第二讲 航空科技

第二讲航空科技“谁掌握天空,谁就主宰世界。”————法国飞机设计师,阿代尔（一）升力原理飞机飞行时,气流流过翼型上表面的速度比下表面快,造成上表面压力小,下表面压力大,从而产生一个向上的升力。吹纸条实验两个表面的压强差产生向上的升力机翼上表面气流流管细、流速快、压强低机翼下表面气流流管粗、流速慢、压强高弦线航向迎角（二）第一代航空专家（1）茹科夫斯基(俄国)俄罗斯航空之父。1886年,发现飞行器升力定律,指出机翼所获得的升力与机翼的翼展面积,空气的密度,飞机飞行速度的平方成正比。1918年,创立中央流体动力研究院。（2）路德维希·普朗特（德国）世界空气动力学之父,冯·卡门和阿道夫·布泽曼的老师。1901年,得出边界层方程及其解。提出升力线和升力面理论。（3）威尔伯·莱特和奥维尔·莱特兄弟(美国)1903年,试飞成功世界上第一架动力飞机“飞行者1号”。飞行时间12秒,飞行距离36米。而且通过风洞实验发现：(1)凸起的机翼比扁平的机翼升力大。(2)狭长的机翼比宽短的机翼阻力小。（三）第二代航空专家（1）冯·卡门(德国后到美国)超声速飞行之父,美国空军的保护神。1926年，提出钝体阻力理论。1932年，提出超声速流中的激波阻力概念和薄机翼可以减少激波阻力。1941年，提出超声速飞行中机翼压力分布计算公式:“卡门—钱学森”公式。激波就是飞机在等音速或超音速飞行时,在飞机前面形成的一层受到强烈压缩的空气层.1898年，获匈牙利埃沃斯数学竞赛优胜奖。细节2:冯·卡门提出了科技建军的理念,并指出飞机要使用一代，试验一代，预研一代的思路。美国作家记载:“空军司令阿诺德将军（美国空军之父,美国迄今唯一的空军五星上将）为空军的发展作出了巨大贡献。其工作方式简单有效,那就是:无限信任冯·卡门。”细节1:布劳恩评价:“冯·卡门是航空和航天领域最杰出的元老。远见卓识，敏于创造，精于组织是他独具的特色。”1963年，美国总统肯尼迪授予冯·卡门美国第一枚“国家科学勋章”。细节3:冯·卡门的中国学生：（1）钱学森：参与设计美国第一枚导弹，中国第一枚战略核导弹总设计师。（2）钱伟长：应用力学专家，回国后人称“万能科学家”。（3）郭永怀：6个月研制成功中国第一枚单兵肩扛式防空导弹。（4）袁绍文：解决美国水上飞机“马丁战神”的机翼颤振问题，名言：“学工程的人就要献身于创造。”1943年,马丁公司的创始人马丁特地去看望著名的冯·卡门教授,请他为马丁公司再推荐10名“像袁博士这样能力很强的航空博士”，因为“公司认为袁博士既有坚实的数学基础,又具有良好的工程背景,因此解决问题的能力很强,是十分难得的人才。”（2）阿道夫·布泽曼（德国后到美国）1935年，观察轮船船头后斜破开波浪，根据力的分解原理指出：后掠机翼可以有效减少超声速飞行时的阻力,增加升力。使得飞机顺利突破声障,还可以大大提高飞行的稳定性。变形1：变后掠翼飞机低速飞行,用小后掠角;超声速飞行,用大后掠角。俄罗斯图—160“海盗旗”战略轰炸机后掠角大后掠角小变形2：三角翼飞机F—117“夜鹰”法国“神经元”无人战斗机He162“火蜥蜴”变形3：前掠翼飞机1938年，研制成功世界上第一台喷气发动机。（3）奥海因（德国）“4~5倍声速飞行的飞机已经不是一个技术问题，而是一个成本问题。”美国X-29前掠翼技术验证机前掠翼+鸭式前翼（4）西科斯基(俄国出生,移居美国)1939年9月14日,研制成功世界上第一架实用型直升机VS－300,VS－300有1副主旋翼和3副尾桨,后经过多次试飞,将3副尾桨变成1副,从而成为现代直升机的鼻祖。（四）第三代航空专家（1）惠特科姆（美国）1951年，提出“面积律”：飞机超声速飞行时的阻力由整架飞机横截面的面积的变化情况来决定，而不是各部分的阻力的和。所以有机翼的部分，机身要像束腰一样缩进去可以有效减小阻力。即整架飞机横截面的面积变化越均匀，飞机的阻力就越小。布泽曼：“惠特科姆先生捧出了一个光芒四射的思想。”蜂腰机身美国F—104战斗机蜂腰机身俄罗斯苏—27重型战斗机超临界翼型上平坦下凸起1967年，设计出超临界翼型,进一步提高升力,减小阻力。1976年，发明翼梢小翼，减小了翼尖阻力。可以节省约5%的飞机燃油成本。