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出版者:

作者:Roskam, Jan

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价格:55

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isbn号码:9781884885532

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• 航空设计
• 飞机设计
• 空气动力学
• 结构力学
• 飞行控制
• 航空工程
• 航空航天
• 工程设计
• 机械工程
• 交通工具

飞航工程的百年回响：一部关于航空器设计与演进的综合史诗 图书名称：《飞航工程的百年回响》 图书简介： 本书并非一部聚焦于特定机型或流体力学公式的硬核技术手册，而是一部横跨百年航空史的宏大叙事，深入剖析了驱动人类飞向蓝天的设计哲学、材料科学的突破、结构力学的革新，以及航空工业生态的变迁。它以时间为轴，以创新为核，构建起一部关于“如何思考一架飞机”的深度探讨。 第一部分：黎明前的摸索与早期设计的哲学（约1900-1930年代） 本部分聚焦于航空史的“文艺复兴”时期。我们将不再探讨莱特兄弟如何升空这一众所周知的起点，而是深入剖析早期设计师们在气动布局、控制系统理论以及轻量化结构方面所经历的痛苦抉择与关键突破。 1.1 从木与布到金属骨架的结构伦理： 详细考察比奇木、蒙哥麻布与早期钢管、铝合金蒙皮在强度、重量与可维护性之间的权衡。我们探讨了如何从帆船式的张力结构，过渡到更为可靠的应力蒙皮理论的早期萌芽。重点分析了福克（Fokker）和布雷盖（Breguet）等先驱者在桁架设计上的不同哲学取向。 1.2 早期气动布局的直觉与数学的交织： 分析了双翼、单翼布局的兴衰，并非仅仅停留在“升力增加”的表面讨论。我们将考察早期翼型（如Clark Y）的局限性，以及设计师如何通过改变展弦比、增加后掠角（虽然早期极其微小），来应对日益增长的速度需求。控制系统的发展，特别是如何将舵面与驾驶杆的联动机制标准化，是本章的重点。 1.3 工业化进程中的人才与工厂： 航空设计不再是单人车库里的梦想。本章探讨了军事需求如何加速设计流程的标准化，以及早期航空工程师（多为机械工程师或造船工程师转行）在知识体系重构中所扮演的角色。 第二部分：流体力学的统治与全金属时代的来临（约1930-1950年代） 随着对气动效率要求的提高，设计的主导权开始从结构经验转向严谨的数学模型与风洞实验。 2.1 翼型革命与层流的追求： 详细介绍古斯塔夫·冯·格拉夫·冯·德·格拉夫（Gustav von Graf von Wrede）等人的贡献，如何从经典的拱形翼型，发展出对称翼型和后来的层流翼型。我们关注设计如何开始精确计算阻力与升力系数，以及由此带来的对机身平滑度的近乎苛刻的要求。 2.2 应力集中与结构完整性的挑战： 全金属结构带来了全新的设计难题。重点分析了蒙皮加强筋（Stiffeners）的布置逻辑，如何有效分散应力集中点（如窗框、检修口边缘）。