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飞机概念设计的多向思维_变型设计-论文网

时间:2014-03-25  作者:陈安全,孙菁
而变型设计是一种设计方法和设计过程,它的基本思想是通过改进已有的系列产品或设计实例来适应新的设计需求。

图4为根据FURIA轻型直升机进行的变型设计,着重于机身外形的设计。设计基于已有的工作原理,采用了基本不变的结构方案,以文化、审美、情感需求等要素,对外形和结构进行局部调整,产生适应性的变型产品。

变型化设计难度小,适应性强,更有利于着重从产品使用性上进行思考,而不过多被技术可行性所束缚,也利于探讨文化等设计深层次问题。

图4:轻型直升机变型设计

来源:作者

(2)基于飞行技术发展趋势的概念化设计

现代条件下,飞机的技术发展非常迅速。如,由于飞行控制技术能力的提高,固定翼飞机出现无尾翼的设计,省略掉原来用于飞行稳定与姿态控制的水平尾翼和垂直尾翼,机体结构简化,减小了飞机的结构重量。相似的,直升机也出现无尾桨设计,而原尾桨作用主要在于平衡主旋翼对机身的反向旋转作用,典型的成功案例是麦道直升机公司为代表的无尾桨直升机(NOTAR)技术的应用,其优势在于直升机事故中有75%与尾桨有关,无尾桨飞机零件较少,故障可能和维护费用也就相应减少,大致比有桨机可靠50%,见图3NOTAR原理图。

这样的技术进步极大的影响着飞机的概念设计思路。有代表性的几种发展趋势如:翼身融合技术(BlendedWingBody)、联合翼或斜拉翼(JoinedWing/Strut-BracedWing)、空天飞机(AccesstoSpace)、太阳能飞机(solar)等。

除了以上一些飞行技术发展态势以外,直接对生物体机能进行研究,也对概念设计产生重要影响。如美国宇航局(NASA)就开展了一系列从生物系统中获取飞行技术开发灵感的研究计划,认为:自然界中的飞行动物,如鸟类、昆虫等,表现出了多样的飞行能力与技巧,其中许多都还不为人类所掌握,而这存在着巨大的潜在应用价值。

概念设计创新正是基于对新的可能性的探讨。开拓的视界,才能为探讨新的可能性提供更广阔的方向。如图5。

图5:斜拉翼飞机概念设计

来源:作者

(3)基于环保的绿色化设计

绿色设计又称面向环境的设计DFE(DesignforEnvironment)或全生命周期设计LCD(LifeCycleDesign),是对产品从需求开发到回收利用,全过程做节约能源、材料,减少环境危害,降低使用成本的设计观念和设计方法。

如图6是美国马里兰大学学生在25届AHS年度设计竞赛中的获奖作品“Volterra:theEraofGreen”,从全生命周期减低使用耗费的角度进行的概念化绿色设计。图7为全电动滑翔机概念设计,不使用化石燃料,而且可以减少飞行噪声,以实现环境保护的目的。

从需求到产品制造,绿色设计已成为设计的核心要求。在多向的设计思维中,更是不可忽视的创新方向。

图6:直升机结构部件图

来源:25thAnnualStudentDesignCompetitionGraduateCategory,Volterra:theEraofGreen,AlfredGessowRotorcraftCenter,DepartmentofAerospaceEngineeringUniversityofMaryland,http://www.vtol.org/pdf/studentDesign2008/grad_umdKonkuk2008.pdf

图7:全电滑翔机设计

来源:作者

4、总结

产品概念设计阶段的工作,高度地体现了设计的艺术性、创造性、综合性以及设计师的经验。成功的概念设计,所蕴含的丰富信息应该远超过图纸上直接表达的内容。设计师多向的、深思熟虑的问题思考,是达成其实现的必要条件。

飞机作为高科技产品,除了技术创新外,在人文价值、环境价值上还需要进行更多、更宽泛的多向思考。对包括工程、市场等方面的各种设计人员而言,飞机概念设计都是思维能力的重要挑战。

(江苏省教育科学十一五规划2009年度课题项目编号D/2009/01/062>)

参考文献
1 Jan Roskam,Airplane Design, Part 1:Preliminary Sizing of Airplanes[M].LawrenceKansas:DAR Corporation, 2003:Ⅹ
2 谢友柏.现代设计理论和方法的研究[J].机械工程学报,2004,4(4):3,7-8
3 徐曙斌等.支持变型设计的产品结构模型研究[J].航空制造技术,2009,7:76
4 Ilan Kroo .Aircraft Design: Synthesis and Analysis[EB/OL]. Version 0.99, January 2001.Desktop Aeronautics, Inc. U.S.http://www.desktopaero.com:45-55
5 David L. Raney and Martin R. Waszak.Biologically Inspired Micro-Flight Research[EB/OL]..NASALangley Research Center.Hampton, VA 23681.2003,01
6 吴斌,沈精虎.概念产品设计模型的研究与实现[J].机械工程学报.2002,3(3):50

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