空天科技：机器征途(1)

第一部分空天科技的起源与现状起源与现状空天科技起源与现状古代人类“美好”而“疯狂”的航空航天思想正是这些神话故事表达了人类意欲征服天空的美好愿望，激发了人们创造飞行器的兴趣万户飞天夸父追日嫦娥奔月空天科技起源与现状（续）古代人类“另类”的发明风筝：用于军事和信号传递竹蜻蜓：直升机原理神火飞鸦：明朝的另一种火箭武器，利用火箭推力，把炸药送到敌方阵地空天科技起源与现状（续）古代人类“另类”的发明走马灯：利用加热空气冲动纸轮旋转是现代喷气发动机燃气涡轮的鼻祖汉代卧褥香炉：陀螺仪中万向支架原理达·芬奇的直升机空天科技起源与现状（续）近代人类“另类”的发明空天科技起源与现状（续）空天科技起源与现状（续）远古祖先钻木取火木牛流马铜壶滴漏机关埋伏太阳能机车永动机世纪原子钟计算机病毒机器的征途战斧精确打击空天科技起源与现状远古自动控制的经典——风车提水近代信息技术的经典——离心飞锤蒸汽机现代信息技术的经典——沟通无极限的网络——机械化、电气化和信息化——简单化、复杂化和智能化空天科技起源与现状民用领域军事领域——准备打别人和准备被别人打——“懒惰的人”的杰作空天科技起源与现状第一部分空天科技的起源与现状航空航天基本概念航空航天基本概念航空与航天1）航空航天是人类拓展大气层和宇宙空间的产物2）航空航天已成为21世纪最活跃和最有影响的科技领域3）航空航天技术表征着一个国家科学技术的先进水平航空航天基本概念（续）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，必须具备空气介质军用航空民用航空航空航天基本概念（续）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军用航天民用航天航空航天基本概念（续）航空与航天1）航空：20Km以下2）平流层:20-100Km3）航天：100Km以上航空航天基本概念（续）航空与航天环境航空航天基本概念（续）我们侵犯了谁的领空？空天科技现状与趋势航空与航天飞行器满天的飞行器：机器的征途航空航天基本概念（续）航空与航天从科学技术的角度看，航空与航天之间是紧密联系的航空和航天技术都是高度综合的现代科学技术航空航天的发展都对军事以及国民经济和社会生活产生了重大影响第一部分空天科技的起源与现状飞行器的分类与构成飞行器的分类与构成航空与航天飞行器航空器：在大气层内飞行的飞行器称为航空器航天器：主要在大气层外空间飞行的飞行器称为航天器火箭和导弹：均以火箭发动机为动力升空，可在大气层内外飞行飞行器的分类与构成（续）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航空器在空中的飞行必须具备动力装置产生推力或拉力来克服前进的阻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飞行器的分类与构成（续）航空器飞行器的分类与构成（续）代表性航空飞行器1）航空飞行器：——飞机飞行器的分类与构成（续）航空器滑翔机扑翼机飞行器的分类与构成（续）航空器倾转旋翼机旋翼机飞行器的分类与构成（续）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飞行器的分类与构成（续）航天器飞行器的分类与构成（续）代表性航天飞行器2）航天飞行器：——绕地飞行器、空天飞行器、深空探测器飞行器的分类与构成（续）代表性航天飞行器2）航天飞行器：——绕地飞行器——卫星、航天飞机、宇宙飞船飞行器的分类与构成（续）代表性航天飞行器2）航天飞行器：——空天飞行器——空天飞机、轨道攀登者飞行器的分类与构成（续）代表性航天飞行器2）航天飞行器：——深空探测器——火星探测器、月球探测器、深空探测器飞行器的分类与构成（续）航天器飞行器的分类与构成（续）航天器飞行器的分类与构成（续）火箭与导弹: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飞行器的分类与构成（续）空天飞行器导弹：——战术导弹、战略导弹空天飞行器平流层飞行器：——飞艇、气球、太阳能飞机唯一一个尚未有商业飞行器运行的空间飞行器的分类与构成（续）第一部分空天科技的起源与现状航空航天发展概况航空航天发展概况航空发展概况中国的风筝是航空器的始祖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1000m高的空中，飞行了12km航空航天发展概况（续）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2237W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航空航天发展概况（续）气球与飞艇（续）用飞艇作交通工具，既经济又实惠，因此，在20世纪30年代之前飞艇得到了迅猛地发展，是早期航空运输的主要工具1900年，德国的齐柏林制造出了齐柏林号飞艇。