1、沈阳理工大学学士学位论文I摘 要我国正处在社会主义现代化建设的新时期，在现代化建设的过程中，由于各类不和谐因素导致多种危急事件发生，加之近年来自然灾害的频繁发生，对应急救援设备的需求越来越大，对应急设备的要求越来越高。但是，目前我国应急救援保障设备还不是很完善，应急救援保障设备的改造与研发问题也急待解决，本文提出了一款能够垂直起降的新型应急飞行器，并且设计了外观造型。产品造型设计作为工业设计的一个主要研究领域具有多角色参与、多学科交叉、多问题求解多的领域特点。以飞行器造型设计为应用领域的造型设计过程研究是本文研究的重点。鉴于，目前处于设计研发的初级阶段，尚不是设计实体的飞行器，本文按照需求先设
2、计一款模型作为验证。关键词：飞行器；仿生学；产品造型设计；应急救援全套图纸加 153893706沈阳理工大学学士学位论文IIAbstractChina is in the new period of socialist modernization, in the process of modernization, because of all kinds of factors of disharmony caused various emergency events, coupled with frequent natural disasters in recent years, the de
3、mand of emergency rescue equipment is more and more big, the emergency equipment have become increasingly demanding. However, the current emergency rescue equipment of our country is not very perfect, reconstruction and development problems of emergency rescue equipment has to be solved, this paper
4、presents a novel emergency vertical take-off and landing aircraft, and design the appearance. Product design as one of the main research fields of industrial design has the characteristics of multi role, multidisciplinary, multi problem solving many. Aircraft design to study the design process appli
5、cations is the focus of this paper. In view of the fact that, at present in the initial stage of research and design, is not a design entity aircraft, according to need to design a model as a verification.Keywords: aircraft; bionic; product design; emergency rescue沈阳理工大学学士学位论文III目 录绪 论 .11 课题设计背景 .2
6、1.1 工业设计的现实意义 .21.2 飞行器造型设计的重要意义 .21.3 本章小结 32 仿生学在产品设计中的应用 42.1 仿生 学的影响力 .42.2 仿生学在工业设计中的重要地位 .42.3 仿生学在飞行器中的应用 53 飞行器在应急救援方面的应用 .73.1 我国航空应急救援的发展现状与不足 .73.2 现有救援飞行器欣赏 .93.3 救援飞行器发展前景 .114 飞行器设计 .124.1 设计理念 .124.2 设计过程 .124.2.1 初步设计 124.2.2 运用三维软件建立模型 .144.2.3 色彩设计 164.2.4 模型制作 174.3 设计展示 .19结 论 .2
