微小飞机设计与制作渐进教程

作者沈海军博士，是同济大学教授，全国航空航天类教学指导委员会委员，同济大学飞行器工程研究所所长，主要研究飞机设计、疲劳断裂、纳米力学等。书中的所有实例都是沈教授上课是亲自指导制作过的，具有很强的可复制性。

孙延波和李汉东，高级工程师，分别为深圳博尔创意文化发展有限公司董事长和总经理，长期小飞机和航模设计制作，具有丰富的实战经历，并热心于国防科普教育，取得了令业界瞩目的斐然成就。

内容先进全面：

本书分为初级篇和高级篇。初级篇从当前先进的3D打印入手，逐步介绍让新手顺利入门；高级篇则是“真刀真枪”的设计制作小飞机，而起设计方法与真实飞机的设计类似，所用设计平台工具也相似。麻雀虽小五脏俱全，设计制作一架小飞机，就可得到设计制作真飞机的体验。

用意深远：

本书面向具有一定基础的广大航空爱好者，目的是让更多的航空爱好者变为真正的飞机设计师，至少让他们体验设计飞机制作的乐趣与成就感，掌握飞机设计制作的主要流程和基本环节。本书将照亮通往飞机设计师的道路。

本书既可作为高校航空专业学生设计微小飞机、无人机，开展微小飞机实践课程的教学用书，也可作为航模发烧友设计与制作航模的教材，还可作为相关无人机企业研发固定翼无人机的参考书。

孙延波  高级工程师，中国工艺美术协会理事，深圳市工艺美术协会副监事长，深圳市国防教育促进会理事，深圳市博尔创意文化发展有限公司董事长。从事飞机设计15年，曾参与多种型号飞机的设计、研制工作。国内zui早开发仿真飞机模型，专攻高端展览、展示模型，所设计的模型先后参加珠海航展、巴黎航展等知名展会，入驻军博航空馆、空军馆等，并被《中央电视台》等媒体报道。开创了国内首家民营国防科普教育基地。发表专业论文6篇，拥有发明专利3项，外观专利19项，荣立国家三等功1项。

李汉东  高级工程师。深圳博尔国防科普基地主任，博尔（深圳）航空航天教育有限公司总经理。曾从事飞机的技术经济设计等方面研究工作。先后参与随机网络仿真系统的开发及某型军机的应用等科研项目。曾任任职华为电气、艾默生网络能源等公司总监，建立了博尔航空教育研究院。参与飞机设计手册《飞机的技术经济设计》分册的编写；先后在《飞机设计》等刊物发表论文13篇；获航空科技进步二等奖一次。

初级篇：微小飞机的设计与制作第1章3D打印微小飞机8

1.1简介8

1.23D打印微小飞机的原型机与设计方案8

1.33D打印微小飞机的制作过程10

1.43D打印技术在微小飞机设计与制作上的优势与不足13

第2章微小飞机动力测定15

2.17 mm空心杯减速组/GWS4540桨动力系统15

2.2发动机静拉力（或静推力）的确定方法16

2.3发动机动拉力的测试18

第3章升力与阻力的确定20

3.1飞机升阻特性的几个基本概念20

3.2NASA的Tunnel简易气动软件21

3.3某微小飞机的初步构型26

3.4微小飞机升力和阻力的确定26

第4章微小飞机性能分析30

4.1飞机巡航迎角、平飞速度与质量的控制30

4.2尾容量与机翼上反角31

4.3飞机的航时32

第5章微小飞机的设计与制作技巧33

5.1常规布局飞机中各部件几何尺寸的大致比例33

5.2微小飞机发动机的选择33

5.3微小飞机的选材36

5.4常用胶水的使用36

5.5发动机的下拉与右拉37

5.6机翼上反角37

5.7前拉、腰推、后推发动机安装要点38

5.8重心位置与确定方法38

5.9飞机的试飞与调试39

第6章电磁舵机的选购与制作40

6.1电磁舵机原理与通电线圈的电磁场40

6.2自制电磁舵机线圈与磁铁的选取42

6.3电磁舵机的选取与制作44

第7章超级电容自由飞飞机的动力系统48

7.1超级电容自由飞动力系统简介48

7.2超级电容与空心杯电机额定电压的匹配49

7.3超级电容充电性能测试50

7.4电机螺旋桨性能测试52

7.5超级电容放电与动力系统性能53

7.6超级电容的有效存储电量55

目录微小飞机设计与制作渐进教程第8章超级电容自由飞飞机外形尺寸的确定56

8.1飞机设计动力基准的确定56

8.2飞机主要部件尺寸比例的确定57

8.3飞机元件及原材料的质量特性58

8.4飞机总质量W总与主机翼翼展L翼展之间的近似关系60

8.5飞机主要尺寸的确定61

8.6飞机修形与优化61

第9章超级电容自由飞飞机的制作63

9.1制作材料的准备63

9.2发动机的安装位置与拉力线64

9.3飞机的制作过程65

9.4试飞与调试67

第10章卡通生肖电动平板机的设计与制作(上）69

10.1卡通羊飞机CAD建模71

10.2建模过程71

10.3卡通羊飞机动力测试72

10.4卡通羊飞机升力和阻力的确定74

第11章卡通生肖电动平板机的设计与制作（下）76

11.1卡通羊飞机的性能分析76

11.2卡通羊飞机的制作79

11.3卡通羊飞机的试飞与调试82

高级篇：“同舟”号无人机研制第12章研究背景与设计性能指标84

12.1研究背景84

12.2设计性能指标84

第13章构型设计85

13.1气动布局85

13.2机翼85

13.3尾翼86

13.4发动机位置87

13.5起落架形式87

    全书内容安排如下:首先介绍了微小飞机实践对航空人才培养的现实意义、实施方法,不同的飞机设计与制作实践的层次,以及微小飞机实践的目的;然后在“初级篇:微小飞机的设计与制作”中阐述了3D 打印微小飞机、微小飞机动力测定、升力与阻力的确定、微小飞机性能分析、微小飞机的设计与制作技巧、电磁舵机的选购与制作、超级电容自由飞飞机及卡通生肖电动平板机的设计与制作等内容;后在“高级篇:‘同舟’号无人机研制”中结合具体无人机型号,详细介绍了该固定翼无人机的设计、制作与试飞等研发全过程。

    本书内容编写由简到繁,注重理论联系实际,通俗易懂;尽量减少飞机设计过程中的烦琐理论公式,突出制作等动手实践环节。本书由沈海军执笔编写,孙延波和李汉东负责资料搜集和校对工作。

    本书既可作为高校航空专业学生设计微小飞机、无人机,开展微小飞机实践课程的教学用书,也可作为航模发烧友设计制作航模的教材,还可作为相关无人机企业研发固定翼无人机的参考书。

    由于笔者水平有限,在编写过程中难免存在不足之处,恳请广大读者批评指正。

作 者

2018年4月