【航空航天概论论文：浅析航空航天飞行器技术的发展8600字】

航空航天概论论文：浅析航空航天飞行器技术的发展目录TOC\o"1-2"\h\u16630摘要 18465关键词：飞行；航空航天；飞行器构造 29094第一章航空航天发展情况 24037一、航空航天发展相关论述 27265二、航空航天技术的主要载体与我国航空航天发展概况 215862三、航空航天先进技术及发展趋势 44271第二章飞行器飞行原理 42312一、飞行器飞行基本条件 418846二、飞行器飞行原理 522889三、直升机的飞行原理 52577四、航天器的飞行原理 56641第三章飞行器动力装置 532502一、活塞发动机 525447二、空气喷气发动机 618246三、火箭发动机 717667四、组合发动机 730962第四章飞行器机载设备 76689第五章飞行器构造 729262一、飞行器的一般要求与常用材料 77819二、航空器的构造 7950三、航天器的构造 915869四、地面设施和保障系统 97044第六章“四爱”感悟与规划 916587课程总结和对未来航空航天技术发展的想法 1011920参考文献 11摘要飞机在人类历史上多用于军事领域，航空技术也在战争中迅速发展，但从诞生之日起，就为了满足自由飞行和冲天的人类心理需求，所以战争烟雾消失后，航空事业必须回到民用造福人民，便利生活，让更多的人参与飞行，享受飞行。可以说，一个国家只有“军民并举”才有完整的航空事业。我国航空事业也是从军事航空开始的，经过几十年的发展，我国民用航空已经有一定规模，用途和相关领域也非常广泛，为我国科学技术研究、农林、消防工作等提供了物质支持，并提供了商业飞行、个人飞行、旅游飞行的出现。本文是在学习了航空航天概论后对航空航天发展和飞行器构造进行了简要概括，并阐述自己的感悟和规划，提出自己对未来未来航空航天技术发展的想法。关键词：飞行；航空航天；飞行器构造第一章航空航天发展情况一、航空航天发展相关论述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。航天是指载人或不载人的飞行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。航天技术是人类开展空间活动，探索、开发和利用外层空间的综合性工程技术，是当今世界高科技群体中最具影响力的科学技术之一，它使人类活动范围从地面到达了太空，改变了人们的生产方式、生活方式和思维方式。中国最早的航天器雏形来自风筝，在中国大约有2000年的历史，东晋时代创造了名为“竹蜻蜓”的玩具，与现代的直升机原理相似。在国外，经过长期的探索，人们依靠比空气轻的航空器迈出了成功升空飞行，从热气球的升空、飞艇的诞生到飞机、战斗机的发明，航天器不断发展。到19世纪末到20世纪初，许多科学家利用运载火箭开始实现宇宙航行。再到1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星由苏联成功发射，开启了人们对于空间的探测工作。自第一颗人造卫星上天以来，空间技术不断渗透开发到人类的各个领域活动，应用的空间成为现代社会不可缺少的重要的一部分，而空间科学的发展则带给世界科学技术发展以全新的视角。航天技术的发展经历表明，它已不仅是振奋人心的成就，而且是扩展人们生存空间，提高人们生活质量，开发新资源的重要途径。同时，航天技术的应用和发展水平也已成为一个国家文明程度、综合国力的重要标志。航空航天技术的主要载体与我国航空航天发展概况航空器在大气层内飞行的飞行器被称为航空器，航空器靠空气的静浮力或靠与空气相对运动产生的空气动力升空飞行，包括轻于空气的热气球、飞艇等等，还有重于空气的飞机、滑翔机、直升机、旋翼机以及扑翼机等等。我国直到新中国成立以后，设立航空工业局，而后经历了漫长的学习与完善，在1954年7月3日仿制苏联的雅克-18飞机生产的初级教练机首飞成功，并且开始批量生产。