7、0致 谢 .21参考文献 .22沈阳理工大学学士学位论文1绪 论航空应急救援能力体现着一个国家公共服务水平、综合实力和现代化程度, 关系国计民生民众安危和公共安全。航空应急具有快速、高效、受地里空间限制少等优势 ,是世界上诸多国家普遍采用的最有效救援手段。汶川地震和玉树地震救援中 ,我国航空救援发挥了不可替代的重要作用 , 已成为整个应急救援体系中不可或缺的重要组成部分 , 但同时也暴露出我国航空应急救援体系的薄弱环节。大力发展航空应急救援能促进航空制造业发展。飞行器是航空应急救援的基础。大力发展航空应急救援,需要加快国产直升机的发展。直升机以其不需要专门机场、可超低空飞行、垂直起降、空中悬停
8、以及可前后左右飞行和能运输吊挂重物等独特优势 , 已成为世界各 国应急救援体系中的主体力量。我国目前用于应急救援的直升机数量少, 结构问题突出。因此需要加大对国产直升机领域研发力度, 进一步完善研发、生产和售后服务体系。只有这样,才能确保国产直升机平时为国民经济建设服务, 应急救援时可以快速投入抢险救灾当中。沈阳理工大学学士学位论文21 课题设计背景1.1 工业设计的现实意义在人类发展史中，每一次活动的环节都包含着设计，说人类的历史就是设计的历史也不为过。我们的祖先创造了恢宏的历史，虽然没有人称他们为设计师，但是在原始社会就已经存在设计了，当今的时代已经是信息化的时代，设计的意义也就更为重要了
9、，经过设计的事物在工业化以来的人们生活中的地位也越来越重要，它们的功能性和可靠性受到比以往更高的考验。然而，当我们尝试着定义它们和人类应有的关系时，一个抽象的、几乎是超现实主义的特性显露出来，那就是物质客体在工业生产条件下大量变异复制或复制并通过大众消费系统向一切看似遥远的终端扩散。设计就是提高人们的生活品质，随着时代的不断发展，人们对设计还会提出更高的要求，其间的竞争也会越来越激烈，设计也就越来越重要。1.2 飞行器造型设计的重要意义随着世界经济的快速发展工业生产水平越来越高，而今，在世界范围内，各大飞机制造商竞争日益激烈，在注重技术创新的同时，飞行器的观造型的创新应当引起更高的重视。航空工
10、业发展至今，由于飞行器技术研发、科学研究、及工业生产条件等方面不断进步的影响，使得飞行器外观造型不断发展，虽然这一过程中形态美学并不是主导因素，但是，在整个过程中，大众审美水平越来越高。技术的进步使外观造型有了更大的发挥余地。今天航空技术的普及与扩散速度远非本世纪初所能比，同等级飞行器的功能、硬件配置方面不再有明显的差别。由于新飞行器在技术上的差异越来越小，飞行器外观造型的重要性与日俱增。与外国航空工业起步早、发展己较为成熟相比较而言中国的航空工业目前仍处于起步阶段。在外观造型方面，外国飞行器外观自主设计成熟，中国自主设计飞行器外观造型的水平相对薄弱，需要进一步提高。沈阳理工大学学士学位论文3
11、1.3 本章小结总之，在物质文明高速发展的当今社会，人们的精神生活有了更高的要求，对于飞行器造型设计而言，单注重功能性和使用性，已无法满足人们越来越高的要求，我认为，只有把功能人机环境美学有机的结合起来.利用系统性的设计原则进行设计，才能更好的适应社会发展的潮流。新的时代将会赋予飞行器造型新的设计语言。一百多年来科学技术与文化的成果，都溶进到航空技术之中，使得现代飞行器成为人类智慧的结晶。一辆设计成功的飞行器及其内外装饰不仅反映了当代的科学技术水平，而且也浸透了人们的价值观念和文化修养。相信异彩纷呈、新颖独特的未来飞行器将引导人们走向美好的明天。沈阳理工大学学士学位论文42 仿生学在产品设计中
