛艇的名字叫做Airlander 10，中文譯名多為“天空登陸者”，但由于其造型太過性感，人們大多只記住了“飛天屁股”這個名字，它由英國Hybrid Air Vehicles （HAV）混合空中飛艇公司設計和制造。
其造型既像飛艇也像飛機，而且它體積巨大，是全球最大飛行器，長度達92米，寬44米，高30米左右，僅上面用來載人和裝貨的船艙就長達46米，寬6米，占地面積約195平方米（非長方形）。
單從體積上來說，它要比波音747、空中客車a380、乃至安225等巨型飛機都更大，有人稱它是世界上最大的飛機，但很顯然它應該歸類為飛艇，所以應該稱其為世界上最大的飛行器，其內部至少可以注入3.8萬立方米的氦氣，可以將它托浮到六千多米高。
但是一般情況下它只會在500~1000米的高空中飛行，通常不會超過1500米，除非是連續多日的長距離飛行，理論上它可以連續飛行兩個星期，載人的情況下可以連續飛行5天。
Airlander 10依靠四臺325馬力的渦輪增壓柴油發動機驅動螺旋槳引擎提供動力，飛行時速度可達每小時150公里，雖然它的速度要比飛機慢，但是它的好處是不需要在機場降落，相對比較空曠的地方它都可以起飛和降落，甚至在雪地冰面乃至在海面上都可以隨時請假。
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展開 飛行器系統仿真與驗證
1.概述
飛行器由動力系統、導航系統、機體、舵機伺服系統和推進系統等組成，不僅在整機級，即使在子系統級都涉及到多學科的交叉耦合，涉及到多個領域，在飛行器的研制過程中，不僅要分析不同子系統的設計性能，而且需要分析各子系統在整機級別的性能。
使用不同的專業領域模型，可以在同一個Simcenter Amesim軟件平臺下運行計算，其耦合特性較好，界面易讀，結果形象直觀，便于分析。面對航空航天多領域復雜系統，目前市面上能做到多系統耦合的軟件并不多，Simcenter Amesim是比較經典的多領域系統開發仿真分析平臺，針對汽車行業、航天航空、工程機械、兵器行業等都有著較為廣發的應用，其大量的數據庫模型都是通過試驗驗證的，并得到客戶的一致好評。
2.Simcenter Amesim系統仿真與驗證方案
2.1 總體設計與仿真
從設計仿真角度上來說，飛行器總體設計分為兩個大的過程：
設計過程：以飛行剖面為核心的總體設計過程，主要關注總體概念參數（直徑、長度、幾級等）、氣動布局的定義、飛行器在不同階段的姿態定義（姿態角、攻角）、軌跡計算等過程
驗證過程：軌跡、氣動、控制、動力學、發動機等專業或分系統集成在一起，對設計過程產生的總體設計方案、設計參數進行驗證。
下面進行說明：
總體設計過程主要針對幾何、氣動、推進、飛行剖面、熱、結構、穩定性與控制和費用指標等來展開設計過程，主要依靠工程計算程序來實現，有一定的流程及程序間先用的調用順序可以遵循，通過總體設計流程建設，定義、規劃流程動作，定義流程動作的輸入、輸出，定義、規劃數據模型，定義流程中的數據模型，實現分析流程的標準化、規范化和自動化，提高數據流的管理效率。
展開 飛行器尾舵純模態試驗
PART.4
結論
飛行器在飛行過程中，可能會受到多重極端的氣動加熱效應，引起飛行器結構的熱物理參數和力學性能的變化，造成結構彎曲、扭轉剛度的衰減，以及顫振安全邊界的降低，嚴重威脅著飛行器結構的安全性及可靠性。因此，準確、可靠地獲取飛行器尾舵系統的動態特性參數對工程師進行顫振特性分析及氣動伺服彈性分析來說，具有重要的工程意義。
