1、第一章第一章 航空航天发展概况航空航天发展概况 航空航天概论航空航天概论 1.1 航空航天的基本概念航空航天的基本概念 1.1.1 1.1.1 航空航空 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。 航空应具备：空气、升力、推力。 航空技术学科基础：空气动力学。 航空：军用与民用。 军用航空：用于军事目的的飞行活动。 民用航空：为国民经济服务的非军事飞行活动，分商用和通用。 1.1.2 1.1.2 航天航天 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， 又称空间飞行或宇航飞行。 航天的实现：克服或摆脱地球引力。 人类飞行活动的三个阶段：航空、航天和航宇。 军用航天：军用卫
2、星系统、反卫星系统、军事载人系统。 民用航天：空间物理探测、天文探测、卫星气象探测和海洋观测、 卫星广播通信、卫星导航、地外生命探索等。 1.1 航空航天的基本概念航空航天的基本概念 1.1.3 1.1.3 航空航天的地位和作用航空航天的地位和作用 航空航天是高度综合的现代科学技术。 航空航天发展与其军事应用密切相关：航空航天发展与其军事应用密切相关： 航空武器是空军武器的重要组成部分，是空军战斗力的物质基础。 空中力量对战争结局具有重大影响。 卫星已成为当今作战指挥和战略武器系统的重要组成部分。 航空航天取得的重大成就对国民经济产生了重大影响：航空航天取得的重大成就对国民经济产生了重大影响：
3、 航空发展改变了交通运输结构。 航天技术与其他科学技术相结合开创了许多新兴的商业途径，产生 了巨大的经济和社会效益。 1.1 航空航天的基本概念航空航天的基本概念 航空航天为科学研究的发展做出了重要贡献：航空航天为科学研究的发展做出了重要贡献： 航天技术开启了从太空观测、研究地球和整个宇宙的新时代。 推动了天文学、空间物理学、高能物理学和生物学的发展形成了新 的学科分支。 空间实验室的特殊环境可用于开展地球上无法完成的物理、化学、 生物、医药、新器材和新工艺等方面的综合研究工作。 航空航天是附加值很高的新技术产品：航空航天是附加值很高的新技术产品： 航空航天产业已经成为部分发达国家经济的重要组
4、成部分。 1.1 航空航天的基本概念航空航天的基本概念 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 飞行器：飞行器：在地球大气层内、外飞行的器械。 飞行器按工作环境和方式分类：航空器、航天器、火箭和导弹。 航空器：航空器：在大气层内飞行的飞行器。 航天器：航天器：在大气层外空间飞行的飞行器，按照天体力学的规律在太空运 行。世界上第一个航天器是苏联1957年10月 4日发射的“人造地球卫星 1号”；第一个载人航天器是苏联航天员加加林乘坐的东方号飞船；第一 个把人送到月球上的航天器是美国“阿波罗11号”飞船；第一个兼有运 载火箭、航天器和飞机特征的飞行器是美国“哥伦比亚号”航天飞机。 火箭：火箭：以火箭发动
5、机为动力而升空，可在大气层内外飞行。 导弹：导弹：是带有战斗部、依靠制导系统控制飞行轨迹的飞行武器。 1.2.1 1.2.1 航空器航空器 升空条件：航空器能产生克服自身重力的升力。 依据产生升力的基本原理不同，航空器可分为轻于同体积空气的航空器和重于同体 积空气的航空器两类。 航空器 轻于空气的航空器 重于空气的航空器 气球 飞艇 固定翼航空器 旋翼航空器 扑翼机 倾转旋翼机 滑翔机 飞 机 直升机 旋翼机 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 1 1）轻于空气的航空器）轻于空气的航空器 依靠空气静浮力升空，包括气球和飞艇，是最早出现的航空器。 热气球 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 1.2
6、飞行器的分类飞行器的分类 2 2）重于空气的航空器）重于空气的航空器 依靠自身与空气相对运动产生的空气动力升空飞行。 包括固定翼、旋翼两类，扑翼机和倾转旋翼航空器。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 （1 1）固定翼飞机）固定翼飞机 包括飞机和滑翔机。 飞机是在大气层内飞行，由动力装置产生前进推力，由固定翼产生升力。 按发动机不同分为：喷气式飞机和螺旋桨飞机。 滑翔机是指没有动力装置的重于空气的固定翼航空。在无风情况下，可 依靠自身重力分量获得动力做下滑飞行，称为滑翔滑翔；如遇到上升气流， 可实现平飞或升高，称为翱翔翱翔。滑翔和翱翔是滑翔机的基本飞行方式。 滑翔机主要用于体育运动。一般由狭长的
