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1、航空科技发展,袁昌盛,西北工业大学 航空学院,航空航天技术概论 之 开场白,主 要 内 容,1.航空科技历程 2.第一次世界大战与航空3.第二次世界大战时期4.航空喷气时代的来临5.现代喷气作战飞机6.民用飞机的发展,1.航空科技历程,1.1 航空研究的早期探索,模仿鸟类的尝试,Icarus and his father Daedalus and their escape from King Minos prison on Crete.Legend has it that they had difficulty with structural materials rather than aer
2、odynamics.,将羽毛或轻质木材粘贴在手臂上，尝试飞行结果常常是灾难性的,(Picture from a woodcut of 1493),罗吉尔培根 R.Bacon,欧洲文艺复兴的前夜，曾出现一位认真思考飞行器的人，英国学者罗吉尔培根（R.Bacon，约12201292）。在大约1250年成书、1542年才出版的著作工艺和自然的奥秘中，培根提出了动力飞行的概念。虽然他的设想还相当简单粗糙，但人们把他看作历史上第一个提出类似20世纪飞机概念的人。培根终生不得志，生前曾将手稿送给一些宗教领袖，但没有得到重视，加之其著作大都在他死后几百年才出版或译成通用文字，因此培根的飞行器思想没有对后世产
3、生什么影响。,达芬奇,达芬奇（Leonardo da Vinci 14521519）是世界文化史上最伟大的人物之一。美国著名科学史学家乔治萨顿（G.Saton）曾指出：“写一部有关他的天才作品的完整研究著作，也就意味着写一部15世纪科学技术的真正百科全书”。,达芬奇的航空学研究,达芬奇的航空学研究可以分成三大部分：关于飞行的理论和原理飞行的稳定性和控制飞行器设计,可惜由于历史原因（不被当时理解，多种论文、手稿没有发表），达芬奇对航空发展没有产生任何影响。,扑翼机探索和设计阶段,17世纪18世纪，欧洲航空发展处在一个特殊的扑翼机探索和设计阶段。在这个阶段里，没有出现航空学理论研究的事件和成果。而
4、且由于胡克和波莱里论断的影响，模仿鸟类进行冒险飞行的人明显减少。在热气球飞行成功之前，扑翼机设计成了这个时期的主题。虽然从技术发展角度和对后世的影响来看，这一时期的探索工作没有多少价值，但与过去那些纯粹的飞行冒险来比，这些努力仍然是重大的进步。扑翼机的设计开端于达芬奇，后来有许多类似的设计者。,航空之父-乔治凯利,G.Cayley（17731857）为重于空气的航空器创立了必要的飞行原理论文论空中航行(1809)被认为是现代航空学诞生的标志论文阐述了飞机基本原理，分析了稳定性、安全性和操纵性的重要性，提出许多重要概念。他的研究成果远远超出了时代，在他之后近百年间，也没人超过他的水平或认识到他的
5、发现的重大意义。,凯利的滑翔机,The first successes came with gliders.Sir George Cayley made the first successful glider in 1804 and a full-size version five years laterFor over 50 years,George Cayley made improvements to his gliders.,Maxims aeroplane,built in 1894 by Sir Hiram Maxim weighed 3,200 kg，spanned over 3
6、0 m,李林塔尔,18481896，German engineerHe was the first person to design a glider that could fly a person and was able to fly long distances.,Otto Lilienthal,After more than 2500 flights,He was killed in 1896 by a gust-induced stall too near the ground.,兰利（18341906）,“aerodrome”included a steam-powered eng
7、ine.Major contributions:attempts at adding a power plant to a glider.,Samuel Langley,他是为数不多的作为职业科学家研究航空问题的人之一他是少数在理论和实践结合的基础上研制飞行器的人之一他是在莱特兄弟之前最接近发明成功动力飞机的人但是，由于1903年两次没有结果的飞行试验为他本人的巨大贡献蒙上了一层阴影。他在航空史上的应有地位被大大忽视了。,1.2 第一次动力飞行,莱特兄弟首次成功动力飞行,1903年12月14日至17日美国人莱特兄弟设计制造的飞机首次实现了人类历史上的动力飞行。,这架飞机的翼展为13.2米，着陆
