航空航天概论ppt课件.ppt

第一章航空航天发展概况,航空航天概论,1,.,1.1航空航天的基本概念,1.1.1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。,2,1.1.2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,3,1.1.3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,4,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：航空航天产业已经成为部分发达国家经济的重要组成部分。,1.1航空航天的基本概念,5,1.2飞行器的分类,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：在大气层内飞行的飞行器。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：以火箭发动机为动力而升空，可在大气层内外飞行。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。,6,1.2.1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。,1.2飞行器的分类,7,1）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,8,1.2飞行器的分类,9,2）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,10,（1）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；如遇到上升气流，可实现平飞或升高，称为翱翔。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。一般由狭长的机翼、光滑细长的机身和尾翼组成。,1.2飞行器的分类,11,（2）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,12,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：结构简单，易于操纵，适用范围较广。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-26,AH-64“阿帕奇”,直-9,1.2飞行器的分类,13,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：结构紧凑，外形尺寸小，飞行稳定性好，便于操纵，气动力对称，悬停效率较高。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,14,CH-47支奴干直升机（Chinook）,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：纵向重心范围大，可设计大机身。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,15,米-12直升机,双旋翼横列直升机：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：平衡性好。缺点：与双旋翼纵列式直升机类似。,1.2飞行器的分类,16,H-43爱斯基摩,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：稳定性比较好，适宜执行起重、吊挂作业。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列式直升机小一些。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,17,（3）扑翼机（ornithopter）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。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,18,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,19,（4）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,20,1.2.2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。,1.2飞行器的分类,21,1.无人航天器（1）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，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,22,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,23,（2）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,24,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：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,25,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，在飞离地球10万千米的地方又发现了第二条辐射带；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，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”1号（Voyager1）无人太空探测器已经飞出了太阳系。“新视野”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,26,21世纪的火星探测器：2001年4月7日，美国发射”2001火星奥德赛号”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。2007年8月4日，美国成功发射凤凰号火星探测器，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，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”号。2014年9月24日，印度“曼加里安”号成功进入火星轨道。2013年11月18日，美国“火星大气与挥发演化探测器“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,27,“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,28,2.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,29,（1）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,1.2飞行器的分类,30,（2）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：小型，一次发射完成。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。