7、机翼、光滑细长的机身和尾翼 组成。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 （2 2）旋翼航空器）旋翼航空器 包括直升机与旋翼机。 直升机：以航空发动机驱动旋翼旋转提供升力和动力来源，能在大气中 垂直起落及悬停，并能进行前飞、后飞、侧飞和定点回旋等可控飞行的 重于空气的航空器。 直升机组成：机身、起落架、动力装置、旋翼系统、操纵系统和其他机 载设备。 直升机按旋翼反作用扭矩平衡方式分类：单旋翼带尾桨直升机、双旋翼 共轴直升机、双旋翼纵列直升机和双旋翼横列直升机，双旋翼交叉式直 升机。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 单旋翼带尾桨直升机：机身上部装有一副巨大的旋翼，机身后部有长长 的尾梁，尾梁末端的
8、垂尾一侧，装有一副小尾桨。尾桨旋转起来，产生 的推力或拉力会形成与旋翼反作用扭矩方向相反的平衡力矩。优点：优点：结 构简单，易于操纵，适用范围较广。缺点：缺点：尾桨不产生升力，在旋翼和 机身尾涡的不良气动环境里工作，气动效率较低，暴露在外的尾桨不利 于飞行安全，70年代出现有涵道尾桨。 米-26AH-64“阿帕奇”直-9 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 双旋翼共轴直升机：双旋翼共轴直升机：两副完全相同的旋翼，一上一下安装在同一根旋翼 轴上，两旋翼间有一定间距。两副旋翼的旋转方向相反，反扭矩互相抵 消。直升机的航向操纵靠上下两旋翼总距的差动变化来完成。优点：优点：结 构紧凑，外形尺寸小，飞行稳
9、定性好，便于操纵，气动力对称，悬停效 率较高。缺点：缺点：操纵机构复杂。 卡-26直升机 卡-50直升机 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 CH-47支奴干直升机（Chinook） 双旋翼纵列直升机：双旋翼纵列直升机：具有两副沿机体纵 向前后排列并相逆旋转的旋翼的直升机。 两副旋翼分别安装在前后两个塔座上， 两副旋翼完全相同，旋转方向相反，反 作用扭矩互相平衡。 优点：优点：纵向重心范围大，可设计大机身。 缺点：缺点：结构复杂，机动性较差，前旋翼 尾涡对后旋翼会造成气动干扰，为降低 气动干扰通常把后旋翼装得高一些。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 米-12直升机 双旋翼横列直升机：双旋翼横列
10、直升机：两副旋翼一左一右分别安装在机身两侧的两个支架 上。两副旋翼完全相同，旋转方向相反，旋转时反作用扭矩相抵消。 优点：优点：平衡性好。 缺点：缺点：与双旋翼纵列式直升机类似。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 H-43爱斯基摩 双旋翼交叉式直升机：双旋翼交叉式直升机：与其它双旋翼直升 机一样装有两副完全一样，旋转方向相反 的旋翼，但两旋翼轴不平行，分别向外侧 倾斜，横向轴距很小，两副旋翼在机体上 方呈交叉状。设计中需要考虑两副旋翼的 协调性。 优点：优点：稳定性比较好，适宜执行起重、吊 挂作业。 缺点：缺点：因双旋翼横向布置，气动阻力较大， 但由于两旋翼轴间距较小，其气动阻力相 对双旋翼横
11、列式直升机小一些。 主要研究单位为：主要研究单位为：美国的卡曼公司。 K-MAX起重运输直升机 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 （3 3）扑翼机（）扑翼机（ornithopterornithopter ） 扑翼机是指机翼能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动的重于空气的航空扑翼机是指机翼能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动的重于空气的航空 器，又称振翼机。器，又称振翼机。扑动的机翼不仅产生升力，还产生向前的推动力。 最早的扑翼机也许就是英国的修道士罗杰培根在1250年发表的工 艺和自然的奥秘一文中所记述的：“供飞行用的机器，上坐一人，靠供飞行用的机器，上坐一人，靠 驱动器械使人造翅膀上下扑打空气，尽可能地模仿
