航太系整合電腦輔助工程軟體之教學創新課程簡介

方俊

逢甲大學航太與系統工程學系教授

前言：本人教授過52門課程(逢甲45門、它校7門)，並創設其中14門新課程與2個學程後的心得

逢甲大學部

1. 航空與太空 (通識)

2. 計算機程式-C

3. 計算機程式-MATLAB

4. 計算機程式-FORTRAN

5. 計算機概論

6. 航太工程概論

7. 工程圖學 (航太、土木)

8. 工程圖學-UG (工工)

9. 機械畫

10. 航太英文(一)

11. 航太英文(二)

12. 電子電路學

13. 電腦輔助工程-SolidWorks

14. 電腦三維模型建構-PRO/E(一)

15. 電腦三維模型建構-PRO/E(二)

16. 電腦輔助工程-CATIA

17. 電腦輔助工程-ANSYS(一)

18. 非破壞檢測

19. 電腦輔助機構分析-ADAMS

20. 電腦輔助設計-PRO/E (機電)

21. 材料力學(一)

22. 材料力學(二)

23. 航太材料學

24. 結構系統 (自控)

25. 複合材料力學

26. 噴射推進

27. 空氣動力學(一)

28. 空氣動力學(二)

29. 飛具結構學(一)

30. 飛具結構學(二)

31. 航空工程實驗(一)

32. 航空工程實驗(二)

33. 航空工程實驗(三)

34. 航空工程實驗(四)

35. 太空動力學

36. 飛具設計(一)

37. 飛具設計(二)

逢甲碩士班38. 網格點生成

39. 電腦輔助分析-ANSYS

40. 高等電腦輔助工程分析

41. 電腦輔助電聲工程分析 (電聲)

42. 電聲放大器設計 (1/3、電聲)

43. 振動與噪音原理與量測 (1/3 、電聲)

44. 電聲電子學(電聲)

45. 數值分析方法與應用(1/3、智能碩專)

電腦輔助研發學程民航飛行學程

任教逢甲前

1. 高等複合材料力學(中原碩班)

2. 內燃機

3. 熱機學

4. CNC數控工具機程式語言

5. CNC車床實習

6. 材料實驗

7. 電工實驗

前言：實威公司捐贈國小SolidWorks軟體與3D列印機培養未來臺灣之光

實威公司網站資料

前言：板橋國光國小參加「2016國中小Scratch程式設計競賽」以超聲波感應歡迎機器人獲特優獎、互動LED耶誕樹獲優等獎

http://news.ltn.com.tw/news/life/breakingnews/1834087

前言：四十年前與今天英語教學的差異為何??古代

1. 黑白教科書

2. 高價的錄音帶

3. 隨身字典

4. 封閉的社會環境

現代

1. 活潑精緻的彩色印刷教科書

2. 多媒體影音與網路實境軟體

3. 高效的隨身3C硬體

4. 國際化的成長與學習環境

前言：改善傳統淺碟式授課缺點：結構大師C. T. Sun於所著Mechanics of Aircraft Structures (1998年版)前言點出現代工程教育面臨之學用落差

新版(薄)「飛具結構學」教科書與舊式(厚)的比較

電腦模擬興起後，過去非常重視的簡化與特定解題技巧已失去其重要性……

前言： 2017台北國際航太暨國防工業展覽會www.tadte.com.tw

逢甲大學航太系支援螺槳離合器設計與機身流場模擬

航太與系統工程學系核心能力之一在培育學生具備產品開發所需之系統設計與整合能力產品開發步驟簡述

概念設計

1D初步設計與系統整合模擬

3D細部設計與多物理域模擬

原型打樣或3D列印

產品微調修正

產品試製實測

開模大量生產

配合學校CDIO教學創新，培養學用合一人才，開發由淺入深的眼、手、腦教學課程

A. 開眼觀察的電腦模擬教學（搭配工具學院）

B. 動手體驗的實作測試教學（搭配D-School）

C. 用腦思考的基礎理論教學（搭配相關必修課程）

A. 開眼觀察的電腦模擬教學簡單易學的航太電腦輔助設計與模擬軟體

C++, MATLAB (程式語言)

Symbolab、MATLAB之MuPAD模組 (數學符號運算工具)

MATLAB之Simscape與Simulink模組、LabView (1D初步與系統模擬設計)

SolidWorks、Inventor、CATIA之3D實體設計模組 (3D設計與建模)

ANSYS Workbench之Structural與CFX模組、SolidWorks之Simulation、Motion及Flow Simulation模組 (3D細部與多物理域模擬分析)、Simplorer全系統整合模組