我国军用飞机由此开始发展，新中国自行设计并研制成功的第一架飞机是歼教1；中国自行设计制造的战斗机是歼8飞机；中国自行研制的具有完全自主知识产权的是歼10战斗机。随着社会发展，民用飞机不断开始生产，运5飞机是新中国制造的第一架小型运输机；2003年10月26日,中国第一架拥有自主知识产权、适用于私人商务活动的轻型飞机“小鹰-500首次试飞成功,填补了中国通用航空领域4~5座轻小型飞机生产的空白。直到2007年，国产大飞机型号为C919首飞，我国民用大型商用飞机正式通用。除此之外，我国直升机在1958年12月14日首飞成功，自行研制了第二代大型直升机直8；到2010年，中国第一个完全按照适航条例规定和程序自行研制的大型运输直升机AC313首飞。（二）航天器航天器是在大气层外空间飞行的飞行器，一般要在运载火箭的推动下获得必要的速度进人大气层外空间，航天器分为无人与载人，无人航天器主要包括人造地球卫星以及空间探测器，载人航天器就包括载人飞船、空间站以及航天飞机。自1970年4月24日“东方红一号”成功发射，开启了中国人民探索太空的起点。至1971年4月，代号为“714工程”的中国载人航天工程全面启动，这也表明了中国载人航天事业的开展。在2003年10月15日，我国第一艘载人飞船神舟五号发射成功，中国航天员杨利伟首次进入太空，完成了载人航天的首飞。2021年10月16日0时23分，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心按照预定时间精准点火发射。神舟一号、二号、三号、四号飞船相继升空、返航，“飞天”距离中国开始越来越近，中国航天历史上的载人空白被填，这也标志着中国已成为世界上继俄罗斯和美国之后第三个能够独立开展载人航天活动的国家。（三）火箭和导弹火箭是靠火箭发动机提供推进力的飞行器。火箭发明于中国宋理宗时期，曾经被当作武器来使用，后被改造并广泛应用于航天事业。火箭实现了众多的技术跨越，满足了中国对国民经济建设和国防建设的需要。导弹是一种飞行武器，弹体带有战斗部，依靠制导系统控制其飞行轨迹。我国火箭发展从20世纪70年代初期开始，长征一号（代号：CZ-1）是20世纪70年代初期中国研制的一型三级运载火箭，为发射中国第一颗人造地球卫星东方红一号而立项研制。长征一号作为中国研制的第一代第一型运载火箭，拉开了中国进军太空的序幕，使中国成为世界上第5个自行研制发射人造卫星的空间大国。长征二号是中国研制的第一代液体运载火箭，成功发射返回式卫星，使中国国成为世界上继美国、苏联之后第三个掌握研制、发射返回式人造卫星技术的空间大国。风暴一号是中国首次成功完成“一箭三星”发射的的运载火箭，使中国成为了世界上第三个掌握了“一箭多星”技术的国家，表明中国掌握了导弹多弹头技术。2019年6月5日12时6分，长征十一号运载火箭在我国黄海海域成功实施首次海上发射，以“一箭七星”方式，将7颗卫星送入预定轨道，填补了我国运载火箭海上发射的空白。2021年4月29日11时23分，长征五号B遥二运载火箭搭载空间站天和核心舱，在海南文昌航天发射场发射升空。7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭托举着中国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在中国文昌航天发射场点火升空。中国的航天事业，促进了我国社会和经济的持续发展，带动了我国技术科学的全面进步，增强了国防的实力，提高了国家的国际地位和综合国力，也为20世纪奠定我国在世界民族之林中的大国地位作出了重要贡献。三、航空航天先进技术及发展趋势（一）航空航天先进技术1.航空先进技术目前，航空先进技术主要包括隐身技术、推力矢量技术、高超声速技术以及新概念航空器，而新概念航空器又包括了“氢燃料”飞机、太阳能飞机、旋翼一固定翼复合式飞机、智能变形机翼飞机、非常规布局飞机。2.