12、鸟的动作飞行。驱动器械使人造翅膀上下扑打空气，尽可能地模仿鸟的动作飞行。”。 15世纪初，意大利欧洲文艺复兴时期的文艺、科学巨擘达达芬奇芬奇研究 了鸟翅，利用物理和解剖知识设想的扑翼机为：人俯卧在扑翼机中部， 脚蹬后顶板，手扳前部装有鸟羽的横杵，就像划桨一样扇动空气，推动 飞行。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 扑翼机产生升力和推力的机理非常复杂，目前动力规律还没有人们 完全掌握，具有实用价值的扑翼机还处于研制阶段。 扑翼机方案是微型航空器的一种可选布局形式。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 （4 4）倾转旋翼机）倾转旋翼机 倾转旋翼机是一种同时具有旋翼和固定翼，并在机翼两侧梢处各装有一
13、套可在水平与垂直位置之间转动的旋翼倾斜系统组件的飞机。当旋翼倾 转系统处于水平位置时，相当于固定翼螺旋桨飞机；而当旋翼倾转系统 处于垂直位置时，倾转旋翼机相当于横列式直升机，可实现垂直起降。 美国贝尔公司研制的 V-22鱼鹰式倾转旋翼机 贝尔V-280将在2017年首飞，是美国陆 军未来直升机计划的一部分 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 1.2.2 1.2.2 航天器航天器 航天器是指在大气层以外的宇宙空间，基本按天体力学的规律运动的各 类飞行器，又称空间飞行器。可在人的控制下改变运行轨道或回收。 航天器 无人航天器 载人航天器 人造地球卫星 空间探测器 载人飞船 航天飞机 空间站 空天飞机
14、 应用科学卫星 应用卫星 技术试验卫星 月球探测卫星 行星与星际探测器 飞星式载人飞船 登月载人飞船 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 1. 1. 无人航天器无人航天器 （1 1）人造地球卫星）人造地球卫星 人造地球卫星指环绕地球飞行并在空间轨道运行一圈以上的无人航 天器。简称人造卫星。人造卫星是发射数量最多，用途最广，发展最快 的航天器。 1957年10月4日苏联发射了世界上第一颗人造卫星。之后，美国、法 国、日本也相继发射了人造卫星。中国于1970年4月24日发射了东方红1号 人造卫星。 人造卫星一般由专用系统（有效载荷）和保障系统组成（服务系统）。 专用系统：通信转发器，遥感器，导航设备
15、，科学探测仪器，各种科学 实验设备等。 人造地球卫星轨道：低轨道、中高轨道、地球同步轨道、地球静止轨 道、太阳同步轨道，大椭圆轨道和极轨道。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 东方红一号人造地球卫星 中国第一颗人造地球卫星 人造卫星“斯普特尼克”号 世界第一颗人造地球卫星 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 （2 2）空间探测器）空间探测器 空间探测器又称深空探测器或宇宙探测器。对月球和月球以远的天 体和空间进行探测的无人航天器。空间探测器装载科学探测仪器，由运 载火箭送入太空，飞近月球或行星进行近距离观测，做人造卫星进行长 期观测，着陆进行实地考察，或采集样品进行研究分析。 空间探测器按探测的
16、对象划分为月球探测器、行星和行星际探测器、 小天体探测器等。 探测器飞向月球通常是靠地面测控网和空间探测器的轨道控制系统配 合进行控制；而行星际飞行距离遥远，无线电信号传输时间长，地面不 能进行实时遥控，所以行星和行星际探测器的轨道控制系统应有自主导 航能力。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 空间探测的主要目的是：空间探测的主要目的是：研究月球和太阳系的起源和现状，通过对太阳 系各大行星及其卫星的考察研究，进一步揭示地球环境的形成和演变情 况；认识太阳系的演化，探寻生命的起源和演变历史，利用宇宙空间的 特殊环境进行各种科学实验，直接为国民经济服务。 空间探测的主要方式有：空间探测的主要方式有
17、：1）在近地空间轨道上进行远距离空间探测。2） 从月球或行星近旁飞过，进行近距离探测。3）成为月球或行星的人造卫 星，进行长期的反复观测。4）在月球或行星及其卫星表面硬着陆，利用 着陆之前的短暂时间进行探测。5）在月球或行星及其卫星表面软着陆， 进行实地考察，也可将获取的样品送回地球进行研究。6）在深空飞行， 进行长期考察。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 空间探测主要成果：空间探测主要成果： 1958年1月31日美国发射成功第一颗卫星探险者1号，首次探测到地球周围存在 一个高能电子、粒子聚集的辐射带，这就是著名的范范艾伦辐射带艾伦辐射带； 1958年末 美国发射的先驱者3号探测器，在飞离地