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,31,（3）航天飞机航天飞机（SpaceShuttle）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,32,1.2飞行器的分类,33,1.2飞行器的分类,34,1.2飞行器的分类,35,1.2.3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层外均可飞行，但一般都只能使用一次。（1）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：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：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,36,（2）导弹导弹（Missile）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。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），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：战略导弹和战术导弹。洲际导弹：射程超过8000千米的导弹。弹道特征分：弹道导弹和巡航导弹。发射的载具的特性：空射，面射，潜射等。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,37,“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,38,1.3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（yuan），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。,39,1783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米高空，飞行12公里，实现人类首次乘坐航空器飞行。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。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。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。,1.3飞行器发展概况,40,2）飞机飞机成功飞行必须解决升力、动力和操纵问题。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。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。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，借以控制滑翔的方向和速度。1900-1903年，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，人类动力航空史就此拉开了帷幕。,1.3飞行器发展概况,41,1909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。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。1913年俄国人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。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。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,42,第一次世界大战后，军机发展停滞，民用航空得到了发展。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。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-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。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,43,第二次世界大中航空工业的发展：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-29。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。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。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,44,20世纪40-50年代是喷气式飞机迅速发展：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.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。,米格19,F-104,1.3飞行器发展概况,45,20世纪70年代，随着主动控制技术和推重比大于8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,46,20世纪80年代开始出现隐身飞机，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,47,战斗机的发展历程：第一代战机：20世纪40末到50年代初问世，采用涡喷发动机，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，升限15000米，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,48,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，头部尖锐、两侧进气，采用带加力涡喷发动机，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,49,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、等先进气动布局及电传操纵和主动控制技术，安装涡扇发动机，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,50,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机。开始广泛运用于第四代战斗机上，取代过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,51,第五代战机：20世纪80年代开始研制，一般可以用4S来概括，即：Stealth（隐形）；SuperSonicCruise（超音速巡航能力）；SuperManeuverability（超机动能力）；SuperiorAvionicsforBattleAwarenessandEffectiveness（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(situationalawareness)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-22,T-50,歼-20,1.3飞行器发展概况,52,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-2000预警机,P-3反潜机,“海王”反潜直升机,1.3飞行器发展概况,53,第一章航空航天发展概况,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,54,3）直升机早期直升机采用多旋翼方案，俄国人尤利耶夫提出用尾桨平衡反扭矩，单旋翼加尾桨布局直升机是最为广泛的形式。