Symbolab簡介：www.symbolab.com

免費網站Symbolab提供的各式功能

Symbolab可直接鍵入方程式、顯示結果及詳細求解步驟

Symbolab可應用於微積分、工程數學、化學、統計學…的教學

MATLAB之Simscape簡介：www.mathworks.com

Simscape/Simulink採用系統模型建構的方式求解控制方程式，並具有跨領域系統整合分析能力，可應用於理工與商管，範圍極廣

避震器之Simscape模型避震器之物理模型

避震器之控制方程式

Simscape模組（極簡單易懂）與Simulink模組（較艱澀難懂）比較

MATLAB 範例

Simscape應用於電機、電子之教學範例

聖誕燈閃爍與散熱之Simscape教學模型頻寬濾波之Simscape教學模型

Simscape應用於機構與線性控制系統之教學範例

Flap機構控制之Simscape範例

MATLAB 範例 Control Systems Design之MATLAB教學模型

Simscape/Simulink應用於熱力、熱機、電力（包括風能、太陽能）及噴射推進之教學範例

MATLAB 範例

MATLAB 範例

MATLAB 範例

Simscape/Simulink應用於飛行力學之教學範例

MATLAB 範例 MATLAB 範例

SolidWorks與ANSYS Workbench軟體簡介：介面親善、操作簡單、 CAD/CAE功能全面

學生作品

SolidWorks範例

SolidWorks應用於2D與3D圖學、機械畫之教學範例

學生作品

學生作品

2D工程圖可由3D實體自動產生

SolidWorks應用於流體力學與空氣動力學之教學範例

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0 50 100 150 200

Forc

e (

Y)

[N]

time

Cylinder (R = 1.28 × 105, D = 1m, U= 2

m/s)

0.15

0.2

0.25

0.3

0 50 100 150 200

Forc

e (

X)

[N]

time

Cylinder (R = 1.28 × 105, D= 1m, U = 2

m/s)

SolidWorks應用於靜力學、動力學之教學範例

李輝煌教授範例

SolidWorks範例

SolidWorks應用於材料力學之教學範例

參考維基百科資料

ANSYS應用於噴射推進之教學範例

ANSYS應用於流體力學與空氣動力學之教學範例

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-10 0 10 20 30 40

攻角

升力係數 CLA11

A3

A2

A1

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

-10 0 10 20 30 40

攻角

阻力係數 CD

A11

A3

A2

A1

A0

L =1

2𝜌𝑉∞

2𝑆 𝐶𝐿

𝐷 =1

2𝜌𝑉∞

2𝑆 𝐶𝐷

𝐶𝐷 = 𝐶𝐷0 +𝐶𝐿

2

𝜋𝐴𝑒

ANSYS應用於飛具結構學之教學範例

應用於飛機設計課程的熱流、結構、機構及系統模擬等綜合軟體工具

飛機起飛重量WTO公式：𝑙𝑜𝑔10𝑊𝑇𝑂 = 𝐴 + 𝐵 ∗ 𝑙𝑜𝑔10 𝐶 ∗𝑊𝑇𝑂 − 𝐷

𝐶 = {1 − 1 +𝑀𝑟𝑒𝑠 ∗ 1 −𝑀𝑓𝑓 }

𝐷 = 𝑊𝑃𝐿 +𝑊𝑐𝑟𝑒𝑤

𝑀𝑓𝑓 =𝑀𝑛

𝑀𝑛−1… .

𝑀𝑖

𝑀𝑖−1…𝑀3

𝑀2∗𝑀2

𝑀1∗𝑀1

𝑀𝑇𝑂

Mres備用油比例A與B為同類型飛機之回歸線係數

Far 25起飛距離規範：

𝑅𝑇𝑂𝐹𝐿 = ൗ𝑃 ∗ (𝑊/𝑆)𝑇𝑂 ቄ𝜎 ∗ 𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥𝑇𝑂 ∗ }(𝑇/𝑊)𝑇𝑂

= 𝑃 ∗ 𝑇𝑂𝑃25𝑇𝑂𝑃25為起飛參數、𝜎為空氣密度比值、𝐶𝐿𝑚𝑎𝑥𝑇𝑂為起飛最大

升力係數、(𝑊/𝑆)𝑇𝑂與(𝑇/𝑊)𝑇𝑂為起飛之機翼負荷與推力重力比

ANSYS Simplorer全系統模擬(ANSYS網站範例) https://rcplanes.000webhostapp.com/cg2_calc.htm飛機設計之SolidWorks教學範例

B. 動手體驗的實作測試教學(UAV) 航太系之Stepstone、Keystone與Capstone課程

B. 動手體驗的實作測試教學(Arduino)

黃振鴻老師講義與教學影片

C. 用腦思考的基礎理論教學

成功大學工程科學系李輝煌副教授

編著理論與模擬並重之基礎課程教學專用教科書

參考李輝煌老師個人網站資料

以上淺見

敬請指教