18、球10万千米的地方又发现了第二条辐射第二条辐射 带带；从1958年开始，人类用人造卫星、宇宙飞船、空间站和航天飞机等作为探 测手段，对近地空间的环境近地空间的环境，如地球辐射带、地球磁层、太阳辐射、极光、宇 宙线等进行了探测。从1959年开始，人类已经跨过近地空间到月球以至月球以月球以至月球以 外外的深空进行探测活动。各种空间探测器相继考察了月球，拜访了太阳系的水 星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星以及“哈雷”彗星等。回答了 过去天文学家们争议不休的许多不解之谜。美国宇航局NASA于1977年9月5日发 射的“旅行者旅行者” 1 1号号（Voyager 1Voyager 1）无人太空探
19、测器已经飞出了太阳系。“新视新视 野野”号探测器在飞行了9年、跋涉近50亿公里后，已经于北京时间2015年7月14 日19时49分飞掠冥王星。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 2121世纪的火星探测器：世纪的火星探测器： 2001年4月7日，美国发射”2001火星奥德赛奥德赛号”探测器，于2001年10月23日到达火星轨道。发现 火星表面可能有丰富的冰冻水。 美国勇气号勇气号于2003年6月10日发射升空，于2004年1月3日在火星表面成功着陆，3个月后失去联络。 机遇号机遇号于2003年7月7日发射升空，于2004年1月25日成功着陆火星。大幅超出原本设计3个月的任 务时间并工作至今。 2
20、007年8月4日，美国成功发射凤凰号火星探测器凤凰号火星探测器，凤凰号探测器于2008年5月25日在火星北极成功 着陆。 2011年11月，俄罗斯发射福布斯土壤号火星探测器土壤号火星探测器，因主动推进装置未能点火而变轨失败。搭 载的中国第一个火星探测器”萤火一号“也宣告失败。 2011年11月26日，美国好奇号火星探测器好奇号火星探测器成功发射，并于2012年8月6日成功登陆火星，2015年火 星陨石样本中发现大量甲烷，增加了火星上生命存在的可能性。 2013年11月5日，印度发射印度首颗火星探测器“曼加里安号火星探测器曼加里安号火星探测器”号。2014年9月24日， 印度“曼加里安”号成功进
21、入火星轨道。 2013年11月18日，美国“火星大气与挥发演化探测器火星大气与挥发演化探测器“发射升空，于2014年9月22日成功进入火星 轨道。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 “好奇号”火星探测器（2011） “勇气号”火星探测器（2003） “月球”16探测器（1970） 采集的月球岩石样本（1970） 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 2. 2. 载人航天载人航天 载人航天是人类驾驶和乘坐载人航天器在太空中从事各种探测、研究、 试验、生产和军事应用的往返飞行活动。 目的：突破地球大气的屏障和克服地球引力，将人类活动范围延生到整 个宇宙。利用太空和载人航天器的特殊环境进行各种研究和试验
22、活动， 开发太空极其丰富的资源。 载人航天必须突破三大技术难题： 1）大推力的运载火箭技术； 2）卫星安全返回技术； 3）良好的环境控制和生命保障系统技术。 载人航天器可分为载人飞船、空间站与航天飞机三类。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 （1 1）载人飞船）载人飞船 载人飞船是 能保障航天员在外层空间生活和工作以执行航天任务并返回地 面的航天器，又称宇宙飞船。可进行独立航天活动，也可作为地面和空间站之 间的“渡船”或与其他航天器对接后进行联合飞行。 载人飞船容积较小，受到所载消耗性物质数量的限制，不具备再补给的能 力，而且不能重复使用。 “东方”号飞船 “阿波罗”飞船“神州”5号飞船 1.
23、2 飞行器的分类飞行器的分类 （2 2）空间站）空间站 空间站又称航天站、太空站、轨道站。是 一种在近地轨道长时间运行，可供多名航天员 巡访、长期工作和生活的载人航天器。空间站 分为： 单一式：单一式：小型，一次发射完成。 组合式：组合式：较大型，分批发射组件，在太空中组 装成为整体。 前苏联是首先发射载人空间站的国家前苏联是首先发射载人空间站的国家。 国际空间站结构复杂，规模大，由航天员 居住舱、实验舱、服务舱，对接过渡舱、桁架、 太阳电池等部分组成，试用期一般为510年。 “礼炮”6号空间站 “和平”号空间站 国际空间站 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 （3 3）航天飞机）航天飞机 航天
