航空航天技术发展PPT课件

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随着航空事业的发展，空气动力学的研究 迅速展开。它除了要求有理论工作以外， 还要求大量的实验工作，由此要求可观的 投资去建造实验设备，还需要有相当的人 力。这就是近年来人们常说科学越来越走 向大科学，即投入大量的人力、物力、通 过精确的组织与计划达到一个目的。从本 世纪初，世界各国都建立了自己的专门空 气动力学研究机构。
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恰普雷金像
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美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration, NASA）是1915年成立的美国航空咨询委 员会（NACA）在1958年10月改组而成的。1961年5月25 日美国总统肯尼迪在国会上提出“在10年内把人送上月球， 并使他安全返回”的任务。在二次世界大战后曾任国家预 算 局 局 长 、 助 理 国 务 卿 的 韦 伯 （ James Edwin Webb,1906－）于1961年二月到1968年10月出任美国国 家航空航天局长。他为将人送上月球的“阿波罗”计划而 尽职尽责，通过40万份合同动员了120所大学、2万家企 业 、 400 万 人 参 加 这 项 工 作 ， 共 耗 资 240 亿 美 元 。 在 他 1968年12月获美国总统的自由勋章退休后，1969年美国 成功地实现了肯尼迪的计划。
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1906年6月，德国的动力飞艇研究会成立，普朗特 担任该会的技术委员会的委员。此后他的研究兴 趣就转向空气动力学。1907年，在德国由力学家 普朗特（Ludwig Prandtl,1875－1953）负责在哥 廷根大学筹建德国的第一座风洞。该风洞实验段 截面积为2×2㎡，最大风速为10m/s，功率为 30HP，于1908年运行。1911年在克莱因的支持 下，普朗特向威廉大帝科学协会建议组建专门的 空气动力学与流体力学研究机构。后来在哥廷根 大学成立了空气动力学实验研究所（AVA），它是 德国的航空航天研究院在哥廷根的流体力学研究 中心。
而为了增加安全性，航空结构分析发展成为专门 的研究方向。
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对于火箭的飞行与航天事业来说，它同航空遇到 的问题大体上相同，所不同的是飞机靠空气动力 飞行，而火箭大部分是在空气稀薄的空间飞行， 它的推进主要得借助于喷气推进，其理论根据是 力学中的动量守恒原理。但是火箭也有在空气中 飞行的阶段，也需要讨论空气动力对它的飞行的 影响。至于结构强度问题、自动控制问题、发动 机内的燃烧问题等它同飞机遇到的问题一样，有 时还更尖锐、更具有挑战性。
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当 茹 可 夫 斯 基 逝 世 后 ， 由 他 的 学 生 恰 普 雷 金 （Сергей Алксеевич Чаплыгин，1869－1942）继任。
恰普雷金出生于店员家庭，1890年在莫斯科大学毕业后 留校任教。恰普雷金早期的力学研究主要在非完整约束动 力学与刚体绕固定点的运动两个方面。1902年，恰普雷 金向莫斯科大学提交的博士论文《论气体射流》，这项成 果为解决亚声速气流奠定了理论基础。后来恰普雷金还着 重研究了作用在机翼上的空气动力与最优翼型的理论研究。 他最早给出了计算气流在阻塞体上压力的公式，后来被称 为恰普雷金公式。1914年他又发表了论文《机翼叶栅理 论》，后来成为设计螺旋桨、汽轮机与水力机械的理论基 础。
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
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航空与航天力学的 发展
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1 总的概述
历史告诉我们，对于航空来讲，空气动力学的实 验与理论发展大体上总是超前于飞行的实践的。 飞机飞行需要解决的空气动力学主要有三方面的 问题：
早期的飞行关键是解决能不能飞起来的问题，即 主要是研究当物体运动是升力的大小问题。对于 气球与飞艇来说，事情比较简单，因为它们只与 流体静力学有关，它的理论基础是浮力原理，在 阿基米德时代就已经建立。
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图 4 普朗特像
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1918年，苏联成立了中央空气动力学研究所 （ЦАГИ），苏联力学家茹可夫斯基出任所长。
茹可夫斯基（Николай Егорович Жуковский,1847－1921）是俄国的力学家，先 在俄国、后来到法国巴黎接受教育。1872年担任 莫斯科技术学院的力学教授，1876年获硕士学位， 1882年获博士学位，1866年到莫斯科大学当力 学教授。
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普朗特在塑性力学方面提出了增量型的应力应变 关系，还研究过弹性稳定性问题，在湍流方面也 有贡献。不过他最有名的工作是关于流体流动的 边界层方面的工作。1904年，他的论文《论黏性 很小的流体的运动》奠定了边界层理论的基础。 边界层理论提供了近似计算物体在流体中运动时 所受到的摩擦阻力的方法，后来的发展形成了有 关边界层的一系列的研究方向，如边界层分离、 边界层传热、湍流边界层等。
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1902年建成莫斯科大学的风洞，1902－1909年 之间他独立地建立了升力的理论基础。这个理论 将机翼看为无限长的柱体，只要讨论它的一个截 面便可以了，因之也称为二元机翼理论。
由于他的这些工作，被誉为“俄罗斯航空之父”。 茹可夫斯基有许多著作问世：《液体动力学》 （1876）、《飞鸟降落》（1891）、《机翼螺旋 桨 》 （ 1898 ） 、 《 飞 机 稳 定 性 基 本 理 论 》 （1920）、《推进螺旋桨涡流理论》等。
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当飞机飞起来之后，遇到的是什么问题呢？是同 提高速度、改善可操纵性、增加安全性有关的问 题。而所有这些问题都是崭新的力学课题。
为了提高速度，必须进行两方面的研究。一方面 是对飞机阻力的精确研究；另一方面是为了改进 发动机、特别是为了研究与改善喷气发动机所急 需的关于内流的研究。
为了改善可操纵性，产生了飞行动力学的研究方 向。还有一系列有关航空仪表的研究，如惯性导 航的研究、自动驾驶仪的研究等。
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对于比同体积空气为重的飞行物来说，事情就比 较复杂了，因为从牛顿开始，人们在研究空气对 机翼的作用时，把空气看为由微粒组成的，在物 体运动时，利用动量定律，得到的是升力与机翼 迎风角的正弦的平方成正比。按照这个规律，当 迎风角小时，升力太小，而当迎风角大时，阻力 又太大，所以靠动力飞行是没有希望的，所以著 名的空气动力学家冯·卡门说：“牛顿耽误了飞行 的发展。”牛顿这方面的错误，由英国人凯利、 美国人兰利的实验研究以及后来俄国茹可夫斯基、 英国人兰彻斯特、德国人库塔等人的理论研究给 以纠正。这才有后来莱特兄弟的飞行成功。
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2 空气动力研究中心与若干 著名学者的研究工作
流体力学与航空有关的较早研究结果是丹尼尔·伯 努利（Daniel Bernaulli,1700－1782）1738年给 出的现今称为伯努利定理。
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丹尼尔·伯努利 Daniel Bernaulli
1700－1782
丹·伯努利像