航空航天技术的发展

航空航天技术的发展一、航空技术的发展我国在战国时代有了风筝、三国时代有了孔明灯、晋代有了竹蜻蜓、宋代有了火箭的发明。它们是人类早期对重物升空的尝试。达芬奇和他的飞机草图1505年，达·芬奇写成了研究手稿《论鸟的飞行》。达·芬奇是大画家，在这篇论文中，图文并茂。根据鸟的飞行原理，达·芬奇设计了飞机、降落伞、直升机。他考虑最多的是扑翼机。热气球1783年10月21日法国的蒙格菲兄弟在巴黎成功地进行了载人的热气球试验。齐柏林和他的飞艇1900年7月德国的齐伯林以铝为构件的硬式飞艇试验成功。时速达每小时30公里。齐伯林的飞艇几经改进，到1911年的齐伯林七号，装有420马力的发动机，时速大约每小时58公里，并且被用于第一次世界大战，去对法国作战。凯利和他设计的飞机1809－1810年凯利分三次在英国的《自然哲学、化学和技艺》杂志上发表了题目为《论空中航行》的论文。这是世界上最早的航空论文，也是世界上现代航空的标志。所以凯利后来被人们称为“航空之父”。利林塔尔和他的飞行图德国的利林塔尔，1889年发表了一本《鸟类飞行的艺术》，这本书对后来的飞行影响很大。为了改进他制造的滑翔机，他进行了2000次以上的飞行试验。他对滑翔机不断改进，最长的一次飞行是从15米高的山头上起飞，滑翔了300米远。兰利和他的飞机兰利将他的研究结果写成一本书《空气动力学实验》。这本书是最早的比较系统的实验空气动力学著作，对后来的飞机研究者，包括莱特兄弟影响很大。莱特兄弟和他们的飞机莱特兄弟的飞机试飞图•美国在俄亥俄州开自行车修理店的莱特兄弟为德国的利林塔尔的牺牲精神所鼓舞，决心试制飞机。他们首先从制造滑翔机开始，从1899年开始，逐渐改进。1901年莱特兄弟（哥哥WilburWright，1867－1912,弟弟OrvilleWright，1871－1948）为了实验和改进翅膀，建造了风洞，他们研究与比较了200种以上的机翼形状。到1902年秋，已经积累了上千次滑翔经验，掌握了飞行的理论与技术。•最后，他们决心制造装有发动机与螺旋桨的飞机。经过艰苦的研究，终于制成了4缸8马力的内燃发动机，并且用枞木制造了螺旋桨。1903年12月17日在北卡罗来纳州的刺鬼山海岸（KillDevilHillsbeach），对他们制成的“飞行者”1号进行了试飞。经过4次试飞，最好的成绩是在空中飞行59秒，飞行距离259.7米的记录。那次试飞，他们发了50封邀请信，结果只来了5个人，报界对此反映冷淡。•1904年进行了“飞行者”2号试飞，总共飞行了105次，最长飞行记录是飞行了5分钟，距离为4.4公里。后来他们对飞机的操纵性能做了改进，1905年6月，制成了“飞行者”3号。经过50次试飞，在10月5日达到了持续飞行38分3秒、飞行距离38.6公理的记录。经过各种姿态的飞行试验，说明这架飞机已经具备实用性。•莱特发明的飞机虽然已经达到了实用阶段，但是要得到社会的承认与支持还经过了一段艰苦的努力。莱特兄弟首先向美国陆军谈判，希望获得支持，但是陆军反应冷淡，说是要等到他们造出除驾驶员外能携带一名人员的条件下能够平飞时，才会考虑定购。后来他们又同英国人谈判也未有任何进展。在1906、1907这两年中，他们没有试验，而是转而改进发动机与螺旋桨。到1907年春，他们又制造了一架新飞机，由莱特兄长带到欧洲，商谈申报专利与生产问题，也没有得到什么结果。整个世界对他们数年的成功试飞没有什么反应。•1907年12月23日，美国政府愿意提供25000美元的资金，招标制造一架能载两人、飞行速度每小时64.4公里、飞行距离125公里的飞机。为了说服美国官方，1908年2月莱特兄弟进行了一次飞行表演，美国战争部同意到场观看。同年3月莱特与战争部签订制造飞机的协议。•1908年8月莱特弟弟在法国、1908年9月莱特兄长在美国进行了飞行表演。都相继取得了成功，这些成功的表演新闻界广为报导，这才使他们成为全世界注目的英雄。冯如1883-1912冯如，广东恩平人，12岁赴美当童工，后在一家工厂当工人。经过数年的自学研究，积累了不少机械制造方面的知识。1906年，冯如在旧金山与当地华侨和亲友集资创办飞机制造公司。1907年，广东机器制造厂在美国奥克兰市成立，从事研制飞机。