24、飞机（Space Shuttle）是可重复使用的、往返于太空、宇宙和地面之 间的航天器或轨道器，结合了飞机与航天器的性质。航天飞机是一种有人驾 驶可重复使用的航天器。 美国研制过5种型号的航天飞机：哥伦比亚号航天飞机、挑战者号航天飞 机、发现号航天飞机、亚特兰蒂斯号航天飞机和奋进号航天飞机。苏联研制 过“暴风雪”号航天飞机，后因解体中断。 发射升空着陆与国际空间站对接 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 1.2.3 1.2.3 火箭与导弹火箭与导弹 火箭和导弹是一类特殊飞行器，它们在大气层和大气
25、层外均可飞行， 但一般都只能使用一次。 （1 1）火箭）火箭 火箭靠火箭发动机提供推进力的飞行器。火箭发动机自身携带全部推进剂， 不依赖空气或其他工作介质产生推力。根据能源不同，可分为化学火箭、 核火箭和电火箭。 化学火箭：化学火箭：固体火箭、液体火箭和混合推进火箭。 火箭按用途可分为无控火箭弹、探空火箭和运载火箭。 火箭基本组成：火箭基本组成：推进系统、箭体机构和有效载荷。 有效载荷为要运送的物质，军用火箭有效载荷为战斗部、科学研究火箭有 效载荷为科学仪器、运载火箭有效载荷为各种航天器。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 （2 2）导弹）导弹 导弹（Missile）是一种携带战斗部，依靠自身
26、动力装置推进，由制导系是一种携带战斗部，依靠自身动力装置推进，由制导系 统导引控制飞行航迹的飞行器。统导引控制飞行航迹的飞行器。有翼导弹作为一个整体直接攻击目标，弹 道导弹飞行到预定高度和位置后弹体与弹头分离，由弹头执行攻击目标的 任务。导弹摧毁目标的有效载荷是战斗部（或弹头）战斗部（或弹头），可为核装药、常规 装药、化学战剂、生物战剂，或者使用电磁脉冲。其中装普通炸药的称为 常规导弹，装核弹的称核导弹。 导弹的作用分类：导弹的作用分类：战略导弹和战术导弹。 洲际导弹：洲际导弹：射程超过8000千米的导弹。 弹道特征分：弹道特征分：弹道导弹和巡航导弹。 发射的载具的特性：发射的载具的特性：空射
27、，面射，潜射等。 攻击的目标性质：攻击的目标性质：对空，对面，对潜。 把这两项原则合并在一起就是目前最常见的各类导弹的分类系统。 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 “长征”2号运载火箭 “土星”5号运载火箭 战斧式巡航导弹 爱国者导弹 S-400萨姆导弹 AIM-120空空导弹 1.2 飞行器的分类飞行器的分类 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 18世纪的产业革命推动了科学技术的发展，为人类实现飞行奠定了基 础。20世纪初期开始，航空航天得到飞速发展并取得了辉煌的成就。 1.3.1 1.3.1 航空器发展概况航空器发展概况 1）风筝、气球和飞艇 中国的风筝是飞机的雏形，风筝又称纸鸢（yua
28、n），在中国有2000多年年历史。 它的飞行原理成为飞机空气动力学方面最优价值的机理之一。五代时期出现的孔明 灯，又称松脂灯，被看成是热气球的雏形。东晋时代发明的“竹蜻蜓”玩具，其飞 行原理和直升机类似。 在国外，中世纪有人企图用羽毛制成翅膀模拟鸟儿飞行，并持续至17世纪。文 艺复兴时期达芬奇达芬奇科学研究了飞行问题，写成了论鸟的飞行一书，被公认为航 空科学先知。17世纪后期意大利另一位科学家研究了人类肌肉与飞行的关系。为人 类的最终实现飞行积累了宝贵经验。 u 1783年6月5日，法国蒙哥尔费兄弟用麻布制成热气球完成了飞行表演。1783年11 月21日，蒙哥尔费兄气球搭载2名法国人在1000
29、米高空，飞行12公里，实现人类 首次乘坐航空器飞行。 u 1852年法国人吉法尔在气球上安装了一台蒸汽机用来带动一个三叶螺旋桨成为 一个可操纵的气球，即最早的飞艇。同年，他驾驶这架飞艇从巴黎飞到特拉普 斯，航程28公里，完成飞艇的首次载人飞行。 u 1899年，德国人齐柏林设计了第一颗硬式飞艇，飞艇采用以汽油为燃料的内燃 机作为动力，带动螺旋桨推动飞艇前进，提高了飞行速度，艇身内充氢气，飞 艇可乘坐5人。齐柏林飞艇很快成为具有实用价值的航空器，在民用运输以及轰 炸、巡逻和侦查等军事方面发挥作用。 u 1899年，华侨谢缵泰在香港设计完成“中国号”电动飞艇的详细图纸，为中国 最早飞艇设计。 1.