12、的应用2.1 仿生学的影响力自古以来,人类就在效仿自然中的万事万物,让各种事物的方方面面都为自己所用。随着时间的推移,仿生学就自然而然的诞生了。而它的诞生,不仅促进了社会科技文化的发展,也让人民的生活品质得到了进一步的提高。如今,仿生学已经融入到了生活的各个角落,它结合智能工程、纳米技术工程等,正在为人类将来的良性发展开拓一条金光大道。在现实中对仿生学的运用,尤其是仿生学在产品设计中的巧妙运用,越来越得到全人类的关注。仿生学的正式问世是在全美第一届仿生学讨论会上,它是模仿生物系统的原理以建造技术系统,或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学,亦即模仿生物特性的科学。仿生学在研究领域中
13、主要分为信息仿生学、力学仿生学、控制仿生学、化学仿生学、医学仿生学、拟态仿生学、整体仿生学等等,其中结构仿生学、形态仿生学、拟态仿生学为研究重点。在社会飞速发展的今天，产品设计中对仿生学的良好运用,已被广泛应用于社会生活与生产的每个角落。它的存在早已让人们成为了一种常态化。而仿生学也没有让人类失望,它给社会所带来的成果不是一两句话就能概括的,特别是它在产品设计当中的良好运用,大家都是有所了解的。2.2 仿生学在工业设计中的重要地位仿生学是一门学科，作为一门独立的学科，仿生学正式诞生于 1960 年 9 月。由美国空军航空局召开的第一次仿生学会议中诞生。会议讨论的中心议题是“分析生物系统所得到的
14、概念能够用到人工制造的信息加工系统的设计上去吗？”斯蒂尔为新兴的科学命名为“Bionics”，希腊文的意思代表着研究生命系统功能的科学，1963 年我国将“Bionics” 译为“仿生学”。斯蒂尔把仿生学定义为“模仿生物原理来建造技术系统，或者使人造技术系统具有或类似于生物特征的科学”。简言之，仿生学就是模仿生物的科学。确切地说，仿生学是研究生物系统的结构、沈阳理工大学学士学位论文5特质、功能、信息控制等各种优异的特性，并把它们应用到技术系统当中，改善已有的技术工程设备，并创造出新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等技术系统的综合性科学。从生物学的角度来说，仿生学属于“应用生物学”的一分子；从工
15、程技术方面来看，仿生学根据对生物系统的研究，为设计和建造新的技术设备提供了新的原理、新的方法和新的途径。仿生学的光荣使命就是为人类提供更可靠、更灵活、更高效、更经济的接近于生物系统的技术系统，为人类谋福。2.3 仿生学在飞行器中的应用目前，仿生技术在航空航天等高科技领域，已获得广泛的应用。配重飞机在超音速飞行时，机翼会发生颤振，引起机翼折断而发生机毁人亡的事故屡见不鲜。这一难题曾经使设计师们绞尽脑汁，而蜻蜓在高速飞行时竟然安然无恙。经科学研究发现，蜻蜓翅膀上有一片黑色翅痣(一种较厚的角质组织)，翅痣是蜻蜓的消颤振装置。蜻蜓就是依靠加重的翅痣来调整翅膀振动的。由此人们联想到了配重，于是给飞机机翼
16、装上配重，解决了机翼颤振这一难题,从此，飞机的此类事故大幅度减少。振动陀螺仪，苍蝇连续飞行几小时不降落，飞行时速可达到 20 公里，并且它不需要滑行就能沿与地面呈 30的角度迅速起飞，可在空中急停、急转弯，垂直上升、下降，着陆动作也非常轻快。经科学研究发现，在苍蝇翅膀后面有一对小的楫翅膀，它就像船的桨不但能控制飞行方向，还能控制身体平衡，既是导航仪，又是平衡仪，科学家在楫翅的启示下，发明了振动陀螺仪，用于飞机、火箭及空间飞行器上，极高的提高了自动控制系统的性能。改进了飞行器的飞行性能，可使飞机中断危险的滚翻飞行，在机体强烈倾斜时还可以自动恢复平衡，即使在最复杂的急转弯时也能确保万无一失。雷达
17、蝙蝠昼伏夜出，能陡然改变飞行方向，捕食正在飞行中的昆虫，又能迅速避开障碍物。它的这些动作不是靠眼睛完成的，而是靠嘴、喉和耳朵组成的回声定位系统。在飞行时蝙蝠发出超声波，该声波遇到障碍物后又反射回来，根据从发出到返回的时间，可判断出自己和障碍物间的距离，再依靠耳朵的定向作用，沈阳理工大学学士学位论文6就能准确确定障碍物的方向和位置。蝙蝠的这种回声定位系统正是雷达的雏形。科学家据此设计出了现代的雷达无线电定位和测距装置。直升机 蜻蜓通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流，并利用气流产生的涡流来使自己上升，而且能在很小的推力下翱翔，不但可向前飞行，还能向后和左右两侧飞行，蜻蜓的飞行方式很简