探讨了铆接技术的进步如何影响结构疲劳寿命的设计标准。这一时期的设计是“强度、重量与可靠性”的黄金三角博弈。 2.3 动力系统的整合设计： 活塞发动机的性能极限推动了结构学家与动力工程师的紧密合作。本书分析了如何通过更坚固的发动机支架（Engine Mounts）来吸收高扭矩振动，以及如何将冷却系统（油冷与水冷）的布局融入到整体气动外形中，以最小化阻力惩罚。 第三部分：跨越音障的结构性重塑与材料的极限（约1950-1970年代） 喷气时代的设计不再是线性演进，而是面对物理定律的剧烈冲突与突破。 3.1 激波与后掠翼的结构应对： 探讨了音速飞行对机翼结构提出的根本性挑战——空气压缩性的影响。重点分析了超临界翼型（Supercritical Airfoils）的出现，它如何通过改变压力分布来延迟激波的形成。更重要的是，研究了高马赫数下，机翼的颤振（Flutter）问题，以及如何通过结构刚度和质量分布的重新设计来抑制这种灾难性的振动。 3.2 钛合金与复合材料的早期介入： 钛合金首次大规模应用于热区（如进气道边缘、排气系统），这要求设计团队掌握新的焊接与加工技术。本章也回顾了玻璃纤维复合材料（GRP）在非承重或次承重结构（如整流罩、舱门）中的初期应用，预示着未来设计的方向。 3.3 气动布局的激进化与控制系统的飞跃： 分析了三角翼、可变后掠翼（如F-14）在不同飞行阶段的结构需求差异，以及如何设计出能够承受起降低速和高速巡航所需刚度的复杂铰链和驱动系统。 第四部分：效率、复杂性与数字化设计（约1970年代至今） 设计流程进入数字化时代，对空气动力学、控制系统以及全寿命周期的考量达到了前所未有的高度。 4.1 计算流体力学（CFD）对设计的颠覆： 详细描述了从依赖风洞到依赖超级计算机的转变。CFD如何使得设计师能够探索过去因计算成本过高而被放弃的复杂外形（如翼身融合、小展弦比设计），以及如何通过迭代优化算法来微调数千个设计参数。 4.2 复合材料的统治地位与结构健康监测（SHM）： 重点分析了碳纤维增强复合材料（CFRP）如何彻底改变机翼和机身结构的设计范式，从传统的“铆接板件”转变为“整体成型大部件”。探讨了分层理论（Laminate Theory）在预测复合材料分层与脱层风险中的应用，以及嵌入式传感器在实时结构健康监测方面的设计集成。 4.3 系统的复杂性与人机工程学的交融： 现代飞机的设计已是无数子系统的集成。本章探讨了电传操纵系统（Fly-by-Wire）如何解放气动布局的约束，使得结构设计可以更加“激进”，而由计算机软件来保证飞行的稳定性。同时，分析了座舱布局设计如何从简单的仪表板，演变为高度集成化的多功能显示系统（MFD），以及这种转变对飞行员操作负荷和设计权衡的影响。 结语：面向未来的设计悖论 本书的收尾将展望下一代设计挑战，包括高超音速飞行带来的热应力与结构选择、可持续航空燃料对发动机进气道设计的潜在影响，以及增材制造（3D打印）技术对传统供应链和结构连接方式的颠覆性潜力。最终，本书旨在揭示，每一次成功的航空器设计，都是对现有技术边界的勇敢探索，是工程智慧与物理规律之间永无止境的对话。