依托漢航豐富的工程實踐經驗及堅實的理論基礎，使用漢航Hunter MF系列高精度數據采集硬件，結合NTS.LAB模態測試軟件，對尾舵系統進行純模態試驗，可以幫助工程師快速、高效地評估尾舵系統在不同工況和飛行條件下的穩定性和可靠性，最大程度地降低時間成本和經濟成本。通過分析尾舵系統的振動模態和頻率響應，可以確定系統的頻率、阻尼特性和模態耦合情況，從而評估系統是否滿足設計要求，并對系統的參數進行調整和優化，確保飛行器在各種飛行動作下的穩定性和操控性。
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撲翼飛行器國內外研究狀況
作者：劉錦波，特立書院
背景知識
撲翼飛行器背景介紹
撲翼飛行器，是指像鳥—樣通過機翼主動運動產生升力和前行力的飛行器，又稱振翼機。人們的飛天夢想就是從模仿鳥類的撲翼機開始的。撲翼機以它無需跑道、機械效率高等優點吸引了人們的注意，但由于目前對撲翼空氣動力學研究不足、材料和結構研究較少等，發展尚不成熟。但正因為不夠成熟，出現了政府、民間、專業、業余呈百家爭鳴的局面。只要完成對幾大難點的破解工作，撲翼飛行器的上天便指日可待了。
撲翼飛行器早期歷史研究
人類對撲翼飛行器最早的創意可以追溯到古希臘工匠代達羅斯和他的兒子伊卡洛斯，而最早文字記載的撲翼飛行器出自《漢書·王莽傳》。而最早符合現代工程學的撲翼飛行器設計圖的出現則直到文藝復興時期，由意大利畫家達·芬奇模仿鳥類飛行而繪制的。1874年，法國科學家馬雷以連續拍照的方式記錄下了鳥類在撲翼時的復雜動作，以當時的技術水平是不可能完成的。
1878年倫敦博覽會上，兩架撲翼機首次獲得展示。當時考夫曼設計的帶有蒸汽機的撲翼機方案引起了人們的極大興趣；英國人哈爾格萊夫制成了一架帶有發動機的撲翼機實用模型；德國人李林塔爾研制的撲翼機上裝了一臺小型發動機，為人力提供輔助力量；他們的理論和實踐成為撲翼機發展史上重要的里程碑。
早期人類對撲翼機的探索可謂不遺余力，但由于空氣動力學、控制裝置的研究尚不成熟，制作撲翼機的材料也比較單一，撲翼機的研究進展并不順利。隨著現代電子計算機、新型復合材料、控制技術等高科技領域的迅速發展，研制撲翼機也有了新的動力。
人類對撲翼飛行器最早的創意可以追溯到古希臘工匠代達羅斯和他的兒子伊卡洛斯，而最早文字記載的撲翼飛行器出自《漢書·王莽傳》。
展開 基于Nastran軟件的飛行器舵系統模態研究
摘 要：本文基于Nastran軟件的模態計算方法，研究了飛行器舵系統模態敏感因素，可以指導舵系統結構剛度設計，舵面剛度和舵軸剛度變化對舵系統旋轉頻率和彎曲頻率均有影響，其中對舵系統彎曲頻率影響相對較大；舵機剛度和搖臂剛度變化主要對舵系統旋轉頻率有影響，對彎曲頻率影響很小；舵軸軸承支撐剛度變化主要對舵系統彎曲頻率有影響，對旋轉頻率影響很小。
關鍵詞：Nastran；飛行器；舵系統；模態
1 引言
舵系統是飛行器控制系統的重要執行機構[1]，與以往傳統的飛行器結構相比，新型飛行器舵尺寸與質量占比越來越大，舵自身模態對整體結構姿態的影響較大，控制系統設計不準確，可能會導致產品飛行時失控[2]；同時，舵系統具有強非線性，飛行時，在氣動力作用下，舵系統低頻頻率可能會與飛行器彈性頻率耦合，導致飛行器失穩，當舵系統旋轉頻率和彎曲頻率靠近時可能會導致飛行器發生顫振破壞。