1911年发明了自动倾斜器。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。第一代直升机：20世纪30至60年代，活塞式发动机；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。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；全金属桨叶与金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,55,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；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。第四代直升机：从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；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；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,56,1.3.2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世纪初涌现了许多富于探索精神的航天先驱：俄国的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。美国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。罗马尼亚出生的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。德国W.von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,57,1）卫星1957年10月4日，前苏联成功发射了世界上第一个人造地球卫星。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。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,58,2）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。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。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。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。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。1959年9月12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,59,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。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。美国继前苏联之后，先后发射了9个徘徊者号和7个勘测者号月球探测器。1964年1月30日发射的徘徊者6号才在月面静海地区着陆。但由于电视摄像机出现故障，没有能够拍回照片。同年7月28日徘徊者7号发射成功，在月面云海着陆，拍摄到4308张月面特写照片。随后1965年2月17日发射的徘徊者8号和3月24日发射的徘徊者9号，都在月球上着陆成功，并分别拍回7137张和5814张月面近景照片。1966年5月30日发射勘测者1号新型探测器，经过64小时的飞行，在月面风暴洋软着陆，向地面发回11150张月面照片。到1968年1月1日发射的7个勘测者探测器中，有2个失败，5个成功。后来，美国又发射了5个月球轨道环行器，为阿波罗载人登月选择着陆地点提供探测数据。经过这一系列的无人探测之后，月球的庐山真面目显露出来了。,1.3飞行器发展概况,60,3）阿波罗登月阿波罗计划（ProjectApollo），又称阿波罗工程，是美国从1961年到1972年组织实施的一系列载人登月飞行任务。1969年7月16日，巨大的“土星5号”火箭载着“阿波罗11号”飞船从美国卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心点火升空，开始了人类首次登月的太空征程。美国宇航员尼尔奥尔登阿姆斯特朗、巴兹奥尔德林、迈克尔柯林斯驾驶着阿波罗11号宇宙飞船跨过38万公里的征程，承载着全人类的梦想踏上了月球表面。“阿波罗”12-17号飞船从1969年11月至1972年12月，美国相继发射了“阿波罗”12、13、14、15、16、17号飞船，其中除“阿波罗”13号因服务舱液氧箱爆炸中止登月任务（三名宇航员驾驶飞船安全返回地面）外，共有12名宇航员均登月成功。,1.3飞行器发展概况,61,4）航天飞机航天飞机（SpaceShuttle，又称为太空梭或太空穿梭机）是可重复使用的、往返于太空、宇宙和地面之间的航天器，结合了飞机与航天器的性质。从1981年至1993年底，美国一共有5架航天飞机进行了79次飞行，其中哥伦比亚号航天飞机15次，挑战者号10次，发现号17次，亚特兰蒂斯号12次，奋进号25次。每次载宇航员2至8名，飞行时间从2天到14天。在12年中，已有301人次参加航天飞机飞行，其中包括18名女宇航员。航天飞机的59次飞行中，在太空施放卫星50多颗，载2座空间站到太空轨道，发射了3个宇宙探测器，1个空间望远镜和1个射线探测器，进行了卫星空间回收和空间修理，开展了一系列科学实验活动，取得了丰硕的探测实验成果。美国航天飞机创造了许多航天新纪录。2011年7月21日美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机于美国东部时间21日晨5时57分(北京时间21日17时57分)在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆，结束其“谢幕之旅”，这寓意着美国30年航天飞机时代宣告终结。,1.3飞行器发展概况,62,1.3.3火箭和导弹发展状况,火箭起源于中国十二世纪，将火箭用作武器的最早记录，是十三世纪的早期。南宋军队射出好几只飞火，对准了一代天骄成吉思汗。在打败南宋之后，他将火箭加入了自己的火药库，带着它征服了亚洲，一直来到东欧。15世纪朝鲜人发明神机箭。1805年英国人发明的康格里夫火箭，射程3.3公里。,1.3飞行器发展概况,63,近代火箭出现于二战后期的1942年10月3日试射成功的V-2导弹，是世界上第一种弹道导弹，导弹以酒精与液态氧当作燃料，射程320公里。在地对地导弹基础上稍加改进形成了运载火箭。如“东方”1号、“大力神”2型、“长征”2号，主要发射低轨航天器。发射高地轨道的运载火箭，“宇宙神阿金纳”（美）、“阿丽亚娜”（欧洲）、“质子”（苏）、“长征”3号，等。进一步发展的发射更大有效载荷的火箭，日本“H-”、欧洲“阿丽亚娜”4型和5型、美国航天飞机发射系统、苏联能源号和中国长征2号F等将将质量更大的通讯卫星、载人飞船或航天飞机、空间站送入太空。