航空航天概论复习重点知识点整理

第一章绪论

1.叙述航空航天的空间范围

航空航天是人类利用载人或不载人的飞行器在地球大气层中和大气层外的外层空间(太空)的航行行为的总称。其中,大气层中的活动称为航空,大气层外的活动称为航天。大气层的外缘距离地面的高度目前尚未完全确定,一般认为距地面90~100km是航空和航天范围的分界区域。

2.简述现代战斗机的分代和技术特点

发展史

特点:a.可垂直起降、对起降场地木有太多特殊要求,b.可在空中悬停,c.能沿任意方向飞行但速度比较低、航程相对较短;

工作原理:直升机以航空发动机驱动旋翼旋转作为升力和推进力来源,动能守恒要求,旋翼升力的获得靠向下加速空气,因此对直升机而言由旋翼带动空气向下运动,每一片旋翼叶片都产生升力,这些升力的合力就是直升机的升力。

4.试述航空飞行器的主要类别及其基本飞行原理

A.轻于空气(浮空器):气球;飞艇。原理:靠空气静浮力升空。气球没有动力装置,升空后只能随风飘动或被系留在某一固定位置;飞艇装有发动机、螺旋桨、安定面和操纵面,可控制飞行方向和路线。

B.重于空气:固定翼航空器(飞机+滑翔机);旋翼航空器(直升机+旋翼机);扑翼航空器(扑翼机)。原理:靠空气动力克服自身重力升空。飞机由固定的机翼产生升力,装有提供拉力或推力的动力装置、固定机翼、控制飞行姿态的操纵面,滑翔机最大区别在于升空后不用动力而是靠自身重力在飞行方向的分力向前滑翔(装有的小型发动机是为了在滑翔前获得初始高度);旋翼机由旋转的机翼产生升力,其旋翼木有动力驱动,由动力装置提供的拉力作用下前进时,迎面气流吹动旋翼像风车似地旋转来产生升力;直升机的旋翼是由发动机驱动的,垂直和水平运动所需要的拉力都由旋翼产生;扑翼机(振翼机)像鸟类翅膀那样扑动的翼面产生升力和拉力。

5.简述火箭、导弹与航天器的发展史

6.航天器的主要类别

A.无人航天器:a.人造卫星(科学卫星、应用卫星、技术试验卫星),b.空间平台,c.空间探测器(月球探测器、行星探测器);

B.载人航天器:a.载人飞船(卫星式、登月式),b.空间站,c.轨道间飞行器(轨道机动器、轨道转移器),d.航天飞机。

7.什么是空天飞机,其主要的关键技术是什么?

空天飞机即航空航天飞机，指以吸气式发动机和火箭发动机组合推进系统作为动力装置、能够像飞机在跑道上起降、在大气层内高超音速飞行,又能单级入轨运行的可载人飞行器。

主要的技术在于:a.动力装置,既不同于飞机又不同于火箭,是一种混合配置的动力装置,安装有涡轮喷气发动机、冲压发动机、火箭发动机;b.计算空气动力学分析,由于其速度变化幅度大、飞行高度变化广、飞行环境不同;c.发动机和机身一体化设计,在大气层中高速飞行时阻力剧增,外形需要高度流线化;d.防热结构和材料,空天飞机需多次进出大气层,有很强的气动加热,所以防热系统既要保持良好的气动外形,又要能长期重复使用且便于维护。

8.什么是临近空间飞行器,其主要用途有哪些?

临近空间一般指距离海平面20~100km的区域,在该空间中能够完成一定任务的飞行平台称为临近空间飞行器,不属于传统的航天、航空范畴。主要技术有:长时定点悬停、能源与特种推进系统、特种轻质气密材料与结构。

主要用途:可以有效地弥补临近空间区域的空白a.可以在某一固定空间长期停留执行探测任务,温度精度很高;b.在信息获取和传输方面高度比高空无人机和预警机高的多,覆盖范围更大、并可长时间留空;c.由于其隐身性能好、工作高度在目前常规面对空武器攻击范围外、攻击成本高,其作战生存力比高空无人机和预警机高。总之它可以与侦察卫星、预警机、无人侦察机、地面雷达等组成一个立体侦察体系,实现多重覆盖无缝探测,且可互为补充,有助于对目标的识别,可为作战指挥提供更准确、完整的情报保障,未来的大载重临近空间平台还可以搭载攻击武器。临近空间飞行器除了具有军事用途外还有广阔的民用前景:资源利用与环保方面、农林业方面、应急与减灾方面、区域规划方面、公共安全方面等。

9.制约微型飞行器发现的主要关键技术是什么?

