教师教案 (2020一2021学年第1学期) 课程名称：飞行器总体设计 授课学时：48 授课班级： 任课教师：徐焜郭亮 教师职称：副教授研究员 教师所在学院：航空航天学院 电子科技大学教务处
教 师 教 案 （2020—2021 学年第 1 学期) 课 程 名 称：飞行器总体设计 授 课 学 时：48 授 课 班 级： 任 课 教 师：徐焜 郭亮 教 师 职 称：副教授 研究员 教师所在学院：航空航天学院 电子科技大学教务处
课程名称 飞行器总体设计 授课 班级 大三 专业 航空航天工程 课程代码 R1013420 修课 26 人数 基础通识类()； 核心通识类()；交叉通识类( ):学科通识类() 课程类别 学科基础课（方学科拓展课（方专业核心课（√方个性化课程(W) 理论课(；实践课( ) 课堂讲授为主(V方实验为主（方 授课方式 自学为主（方专题讨论为主（方 是否采用 多媒体授课 其他： 考核方式及 考试（√）考查() 是否采用 成绩构成 成绩构成及比例：平时成绩(50%)+期末成绩（50%) 双语教学 学时分配 讲授32学时；实验学时；上机 学时；习题 学时； 课程设计16学时 教材 名称 作者 出版社及出版时间 飞机总体设计 李为吉 西北工业大学出版社，2012 1.Aircraft Design:A Conceptual Daniel P. AIAA(American Institute of Approach 参考书目 Raymer Aeronautics Astronautics.2013. 2.《航空航天概论》 贾玉红，黄俊等 北航出版社，2013 3.《航空航天技术概论》 宋笔锋 国防工业出版社，2006 授课时间 第1周—第16周
课程名称 飞行器总体设计 授课 专业 航空航天工程 班级 大三 课程代码 R1013420 修课 人数 26 课程类别 基础通识类( )；核心通识类( )；交叉通识类( )；学科通识类（ ） 学科基础课（ ）；学科拓展课（ ）；专业核心课（ √ ）；个性化课程(√ ) 理论课(√)；实践课( ) 授课方式 课堂讲授为主（ √ ）；实验为主（ ）； 自学为主（ ）；专题讨论为主（ ）； 其他： 是否采用 多媒体授课 √ 考核方式及 成绩构成 考 试( √ )考 查( ) 成绩构成及比例：平时成绩（50%）+期末成绩（50%） 是否采用 双语教学 学时分配 讲授 32 学时；实验 学时；上机 学时；习题 学时； 课程设计 16 学时 教材 名称 作者 出版社及出版时间 1 飞机总体设计 李为吉 西北工业大学出版社，2012 参考书目 1.Aircraft Design: A Conceptual Approach 2.《航空航天概论》 3.《航空航天技术概论》 Daniel P. Raymer 贾玉红，黄俊等 宋笔锋 AIAA (American Institute of Aeronautics & Astronautics. 2013. 北航出版社，2013 国防工业出版社，2006 授课时间 第 1 周——第 16 周
第一章绪论(2学时) 一、教学内容及要求 1.1)飞行器总体设计概述： (1学时) 1.2)飞行器总体设计特征： (1学时) 基本要求：了解飞行器总体设计的概念和基本流程，熟悉飞行器总体设计的特征。 二、教学重点、难点及解决办法 重点与难点： 1)飞行器总体设计概念： 飞行器总体设计概念及内涵、设计流程等。 2)飞行器总体设计特征： 飞行器总体设计特征。 熟悉飞行器总体设计的基本概念、任务和设计流程，掌握飞行器总体设计的主要特征。 解决办法：通过精心准备教学PPT,增加丰富的图片和视频，以直观、具体的方式，介 绍和讲解上述基础知识中的重点和难点。 三、教学设计 首先，介绍国内外航空航天发展态势。以当前迅速发展的航空、航天形势展开课程。国 内层面，介绍航空、航天产业的发展和布局、主要型号的研制情况，为满足国家需求，谈及 国内航空航天院校的迅速扩张，转而介绍我校成立航空航天学院的情况。