航天先进技术航空先进技术主要在卫星系统方面发展，包括侦查卫星、导航卫星、气象卫星、测地卫星，除此之外还有载人航天系统，包括:轨道基础设施.地面基础设施和天地往返运输系统。（二）航空航天发展趋势航空器在未来会进一步探究先进战斗机、无人驾驶侦察与作战飞机、超声速运输机、空天飞机、微型航空器、新概念和特种航空器；航空科学技术未来也会向空气动力学、推进技术、材料和结构、航空电子与控制、总体综合设计等方面深入探究。在航天技术方面，也会逐步发展运载火箭、人造地球卫星、载人航天、空间天文探测。第二章飞行器飞行原理一、飞行器飞行基本条件（一）飞行环境飞行环境包括大气飞行环境和空间飞行环境，大气飞行环境中的空气密度、温度、压强和天气等因素对飞行器的飞行影响很大,甚至关系到飞行的成败。空间飞行环境主要是指真空、电磁辐射、高能粒子辐射、等离子体和微流星体等所形成的飞行环境，是航天器飞行的主要环境。（二）气体流动气体流动过程中其物理参数，如速度、压力、温度和密度都会飞行器的飞行产生影响，主要涉及到的原理为相对运动原理、连续性定理和伯努利定理。二、飞行器飞行原理飞行器飞行与平板上的空气动力有重要关系，必要条件为平板剖面与相对速度夹角为零、平板剖面与相对速度夹角为90°、平板剖面与相对速度成一定角度；其次是机翼升力的产生和增升装置的影响，要产生飞机的升力，主要是与机翼面积、相对速度、空气密度以及机翼剖面形状和迎角有关。除此之外就是与飞机阻力的产生及减阻措施、高速飞行的空气动力特点、超声速飞机的气动外形以及风洞的功用和典型构造有关。三、直升机的飞行原理直升机能够飞行与直升机的关键部件有关，例如旋翼，旋翼在旋转时，桨叶与周围空气相互作用，产生空气动力。在操控直升机时主要运用总距操纵、变距操纵以及脚操纵等方法。四、航天器的飞行原理航天器的飞行需要运用天体力学的方法，主要有开普勒三大定律、轨道方程与宇宙速度，航天器也需要按照轨道运行，轨道要素主要为①轨道半长轴a②轨道偏心率e③轨道倾角i④升交点赤经Q⑤近地点幅角w⑥过近地点时刻t。发射航天器的任务要由运载火箭来完成。运载火箭携带航天器从地面起飞,到达某一飞行高度后把航天器送人运行轨道,这段飞行轨迹称为发射人轨。航天器进人运行轨道的初始。第三章飞行器动力装置一、活塞发动机活塞式航空发动机是一种燃烧汽油的往复式内燃机。对于这款航空发动机而言，这一款是人类最早使用的航空发动机，其工作原理是：活塞承载着燃料燃气的压力，然后在燃气气缸中不断地进行活塞运动，再根据连杆机构将这种活塞式运动转变为曲轴式的旋转运动。直到20世纪初期（1903年），一对美国的莱特兄弟根据自己的理论及实践经验，改装了一台4缸、水平直列式水冷发动机，并成功地将它运用到自己飞机上—“飞行者一号”进行试验，成功地实现了人类的第一次成功飞行。这次飞行试验也代表着人类历史上第一次实现了可以载人且安全平稳、可自由操作的飞行器成功试飞。在此之后，在第二次的世界大战中，活塞式发动机得到了技术的改革和创新，使其从传统意义上的十几个小时的运行时间增加到了两千至三千个小时。直到第二次世界大战结束，这时人类已将活塞式发动机发展得非常成熟。二、空气喷气发动机（一）燃气涡轮发动机喷气式发动机在德国英国诞生，它的诞生从而开创了通过喷气推进飞机的航空事业的新纪元。喷气发动机仍属于内燃机的一种，其规律就是遵循热机的做功原则：从高压下产设输入能量，所以低压下就是释放能量。所以，从产生能量和输出能量的原则来说，活塞式发动机和喷气式发动机原理都是相同的，都需要有引气、增压、燃烧和排气这四个阶段，然而不相同的是，在活塞式发动机中这四个阶段分时间段分步依次进行，但在喷气发动机中则是连续进行的，气体从进气道流经喷气发动机的各个部位，就对应着活塞式发动机的不同的四个运行位置。（二）涡轮螺桨发动机我国涡桨/活塞涡轮双轴涡轮发动机主要是在我国涡轮直喷涡轮发动机正式诞生、成熟后,将利用活塞涡轮发动机实现涡轮动力化而自行研制的和发展的新型涡轮动力。