微型飞行器的基本技术指标是:各个方向最大尺寸不超过15cm,续航时间20~60min,航达10km以上,飞行速度22~45km/h,可以携带有效载荷,完成一定任务;主要分为:固定翼、旋翼、扑翼等。

关键技术:a.低雷诺数下的空气动力学问题

空气的黏性阻力相对较大;b.微型动力装置和动力源问题;c.飞行控制及导航技术(一个解决途径是发展基于MEMS微机电的新型控制方式);d.基于MEMS技术的系统集成技术

体积小,其机体容量和载荷均受到很大限制,其内部各部件需要有效组合;e.多学科设计优化(MDO)技术微型飞行器涉及空气动力学、能源、材料、电子、机械、信息等多种学科。

10.要使飞机能够成功飞行必须解决什么问题?

a.作为动力源的发动机问题,

b.飞行器在空中飞行时的稳定和操纵问题。

11.大气分几层?各层有何特点?什么是国际标准大气?大气的状态参数有哪些?什么是大气的黏性?

分层

对流层:包含大气层质量3/4的大气,气体密度、大气压力都是最大,气温随高度增加而降低,空气上下对流剧烈、风向风速经常变化,有云雨雾雪等天气现象;B.平流层:集中了不到大气质量1/4的空气,气温随高度增加起初不变(约216K)到后来(20~32km以上)升高加快、顶部达270~290K,大气只有水平流动而无上下对流;C.中间层:占总质量1/3000左右,气温随高度增加而降低,含有大量臭氧;D.热层(电离层):空气密度很小;E.散逸层(外层):空气极稀薄。

国际标准大气是由国际性组织颁布的一种"模式大气"。有规定:将大气看作完全气体、服从气体状态方程,以海平面的高度为零高度、海平面大气的标准状态为:T=15°C P=一个标准大气压(10300kg/m²) 密度ρ=1.225kg/m³音速a=341m/s。

大气状态参数:压强P、温度T、密度ρ;状态方程:P=ρRT T=t+273K(R=287.05J/kg·K)。

大气黏性:空气在流动的过程中表现出的一种性质,是有气体分子做不规则运动的结果,是空气自身相互黏滞或牵扯的特性,是空气的物理性质的一种(另外一个是压缩性-

指在压力作用下或者温度改变的情况下空气改变自己的密度和体积的一种特性),用动力黏度(黏性系数)μ来表示。

12.什么是声速和马赫数?何谓飞行的相对运动原理?

声速即声音在物体中传播的速度,马赫数是衡量空气被压缩的程度 Ma=V/a(a为该处的声速)。

飞行的相对运动原理:飞机以一定的速度在静止的大气中飞行或者气流以相同的速度流过静止的飞机,这两种情况在飞机上产生的空气动力完全相等。

第二章航空航天飞行器基本飞行原理

1.什么是流体的连续性定理和伯努利方程?它们所代表的物理意义是什么?

当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的管道时,由于管道中任何一部分的流体都不能中断或被挤压起来,因此在同一时间内,流进任一切面的流体的质量和从另一切面流出的流体质量是想等的。连续性定理阐述了流体在流动中流速和管道切面之间的关系。

流体在流动中不仅流速和管道切面相互联系,而且流速和压力之间也相互联系:Q1=Q2。在管道中稳定流动的不可压缩理想气体在与外界没有能量交换的情况下,管道各处的流体的动压与静压之和始终保持不变:P+½ρv²=常数(伯努利方程)。

2.举例说明连续性定理和伯努利原理在自然界中的表现或在日常生活中的应用

连续性:两座房子之间有穿堂风、山谷中的风经常必平原大;

伯努利原理:在两张纸中间吹气纸张会靠近、两条距离较近的船在水中并行时也会靠拢、当台风吹过房屋时会把屋顶掀掉。