18、单，仅靠两对翅膀不停地拍打。科学家据此原理成功研制了直升飞机。复合材料 蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成，每个小蜂房的底部由 3 个相同的菱形组成，这些结构与近代数学家精确计算出来的菱形钝角10928，锐角 7032完全相同，是最节省材料的结构，且容量大、极坚固，令专家赞叹不已。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。其它 跳蚤的跳跃本领十分高强，航空专家对此进行了大量研究，英国一家飞机制造公司从其垂直起跳的方式受到启发，成功研制出了几乎能垂直起落的鹞式飞机。沈阳理工大学学士学位论文73 飞行器在应急
19、救援方面的应用3.1 我国航空应急救援的发展现状与不足我国直升机应急救援发展现状早在 1953 年，我国为解决抗美援朝伤员后送问题，专门成立了直升机救护大队。1976 年唐山大地震，1984 年中越自卫反击战，都曾大规模地使用直升机进行伤病员的空运后送。20 世纪 80 年代开始，各地方政府也开始积极探索直升机应急救援的研究和实践。我国许多城市在新建急救中心和医院时，都建造了可供直升机起降的平台，直升机的专用医疗设备研制也取得了明显的成效。目前，我国已建立了空中救援体系，也建立了部分直升机救援中心，用于应急救援。如自 1994 年以来，武汉、广东、深圳、北京等地公安系统，相继购置了警用直升机，
20、并组建了警务航空队，用于社会治安、应急救援等工作。厦门空中“120”、舟山市空中救援中心、武汉市、青岛市等急救中心医疗服务直升机的运行，均标志着我国在直升机应急救援探索方面迈出了非常重要的一步。我国直升机应急救援方面存在的不足我国是自然灾害多发国家，灾害种类多、发生频率高、损失严重。除自然灾害外，近年来我国的各类事故灾难、公共卫生、社会安全等突发事件也时有发生，已成为影响我国经济发展和社会稳定的重大制约因素。2008 年汶川地震，直升机在空投救灾物资、运送专业救援人员、医学救援及灾情侦察等方面发挥了重要作用，但也暴露出直升机数量少、性能不高，救援装备落后，救援能力较弱等不足。国家对空域的管制比
21、较严格:空域管制是我国开展直升机应急救援面临的现实问题。目前，国家出于国防安全的考虑，对各种飞机的飞行管制严格，仍然实行空域管制制度，低空空域仍未完全开放。飞行的前一天或更早时间必须向飞行地所属的几个大军区空管局报批，经批复后方能实施飞行，而且报批的手续也非常烦琐。这对直升机的发展影响较大。应急救援体系不完善:虽然我国已建立了应急救援体系，但存在体系覆盖面积小，配套服务缺乏，指挥、管理和协调机制不完善、不健全等一些突出问题。目前，世界上大部分经济发达国家都建立了全国性的救援协调中心，由专门机构统一指挥直升机的调配和使用，而我国由于救援体系建立较晚，直升机数量沈阳理工大学学士学位论文8较少，且大
22、多为军用直升机，使得我国直升机救援发展较为缓慢。当遇到重大自然灾害和突发事件，都是由国家临时下令，紧急调用军用或民用直升机对灾区进行救援，这样不仅响应启动时间较长，而且在一定程度上也影响了救援效果，同时由于直升机较为分散，也给使用过程中的管理和指挥带来不便。直升机数量少、性能不高:据统计，截至 2006 年全球共拥有约军民用直升机 53259 架，而我国2006 年国内民用直升机总计 178 架左右，与国外民用直升机相比，我国民用直升机的数量非常少4。而作为我军直升机拥有数量最多的陆军航空兵部队，也不过装备有近五百架直升机。我国拥有的直升机型号较少，主要为直-8、直-9 系列、米-17 系列，
23、且大多为轻型直升机，中大型较少，没有重型直升机，在灾区救援的直升机大多是国外直升机，国产直升机非常少。由此可见，直升机的数量极度缺乏。目前直升机用于应急救援的地区仅限于少数大城市和沿海地区，救援范围比较狭窄，还不能完全覆盖交通不便、偏远的城镇、农村等地区。此外，从 2008 年抗震救灾中可以看到，我国政府紧急调用的军用直升机虽然在震后 2 h 起飞，但由于天气恶劣返航，震后 42 h，第一架军用直升机才到达灾区上空，可见直升机的性能较低，救援能力较弱。直升机应急救援装备落后:目前，我国的大部分直升机上的配套设施并不完善，应急救援设备比较单一，基本上都是在机舱内部或机舱底装有挂钩，或部分直升机上