20世纪70年代的第四代战略导弹的多弹头增加到10个，命中精度高。最先进的第五代特点是小型化、机动化、高突防能力和高精度，发射方式为车载激动。1955年苏联发射了第一枚潜射导弹。陆基、空射、潜射战略导弹组成了三位一体核战略。,1.3飞行器发展概况,64,空空导弹的发展经历了三个阶段。第一阶段是20世纪40年代中期至50年代中期。空空导弹只能对机动性能比较差的亚音速轰炸机实施尾追攻击，射程26千米，主要有美国的“响尾蛇”AIM-9B，苏联的AA-1导弹。第二阶段为50年代中期至60年代中期。超音速轰炸机的出现和电子技术的发展，促使空空导弹的射程、横向过载、适用的高度和速度都有很大提高，主要有美国的“麻雀”AIM-7E导弹等。第三阶段是60年代后期至90年代。空空导弹在远距全方向、全高度、全天候拦射和近距格斗性能方面都得到了很大发展，如美国的“不死鸟”AIM-54C、“先进中距空空导弹”AIM-120、“响尾蛇”AIM-9L，苏联的AA-11、AA-12，法国的“魔术”2、“米卡”，美、英、德等合作研制的AIM-132等。巡航导弹，又称飞航式导弹。V-1，战斧、飞鱼、冥河等型号。,“战斧”式巡航导弹,AM39“飞鱼”巡航导弹,1.3飞行器发展概况,65,1.4中国的航空航天技术,1.军用飞机,1953年开始第一个5年计划。1954年7月中国南昌飞机制造厂试制成功初教5（仿雅克-18）。1958年7月成功首飞自行设计并研制成功第一架飞机歼教1，未批生产。自行设计制造并投入批生产、大量装备部队的第一种飞机是初教6。1958年8月首飞成功。,新中国的航空工业在抗美援朝战争中诞生。,初教5（昌飞）,初教6（昌飞）,1.4.1中国的航空技术,66,1.4中国的航空航天技术,1956年7月19日，首飞成功第一架喷气战斗机歼5，同年交付部队服役，参考机型为米格-17F。歼5有单座和双座，双座的为歼教5。1958年12月17日，中国第一代超声速战斗机歼6首飞成功，参考型号为米格-19P。最大平飞速度1.4Ma。双座为歼教6。,歼5（沈飞）,歼6（沈飞）,67,1.4中国的航空航天技术,歼7于1966年1月7日首飞成功，为高空高速歼击机，参考机型为米格-21。有多个改进型。最大飞行速度均超过2Ma。歼8为于1969年7月5日首飞成功，是在歼7基础上放大设计，装备2台涡喷发动机，加长机头。80年代，开发出在歼8的升级型号，歼8。歼-8II使用推力进一步增大的涡喷发动机，机体进气道改用两侧进气布局，腾出机头空间安装更大的火控雷达和更多的电子设备。,歼7（二代,沈飞,成飞）,歼8(二代，沈飞),68,1.4中国的航空航天技术,歼10（成飞研制）是中国自行研制的具有完全自主知识产权的第四代战机，分单双座两种，80年代研制，1998年3月23日首飞成功。歼11（沈飞研制）于1998年9月1日首飞成功，参考机型为苏27。轰5于1966年9月25日首飞成功，参考机型为苏伊尔-28轰炸机。后有多种改进型号，如侦查型、教练型、鱼雷型等。轰6于1968年12月24日首飞，参照机型为苏图16。后有多个改进型号，其中由轰6改装的插头椎管式空中加油机，可同时为2架歼8D或歼10战机空中加油。水轰5于1976年4月3日在水面起降试飞成功，并有几种改进型号。,轰5（哈飞）,轰6（西飞）,水轰5（中航特飞所，哈飞）,69,1.4中国的航空航天技术,歼轰7（“飞豹”，三代机）于1988年12月4日首飞成功。主要攻击地面和海上目标，同时具有较强的空战能力。强5于1965年6月4日首飞，有多个改进型。1972年执行了空中抛投原子弹任务。“枭龙”FC-1是中国自行研制、巴基斯坦空军参与开发的轻型多用途战斗机，2003年首飞。已交付巴基斯坦空军使用，即“雷电”JF-17。K-8为中巴联合研制的串列双座中级教练/轻型对地攻击机。中国还研制了多个型号的靶机和无人侦查机。,歼轰7（西飞与603所）,强5（昌飞）,FC-1（三代，成飞）,70,1.4中国的航空航天技术,2.民用飞机,运5（昌飞）是中国制造的第一架小型运输机，1957年12月10日首飞。最大载重1500Kg，用于农林作业、短途客运和航空体育运动。运7（参考安-24）于1970年12月25日首飞，50座级别；运8（陕飞）于1974年12月25日首飞，4台发动机。运11（哈飞）于1975年12月30日首飞。运12于1982年7月14日首飞，共17座。运10（上飞）于1980年首飞成，最大载客178人，机组5人，未投入运营。小鹰-500（一飞院）轻型飞机于2003年10月26日首飞，载重560Kg。,运12（哈飞）,运7（西飞）,“小鹰”-500”,71,1.4中国的航空技术,2002年1月，中国启动了ARJ21支线客机项目。ARJ21中文名“翔凤”，有四种不同机型，座位在70-100之间。2014年完成适航取证。C919是中国继运-10后自主设计、研制的第二种国产大型客机。布局与MD-10相竞争的机型。2014年9月19日，C919国产大型客机首架机在中国商飞公司新落成的总装制造中心正式开始机体对接，计划2015年底实现首飞。,ARJ21,C919,72,1.4中国的航空航天技术,3.直升机,直5于1958年12月14日首飞，为参照米-4设计的多用途直升机。直8于1985年12月11日首飞，为参照法国SA321超黄蜂直升机设计的中型直升机。有多重改进型，如舰载型、通用型等。直9于1992年1月6日首飞，为参照法国SA365N1“海豚”直升机设计制造的多用途直升机。该机有多种改进型号，如舰载型、武装型等。直11于1996年12月26日首飞，为参照法国AS350“松鼠”设计的多用途轻型直升机。AC313（直-8F100）于2010年3月18日首飞，已投入商业运营，可乘坐27人。,直5,直8,直9武,直11,73,1.4中国的航空航天技术,1.导弹武器1956年中国第一个导弹研究院“国防部第五研究院”成立，在苏联专家援助下开始仿制P-2地地导弹。此后，中国开始独立研制各类火箭和导弹武器。1958年9月2日，北航研制的“北京”2号固体火箭发射成功。1960年11月5日，仿制苏P-2导弹的“1059”导弹发射成功，7分钟后弹头落入目标区。后命名“东风”一号。1964年10月16日，中国制造的原子弹爆炸成功。1966年，载着真正核弹头的近程地地导弹从试验场升空，弹头按预定程序分离，然后在靶心上空爆炸1967年5月26日，中程液体地地导弹发射实验成功，采用4台发动机并联动力装置。1970年1月30日，中远程液体地地导弹长射程飞行实验成功。1980年第一枚洲际液体地地导弹实验成功，30分钟后准确到达南太平洋预定海域。弹道最高到达1000公里，射程9000公里以上。1982年10月12日，中国常规潜艇从水下成功发射了第一枚固体战略导弹。1988年9月5日，核潜艇水下发射固体潜地导弹定型实验获得成功。,1.4.1中国的航天技术,74,1.4中国的航空航天技术,空空导弹从20世纪50年代开始研制，1960年仿制成功苏K-5空空导弹，命名为“霹雳”-1。1964年仿制成功苏K-13(基于美“响尾蛇”AIM-8B)，霹雳-2；1982年“霹雳”-7；1989年“霹雳-9”（仿制以色列“巨蟒”-3）；中程导弹“霹雳”-10（仿制意大利Aspide（AIM-7E麻雀的改进型）、“霹雳”-12（发射后不管）。防空导弹从1957年仿制苏C75导弹起步，现研制出多种防空导弹，包括中高空的“红旗”1至3号、中低空的“红旗”61和61甲；低空和超低空的“红缨”5号和5号甲、“红旗”7号。目前较为先进的有较为先进的有“红旗”9、12、15、18号防空导弹（系统）。反舰导弹从20世纪50年代后期开始研制，现有多种型号的舰舰导弹、岸舰导弹、空舰导弹。包括“上游”1号、“海鹰”1号舰舰导弹；“海鹰”2号及其改型的岸舰导弹；“鹰击”6号和“鹰击”8号空舰导弹等。,DF-41洲际导弹,“红旗”-9放空导弹系统,“霹雳”-12空空导