目前舵系統動力學特性主要是靠模態試驗驗證，缺少在舵系統設計完成之后即對模型進行動力學建模和分析評估[3]。舵系統涉及多個結構的配合并且有較多間隙，上述對舵系統動力學特性有較大影響；舵系統模態試驗不能考察系統各環節對舵系統整體動態特性的影響，而且工程實際中存在舵系統試驗模態值偏低及一致性較差的問題[4]。因此，有必要基于仿真計算方法對飛行器舵系統模態敏感因素進行研究，以便指導舵系統結構設計，滿足舵系統模態要求。
本文基于Nastran軟件的模態計算方法，開展理論分析及仿真計算研究，工程應用價值明顯。以某飛行器舵系統為研究對象，其主要由空氣舵（舵面和舵軸）、舵機和傳動機構組成，傳動機構包括舵軸支撐軸承、搖臂和銷軸等結構。舵系統工作模式是舵機將電能轉換為機械能產生直線運動，通過傳動機構帶動舵面偏轉。
展開 仿生撲翼飛行器的控制系統
飛行器控制系統的優缺點
但由于撲翼飛行器質量小，易受陣風干擾而呈強烈的非線性和大幅度的非定常飛行動力學問題，常規的PID控制方法已不適用，必須根據不同的微型撲翼飛行器類型、甚至不同的特定飛行器，建立智能飛行控制方法。撲翼飛行器所設定的一些任務模式決定它常常需要在操縱者的視線之外飛行，也對撲翼飛行器自主式的導航系統提出了相應要求。
但鮮有研究能夠實現基于仿生撲翼飛行器的自主飛行。
DelFly Explorer搭載了0.98g自主飛行單元和4.0g機載立體視覺系統，結合立體視覺算法，實現自主避障與自主飛行，但無法進行室外飛行。
撲翼飛行器DelFly
（a）撲翼飛行器整體；(b)DelFly Explorer緩慢前進飛行；(c)立體視覺系統；
(d)自主飛行單元，使用8位微控制器和MPU9050 IMU；(e)參考坐標系。
馬里蘭大學迭代設計的Robo Raven IV搭載了ArduPilot Mega 2.5自動駕駛控制系統，結合GPS進行自主巡航，但是自主飛行效果并不理想。
西北工業大學設計的信鴿撲翼飛行器飛行較為穩定，在自主飛行實驗中實現了較好的效果。
北京科技大學設計的USTBird，采用兩個舵機實現了左右翅膀的獨立控制，并在機身搭載IMU、GPS、氣壓計等傳感器，實現了室外半徑10～40 m圓形范圍內的自主巡航飛行；并迭代完成仿獵鷹撲翼飛行器的自主定高圓弧軌跡跟蹤任務。
展開 國外先進軌道轉移飛行器典型項目
前 言
隨著太空任務的要求逐漸提高，軌道轉移飛行器作為一種經濟實用的運載方式廣受各國關注。軌道轉移飛行器具有一般航天器不可比擬的優勢，如機動能力強、使用方便靈活、可在軌自主運行、節省燃料等，可將物資與人員精確送入其運行軌道。它的出現大大增強了空間運輸系統的服務能力，近年來被各航天強國爭相研制。
軌道轉移飛行器
軌道轉移飛行器(Orbital Transfer Vehicle，OTV)又稱為太空拖船(Space tug)，其通常使用運載火箭發射入軌，擁有較強的在軌機動能力以及自主運行能力，是一種在軌道之間進行貨物與人員運輸的在軌飛行器。
軌道轉移飛行器除了進行最基本的空間在軌運輸服務，提供空間資源配置與協助航天器轉移至目標軌道外，還能作為空間武器裝備搭載平臺，部署反導武器和反衛星武器，在有作戰需求時快速投入戰斗。此外，軌道轉移飛行器還有望進行在軌服務，如在軌燃料加注、在軌航天器維修等。甚至，軌道轉移飛行器還可以破壞競爭對手的軌道資源，將對方衛星推離正常工作軌道。
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