翼梢小翼美国比奇“空中国王”企业主管专用机翼梢小翼中国“翔凤”支线民航客机翼梢小翼欧洲A320“空中客车”干线民航客机现代飞机基本外形（1）尖机头（2）三角机翼和超临界翼型（3）蜂腰机身（5）垂直尾翼:平衡左右风（4）水平尾翼:平衡上下风中国歼10战斗机尖机头腹部进气鸭式前翼后掠机翼空对空导弹垂直尾翼水平尾翼发动机喷口（2）凯利·约翰逊（美国）1922年，12岁，在一家成人的俱乐部里，站在一把椅子上发表题为“航空的未来”的演讲。1923年，进入中学，摆弄航空模型的热情远远超过上正课。1929年，进入密歇根大学航空工程系，获硕士学位。1933年，进入洛克希德公司，面试时指出公司在研的重点飞机设计有缺陷，3个月后解决了这个设计问题，公司专门为他开庆功晚会。1943年，设计美国第一架喷气式飞机F—80，同时组建了声障：当飞机达到声速时，飞机前面的空气来不及让开，形成堆积在一起的激波，使飞机阻力大大增加。1955年，研制成功间谍飞机U—2。时间短，成本低，性能好。名言：“如果你不能用脑力工作，再怎么加班拼体力都没用。”美国飞机设计部门的名言：KISS（Keepitsimple,Stupid!）即“简单点，傻瓜！”1954年，研制成功2倍超声速战斗机F—104。“鼬鼠工程队”：集中少数最优秀的工程师，运用最简单有效的技术，不分昼夜地设计最好的飞机。使得研制的飞机1964年，研制成功间谍飞机SR—71“黑鸟”高空高速战略侦察机。速度超过3倍声速，高度超过3万米。热障：飞机的速度达到2.2倍声速时，空气与飞机表面摩擦产生极高的热量，足以使飞机的铝合金材料熔化。细节：由于SR—71要突破热障，局部温度高达1000度以上，所以飞机上的每一个东西都要重新发明。SR—71现在仍然是速度最快的实用飞机，在飞机的技术上达到了最高境界。1966年，获“美国国家科学勋章”。SR—71“黑鸟”细节：这次试飞无论对于飞行员还是明知他已经起飞却无法在雷达上发现他的地面工作人员都是一次难忘的经历。1982年，研制成功世界第一架隐形战斗机F—117“夜鹰”。F—117“夜鹰”F—117“夜鹰”中国022级隐身导弹艇中国在研隐身巡洋舰“大洋之龙”美国“海影”号绝密隐形试验舰美国“联合冒险”号战斗支援舰隐形技术(1)陆地上,迷彩、变色、扭曲光,站在对面你看不见我.(2)水面下,减震、降噪、扭曲声波,任凭探测你听不到我.(3)天空中,吸收、散射、绕射雷达波,自由翱翔你找不着我.（3）韦尔斯（美国）1931年，毕业于斯坦福大学工程学院。1930年，未毕业就进入波音公司，见习工程师。1934年，25岁，设计B—17“飞行堡垒”远程战略轰炸机。细节：B—17的设计人员共绘制了65000张图纸，全部铺在地上占地60.7公顷，美国国会有人评论：“这架四台发动机的钢铁巨人实在太大了，只有超级飞行员才能驾驶它。”B—52远程战略轰炸机（4）高歌（中国）1984年，发明的“沙丘驻涡火焰稳定器”，获国家发明一等奖，钱学森称之为“一项为中国人争气的、很有价值的重要发明，是一个很大的技术突破，是在航空发动机领域里的重大建树。”该成果广泛应用于我国多种军用航空发动机中，取得了数亿元的经济效益，至今仍保有先进水平。高歌与导师宁榥在一起（五）世界著名飞机（1）世界上最贵的飞机：B—2“幽灵”隐形战略轰炸机。美国诺斯罗普公司制造。研究时间59年，单机造价22亿美元。纳粹德国Go229“蝙蝠”战斗机2009年8月,美国国家地理频道与诺斯罗普-格鲁曼公司合作,重建一架二战德军Go229喷气式战斗机的全尺寸模型,并利用最先进技术检验其隐身性能.（2）世界上第一架能垂直起降的飞机：英国鹞式飞机。原因：安装了推力转向发动机。(2)作用在物体后面或下面,使物体向前或向上运动的力叫做推力。(1)作用在物体前面或上面,使物体向前或向上运动的力叫做拉力。尾翼平衡扭矩美国“长弓阿帕奇”武装直升机（3）世界上第一架倾转旋翼飞机：美国V—22鱼鹰。可以像直升机一样垂直起降，又具有两倍于直升机的速度与航程。研制时间48年。向上拉力向上拉力向前拉力向前拉力WeserflugP1003/1倾转旋翼机（4）世界上最先进的战斗机：美国F—22“猛禽”。美国洛克希德—马丁公司制造。4个特点：隐形，超音速巡航，超机动性，超视距攻击。（5）世界上最先进的垂直起降战斗机：美国F—35“闪电”联合攻击和战斗机。（6）世界上最先进的研究机：美国X—47B隐形舰载无人机,美国格鲁曼公司,2011年2月首飞成功.