国外层面，更侧重 从航天层面介绍激烈的航天竞争态势，抢占天基作战权，强调航空航天作为一个国家综合国 力象征的重要意义。以此作为课程的开篇，转入课程主体内容。 随即，介绍航空航天技术的特征及涉及相关学科，让学生对飞行器总体设计有一个比较 宏观的接触和认识，针对这样一门综合技术，明确技术和科学的区别。从而，介绍本课程的 教学目标、教学内容和要求，重点谈及本课程的考核方式。作为一门专业课，介绍相应参考 书、杂志和网站，以此作为学生拓展知识面的有效工具。进入课程主体内容后。 然后，以飞行者1号飞机为例，讲述飞行器发展100多年以来，其设计过程的主要内涵 和特点，引出飞行器设计的基本概念。随即，系统讲解飞行器总体设计的主要内容、流程和 主要阶段。 讲解过程中，要强调飞行器总体设计的特征，明确飞行器设计的复杂性等内容。同时， 尤其要强调清楚飞行器总体设计如何从目标性能分解，到气动总体、飞控总体等主要分系统 的设计和实现。同时，以J10为例，讲解清楚其总体设计过程的主要特征，突出反复迭代、 综合与协调、科学性与创新性的统一等飞机总体设计特征。同时，讲述宋文骢院士等为代表 的研发团队，为了研制出国家需要的三代机J10,殚精竭虑，航空报国的精神
第一章 绪论 （2 学时） 一、教学内容及要求 1.1）飞行器总体设计概述； （1 学时） 1.2）飞行器总体设计特征； （1 学时） 基本要求：了解飞行器总体设计的概念和基本流程，熟悉飞行器总体设计的特征。 二、教学重点、难点及解决办法 重点与难点： 1）飞行器总体设计概念； 飞行器总体设计概念及内涵、设计流程等。 2）飞行器总体设计特征； 飞行器总体设计特征。 熟悉飞行器总体设计的基本概念、任务和设计流程，掌握飞行器总体设计的主要特征。 解决办法：通过精心准备教学 PPT，增加丰富的图片和视频，以直观、具体的方式，介 绍和讲解上述基础知识中的重点和难点。 三、教学设计 首先，介绍国内外航空航天发展态势。以当前迅速发展的航空、航天形势展开课程。国 内层面，介绍航空、航天产业的发展和布局、主要型号的研制情况，为满足国家需求，谈及 国内航空航天院校的迅速扩张，转而介绍我校成立航空航天学院的情况。国外层面，更侧重 从航天层面介绍激烈的航天竞争态势，抢占天基作战权，强调航空航天作为一个国家综合国 力象征的重要意义。以此作为课程的开篇，转入课程主体内容。 随即，介绍航空航天技术的特征及涉及相关学科，让学生对飞行器总体设计有一个比较 宏观的接触和认识，针对这样一门综合技术，明确技术和科学的区别。从而，介绍本课程的 教学目标、教学内容和要求，重点谈及本课程的考核方式。作为一门专业课，介绍相应参考 书、杂志和网站，以此作为学生拓展知识面的有效工具。进入课程主体内容后。 然后，以飞行者 1 号飞机为例，讲述飞行器发展 100 多年以来，其设计过程的主要内涵 和特点，引出飞行器设计的基本概念。随即，系统讲解飞行器总体设计的主要内容、流程和 主要阶段。 讲解过程中，要强调飞行器总体设计的特征，明确飞行器设计的复杂性等内容。同时， 尤其要强调清楚飞行器总体设计如何从目标性能分解，到气动总体、飞控总体等主要分系统 的设计和实现。同时，以 J10 为例，讲解清楚其总体设计过程的主要特征，突出反复迭代、 综合与协调、科学性与创新性的统一等飞机总体设计特征。同时，讲述宋文骢院士等为代表 的研发团队，为了研制出国家需要的三代机 J10，殚精竭虑，航空报国的精神
四、作业 1、飞行器总体设计的含义及主要任务： 2、飞行器设计的主要阶段及各自特征： 五、参考资料 1.Daniel P.Raymer Aircraft Design:A Conceptual Approach.AIAA(American Institute of Aeronautics Astronautics.2013 2.贾玉红，黄俊，吴永康.《航空航天概论》.北京航空航天大学出版社，2013. 备注：重点参阅参考资料中关于飞行器总体设计流程等相关章节。 