8、装置为滑橇式。最好的一次飞行260米，留空59秒。,1.3 飞机的初期发展,初期发展,莱特兄弟成功之后，又过了几年，才引发了航空发展的热潮。其后的航空探索活动主要在欧洲。1907年到1909年，可以说是飞机由幼年步入成年的关键时期飞机已经深入人心，航空理论已具雏形，发动机性能不断提高并性能稳定。早期航空活动多为体育、娱乐和航空竞赛。,代表人物,法国航空先驱伏瓦辛兄弟,Voisin Racer,1909,欧洲第一架动力载人飞机研制桑托斯-杜蒙 和 14-bis（1906）,14-bis on an old postcard,飞越英吉利海峡（1909）布雷里奥 和他的Blriot XI,寇蒂斯(美
9、国)Aerodrome No.3(the June Bug)1908,2.第一次世界大战与航空,2.1 战前的航空技术水平,战前，飞机技术已经有了较大发展,飞机的设计、制造、飞行成为集团化工作有助于生产专业化，提高了产品质量和可靠性出现了专门从事飞机研究和设计的专业人员,航空工厂企业纷纷建立,1911年飞机性能纪录,2.2 战火中飞机迅速成长,飞机按作战方式的不同形成专门机种飞机和发动机生产厂迅速发展，并走向专业化飞机的生产和数量剧增飞机的性能迅速提高,一战初期，参战各国约有飞机1500架4年中，交战双方用于作战的飞机有十几万架之多法国生产的飞机总数为51000架英国在战争期间生产了55000
10、架各种型号的飞机德国在战争期间生产的各型飞机总数为48537架,1914年 和 1918年飞机性能数据对比,2.3 一战中的几种著名飞机,纽波尔-法国,斯帕德-法国,福克战斗机-德国,“骆驼”战斗机 英国,著名轰炸机“卡普罗尼”意大利,德国的福克E3战斗机使用了“射击同步协调器”（1915年），在作战中发挥了很大作用，造成了航空史所谓的“福克灾难”。,3.第二次世界大战时期,强烈刺激了航空技术的发展,1939年至1945年之间，飞机的飞行速度由400500km/h增至784km/h，接近活塞式飞机飞行速度的极限；升限由9000米提高到12000米；航程从600多公里增至4000多公里；二战初的
11、战斗机重量约为23吨，到1944年美国的B29重型轰炸机总重达到62.5吨。,巩固了航空在战争中的地位,第二次世界大战的空战是最残酷的，空战规模最大，频繁程度最高。,从1940年至1945年的5年间，仅英美盟军的对德战略轰炸就动用过144万余架次的轰炸机和268万架次的战斗机,仅在1941年至1944年不到4年的时间里，主要参战国所采购的飞机数量为：,第二次世界大战的各个战场上，都可以看到作战飞机、航空兵、制空权对战役进程产生重大影响。在不列颠之战、太平洋战争中，航空兵甚至成为决定战争胜负的主导因素。,二战著名战斗机 英国,“飓风”二战英国一流战机,“海怒”战斗机是接近大战结束时设计的一种战斗
12、机，由于海怒”的各种性能已经达到活塞式飞机的极限，所以目前许多活塞式飞机竞速赛经常使用，一些飞行表演也常使用。,“喷火”1938年自始至终参战的飞机,二战著名战斗机 美国,P-40“战鹰”第二次世界大战开始头两年的美国最主要的战斗机,P-47“雷电”形体较大发动机劲大，火力猛，生存能力强，只要不是要害部位，即使挨上几十发子弹也不碍事。,P38“闪电”双发单座活塞战斗机是大战中最著名的高空远程截击、护航战斗机。,格鲁曼F6F“泼妇”是美国在太平洋战场上公认的最优秀的舰载战斗机,曾称霸一时的日军零式战斗机根本无法与之抗衡,为海上盟军夺取胜利作出重大贡献。,F4F“野猫”舰载战斗机曾作为大战前半期美
13、国海军战斗机之主力。,二战著名战斗机 德国,梅塞施米特 Bf.109E-1德国第二次世界大战主力战机,福克武尔夫FW.190-1第二次世界大战德国著名战机,梅塞施米特 Bf110C-1德国第二次世界大战著名战机,二战著名战斗机 苏联,二战苏联名机 米格3,苏联战机 拉5,二战著名战斗机 日本,日本“零”式战机二战时，曾经在太平洋上空大败美国海军航空军,Ki-45“屠龙”日本最成功的双发夜间战斗机,Ki-43-Iib“隼”日本陆军第二次世界大战中最重要的战斗机,4.航空喷气时代的来临,性能需求产生的问题,三十年代末，尤其是在二战中，由于战争的需要，飞机的性能得到了迅猛的发展，飞行速度达到7008
14、00公里每小时，高度达到了10000米以上螺旋桨飞机性能似乎达到了极限，尽管工程师们将发动机的功率越提越高，从1000千瓦，到2000千瓦甚至3000千瓦，但飞机的速度仍没有明显的提高，发动机明显感到“有劲使不上”。,螺旋桨的限制,问题主要出在螺旋桨上当飞机的速度达到800公里每小时，由于螺旋桨始终在高速旋转，桨尖部分实际上已接近了音速，螺旋桨的效率急剧下降，推力下降；同时，螺旋桨的迎风面积较大，阻力也较大；另外，随着飞行高度的上升，大气变稀薄，活塞式发动机的功率也会急剧下降。这几个因素，决定了活塞式发动机-螺旋桨的推进模式已经到了极限，要想进一步提高飞行性能，必须采用全新的推进模式，喷气发动