1910年德国用这种飞艇作为运输工具建立了第一条定期空中航线艇长250米，直径41米，重约230吨，在地面上要有4~5个足球场才容纳得下航空航天发展概况（续）气球与飞艇（续）1937年兴登堡号在美国赫斯特湖附近的机场着陆时爆炸起火，标志飞艇盛世就此结束航空航天发展概况（续）气球与飞艇（续）尽管用飞艇作交通工具，既经济又实惠，但是由于飞艇的体积庞大、飞行速度低、在空中调度困难等缺点，因此从30年代开始就逐渐被飞机所取代航空航天发展概况（续）飞机诞生的前夜轻于空气的飞行器的上天，激励着人们去探索利用重于空气的飞行器进行飞行航空航天发展概况（续）飞机诞生的前夜（续）为使机械动力飞行获得成功，需要解决两个问题：飞行器动力和升力的问题飞行器飞行控制(稳定和操纵)的问题航空航天发展概况（续）飞机诞生的前夜（续）一种流派试图先解决动力问题，使飞行器升空，然后再解决控制问题，其代表人物有法国的阿代尔等阿代尔在1890年10月09日制成了一架蝙蝠状的飞机进行试飞，但终因控制问题而摔坏航空航天发展概况（续）飞机诞生的前夜（续）另一派则先利用无动力的滑翔机的飞行解决控制问题，再在滑翔机上装上发动机，使之成为可飞行的飞机在试验滑翔机的飞行方面，成绩最为显著的是德国的奥图·李林达尔航空航天发展概况（续）飞机诞生的前夜（续）1843年，英国W.S.亨森制造出单翼机1843年，凯利的四旋翼飞车1871年，英国彭劳制造出杆身橡筋动力模型飞机1882年，俄国莫查依斯基的单翼机1890年，法国阿代尔的“蝙蝠”机1891年，美国兰利的飞机。。。。。。航空航天发展概况（续）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航空航天发展概况（续）早期飞行探索与飞行记录到1909年，美国、法国和英国都先后建立了飞机制造公司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日在广州燕塘飞行表演中壮烈牺牲航空航天发展概况（续）早期飞行探索与飞行记录（续）1909年7月25日，法国人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6500m航空航天发展概况（续）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航空航天发展概况（续）飞机进入战争一战中，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200个，配套发动机制造厂80家，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航空航天发展概况（续）飞机进入战争（续）飞机首先被用于侦察；继而装上机枪，专门进行空中格斗后来又带上炸弹，去轰炸敌方的地面阵地为将敌机驱逐出己方阵地，驱逐机应运而生还有的飞机专门执行对地面部队攻击的任务在大战的硝烟中，诞生了一群“铁鸟”──侦察机、战斗机、轰炸机、强击机和教练机等航空航天发展概况（续）飞机进入战争（续）后来又带上炸弹，去轰炸敌方的地面阵地为将敌机驱逐出己方阵地，驱逐机应运而生还有的飞机专门执行对地面部队攻击的任务航空航天发展概况（续）飞机进入战争（续）后来又带上炸弹，去轰炸敌方的地面阵地还有的飞机专门执行对地面部队攻击的任务航空航天发展概况（续）飞机进入战争（续）一战中的飞机航空航天发展概况（续）一战后快速发展的民用航空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等航空航天发展概况（续）一战后快速发展的民用航空20年代设计的客机，主要是大型双翼机，开始采用封闭客舱，载客量一般不超过40名航空航天发展概况（续）一战后快速发展的民用航空简介：DC-3由美国麦克唐纳·道格拉斯制造,于1935年问世后很快成为美国空运的主要飞机，其军用编号为C-47，该机飞行稳定、经济性较好航空航天发展概况（续）二战军民用航空二战期间共100多万架飞机参战，从活塞式转变为喷气式美国F-80战机俄罗斯米格-9战机航空航天发展概况（续）现代军用战机1954年，美国F-100“超佩刀”和前苏联的米格-19问世，这是两架服役的仅依靠本身喷气发动机即可在平飞中超过音速的战斗机，此为第一代战机美国F-100战机俄罗斯米格-19战机航空航天发展概况（续）现代军用战机在1958年，F-104和米格-21又将平飞速度记录提高到了M2.0，此为第二代战机美国F-104战机俄罗斯米格-21战机航空航天发展概况（续）现代军用战机F-16和米格-29又将平飞速度记录提高到了M3.0，此为第三代战机美国F-16战机俄罗斯米格-29战机航空航天发展概况（续）现代军用战机F-22和F-35，此为第四代战机美国F-22战机美国垂直起降“鹞”战机航空航天发展概况（续）现代民用飞机波音707、波音747波音707波音747航空航天发展概况（续）现代民用飞机波音系列航空航天发展概况（续）现代民用飞机协和超音速客机航空航天发展概况（续）现代民用飞机新一代客机第一部分空天科技的起源与现状航空航天科技与学科空天科技现状与趋势（续）空天科技与学科支撑1）总体与空气动力学2）结构与材料科学3）能源与动力推进4）信息与控制科学5）环境控制与人机工效空天科技现状与趋势（续）空天科技与学科支撑（续）1）总体与空气动力学:总体综合设计技术（多目标优化，总师）空气动力学（飞机）水动力学（潜艇、鱼雷）气动热（高速导弹、航天飞机隔热）湍流（复杂环境、风切变）空天科技现状与趋势（续）空天科技与学科支撑（续）2）结构与材料科学超大跨度结构（桥梁、艇库）膜结构（充气、移动）复合材料（轻质、隔热、强度）空天科技现状与趋势（续）空天科技与学科支撑（续）3）能源与动力推进能源介质（油、液态氢、太阳能）动力推进（螺旋桨、喷气、电离子）空天科技现状与趋势（续）空天科技与学科支撑（续）4）信息与控制科学通信与测控（放