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航空航天概论


0.1 课程定位及目标
航空航天技术概论将向大家介绍航空 航天技术所涉及学科的基本知识、基本 原理及其发展概况。 课程目的是使大家了解航空航天的发 展概貌,提高对航空航天技术基本内容 的认识。

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0.2 课程安排
本 课 程 包 括 24 学 时 ( 理 科 , 文 科 16 学 时)的理论课和10学时的现场课。 现场课分别在航空馆、流体所(CFD楼北 半侧二层)、发动机结构实验室(三号楼一 层)、机载设备实验室(二号楼一层) 、飞 机所陈列室(一号楼一层)讲授。

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1.1 航空航天的基本概念 1.1.1 航 空
航空的概念:航空是指载人或不载人 的飞行器在地球大气层中的航行活动, 必须具备空气介质。 航空有军用航空和民用航空之分。

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1.1.2 航 天
航天的概念: 航天是指载人或不载 人的航天器在地球大气层之外的航行活 动,又称空间飞行或宇宙航行。 航天实际上也有军用航天和民用航 天之分。

1.2 飞行器的分类
飞 行 器 分 类
航空器:在大气层内飞行 的飞行器称为航空器。 航天器:在大气层外空间 飞行的飞行器称为航天器 。 火箭和导弹:火箭和导弹 均以火箭发动机为动力升空, 可在大气层内外飞行。
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1.2.1 航空器
任何航空器要升到空中,都必须产生一个 能克服自身重力的向上升力。 根据产生升力的基本原理不同,航空器分 为轻于(或等于)同体积空气的航空器和重于 同体积空气的航空器两大类。

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1.2.1 航空器的分类
轻于空气的航空器 气 球 飞 航空器 艇 飞 机

固定翼航空器 旋翼航空器 扑翼机 倾转旋翼机

滑翔机 直升机 旋翼机

重于空气的航空器

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1.2.2 航天器
航天器是指在地球大气层以外的宇宙空 间,基本上按照天体力学的规律运动的各类 飞行器。 航天器分为无人航天器和载 人航天器。根据是否环绕地球运 行,无人航天器分为人造地球卫 星和空间探测器。
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1.2.2 航天器的分类
科学卫星 人造地球卫星 无人航天器 空间探测器 航天器 载人飞船 空间站 航天飞机 空天飞机
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应用卫星 技术实验卫星 月球探测器 恒星和行星际探测器 卫星式载人飞船 登月载人飞船

载人航天器

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1.2.3 火箭和导弹
火箭和导弹均可以在大气层内外飞行,一 般都只能使用一次,所以归为一类。 火箭:靠火箭发动机提供推进力的飞行 器,一般由推进系统、箭体结构和有效载荷 组成。 导弹:导弹是一种飞行武器,通常由战斗 部、弹体结构、动力装置和制导系统组成。

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1.3 航空航天发展概况
幻 想
古代的中国、希腊、罗马、埃及和印度等创造 了许多关于飞行的美妙神话故事,至今仍在流传。

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最早的航空器
1783年6月5日,法国的蒙哥尔费兄弟用麻 布制成的热气球完成了成功的升空表演。 1783年11月21日,两个 法国人乘坐蒙哥尔费气球, 在1 000m高的空中,飞行了 12km。

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气球与飞艇
1852年,法国人H. 吉法尔在气球上安装了 一台功率为2 237W的蒸汽机,用来带动一个三 叶螺旋桨,使其成为第一个可以操纵的气球, 这就是最早的飞艇。 1887年8月22日,天津武备学堂教师华蘅芳 制造的中国第一个氢气球在天津升空。 1899年,德国人F.von 齐伯林设计并制造了 第一艘硬式飞艇。
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飞机诞生的前夜
有关升力、动力和操纵概念的提出 1849年,英国人G. 凯利制造了第一架滑翔 机,并进行了试飞。 动力和稳定操纵问题 动力:美国科学家S. P. 兰利,失败; 稳定操纵:德国人O. 李林达尔,基本成 功。

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莱特兄弟与飞行者一号
美国人莱特兄弟潜心钻研李林达尔的 著作和他的实验经验。通过风洞试验,纠 正了前人的一些错误。 1903年12月17日,奥维尔·莱特(弟弟) 驾驶飞行者一号进行了试飞,接近1分钟的 时间里飞行了260m的距离,这是人类历史 上第一次持续而有控制的动力飞行。

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早期的飞行探索
1909年9月21日,26岁的美国华侨冯如 驾驶自己设计的飞机在美国旧金山奥克兰 试飞成功。两年后他返华报效祖国,不幸 于1912年8月25日在广州燕塘进行的一次 飞行表演中壮烈牺牲。