六、教学后记 通过教学实例，强化飞机总体设计阶段及流程的讲解，具有较好的实际效果，其对于加 深学生对飞机总体设计任务、过程阶段的理解具有重要指导意义。 第二章飞机初始总体参数与方案设计（12学时) 一、教学内容及要求 1.1飞机设计的任务和过程（理解） (1学时) 1.2总体参数计算（掌握） (8学时) 难点：重量估算，飞机升阻特性估算，推重比和翼载确定： 1.3总体布局形式与气动布局的选取（理解） (2学时) 1.4隐身性能（理解） (1学时) 基本要求：了解飞行器总体设计的任务和过程，掌握总体参数计算方法，熟悉和理解 总体布局与气动布局的选取要点。 二、教学重点、难点及解决办法 重点与难点： 1)飞行器重量估算： 飞行器重量含义及正常起飞重量的估算、最大升阻比。 2)飞行器推重比和翼载荷： 理解推重比定义和计算、翼载荷定义和计算及其对飞行性能的影响。 3)气动特性： 最大升力系数、阻力系数与极曲线。 4)气动布局方案：
四、作业 1、飞行器总体设计的含义及主要任务； 2、飞行器设计的主要阶段及各自特征； 五、参考资料 1. Daniel P. Raymer Aircraft Design: A Conceptual Approach. AIAA (American Institute of Aeronautics & Astronautics. 2013. 2.贾玉红，黄俊，吴永康.《航空航天概论》.北京航空航天大学出版社，2013. 备注：重点参阅参考资料中关于飞行器总体设计流程等相关章节。 六、教学后记 通过教学实例，强化飞机总体设计阶段及流程的讲解，具有较好的实际效果，其对于加 深学生对飞机总体设计任务、过程阶段的理解具有重要指导意义。 第二章 飞机初始总体参数与方案设计（12 学时） 一、教学内容及要求 1.1 飞机设计的任务和过程（理解） （1 学时） 1.2 总体参数计算（掌握） （8 学时） 难点：重量估算，飞机升阻特性估算，推重比和翼载确定； 1.3 总体布局形式与气动布局的选取（理解） （2 学时） 1.4 隐身性能（理解） （1 学时） 基本要求：了解飞行器总体设计的任务和过程，掌握总体参数计算方法，熟悉和理解 总体布局与气动布局的选取要点。 二、教学重点、难点及解决办法 重点与难点： 1）飞行器重量估算； 飞行器重量含义及正常起飞重量的估算、最大升阻比。 2）飞行器推重比和翼载荷； 理解推重比定义和计算、翼载荷定义和计算及其对飞行性能的影响。 3）气动特性； 最大升力系数、阻力系数与极曲线。 4）气动布局方案；
理解正常布局、鸭式布局和无尾布局的气动特点和配平特征。 熟悉飞行器正常起飞重量的基本概念和计算方法：掌握飞行器推重比定义及其计算流 程：掌握翼载荷定义及其计算流程；理解推重比和翼载荷对飞行器主要飞行性能的影响规律： 理解最大升力系数、阻力系数、升阻比概念及极曲线的影响：掌握正常布局、鸭式布局和无 尾布局的气动特点和配平特征。 解决办法：结合教学多媒体PPT,增加案例分析，理解飞行器重量对飞行器总体设计参 数的重要意义：同时，通过理论推导，讲解翼载荷和推重比与飞行性能的关系，强化两者相 对参数对飞行器飞行性能的影响规律和趋势：同时，按照统计规律，给出典型飞机升力特性、 阻力特性及其影响因素：最后，结合案例，详细分析不同布局形式飞机气动特点和配平特征。 三、教学设计 首先，以J10飞机设计为例，讲解第三代歼击机的设计需求、性能指标和研制过程，明 确设计需求。随即，以飞行器类型与任务展开，讲解飞机设计任务，明确飞机工程研制的主 要特点。 结合性能指标作为主要设计规范和要求，讲述三代机J10首席试飞员雷强的英雄故事， 以生命风险，飞出飞机的极限性能状态，为设计定型提供第一手资料，为型号最终成功奠定 了关键基础。 面对需求，如何确定飞行器设计参数是一个艰难的决策过程。以J20飞机为例，引出飞 行器主要总体参数，包括飞行器重量、升力特性、阻力特性、翼载荷和推重比等：重点围绕 飞行器重量、推重比和翼载荷三者之间的定义、相互关系展开介绍和推导。同时，结合J20 飞机优异的总体气动特性，讲述杨伟院士为发展我国四代机所展现的爱国情怀。 