24、装有电动绞车，救援设备和救援手段非常简单，在突遇险情和人员急需救治的情况下不能提供专业的救援抢救支持，只能做普通的监视巡查、吊装运输等任务，远达应急救援的需求。此外，由于人们对直升机应急医学救援的认识层面不高，再加上应急医学救援实践较少，经验较缺乏等原因，导致直升机应急医学救援主要运送为主，运送中主要是尽可能的多放担架。适合直升机机上专用医学装备较少，还没有直升机机载应急救援专项装备。缺乏专业应急救援队伍:由于我国直升机应急救援起步较晚，救援方式较为复杂，人员和社会对该救援方式意识缺乏等原因，使得专业的直升机救援救护人员缺乏，专业救援抢救知识、任务培训和技术支持也较为缺乏。直升机应急救援中的遂
25、行的医护人员大多由各医院临时抽调人员组成，基本没有或很少参加过直升机应急医学救援任务，医疗水平参差不齐，缺乏灾害医学知识、急救医学及航空医学等相关科目的培训，野外条件下医学救援的适应性不强。费用高昂:开展直升机应急救援需要克服的另一个难题是价格的居高不下。在中国已经开展空中救援的城市中，空沈阳理工大学学士学位论文9中救援的报价都是以万元来计算的。深圳市急救中心的空中救护是按时间和机型收费的，不同机型收费 3 万元h5 万元h 不等。武汉急救中心的空中救护收费每小时收费为 6800 元人民币。如此高昂的费用，使得一般民众只能望而兴叹，无法享受直升机快速救援带来的便捷和益处3.2 现有救援飞行器欣
26、赏图 3.1 军用运输救援直升机沈阳理工大学学士学位论文10图 3.2 军用医疗救援直升机图 3.3 民用救援直升机图 3.4 海上搜救直升机沈阳理工大学学士学位论文113.3 救援飞行器发展前景直升机救助具有速度快机动灵活便于起降视野开阔和搜索范围大等的显著优势，在重大突发事故灾难及紧急情况的应急救援，尤其是海上及交通困难地方施行人命救助中发挥着其他救助手段所无法替代的作用，这一点已越来越被人们所认识和重视 不论是从国际还是从国内情况看，使用直升机参与重大事故灾难及紧急情况的应急救援从而形成立体救援已逐步成为快速反应快速处置突发事故灾难及紧急情况 有效实施人命救助的一个重要选择和发展趋势。我
27、国远洋运输、沿海作业中常遇有危重伤病员，海难与空难也时有发生的可能为减少伤病员死亡率和致残率地方政府应加大投入，在开展应用直升机实施医疗急救研究的基础上充分发挥辖区的各种卫生资源优势，协调陆、海、空立体急救网络成员关系，承担特殊环境下的医疗急救任务顺应了国际立体医疗急救的发展潮流随着 1 000m 以下航空领域的开放人民生活水平的提高立体急救事业也会和其他行业一样，步入正常的急救领域。沈阳理工大学学士学位论文124 飞行器设计4.1 设计理念从以人为本的角度出发，运用仿生学原理，设计一款大型救援直升机。此款飞行器将更加美观实用，做到以实际角度出发切实解决问题的救援飞行器。设计要求飞行器具有超大
28、空间以满足应急救援中的物资运送伤员运送以及医疗设备安放，逐步发展成为灵活的空中移动医院。机身要求具有流线型，美观的流线型设计不仅可以给人美的享受也体现现代交通工具的力量感，更为重要的是流线型可以减少空气阻力，达到飞行器及时救援的目的。4.2 设计过程4.2.1 初步设计从设计理论出发搜集相关资料，根据拟态仿生学原理拟定以鲸鱼曲线出发设计草图。图 4.1 虎鲸沈阳理工大学学士学位论文13图 4.2 手绘草图图 4.3 手绘草图沈阳理工大学学士学位论文144.2.2 运用三维软件建立模型。图 4.4 初步模型图 4.5 初步模型沈阳理工大学学士学位论文15图 4.6 最终模型图 4.7 塑模沈阳理