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这本书绝对是一场知识的盛宴，尤其对于那些对结构力学和材料科学抱有浓厚兴趣的读者来说。作者的叙述方式犹如一位经验丰富的老教授，娓娓道来，深入浅出地剖析了飞机设计中那些看似复杂却又环环相扣的原理。我特别欣赏书中对空气动力学基础的阐述，它没有停留在枯燥的公式推导上，而是巧妙地结合了大量的实例和图解，使得即便是初学者也能迅速抓住核心概念。书中对不同翼型在不同攻角下的气动特性分析得极为透彻，让人不禁赞叹人类智慧在驯服空气方面的精妙设计。读到关于如何平衡升力、阻力、推力和重力的章节时，我仿佛身临其境，与设计团队一起在虚拟的风洞中进行着无数次的迭代优化。更难能可贵的是，作者还探讨了早期螺旋桨飞机到现代喷气式客机的设计演变历程，这种历史的纵深感，让这本书不仅仅是一本技术手册，更是一部航空工程的编年史。对于任何想要真正理解“为什么飞机能飞”的读者，这本书无疑提供了坚实而全面的理论基石，读完后对航空器的敬畏感又增加了一层。

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这本书的装帧和排版也反映出其内容的专业性——图表清晰，注释详尽，阅读体验虽不轻松，但绝对高效。我最欣赏的是它对系统工程和集成化设计理念的强调。飞机设计绝非单一学科的堆砌，而是一个多领域交互融合的复杂过程。作者将控制系统、航电架构、动力装置布局与气动外形设计如何相互制约、相互促进的过程描绘得淋漓尽致。例如，它详细对比了有翼布局和无翼布局在任务灵活性上的差异，并解释了这些决策如何影响到整个飞机的生存能力和维护成本。特别是关于冗余设计和故障安全性的章节，展现了设计者对潜在风险的深远洞察力。它让我意识到，一个成功的飞机设计，其美学往往源于功能性实现的极致，每一个曲线、每一个接口都不是随意的，背后都是无数次迭代和取舍的结果。对于希望了解现代大型复杂装备研发全貌的读者，这本书提供了极佳的视角。

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这本书的叙事节奏张弛有度，不像许多技术书籍那样板着面孔。它似乎保留了作者在工程一线奋斗多年的“人情味”。虽然技术深度无可挑剔，但在讲解关键设计权衡时，作者会时不时地插入一些关于设计哲学的小插曲，这极大地缓解了阅读的枯燥感。例如，在讨论起落架收放机构的重量与复杂性之间的矛盾时，作者用一种近乎哲学的口吻探讨了“重量是永恒的敌人”这一设计信条。它不仅教授了如何计算所需的力矩，更深层次地探讨了如何以最少的复杂性达成最优的结构效率。这使得这本书在技术手册的范畴之外，有了一丝工程伦理和实践智慧的影子。它告诉我们，真正的设计大师不仅要精通数理，更要懂得在现实约束下追求优雅的解决方案。对于正在职业生涯中摸索的设计师而言，这种由经验沉淀下来的“软技能”的传授，是无价之宝。

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我必须承认，这本书的深度远超我的预期，它完全没有停留于表面介绍，而是直插航空结构设计的核心痛点。对于材料选择和载荷分析的部分，我感觉作者是在进行一场与重量和强度的极限拉锯战。书中对复合材料的应用前景分析得极其前瞻，详细比较了碳纤维增强聚合物（CFRP）与传统铝合金在疲劳寿命和抗腐蚀性上的优劣势，这在当前追求轻量化和高可靠性的行业背景下，显得尤为及时和重要。我特别喜欢它对“静力学分析”和“动力学分析”的区分和结合，没有割裂地看待结构在不同应力条件下的表现。章节中穿插的案例研究，比如某个特定机型在极端温度下的结构响应模拟，简直是教科书级别的展示。唯一的“小小的”遗憾可能是，对于非专业人士来说，某些关于有限元分析（FEA）的深入讨论，需要读者具备一定的工程背景才能完全领会其精妙之处。总而言之，这本书是为那些不满足于“知道它能飞”而是想知道“它如何被造出来能飞”的硬核工程师准备的。

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翻开这本书的瞬间，那种扑面而来的严谨感和学术气息就让人知道，这不是一本快速阅读的消遣读物。它更像是一本需要搭配计算器和草稿纸才能完全消化的专业参考书。其中关于飞行性能建模的部分，逻辑链条异常复杂且严密，从大气模型到推进系统效率的逐级推导，每一步都建立在前一步的精确计算之上。我花了好大力气才跟上作者对跨音速效应和激波阻力控制的论述，特别是关于超音速机翼的尖度选择和面积率的运用，展现了设计者在高马赫数下所面临的巨大妥协与权衡。它没有回避工程实践中的不确定性，反而坦诚地讨论了模型误差和安全裕度的设置原则。对于读者来说，这本书的价值在于它提供了一种系统性的、从零开始构建飞行器性能预测模型的思维框架，这远比记住几个固定的公式要宝贵得多。它教会我的不是“答案”，而是如何“求解”一个复杂工程问题的科学方法。

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