30、3 飞行器发展概况飞行器发展概况 2 2）飞机）飞机 飞机成功飞行必须解决升力、动力和操纵问题。 u 19世纪，英国人凯利首先提出用固定翼产生升力和利用不同翼面控制并推动飞机的 设计概念。1849年他制造了第一架滑翔机，并进行了试飞。 u 1883年，美国人兰利设计了以内燃机为动力的飞机，由于没有解决好飞机的操纵稳 定问题，试飞失败。 u 1891年德国工程师李林达尔与其弟合作制成一架蝙蝠状的弓形滑翔机，成功飞过了 30米距离。从而肯定了曲面翼的合理形式。此后，又制造了多架不同型别的单翼和 双翼滑翔机。李林达尔的滑翔机在中部装设吊架，飞行员悬吊在架上，靠移动身体 来掌握重心位置，借以控制滑翔的
31、方向和速度。 u 1900-1903年，莱特兄弟莱特兄弟制造了3架滑翔机，进行了近千次滑翔飞行。他们在第三架 滑翔机上安装了一台内燃机，带动两幅二叶桨推进式螺旋桨，并命名为“飞行 者”1号，1903年12月17日，弟弟奥维尔莱特驾驶“飞行者”1号飞行了260米的距 离，成为人类历史上第一次持续而有控制的动力飞行人类历史上第一次持续而有控制的动力飞行，人类动力航空史就此拉开了 帷幕。 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 u 1909年7月25日，法国人布莱尼驾驶自己的设计的单翼飞机飞越了英吉利海峡。 u 1910年3月28日，法国人法布尔试飞成功世界上第一架水上飞机。 u 1913年俄国人西科
32、斯基西科斯基成功研制了装有4台发动机的大型飞机，并与同年8月2日首 飞成功。到1913年，速度达到200km/h，续航时间13小时，飞行高度达到6500m。 u 1914年10月5日，法国和德国飞行员发生了有史以来的第一次空战，法军飞行员用 机枪将一架德军侦察机击落。这时的空战首先是双方飞行员用手枪，而后勇步枪和 机枪射击。 u 1915年，为德军服务的荷兰飞机设计师福克在俘获的法国飞机上装上机枪射击协调 器，德国“福克”单翼飞机在战争中获得很大成功。随后，产生了专门用于空战的 驱逐机（歼击机）、轰炸机、强击机。 第一次世界大战中，飞机作为一种新式武器得到了充分肯定和广泛应用。飞机性能第一次世
33、界大战中，飞机作为一种新式武器得到了充分肯定和广泛应用。飞机性能 和发动机功率同战前相比有很大提高和发动机功率同战前相比有很大提高。 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 第一次世界大战后，军机发展停滞，民用航空得到了发展第一次世界大战后，军机发展停滞，民用航空得到了发展。 u 1919年2月5日，德国开通了世界上第一条定期客运航线，每天在柏林赫魏玛 之间运送旅客。同年，英、法相继建立了国际定期航线。6月25日，德国推 出一种全金属下单翼民航客机克斯F-13，可载4名乘客。同年12月4日，因果 研制旅客机HP.W.8首飞成功。 u 美国在一战后民用航空后来居上，推出了波音247，道格拉斯DC-
34、1，DC-2， DC-3，DC-4等舒适性客机。其中DC-3可载客36人，航程2420km，速度 290km/h，于1936年出厂。并开始在远程民航机上实用自动驾驶仪和无线电 技术。 u 在一战和二战期间，发动机性能得到迅速改善，飞机结构方面由双翼向单 翼逐渐过渡，飞机起落架收放，这些使得在二战前飞机最大速度达到 500km/h，升限达7000m，航程达3000km以上，轰炸机载弹量超过2000kg。 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 第二次世界大中航空工业的发展：第二次世界大中航空工业的发展： u 出现许多著名飞机，战斗机有英国的“飓风”和“喷火”；德国的Me-109；美国的 P-47和
35、P-51；苏联的拉-5和雅克-9；日本的“零”式飞机等。轰炸机有苏联的伊尔-4， 图-2；英国的兰开斯特；德国的容克Ju-88；美国的B-17，B-25和B-29B-29。 u 1939年8月27日，德国试飞成功世界上第一架装有涡喷发动机He-178飞机，1941年5 月15日，英国研制的涡喷发动机飞机E.28/39首飞成功。 u 1945年二战末期，美国F80喷气式战斗机交付使用，最大速度达935km/h。随后，苏 联研制成功雅克-15和米格-9喷气式战斗机。 u 1950年，美国和苏联分别研制出后掠翼战斗机F-86和米格15，速度突破1000km/h。 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况
36、 2020世纪世纪40-5040-50年代是喷气式飞机迅速发展年代是喷气式飞机迅速发展： u 1947年10月14日，美国X-1研究机，首次突破音障。随后出现超声速战斗机有美国 的F-100和苏联的米格-19。并出现一批高亚音速喷气式客机、运输机和轰炸机。如 美国的波音-707、B-47和B-52，苏联的图-16轰炸机。几年后出现了一批2倍音速的 战斗机，如第二代的米格-21和美国F-104. u 随着材料技术的发展，20世纪60年代出现了3倍音速的战斗机和侦察机，如美国的 米格-25和美国的SR-71高空侦察机。在此期间，还出现了实用的变后掠翼轰炸机F- 111，英国的垂直起降“鹞”式战斗机