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早期的飞行纪录
1909年7月25日,法国人L. 布莱里奥驾驶自 己设计的单翼飞机飞越了英吉利海峡; 1910年3月28日,法国人试飞成功世界上第 一架水上飞机; 1913年,俄国人研制了四发大型客机成功; 到1913年,飞行速度已达200km/h,续航时 间超过13小时,飞行高度达到6 500m。
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飞机进入战争
1911年10月23日,意大利人在土耳其军队 上空侦察了一小时,11月1日,意军飞机往土 军阵地投下了4枚2kg重的手榴弹。 1914年10月5日,法军飞行员用机枪将一架 德军侦察机击落。 1915年,为德军服务的荷兰飞机设计师A. 福克设计了机枪射击协调器,产生了专门用 于空战的驱逐机。
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一战中的飞机
一战中,飞机作为一种新式武器系统得到 了充分肯定和广泛应用,奠定了现代立体作 战的基础。 战争期间生产飞机超过18万架,全世界飞 机工厂达到200个,配套发动机制造厂80家, 初步形成了具有一定规模的航空产业。 一战中的飞机多为钢管焊接骨架加布或木 制蒙皮的双翼机,性能和功率都有较大提 高。
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战后发展的民用航空
1919年2月5日,德国开通世界上第一条定 期客运航线,每天在柏林和魏玛之间运送旅 客。同年,英国和法国相继开航,早期的航 空运输网基本形成。 美国在战争期间落后于欧洲, 战后在民用飞机方面后来居上,典 型飞机有DC-3等。

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二战中的航空发展
二战前,飞机最大速度达到500km/h, 升限达7 000m,航程3 000km以上,轰炸机 载弹量超过2 000kg。单翼、起落架可收放 设计成为主流。 二战中,飞机发挥了巨大的作用。战争 后期,美国、前苏联、德国和英国的飞机 年产量总和超过20万架,整个战争期间各 国生产的飞机总数约100万架。
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从活塞到喷气时代
二战中出现了许多名机。如P-51、 P-61、 零式、 B-29等。二战后期,螺旋桨飞机的最 大速度达到了780km/h,已到达速度极限。 1945年,美国的F-80喷气式战斗机开始交 付使用,最大速度达935km/h。 前苏联雅克-15和米格-9喷气战斗机。

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超越声速
第一种后掠翼战斗机F-86和米格15,使飞机的速度突破了1 000km/h。 1947年10月14日,美国X-1研究机突 破了“声障”。

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现代战斗机的发展
第一代超声速战斗机:F-100和米格-19等; 第二代超声速战斗机:米格-21、F-104、F4、F-5等; 第三代战斗机:F-15、F-16、F/A-18,米 格-29、苏-27战斗机等; 第四代战斗机:F-22。
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新式战机层出不穷
克服“热障”——SR-71、米格-25 垂直起降——“鹞”式战斗机 变后掠翼——F-111、F-14 隐身飞机——F-117、B-2

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民用飞机的发展
第一种实用的喷气式客机——波音707 宽体干线客机——波音747、空中客车A300 超声速客机——协和号、图-144 客机进入电传时代——空中客车A320、波音777 新一代的民用客机——空中客车A380、波音787
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军用特种飞机的发展(1)
空中预警机用于搜索、监视空中和海上 目标,主要有美国的E-3和俄罗斯的A-50 等。 反潜机用于攻击敌方潜艇以保护我方舰 队的安全,主要有美国的P-3,英国的“猎 迷”等。

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军用特种飞机的发展(2)
电子战飞机使用电子干扰设备对敌方雷达 和通信设备进行干扰使其瘫痪。主要有美国 EA-6B等。 侦察机用于搜集敌方军事情报,按任务不 同分为战略和战术侦察机。主要有美国RQ4A“全球鹰”等。 空中加油机是可以在空中为其它飞机进行 加油的飞机,主要有美国KC-10等。
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直升机的发展
中国古代发明的“竹蜻蜓”玩具,体现了现 代直升机的基本原理。 15世纪意大利艺术家达·芬奇的画是世界 上最早的直升机设计方案图。 旋翼旋转引起的反扭矩问题。 早期的共轴双旋翼和横列直升机。
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直升机的诞生
俄国人Б. 尤利耶夫提出用尾桨来平衡 反扭矩的方案,并于1911年制造出了验证 机。直到现在,使用这种方案的直升机占 总数的95%以上。 第一架可正常操纵的载人直升机、德国 的Fa-61于1936年6月26日试飞成功。 伴随新技术的直升机实用化。

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直升机的分代(1)
60年代前第一代,代表机型米-4和贝尔47,最大速度200km/h,噪声水平高。 第二代直升机,70年代中期前,代表机型 米-8、“超黄蜂”等最大速度250km/h,噪声有 所下降。

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直升机的分代(2)
第三代直升机,包括“海豚”、 “黑鹰”和“阿 帕奇”,出现在90年代前,最大飞行速度达到 300km/h,噪声进一步得到控制。 此后第四代直升机,飞行速度超过 300km/h,噪声得到了较好控制,如北约组织 的NH-90和美国已经下马的“科曼奇”。

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美国“勘测者”月球探测器
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“神舟”六号载人飞船
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中国航空先驱——冯如

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