29、工大学学士学位论文16图 4.8 塑模4.2.3 色彩设计色彩设汁是飞行器设计中的一个再要组成部分。色彩的视觉特征表明，色彩具有“先声夺人”的特征。视神经对色彩的反应最快，它给人以极深的第一印象。色彩直接影响造型的质量，甚至在某种程度上影响产品的功能与使用效果。好的色彩能美化产品的造型，使使用者心情舒畅。如果配色不恰当，则可能破坏飞行器的造型形象，引起使用者视觉上的疲劳、心理上的压抑，从而降低使用功效。飞行器的色彩设计不同于其它类别产品的设计。“色彩在飞行器造型上给人的感觉最强烈，因此在设计之初首先要考虑到汽车色彩的主色调。飞行器外表面多为金属制成，自身重量大，视觉感受比较沉重。通过外表的色彩
30、设计可以从视觉上减少压力，同时减轻心理上的沉重感。黄色是崇尚大自然的颜色；灰色表示包容融合；白色则给人以纯洁、清新、平和的感觉。沈阳理工大学学士学位论文17图 4.10 配色方案图 4.11 配色方案4.2.4 模型制作 机械雕刻后手工打磨，细节处理，喷漆完成。沈阳理工大学学士学位论文18图 4.12 实体模型初步图 4.13 完成实体模型沈阳理工大学学士学位论文194.3 设计展示图 4.14 最终效果图排版沈阳理工大学学士学位论文20结 论好的设计需要灵魂，也就是其内在思想。既需要美的形态更需要美的灵魂，服务于人本身的设计才具有灵魂。应急救援是人类文明的崇高精神的产物，相应的救援设备更是人
31、类智慧的结晶。本论文通过对工业设计的审美形态，仿生学的研究学习得出了以下结论：首先，美是建立在技术的合理性基础上，过分追求审美往往带来技术条件、结构功能上的问题；其次，审美主体千差万别，“穿衣戴帽，各有所好”，很难使产品满足不同消费群体的共同需求；第三，审美受人们的生活经验和文化积淀的影响，大量的审美需要并未被人们所认识。设计的生命在于创造，优秀的设计师应该具有较高的审美素养，在设计出满足大众审美需求产品的同时，更要不断提高大宗的审美情趣，引导大众生活。本文成功的设计出与自然生物形态相结合的应急飞行器，虽然只是初步概念设计，但其中不乏有亮点可以开阔飞行器设计的思路。它造型新颖机身采用流线型极具
32、力量感。采用三旋翼的垂直起降方式减少起降限制条件更好的起到应急救援的效果。鲸鱼虽然体形庞大但身体的线条优雅灵动，不但减少了身体在海洋中的阻力还表现出极强的力量感，这与我的课题不谋而合。更具有意义的是鲸鱼象征着和平与纯洁，这正体现着救援事业的崇高意义。沈阳理工大学学士学位论文21致 谢作为没有任何艺术基础的学生们的我们来到了这个学院，我们在不断的成长，就像一位老师说过的，即使你将来不从事这个行业，你也会从工业设计这个学科中得到很多东西，对此极为赞同.所以我们要怀着一颗感恩的心.首先感谢沈阳理工大学，能在这所各种设施完善而且环境优美的校园中学习，我感到非常的幸运。老师们为人师表，对学生关怀备至，这
33、些都给我留下了深刻的印象。学校良好的学习环境和教学质量给我的学习创造了良好的学习空间和学习动力。我还要感谢我所在的学院艺术设计学院。学院里的每位老师教学态度认真，对学生严格要求，在学习问题方面一丝不苟等等，这些都给艺术设计学院的学生创造出和谐的学习和生活环境。此外，学院里极具专业知识的几位老师，带领同学们参加全国专业比赛，老师的组织有方和学生勤奋进取的学习精神使我们在比赛中屡屡获得荣誉，为沈阳理工大学在全国打响了知名度。本次毕业设计心里非常感激张帅老师不遗余力的悉心指导，它不仅在设计上启发引导了我，加在生活做人的方面上给了我巨大的启示，真心祝愿您在今后的工作和生活中顺心如意。最后再次感谢学校、
34、学院、老师、同学对我大学四年的关心照顾与包容。沈阳理工大学学士学位论文22参考文献1 夏露,高正红,李天; 飞行器外形多目标多学科综合优化设计方法研究;空气动力学学报;2003 年 03 期2 朱春玲.飞行器环境控制与安全救生，20063 贾玉红航空航天知识 100 问，20104 邓家褆，韩晓建，曾硝产品概念设计理论、方法与技术北京：机械工业出版社，20025 徐旭东/徐超/郑小亚.飞行器结构设计，西北工大出版社，20106 黎晓.形态和色彩的即时设计与产品造型的创意和表现：硕士学位论文吉林；吉林大学，1999：207 宋笔锋,李为吉,林光宇;飞机概念设计中的生存力效益代价综合评估方法;航空学报;1997 年 05 期