诺斯罗普X-47B舰载无人作战飞机操作员输入任务,飞机自主起飞,自主执行任务,自主降落.（7）世界最先进的民用干线客机：美国波音787梦想客机.（8）世界最先进的直升飞机：美国RAH-66“科曼奇”隐身武装直升机.（9）世界最先进的无人机美国全球鹰无人侦察机美国“捕食者”无人攻击机“地狱火”反坦克导弹“空中武士”无人机(“捕食者”的后继)火力侦察兵无人武装侦察机(诺斯罗普·格鲁门公司)波音A160T蜂鸟无人直升机美国“全球观察者”大型无人侦察机,2011年1月26日,成功试飞.翼展相当于一架波音747客机,飞行高度相当于两个珠峰,可以看到的面积相当于1/3个中国.据说,美国正在研制一种6倍音速的高空侦察机SR-72,2018年进入工程发展阶段.（10）世界最先进的巡航导弹美国“战斧”巡航导弹(白菜价:50万美元/枚,高精度:命中误差10米左右,二次打击:中途可改变打击目标;智能化:战区自主巡航2小时,自主寻找打击目标.)（11）俄罗斯T-50战斗机（苏霍伊公司，在研）（12）中国歼20战斗机(在研,四川成都飞机制造公司)（13）中国歼31战斗机(在研,辽宁沈阳飞机制造公司)（14）中国辽宁号航空母舰舰载战斗机歼15(沈阳飞机制造公司)走你中国翼龙无人机(在试)2013年11月21日,中国利剑隐身无人机成功首飞。(沈阳飞机设计研究所)中国未来战机想像图（13）中国正在研究的第四代战斗机：”龙王”战斗机。“暗剑”无人战斗机。鹏程万里(中国最新隐身无人侦察机)中国C919大型客机(2017年5月5日首飞成功)（六）未来飞机：空天飞机设计目标：2小时炸遍全球。（1）爬升4000米，飞出大气层。（2）利用惯性滑翔。（3）落回4000米，再爬升。（4）到达目的地投弹。（5）返回大气层降落。2010年4月22日至12月5日,美国X-37B空天飞机首次试飞,太阳能电池技术使其最久飞行270天.2010年4月,美国“猎鹰”超高速无人机HTV-2发射并试飞成功.最高飞行速度接近22马赫.美国“猎鹰”HTV-2超高声速实验飞机2011年8月11日上午,一枚“牛头怪IV型”火箭搭载“猎鹰”HTV-2飞机在美国加州范登堡空军基地成功发射升空,但在太空边缘与火箭分离后,“猎鹰”飞机在独自飞行并返回地球时失去联系。“猎鹰HTV-2号”被称为有史以来最快的飞机,其速度可达约20倍音速。2010年5月26日,美国进行了X-51A“驭波者”极超音速巡航导弹,导弹以6马赫的速度飞行120秒后坠入太平洋.“X-51A导弹能够在一小时内打击地球表面上任何一个目标.”俄罗斯MAKS微型航天飞机设想图欧空局云霄塔空天飞机 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设想图英国太空巴士空天飞机设想图德国桑格尔空天飞机设想图中国空天飞机(在研)中国环球巴士设想图中国华魂1号空天航母设想图中国华魂1号空天航母设想图美国空天航母设想图（七）美国航空科技领先世界的原因美国波音飞机制造公司创始人波音在1929年说：“我将努力让周围的人像我一样,感觉到我们是一群新科技和新工业的拓荒者,我们所面临的难题,都是前人见所未见,闻所未闻的。在我们的观念里,没有什么是荒诞不经的,也没有什么是不能做到的。我们的工作就是不断地研究与实验,并且尽快地把实验出来的结果做成成品,绝不让已经改良的飞行器及飞行装备终止我们不断求新求变的心。”这段话被刻在了波音公司总部大楼的大厅里。2015年2月3日,美国新一轮国防军费中正式包含了第六代战斗机研发费用。洛马公司臭鼬工厂2万名工程师600多个项目2030年装备部队波音公司鬼怪工作部4000名工程师500多个项目2030年装备部队LRS-B:未来远程打击轰炸机2025年装备部队2015.5.22美国S-97“袭击者”高速直升机首飞成功。(西科斯基公司)第六代战斗机视频（七）2007年中国第二届创新杯未来飞行器设计大赛作品欣赏翼身融合飞机“蓝鲨”战斗机“雪鸮”垂直起落战斗机900座商用客机变前掠翼矢量发动机预警机三风扇垂直起落飞行器“飞翔的舞者”未来私人空中交通工具同时使用前后掠翼的错列复翼飞机(研究生组第一名,乔治亚理工学院)STINGRAE概念飞机(本科生组第一名,弗吉尼亚理工大学)QUEIA概念飞机(本科生组第二名,迈阿密大学)Oionos4333概念飞机(国际组的冠军,加里●莱德曼,澳大利亚悉尼科技大学)