虽然在整个飞行器系统中处于分系统的地位，但要为其他所有分系统提供安装空间、工作环境，产生并承担受力和变形，将载荷传递给其他分系统的设备，而且还作为飞行控制系统的控制对象，起到主体框架和展示飞行器物理存在的作用。因此，其设计不仅与其他分系统相互耦合，存在相互作用关系，而且决定了其他分系统的工作性能。结构设计需要和其他分系统设计共同进行，甚至一体化设计。是一个广泛的概念，可以理解为所有脱离星球表面运动的物体的统称。就具体应用场景或者是按照工业部门产品分工而言，飞行器的种类较多，包括飞机、导弹、运载火箭、卫星、着陆器、飞船等；而从使用环境角度看，飞行器又可以分为大气层内、大气层外、跨飞行介质(如水、高密度大气层、低密度大气层、真空) 等类型。但如果将作为一个学科，则会研究飞行器设计的共性问题，而将其个性问题转化为使用环境和约束条件等外部影响因素进行研究。就具体设计过程而言，飞行器结构设计的共同点可以概括为：获得飞行条件、满足强度要求、追求高性价比、协调各方需求、实现任务目标。所以，本书《飞行器结构设计 : 始于基本概念的辨析过程》. 郑钢铁, 崔一南编著. 北京 : 科学出版社, 2024. 10

　　无疑，飞行器结构是物理存在的实体，单纯就结构本身而言，应该遵从同样的物理原理，设计需要从由这些原理形成的基本概念出发。因此，作为物理学的一个重要组成部分，力学中与结构相关的基本概念是设计的出发点。当然，运动的物体也需要受到控制，因此，自动控制方面的基本概念和力学的基本概念一样，也是飞行器设计的依据。作为被控对象，结构自身的力学特性和控制系统特性相互耦合、相互影响，这样，对于现代飞行器而言，设计所依据的基本概念还包括由基本的力学概念和自动控制概念导出的结构与控制耦合概念，而应用要求和使用环境则可以作为飞行器设计的前提条件和约束条件，由此形成不同类型的飞行器。上述讨论实际上是在说明为何可以将各类飞行器的结构放在同样一个理论与方法框架下进行讲授，即依据基本概念建立设计理论和方法的共同点，为此，本书加入了副标题“始于基本概念的辨析过程”。

　　就广泛意义而言，设计是将新事物概念化并创造出来的一个过程。这是一个想象、思维和研究的过程，也是一个或多个专业相互协同融合的过程。飞行器结构设计属于设计的一种类型，即工程设计。工程设计是一个系统化、数字化、实物化的过程，在这个过程中，设计者为设备、系统或过程生成、评估和确定提供解决方案，不仅赋予其系统结构和功能，而且建立其与内外环境之间的接口和耦合关系，使其形式和功能在满足一组特定约束的同时实现任务目标。因此，设计本质上是一个综合考虑多方因素和所在环境的系统性工作。由于设计是一个思维过程，所以思维方式在设计中起到举足轻重的作用。多年来的工程设计实践证明，思维方式不仅决定了一个设计的质量、水平乃至成败，而且决定了一个设计人员的职业生涯能否达到希望的巅峰。当然，在基于量化结果进行设计决策的今天，经由思维做出的设计决策是基于数值计算分析结果的，设计过程是一个由思维引导的反复计算分析迭代过程。因此，该书的副标题中加入了“析”，以代表计算分析过程。而将代表思维的“辨” 置于“析” 之前，组成“辨析” 一词，意指在思维引导下的计算分析迭代过程。基于这一点，本书自始至终都强调设计分析的迭代过程，并且从系统设计角度强调各个设计要素之间的关联性和耦合性。无疑，结构设计是建立在基本概念基础之上的。国内外多年航天航空领域的设计实践表明，基本概念的对错，往往决定了一个设计的成败。因此，副标题在“始于基本概念的” 后面加入了“辨析过程”。

