航太工程師課程

第 1 課 • 航太應用數學

涵蓋為航太系統建模所需的向量微積分、微分方程與線性代數。將抽象數學連結至實際工程問題。

第 2 課 • 熱力學與熱傳

介紹對推進與熱管理至關重要的熱力學定律、循環與熱傳模式。將能量概念連結至引擎與飛行器的熱分析。

第 3 課 • 古典力學與動力學

將牛頓定律、能量方法與剛體動力學應用於航太結構與飛行器。為後續的飛行與推進分析提供力學基礎。

第 4 課 • 材料科學簡介

概述用於航太結構的金屬、複合材料與陶瓷材料。根據強度、重量與熱性質，建立材料選擇標準。

第 1 課 • 亞音速機翼與翼型理論

分析亞音速流中機翼的升力生成、壓力分布與誘導阻力。將薄翼理論連結至實際的機翼設計參數。

第 2 課 • 可壓縮流與震波

將流場分析擴展至穿音速與超音速狀態，包括正震波與斜震波。為學生應對超音速飛行器與進氣道設計挑戰做好準備。

第 3 課 • 空氣動力性能估算

應用阻力極線模型與空氣動力係數來估算飛行器性能。將空氣動力數據整合至初步飛行器尺寸設計與權衡研究中。

第 4 課 • 流體性質與流場狀態

定義黏滯性、可壓縮性與雷諾數，以分類流場行為。為所有後續的空氣動力分析建立物理基礎。

第 1 課 • 靜態與動態穩定性

評估縱向與橫向-方向穩定性導數及其物理意義。將穩定性餘裕連結至操作品質與控制面尺寸設計。

第 2 課 • 航空器運動方程式

推導控制航空器平移與旋轉的六自由度方程式。為所有性能與穩定性計算建立數學框架。

第 3 課 • 飛行包線與操作限制

定義操作飛行包線的結構、空氣動力與推進邊界。將認證要求連結至設計限制。

第 4 課 • 起飛、降落與機動

分析起飛與降落階段的地面滑跑、抬輪與障礙物淨空。延伸至轉彎飛行、負載因數與 V-n 圖。

第 1 課 • 燃燒與燃油系統

涵蓋燃燒化學、火焰穩定性與燃燒室設計。探討排放、燃油類型與替代推進劑。

第 2 課 • 噴嘴設計與推進整合

應用等熵噴嘴理論設計達到最佳推力的收斂-擴散噴嘴。為進氣口與排氣系統的相容性，將推進系統與機體整合。

第 3 課 • 火箭推進原理

推導用於任務 delta-V 的火箭推力方程式、比衝與齊奧爾科夫斯基方程式。比較液態、固態與混合推進劑系統。

第 4 課 • 吸氣式引擎基礎

使用布雷頓循環分析，介紹渦輪噴射引擎、渦輪扇引擎、渦輪螺旋槳引擎與衝壓引擎的操作原理。將比推力與燃油消耗率確立為關鍵性能指標。

第 1 課 • 疲勞、破壞與損傷容限

應用 S-N 曲線、破壞力學與裂紋成長模型來預測結構壽命。將損傷容限理念連結至檢查間隔與認證。

第 2 課 • 應力、應變與彈性

介紹各向同性材料的應力與應變張量、虎克定律與彈性變形。為所有結構尺寸設計任務提供分析基礎。

第 3 課 • 彎曲、剪力與扭轉

分析承受彎矩、剪力與扭轉負載的樑與軸。將這些結果應用於機翼大樑、機身框架與傳動軸。

第 4 課 • 挫曲與結構不穩定性

評估對薄壁航太結構至關重要的柱挫曲、板挫曲與縐曲破壞模式。介紹安全係數與安全裕度的概念。

第 1 課 • 慣性與衛星導航

分析慣性測量單元、GPS 與感測器融合演算法，以進行位置與姿態估算。針對不同任務剖面評估精度、漂移與完整性。

第 2 課 • 航電系統架構與資料匯流排

概述分散式與整合式模組化航電系統架構及其資料通訊標準。探討即時處理、延遲與網路安全考量。

第 3 課 • 自動駕駛儀與導引律設計

設計用於自主與半自主飛行的內迴路姿態與外迴路導引律。將最佳控制與軌跡最佳化應用於任務情境。

第 4 課 • 控制系統基礎

介紹動態系統的轉移函數、方塊圖與回授控制理論。建立用於自動駕駛儀與飛控設計的穩定性準則。

第 1 課 • 通訊與遙測系統

應用鏈路預算分析，為資料下行鏈路與指令上行鏈路設計太空船通訊系統。涵蓋天線類型、調變與地面站要求。

第 2 課 • 軌道力學與軌跡設計

推導用於地球與星際軌道的克卜勒定律、軌道要素與機動方程式。為任務設計與發射窗口分析提供基礎。

第 3 課 • 太空船姿態判定與控制

分析三軸穩定太空船的姿態感測器、致動器與控制演算法。將姿態精度要求連結至感測器選擇與控制律設計。

第 4 課 • 太空環境與任務設計

描述輻射、微重力與碎片環境，及其對太空船設計的影響。將環境限制整合至任務概念開發中。

第 1 課 • 重量、平衡與重心

使用統計與分析方法估算組件重量，並追蹤重心的移動。確保所有載重條件下的穩定性與控制邊限。

第 2 課 • 初步設計與權衡研究

透過空氣動力、結構與推進的權衡研究，來改進概念設計。使用敏感度分析來識別關鍵設計驅動因素。

第 3 課 • 系統整合與介面管理

使用介面控制文件管理次系統之間的機械、電氣與數據介面。應用基於模型的系統工程工具來追蹤需求的流動。

第 4 課 • 概念設計與尺寸方法

應用限制分析、任務重量分數與地毯圖來進行新型飛行器概念的尺寸設計。將任務需求轉化為初始幾何外型與重量估算。