37、。 米格19 F-104 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 u 20世纪70年代，随着主动控制技术主动控制技术和推重比大于推重比大于8 8的涡扇发动机的涡扇发动机的应用，出现了具 备高机动性的第三代战斗机，如美国的F-15，F-16，F-18战斗机；苏联的米格-29， 苏-27战斗机。同时，波音-747成为国际航线主力。超音速客机苏联的图-144和英法 合作研制的“协和”号飞机投入营运。 图-144客机“协和”号客机 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 u 20世纪80年代开始出现隐身飞机隐身飞机，洛克希德公式设计生产的F-117为世界上第一种 实用型隐身多功能战斗轰炸机，并在海湾战争中
38、大规模部署。90年代格鲁门研制的 B-2隐身轰炸机和洛克希德研制的F-22隐身战斗机。F-22战斗机为第四代战机典型代 表。 F-117多功能隐 身轰炸机 B-2隐身轰炸机 F-22“猛禽”隐身 战斗机 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 战斗机的发展历程：战斗机的发展历程： u第一代战机：20世纪40末到50年代初问世，采用涡喷发动机涡喷发动机，航空武器主要是大口 径航炮，后期装备第一代空空导弹，夸声速夸声速，升限15000米，中等后掠翼机翼中等后掠翼机翼，推重比 4-5。F-86，米格-15，歼-5。 F-86“佩刀” 战斗机 米格-15战斗机 歼-5战斗机 1.3 飞行器发展概况飞行器
39、发展概况 u第二代战机：出现在20世纪50年代末60年代初，强调高空高速高空高速，头部尖锐头部尖锐、两侧进气， 采用带加力涡喷发动机涡喷发动机，装备有第二代空对空导弹，升限20000米以上，最大速度超2马 赫，代表机型包括美国F-104“战星”式；英国“闪电”式；法国的“幻影”和“幻 影”F1；瑞典的萨伯-37；前苏联的米格-21等；中国在米格-21基础上研制的歼7，在米 格-19基础上研制的歼-6。 F-104战斗机米格-21战斗机米格-19战斗机 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 u第三代战机：出现于20世纪60年代，特点是采用边条、前缘襟翼、翼身融合采用边条、前缘襟翼、翼身融合、等先
40、进 气动布局及电传操纵和主动控制技术电传操纵和主动控制技术，安装涡扇发动机涡扇发动机，具有亚声速高机动性能，配 备多管速射航炮和先进中距和近距格斗导弹，其特色为中低空机动灵活性高、配备先 进雷达设备、加强导弹应用等。主要代表机型为F-4、F-5、MiG-25等。 F-4“鬼怪”战斗机（1963 年服役，麦道） 米格-25战斗机（1969 年服役） 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 u第四代战机：20世纪70年代陆续服役的战机，设计上开始引入线传飞控与静不稳定 的设计概念搭配，强调飞机在不同高度与速度下的运动性，广泛使用大推力涡扇发动大推力涡扇发动 机机。开始广泛运用于第四代战斗机上，取代过
41、去的涡轮喷气发动机。代表机型有F-14， F-15，F-16，Su-27，Su-35，米格-31，米格-29，法国阵风，中国歼-11（Su-27引进型）、 歼-10，歼-16等 。 F-15战斗机（麦道） （用于替换F-4战斗机） 苏-27战斗机歼-10战斗机 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 u第五代战机：20世纪80年代开始研制，一般可以用可以用4 4S S来概括来概括，即：Stealth（隐 形）；Super Sonic Cruise（超音速巡航能力）；Super Maneuverability（超机动能 力）；Superior Avionics for Battle Awarene
42、ss and Effectiveness（超级信息优势）。对 隐身与综合航空电子系统和后勤保障的重大改进，将隐身性、敏捷性、飞行性能、 信息融合、更好的态势感知(situational awareness)和能够网络作战等完全结合，产生 了此前战斗机发展各个阶段从未出现过的优势。主要代表机型为：F-22，F-35, 歼- 20。 F-22T-50歼-20 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 特种用途飞机：特种用途飞机： 预警机：E-3（波音707改装）、A-50（伊尔76改装）、空警-2000（中国）。 反潜机：P-3(美)、伊尔-38等。 E-3“望楼”预警机A-50“中坚”预警机空警-2
43、000预警机 P-3反潜机 “海王”反潜直升机 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 第一章第一章 航空航天发展概况航空航天发展概况 电子干扰机：EA-6B等。 侦察机：U-2、SR-71、全球鹰无人侦查机，RQ- 170。 空中加油机：KC-135、KC-10、KC-130等。 EA-6B“徘徊者”电子战机 RQ-170“哨兵”无人侦察机U-2侦察机SR-71侦察机全球鹰无人侦察机 KC-135空中加油机KC-10空中加油机KC-130空中加油机 3 3）直升机直升机 早期直升机采用多旋翼方案多旋翼方案，俄国人尤利耶夫提出用尾桨平衡反扭矩，单旋翼加单旋翼加 尾桨布局尾桨布局直升机是最为广泛的