讲解飞机重量时，强调飞机重量的可变性，这一特征显著加大了飞机研制的难度。然后， 紧扣空机重量、可使用空重、有效载荷重量、燃油重量等定义展开内容：同时，强调结构重 量系数、固定设备重量系数、发动机重量系数、燃油系数等对飞机性能状态的重要影响：其 中，燃油系数法是重点内容，尤其是如何确定亚音速条件下的巡航、盘旋时的升阻比。 讲解翼载荷和推重比时，重点讲解该相对参数与飞行性能的关系，比如巡航性能、爬升 性能、起降性能等，突出其是飞行器极为重要的相对总体设计参数，对飞行器总体性能指标 有着重要影响。 飞机升阻特性是飞机总体设计阶段的重要内容。讲解影响最大升力系数的主要因素，重 点是机翼及其附属机构状态。结合表2.2，详细分析主要机种的不同升力系数及其影响因素。 讲解阻力系数构成，重点分析零升阻力系数的计算方法，其中，当量蒙皮摩擦阻力系数由表 2.3选取。同时，重点需讲解浸润面积概念。升阻特性的重要关系为飞机极曲线，其中，升 致阻尼系数是一个重要概念，需要重点解释，同时，简要介绍奥式因子。围绕极曲线，需要 重点阐述不同飞行状态对极曲线的影响规律。 强调推重比和翼载荷的重要性。讲解推重比时，围绕定义，首先强调其可变性。重点讲
理解正常布局、鸭式布局和无尾布局的气动特点和配平特征。 熟悉飞行器正常起飞重量的基本概念和计算方法；掌握飞行器推重比定义及其计算流 程；掌握翼载荷定义及其计算流程；理解推重比和翼载荷对飞行器主要飞行性能的影响规律； 理解最大升力系数、阻力系数、升阻比概念及极曲线的影响；掌握正常布局、鸭式布局和无 尾布局的气动特点和配平特征。 解决办法：结合教学多媒体 PPT，增加案例分析，理解飞行器重量对飞行器总体设计参 数的重要意义；同时，通过理论推导，讲解翼载荷和推重比与飞行性能的关系，强化两者相 对参数对飞行器飞行性能的影响规律和趋势；同时，按照统计规律，给出典型飞机升力特性、 阻力特性及其影响因素；最后，结合案例，详细分析不同布局形式飞机气动特点和配平特征。 三、教学设计 首先，以 J10 飞机设计为例，讲解第三代歼击机的设计需求、性能指标和研制过程，明 确设计需求。随即，以飞行器类型与任务展开，讲解飞机设计任务，明确飞机工程研制的主 要特点。 结合性能指标作为主要设计规范和要求，讲述三代机 J10 首席试飞员雷强的英雄故事， 以生命风险，飞出飞机的极限性能状态，为设计定型提供第一手资料，为型号最终成功奠定 了关键基础。 面对需求，如何确定飞行器设计参数是一个艰难的决策过程。以 J20 飞机为例，引出飞 行器主要总体参数，包括飞行器重量、升力特性、阻力特性、翼载荷和推重比等；重点围绕 飞行器重量、推重比和翼载荷三者之间的定义、相互关系展开介绍和推导。同时，结合 J20 飞机优异的总体气动特性，讲述杨伟院士为发展我国四代机所展现的爱国情怀。 讲解飞机重量时，强调飞机重量的可变性，这一特征显著加大了飞机研制的难度。然后， 紧扣空机重量、可使用空重、有效载荷重量、燃油重量等定义展开内容；同时，强调结构重 量系数、固定设备重量系数、发动机重量系数、燃油系数等对飞机性能状态的重要影响；其 中，燃油系数法是重点内容，尤其是如何确定亚音速条件下的巡航、盘旋时的升阻比。 讲解翼载荷和推重比时，重点讲解该相对参数与飞行性能的关系，比如巡航性能、爬升 性能、起降性能等，突出其是飞行器极为重要的相对总体设计参数，对飞行器总体性能指标 有着重要影响。 飞机升阻特性是飞机总体设计阶段的重要内容。讲解影响最大升力系数的主要因素，重 点是机翼及其附属机构状态。结合表 2.2，详细分析主要机种的不同升力系数及其影响因素。 讲解阻力系数构成，重点分析零升阻力系数的计算方法，其中，当量蒙皮摩擦阻力系数由表 2.3 选取。同时，重点需讲解浸润面积概念。升阻特性的重要关系为飞机极曲线，其中，升 致阻尼系数是一个重要概念，需要重点解释，同时，简要介绍奥式因子。围绕极曲线，需要 重点阐述不同飞行状态对极曲线的影响规律。 强调推重比和翼载荷的重要性。讲解推重比时，围绕定义，首先强调其可变性。重点讲