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航空航天的发展史(世界)

2020-01-20 20:28 作者:admin

  航空航天的发展史(世界)_理学_高等教育_教育专区。航空、航天技术的发展 今天不可能的事明天将变为可能。 ---康·埃·齐奥尔可夫斯基 一、早期人类对于飞行的探索 二、早期的飞机 三、航天技术的发展 ? 20世纪是人类开始的航空与航天的世纪。

  航空、航天技术的发展 今天不可能的事明天将变为可能。 ---康·埃·齐奥尔可夫斯基 一、早期人类对于飞行的探索 二、早期的飞机 三、航天技术的发展 ? 20世纪是人类开始的航空与航天的世纪。 在人类开创的种类繁多的技术领域中,这 两个领域是与力学学科关系最为密切、也 最具有代表性的领域。由于力学的发展, 才使航空和航天成为可能;也由于航空和 航天的技术需要,刺激和推动了新的力学 问题的研究,特别是应用力学与工程力学 的研究。 ? 力学学科从它诞生起就是与社会生活紧密相连 的,在精神生活的领域方面它为破除迷信冲破 精神枷锁开路,在改变人类的物质生活方面, 它是社会生产力最活跃的因素。 ? 和人类文明进程密切相关的工程技术领域很多, 如土木、机械、化工、电机、交通、造船、纺 织、材料、能源等等,在每一个领域力学都发 挥了举足轻重的作用,我们不可能面面俱到地 讲清楚这所有的领域同力学的相互作用,只能 选择这些领域中最具有代表性的航空与航天两 个领域来介绍,必要的时候,也顺带涉及到相 关的领域。 一、 早期人类对于飞行的探索 ? 流体力学的理论发展,为航空工业的诞生 准备了理论基础。在19世纪末,不少人进 行了飞行的探索。这些探索为20世纪初的 实际飞行准备了条件。最后终于迎来了一 个新兴的工业部门的诞生,这就是航空工 业的产生与发展。 我国晋代有关于竹蜻蜓的记载,是一种借旋转惯性以 升空的玩具。 1、达·芬奇的《论鸟的飞行》 ? 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。 ? 在欧洲的文艺复兴时代,在达·芬奇的扎记中记载了他对滑翔升空的构 想。据说他曾经花了20多年观察与研究鸟、蝙蝠、昆虫的飞行,并且 计 划 将 他 的 发 现 写 成 一 本 著 作 。 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。他指 出“由于大气本身是具有可压缩的性质的物质,当有某种物体以比它 的流动更快的速度拍击大气时,它就要受到压缩。”还指出“除非翅 膀拍击空气的运动比空气压缩时自身的运动速度快,否则翅膀下的空 气不会变得很密,因此鸟就不会在空中支承自己的重量。”达·芬奇在 这里已经有了作用与反作用的思想,即鸟的翅膀拍击空气,空气给鸟 的翅膀以升力。达·芬奇还研究了鸟的羽毛的结构,他的结论是:羽毛 的排列特点是当它向下扇动时,结构是密的压缩空气的效果显著;而 当翅膀上扬时,羽毛变的疏散以减少空气阻力。 达·芬奇 Leonardo da Venci 1452-1519 的自画像和飞机的草图 ? 达·芬奇还观察到在山谷或一定条件下会产生向上 的气流,鸟经常利用这种上升的气流,高飞而又 节省力气。他进一步注意到鸟一般都是逆风而很 少顺风飞行。他说:“鸟逆风飞行可以不必扇扑 翅膀,这得益于下降时下面的气流。利用放松运 动使之处于气流之上。”他在这里已经有了空气 动力产生升力的萌芽,这是极可宝贵的体验。 ? 此外达·芬奇还对鸟的起飞、降落、转弯、滑翔等 动作,并且给了许多合理的解释。 ? 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,他说:“鸟是 一架按数学定律工作的机器,人具有复制这架机 器全部运动的能力。它的强度可能不会符合,因 为缺少维持平衡的动力。我们可以说,人们建造 这种机器不缺少任何东西,只有鸟的生命除 外。”[1]后来的历史发展证明,达·芬奇的这个论 断是十分正确的。 [1] 艾玛·阿·里斯特著,郑福洁译,《莱奥纳 多·达·芬奇笔记》,三联书店,1998年,第102页 2、利用气球飞行 ? 1783年10月21日来自法国里昂附近蒙格菲 兄弟在巴黎成功地进行了载人的热气球试 验。由于蒙格菲的成功,巴黎科学院拨出 经费进行气球的研究,在同年12月1日,在 巴黎研究以氢气作气球的查礼成功地进行 了一次载人的氢气球试验。 蒙格菲兄弟 成功地 载人热气球 试验 ? 1851年法国的吉法尔决定在长40米的气球上安装 上50马力的蒸汽机,蒸汽机带动螺旋桨推进,这 是最早的飞艇。时速可以达到每小时10公里。 ? 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。 齐伯林 Ferdinand von Zeppelin 1838—1917 齐伯林的气球 ? ? 利用氢气比重比空气小的性质进行飞行, 是基于流体静力学原理,即在古希腊由阿 基米德所发现的浮力原理。虽然后来历经 改进,采用氦气,采用金属外壳,还安装 了发动机进行飞行,但是由于它既笨重又 不安全,所以后来慢慢被飞机淘汰了。 3、凯利的飞行研究 ? 在达·芬奇系统地研究鸟的飞行之后的数百年间, 人们似乎忘掉了航空。特别是,在18世纪末,当 法国人乘气球升空得到成功,并热衷于研究靠气 球飞行、又逐步并取得进展的时候,在法国没有 人再关心飞机飞行了。 ? 到 了 19 世 纪 初 , 英 国 人 乔 治 ·凯 利 ( George Cayley,1773-1858)才又提出这个问题,而且 比达·芬奇更前进了一步. ? 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”。在论文中,他明确说:“全部问 题是给一块平板提供动力,使之在空气中产生并 支持一定的重量。”文中他经过精心计算,给出 了一架飞机的设计参数,换为现在的单位:当平 板的面积为60平方米、迎风角为6度、速度为每 秒10米时,升力可以支承90千克的人机总重。他 并且说:“如果这块平板

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