44、形式。1911年发明了自动倾斜器自动倾斜器。 第一架可操纵的载人直升机是德国的Fa-61于1936年6月26日试飞成功，20世纪30年 代，法国、美国、和苏联都有直升机试飞成功，并迅速达到实用程度。 u 第一代直升机：20世纪30至60年代，活塞活塞式发动机式发动机；金属/木质混合式旋翼桨叶； 机体为 由钢管焊接成的伤架式或铝合金半硬壳式结构；装有简易的仪表和电子设 备。最大平飞速度 约200km/h，全机振动、噪声(约110dB)均较高。典型的机型如米 -4、 Bell-47等。 u 第二代直升机： 60年代初期到70年代中期，安装了第一代涡轮轴式发动机第一代涡轮轴式发动机；全金 属桨叶与金
45、属铰接式桨毂构成的旋翼；机体主要仍为铝合金半硬壳结构；开始采用 最初的集成微电子设备。最大平飞速度约达250km/h。振动、噪声约100dB)有所降 低。典型的机型有米-8、“超黄蜂”等。 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 u 第三代直升机：从70年代中期至80年代末，安装第二代涡轴发动机第二代涡轴发动机；全复合材料 桨叶及带有弹性元件的桨毂构成的旋翼；机体结构部分使用复合 料；采用大规模 集成电路的电子设备和较先进的飞行控制系统。最大飞行速度约 300km/h。振动、 噪声(约90dB)进一步得到控制。典型的机型有“海豚”、“山猫”、“黑鹰”、 “阿帕奇”等直升机。 u 第四代直升机：从
46、90年代以来，直升机技术发展进入第四代。主要技术特征包括 安装第三代涡轴发动机第三代涡轴发动机；装有进一步优化设计的翼型、桨尖和先进的复合材料旋 翼叶，无轴承或弹性铰式等新型桨毂；机体结构大部分或全部使用复合材料使用复合材料；操 纵系统改为电操纵；机载电子设备采用数据总线、综合现示和任务管理；先进的 飞行控制、通信导航系统。最大平飞速度已约达315km/h。振动、噪声(约80dB)已 得到 良好控制。典型的机型有“科曼奇”、NH90等直升机。 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 1.3.2 1.3.2 航天器发展概况航天器发展概况 运载火箭是航天器发展的基础。19世纪末至20世纪初涌现了许多
47、富于探索精神 的航天先驱： l 俄国的齐奥尔科夫斯基齐奥尔科夫斯基提出了利用多级火箭克服地球引力实现宇宙航行的构想 和相关理论。 l 美国戈达德戈达德建立了火箭运动的基本数学原理，并推导出火箭脱离地球引力所需 的7.9km/s的第一宇宙速度。并于1926年3月16日发射了世界的第一枚液体火箭。 l 罗马尼亚出生的奥伯特奥伯特提出了火箭点火理论和脱离地球引力的方法，主持设计 了火箭发动机，开创了欧洲火箭的的先河。 l 德国W.vonW.von布劳恩布劳恩领导研制了V-2火箭，成为现代大型火箭的鼻祖。 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 1 1）卫星）卫星 l 1957年10月4日，前苏联成功发
48、射了世界上第一个人造地球卫星。 l 1958年1月31日，由冯布劳恩设计的“丘比特”C火箭将美国的一颗人造卫星 “探险者”1号送入太空。 l 1970年4月24日，中国自行设计、制造的第一颗人造地球卫星“东方红一号”， 由“长征一号”运载火箭一次发射成功。卫星运行轨道距地球最近点439公里， 最远点2384公里，轨道平面和地球赤道平面的夹角68.5度，绕地球一周114分钟。 20世纪60年代后，人造卫星的发展从探索进入实用阶段。主要有通讯卫星、对地 观测卫星、导航卫星。 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 2 2）无人探测器）无人探测器 月球是离地球最近一个天体，相距有38.4万千米。 p
49、美国最早于1958年8月18日发射月球探测器，但由于第一级火箭升空爆炸，半途夭折了。 随后又相继发射3个先锋号探测器，均告失败。 p 1959年1月2日，前苏联发射月球1号探测器，途中飞行顺利，1月4日从距月球表面7500千 米的地方通过，遗憾的是未能命中月球。这个探测器重361.3千克，上面装有当时最先进 的通信，探测设备。它在9个月后成为第一颗人造行星飞往太空深处。 p 月球1号发射两个月后的3月3日，美国发射的先锋4号探测器，从距月面59000千米的地方 飞过，也未击中月球。 p 从1958年至1976年，前苏联发射24个月球号探测器，其中18个完成探测月球的任务。 p 1959年9月1
50、2日苏联发射的月球2号，两天后飞抵月球，在月球表面的澄海硬着陆，成为 到达月球的第一位使者，首次实现了从地球到另一个天体的飞行。同年10月4日月球3号 探测器飞往月球，3天后环绕到月球背面，拍摄了第一张月球背面的照片，让人们首次看 全了月球的面貌。 1.3 飞行器发展概况飞行器发展概况 p 世界上率先在月球软着陆的探测器，是1966年1月31日发射的月球9号。它经过79小时的长 途飞行之后，在月球的风暴洋附近着陆，用摄像机拍摄了月面照片。 p 1970年9月12日发射的月球16号，9月20日在月面丰富海软着陆，第一次使用钻头采集了 120克月岩样口 ，装入回收舱的密封容器里，于24日带回地球。
