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航空航天技术的发展

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航空航天技术的发展 一、航空技术的发展 n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 n1900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 n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 n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 • 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 Wilbur Wright,1867-1912,弟弟Orville Wright,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(Kill Devil Hills beach),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 n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 n1920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(Charles Augustus Lindbergh,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(Robert Esnault- 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.Gagalin 1934-1968 1961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。
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