　　《飞行器结构设计 : 始于基本概念的辨析过程》（郑钢铁, 崔一南编著. 北京 : 科学出版社, 2024. 10）是在已经讲授二十余年的“飞行器结构设计” 课程的课件基础上整理而形成。这二十余年也是飞行器设计理论和技术迅速发展的时期，为将最新的理论和技术的发展成果融入教学中，特别是将本书作者在理论方法研究和工程实践中取得的成果及对设计问题的新认识和感悟融入教学中，课堂讲授内容处于不断完善和更新中。但考虑到并不是所有任课教师都能够实际参与到飞行器型号开发和研制任务中，并且希望飞行器结构设计的教学有所改进和提高，因此决定编写成书。因为本书是以实际飞行器设计工作为背景的，所以不仅适合课堂教学，也可作为飞行器总体设计和结构设计人员的参考书，为此，在正文中用脚注的方式加入了供进一步学习或者参考的文献。

　　飞行器结构设计是建立在基础课和专业基础课教学基础之上的。如果说这些课程提供了知识的“源”，则作为一门专业课，飞行器结构设计是这些“源” 的“汇”，即将所学知识汇总起来，通过融会贯通和发展形成新的知识。但遗憾的是，进入专业课程阶段，不少学生已经忘记相关课程讲授过的基本概念、基本原理及基本方法，或者是印象模糊不清。为此，不仅在绪论部分提供了相关基础和专业基础课教材名称，还在附录中列出了需要的基本概念。为了鼓励读者从以往读过的教材中查找这些基本概念，并通过本书的学习获得结构设计所涉及的基本概念，本书中提供了这些基本概念的具体定义和描述。此外，作为一种加深学生对课程内容认识和理解的方式，在需要引用前面公式时，用公式的描述性语言替代简单的公式编号，为此，对所有公式没有进行编号。

　　本书融入了作者在参与航天工程型号任务过程中所获得的感悟和经验，也通过例子介绍了国内外工程型号研制过程中的经验与教训。

　　关于具体结构的设计，国内外已经有很多教材，因此，本书试图从设计方法论和基本原理的角度讨论设计问题。根据本科阶段的教学特点，教学以打基础为主要目的，建立飞行器结构设计的基本概念，形成设计思维，同时注重设计过程和结构系统的形成方案。考虑到目前的技术发展状况和航天航空专业的特点，从按照学科设置专业的立场出发，即将飞行器设计作为一个学科进行教学和开展工程科学技术研究，注重通识教育和专业教育相结合，以讲授设计方法、设计理念和关键设计技术为主，而将具体的一类飞行器结构设计作为应用实例进行讲述。航天与航空飞行器的结构设计在本质上是相通的，因此，本书更侧重于设计导引，不是工程设计的具体实施的参考书。继承和发展是飞机结构设计的基本思路，但新材料的采用给设计带来了新挑战，所以讲述了材料和飞行器设计的关系。实际经验表明，结构构型是决定结构性能的关键因素之一，也是飞行器结构设计的起点。当然，对于空间飞行器，为满足不同的科学目标或应用目标，飞行器的构型更是多种多样的。所以，将结构构型设计作为一个重要方面进行讨论。鉴于高性能飞行器在结构和控制耦合方面的问题越来越突出，专门用一节内容来讨论结构和控制耦合问题，为读者提供相应的基本概念和基本的耦合设计方法。为了加深读者对所讲内容的理解，作为应用实例，书中加入了一些工程中遇到的实际问题和解决问题的具体方法。

　　本书的任务分工是：崔一南副教授负责第3 章的结构力学部分(3.4 节、3.7节)，郑钢铁教授负责其余部分。在这里要感谢航天部门的关新研究员为本书提供了结构与控制耦合部分的主要内容，还有航空部门的袁一彬高级工程师通读了全书，并从航空工业的角度提出了意见和建议。还要感谢那些为本书完成做出过贡献的人们，书中不少内容是和他们并肩工作后获得的，他们也提供了一些宝贵的具体问题实例。

　　多年来，与飞行器设计师、同事及学生们共同经历过失败的悲伤和成功的喜悦，特别是期待成功喜讯的那些度日如年的时光，大家用毅力和智慧突破了道道技术难关，发展了理论和方法，实现了一次又一次超越。

　　在这里，谨向那些为人类航天航空事业默默无闻辛勤工作，用智慧、勇气和汗水推进技术进步和探索人类未知世界的飞行器设计师们致敬！

　　本文摘编自《飞行器结构设计 : 始于基本概念的辨析过程》（郑钢铁, 崔一南编著. 北京 : 科学出版社, 2024. 10）一书“前言”。

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