经历了6次失败后，在1911年初，于奥克兰市成功地进行了多次航空表演，而且创造了时速105公里的新记录。当时孙中山先生也在美国，观看了他的飞行表演，在观看后发表讲话时对冯如的成功大加称赞，鼓励他回国为祖国服务。1911年3月冯如回国，不幸在1912年8月25日的一次飞行表演中因飞机失事而牺牲。林白1902-19741920年美国的企业家奥太格悬赏25000美金，给第一个从纽约到巴黎的飞行者。1927年5月21日，美国人林白（CharlesAugustusLindbergh,1902－1974）领走了这笔奖金，航程5810公里，历时33.5小时。林白后来多年任泛美航空公司的高级技术顾问，他也是第一批改进机械心脏泵的发明者之一。•人们终于迎来了20世纪这个航空的新世纪。从1916年开始，在英国、荷兰、比利时、德国、法国、苏联、美国等国先后成立了国内与国际的航空公司，办理客货运。1950－1970年间，在欧美各国的长途客运几乎都让位给航空了，而铁路长途客运倒闭。在二次世界大战之后，又出现了喷气式超音速飞机。所有这些都得益于力学的发展。二、航天技术的发展齐奥尔可夫斯基像齐奥尔可夫斯基在1898年完成了论文《利用喷气工具研究宇宙空间》，但是论文直到1903年才在莫斯科的《科学评论》杂志上发表。论文开创了变质量力学，并且由此推导出火箭运动的基本公式，后人称之为齐奥尔可夫斯基公式。论文导出了火箭要克服地球引力所要具有的最小速度，即第一宇宙速度为每秒8公里。并且给出了液体燃料是最理想的推进剂。1919年齐奥尔可夫斯基发表了论文《太空火箭列车》。这是关于多极火箭的最早的研究。•法国人埃斯诺－贝尔特利（RobertEsnault-Peltrie,1881－1957）独立于齐奥尔可夫斯基的工作，在1912年发表了论文《关于无限减轻发动机重量的可能性的结果的思考》。论文得到了和齐奥尔可夫斯基相同的结论。他计算得到火箭逃出地球的速度为每秒11.28公里，即现今说的第二宇宙速度。他设计了到达月球、金星与火星的火箭以及飞行策略。•齐奥尔可夫斯基与埃斯诺－贝尔特利的研究工作奠定了航天技术的理论基础。戈达德和他的液体火箭奥伯特作液体火箭试验（右立者）布劳恩和他的V-2火箭从1944年起，直到1945年德国法西斯覆灭，德国共向盟国各地区、特别是英国发射了V－2火箭3745枚。布劳恩投降美军后，到美国陆军装备设计研究局工作，后任陆军弹道导弹发展处处长。1955年入美藉。先后领导研制成功红石、丘辟特、潘兴等火箭，并用火箭发射美国第一颗人造卫星成功。1960－1970任马歇尔航天中心主任，1961年任肯尼迪总统的空间事务科学顾问，分管阿波罗工程。美国将人送上月球，就是用的他主持设计的土星火箭。1970年任美国国家航空航天局主管计划的副局长，1972年辞职。可以说布劳恩的一生，是研制火箭成功的一生。苏联第一颗人造卫星1957年10月4日，苏联在拜科努尔航天发射场发射成功第一颗重83.6公斤的人造卫星。它的轨道近地点215公里、远地点947公里。它在天上运行了92天。这颗卫星进行了高空空气阻力的测量，完成了地面大气密度的测量等多方面的研究。第一个宇航员伽伽林Y.A.Gagalin1934-19681961年4月12日，苏联把宇航员加加林送入地球轨道，运行了108分钟，开辟了人类进入太空的纪元。美国阿波罗11的发射指挥队伍阿波罗11号是美国国家航空航天局的阿波罗计划中的第五次载人任务，是人类第一次登月任务。1969年7月20日，阿姆斯特朗与奥尔德林成为了首次踏上月球的人类。•以再入大气所遇到的力学问题来说，就要求解决：再入大气时的入角大小要合适，过大过小都不行；再入大气后的数分钟内，由于大气的电离层隔断无线电通讯，要解决飞行器精确自动控制的能力问题；再入大气后飞行器与空气摩擦产生的高温（1000℃以上）问题等。而在所有飞行的各个环节中，火箭的条件，包括加速度、温度都要控制得适合人的生存。火箭要解决的技术问题航天飞机航天飞机是一种垂直起飞、水平降落的载人航天器，它以火箭发动机为动力发射到太空，能在轨道上运行，且可以往返于地球表面和近地轨道之间，可部分重复使用的航天器。•航天飞行还在发展，前程无量。