15、机应运而生。,空气喷气发动机,原理,喷气发动机在工作时，从前端吸入大量的空气，燃烧后高速喷出。在此过程中，发动机向气体施加力，使之向后加速，气体也给发动机一个反作用力，推动飞机前进。,牛顿第三定律 作用力等于反作用力,5.现代喷气作战飞机,5.1 第一代超音速战斗机,年代：50年代初期特点：低超音速飞行,音速的1.31.5倍，最大升限17000米。典型机种：米格-19，F-100，J-6等,米格-19（苏）,F-100（美）,J-6（中）,5.2 第二代超音速战斗机,年代：60年代。特点：音速的2倍，甚至3倍；最大高度达2万米，甚至3万米。典型机种：,苏联 米格-21，米格-23；美国 F-1
16、04，F-105，F-4等；法国 幻影-3，幻影F-1；英国 P-1“闪电”瑞典 SAAB-35“龙”，SAAB-37“雷”；中国 J-7，J-8等,典型第二代超音速战斗机（1）,J-7（中）,J-8（中）,米格-23（苏）,米格-25（苏）,典型第二代超音速战斗机（2）,成都飞机工业公司和西北工业大学联合研制的J7-E飞机目前是我空军的主力机种，是“八一”飞行表演队的队机。,典型第二代超音速战斗机（3）,F-111（美）,F-104（美）,F-105（美）,F-4（美）,典型第二代超音速战斗机（4）,萨伯-37“雷”（瑞典）,幻影-3（法）,幻影F1（法）,P-1”闪电”（英）,5.2 第三
17、代超音速战斗机,年代：70年代中期和80年代早期特点：更加强调机动性和低速性能；普遍装备涡扇发动机；大量采用新技术，如边条翼、红外成像等典型机种：,米格-29，苏-27F-14，F-15，F-16，F-18“狂风”法国幻影2000中国歼-10、歼-11等；,典型第三代超音速战斗机（1）,J-10（中）,幻影2000（法）,狂风（英、德、意共同研制）,典型第三代超音速战斗机（2）,F-14”雄猫”（美）,F-15”鹰”（美）,F-16”战隼”（美）,F-18”大黄蜂”（美）,典型第三代超音速战斗机（3）,米格-29（俄）,米格-31（俄）,苏-35（俄）,苏-27（俄）,5.4 第四代超音速战斗
18、机,特点：超音速巡航，推力矢量，隐身，良好的维护性，短距起落。典型机种：S-37，F-22等,F-22”猛禽”（美）,S-37（苏）,F-35（JSF),米格1.44（苏）,军用飞机技术展望,信息化隐身化无人化多用途经济性和实用性系统性,6.民用飞机的发展,6.1 干线飞机市场现状,目前运营的各类干线飞机仍难满足日益增长的市场需求。当今干线客机的国际市场实际上已为波音公司和空中客车公司所瓜分。,典型干线客机（1）,737,727,707,747,757,767,777,波音飞机,典型干线客机（2）,A318,A310,A300,A320,A330,A340,A380,A319,A321,空客系
19、列,我国大型民用干线客机的尝试运10,我国从1970年8月开始研制自己的干线客机-运10。载客178人（经济级），航程6400千米。1980年9月26日，运10在上海首飞成功。从1980年10月起，继续进行各种科研试飞，曾先后飞抵北京、合肥、哈尔滨、乌鲁木齐、广州、昆明、成都，并7次飞抵西藏拉萨，累计试飞170飞行小时，130多个起落。该机于1985年停止研制，虽然未能设计定型和投入航线使用，但它在技术上获得的许多成果，为我国自行研制民用飞机创造了条件，积累了经验，得到国内外的广泛重视。,运10,干线飞机发展趋势,图144（前苏联）,协和（英法合作）,以目前性能良好的机型进行改装。研制超大型商
20、用运输机。研制第二代超音速客机。,利用空天飞机发展M=4.07.0级别的高超音速运输机,高超音速运输机,第二代超音速客机方案,TCA（美国）,X-30想象图（美国）,6.2 支线飞机,3090座巡航速度约550千米/小时航程1800千米以上,第一代支线飞机,1980年以前投入使用多为中小型涡轮螺旋桨式飞机。,DC-3（美国）,DHC-7（加拿大）,An-24（前苏联）,第二代支线飞机,1980年代开始投入使用多由第一代发展而来，少数是新设计。,EMB-120（巴西）,SAAB 340（瑞典）,CN-235（西班牙和印尼合作）,BAe-ATP（英国）,Y-7（中国）,第三代支线飞机,1990年后
21、投入使用,SAAB 2000（瑞典）,DASH8Q-400（加拿大）,ERJ-145（巴西）,ATR.72（法意合作）,Do.328（美国）,146CRJ100（英国）,支线飞机客运市场现状,世界上运营的支线飞机总数超过8000架。在美国，支线飞机运输占整个运营市场的55%，这个比例在欧洲也达到40%以上；具有市场竞争力的国家已扩展到10多个；进入20世纪90年代以来，世界支线航空运输保持了持续增长和持续赢利的态势。19951998年世界主要支线航空公司旅客运输总量、总收入都出现了两位数的增长；未来20年内，我国对支线飞机的市场需求将会达到或超过660架，支线航空旅客运输量将达到1000万人次，支线航空运输将成为中国民航发展的新的增长点。,中国研制的支线客机,新舟60,2008年11月28日中午12时24分，我国首架具有自主知识产权的喷气式支线客机ARJ21首飞成功。,运7100,运11,运12IV,Q&A,END,