涡桨旋翼发动机用于代替固定活塞桨的螺旋桨旋翼发动机主要用于代替固定翼运动飞机。（三）涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机是从20世纪30年代末发明到20世纪40年代初研发制，其构成是由压气机燃烧室及排气系统和高低压涡轮组成的，当然战斗机上的这种发动机除这些构成外还有加力燃烧室。（三）涡轮桨扇发动机涡轮驱动螺旋桨发动机,由一个螺旋桨和一个燃气热水发生器共同组成,螺旋桨由通过涡轮的螺旋带动。作为柴油发动机机械整体的一个重要部件,由于运动涵道比大,涡轮驱动螺旋桨涡扇发动机在低速情况下运动效率需求要远远高于一般涡轮螺旋风扇涡桨发动机,但由于受到涡轮螺旋桨运动效率的巨大影响,它的运动适用性和速度不能太高,一般速度要求得小于900km/h。涡轮发动机具有体积小、质量轻、能量密度和功率密度高等优点，且其结构简单，通常仅有一根旋转轴，磨损部件少，整机振动小，运行可靠性高。除此之外，涡轮发动机使用的燃料种类更多，且排气对环境污染更小，具有更好的续航能力，大幅度的扩展了它的应用领域，目前已在各类军、民用飞机上得到应用。三、火箭发动机火箭发动机主要分为化学能火箭发动机以及非化学能火箭发动机。化学能火箭发动机是以推进剂的化学能作为能源,用推进剂在燃烧室进行高压燃烧反应产生的能量,加热反应后的气体产物(也叫工质),使工质高速喷出产生推力。非化学能火箭发动机主要通过电能、磁能、核能、太阳能等来加速工质,工质一般是氢、氦、氩、氙等物质,因此其能源和工质是分开的。四、组合发动机目前的组合发动机主要为火箭发动机与冲压发动机组合、涡轮喷气发动机与冲压发动机组合、火箭发动机与涡轮喷气发动机组合。第四章飞行器机载设备机载设备是飞行器中各种测量传感器、仪表和显示系统、导航系统、飞行控制系统、雷达系统、通讯系统、电源电气等系统和设备的统称。其中飞行控制系统是飞行器机载设备非常重要的一部分，包括飞行器飞行操纵系统以及飞行器自动控制系统。另外飞行导航系统也是重要的系统，包括无线电导航系统、惯性导航系统、卫星导航系统、图像匹配导航系统、天文导航系统、组合导航系统。在飞行器中，导弹会有一个导弹制导系统，主要采用、遥控制导系统、寻的制导系统、自主制导系统以及复合制导系统进行控制。飞行器通过传感器测量各种直接参数，由机载计算机计算得到间接参数，经系统处理转变为可显示的参数，由显示系统以指针、数字或图形方式显示出来，或将这些参数传输给自动控制系统，产生控制指令，直接操纵飞行器改变飞行状态。第五章飞行器构造一、飞行器的一般要求与常用材料不同的飞行器根据使用要求的差别,在结构上也有较大的不同。一般要求满足空气动力要求，也就是飞行器结构满足飞行性能所要求的气动外形和表面质量，还要在满足一定的强度、刚度和寿命的条件下,要求飞行器的结构重量越轻越好。另外，飞行器结构要求使用方便,便于检查、维护和修理,使用过程中要安全可靠,易于运输、储存和保管。在一定的生产条件下，飞行器结构要求工艺简单,制造方便,生产周期短,成本低。飞行器常用材料一般包括铝镁合金类、合金钢类以及复合材料二、航空器的构造从飞机来看，一般构造分为机身、机翼、尾翼、起落架、动力装置等五大部件组成。（1）机体机体包括机翼、机身及尾翼部件1.1机翼机翼是飞机产生升力的主要部件。通常在机翼上有用于横向操纵的副翼和扰流片，机翼前后缘部分还设有各种形式的襟翼，用于增加升力和改变机翼升力的分布。1.2尾翼尾翼通常在飞机尾部，分为水平尾翼和垂直尾翼两部分。个别飞机的尾翼设计成V形，它兼起纵向和航向稳定，操纵的作用，称为V形尾翼。一般水平尾翼由水平安定面和升降舵组成，垂直尾翼由垂直安定面和方向舵组成。1.3机身机身处于飞机的中央，它将机翼、尾翼、动力装置和起落架等部件连成一个整体，构成飞机，机身主要用于容纳人员、货物、武器和设备等。但是机身并不是飞机不可缺少的部件，早期飞机仅有一个连接各部件的构架，这样的机身在初级滑翔机或超轻型飞机上还可以见到。后来为了减少阻力，发展成为流线外形的机身，并用以容纳人员以及设备和货物等体积较大的物体。如果飞机足够大，能将人员、货物和燃油等全部装在机翼内部，则可以取消机身，成为飞翼式飞机，简称飞翼。（2）起落架起落架是飞机起飞，着陆滑跑和在地面（或水面）停放时支持飞机的装置，一般由承力支柱、减震器、带刹车的机轮（或滑橇）和收放机构组成。在低速飞机上用不可回收的固定式起落架以减轻重量，在支柱和机轮上有时装整流罩以减小阻力。在陆地上或舰上起落的飞机用机轮，在冰上或雪地起落的飞机用滑橇代替机轮，浮筒式水上飞机代之以浮筒。（3）操纵系统操纵系统包括驾驶杆、脚蹬、拉杆、摇臂或钢索和滑轮等。驾驶杆控制升降舵（或全动水平尾翼）和副翼，脚蹬控制方向舵。为了改善操纵性和稳定性，现代飞机操纵系统中还配备有各种助理系统（液压的和电动的）、稳定装置、电传操纵系统和自动驾驶仪等。（4）动力装置动力装置包括产生推力的发动机和保证发动机正常工作的所需的附件和系统，期中包括发动机的启动、操纵、固定、燃油、滑油、散热、防火、灭火、进气和排气装置或系统。现代飞机上应用最多的是涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机。（5）机载设备机载设备包括飞行仪表、通信、导航、环境控制、生命保障和能源供给等设备以及与飞机用途有关的一些机载设备，如战斗机的武器和火控系统、客机的客舱生活服务设施等。不同类别的航空器，其构成情况有所不同。如滑翔机，则无动力装置，对飞艇，升力是静浮力，而直升机的升力由旋翼产生，因此它们均无机翼。但总的来说，其组成情况是类似的。三、航天器的构造航天器主要从功能的角度划分为若干个分系统,一般可分为两大类:专用系统和保障系统。前者用于直接执行特定的航天任务，后者则用于保障专用系统的正常工作。专用系统随航天器的任务而异,例如通信卫星的通信天线和转发器;侦察卫星的可见光照相机和电视摄像机;天文卫星的天文望远镜、光谱仪;遥感卫星的微波发射和接受设备;空间站上供宇航员进行各种试验和观测用的各种专用设备等都属于航天器专用系统。保障系统在一-般航天器上是类似的,通常包括结构系统、温度控制系统、生命保障系统、电源系统、姿态稳定控制系统、轨道控制系统、返回着陆系统。在航天器中，卫星的结构形式因其具体用途而有较大差别,但从功能上看主要都是由承力结构、外壳安装部件、天线结构、太阳能电池阵结构、防热结构、分离连接装置等组成。载人飞船构造一般由轨道舱、服务舱、对接舱、应急舱和乘员返回舱等组成。空间站基本组成有能源舱、太阳能电池阵、工作舱、生活舱和过渡舱、姿态控制系统、通讯系统以及对接系统等主要系统。航天飞机的结构与飞机类似，包括机身、机翼、垂直尾翼、起落架等,结构形式大多采用铝合金蒙皮骨架组成的薄璧结构,升降副翼采用铝合金蜂窝结构。火箭的基本构造主要由尾舱后过渡段、燃烧剂简、箱间段、氧化剂简、级间段组成，而导弹一般有战斗部系统、动力系统、制导系统和弹体几部分组成。四、地面设施和保障系统地面设施主要包括机场，又分为军用机场、民用机场、专用机场，还包括空中交通管理，空中交通管制是利用各种技术手段对飞行活动进行监视和控制,保证安全而有序的飞行。航天器的地面设施包括航天发射场、航天器回收区和着陆场、航天测控网。导弹的发射装置与地面设备为导弹发射井、潜艇发射管等等。第六章“四爱”感悟与规划航空精神融入了以爱国主义为核心的民族精神，从中华民族优秀的传统文化中继承了使命、一心报国的情感，反映了中华民族长期以来实现“长治久安”的智慧。中国航空航天百炼形成了具有独特领域特色的航空航天精神并得以弘扬，反映了航空航天精神爱国的本质。过强的心理承受能力和创新能力是学生全面发展的前提，过强的心理素质能承受快速带来的压力，良好的创新能力能以卓越的效率完成学习和工作中的各项任务[7]。心理承受能力和创新能力是每个大学生、每个时代新人必须具备的素质。创新仍然是大学生迫切需要的质量和能力，把