航空器发展史

航空器发展史
（广东工业大学机电学院机械设计制造及其自动化专业）
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前言
自1903年,美国莱特兄弟制造出一架有动力、可操纵的机械，并驾驶它飞到空中起，人类就进入了航空时代。

经过100多年的发展，航空工业已成为对人类政治、军事、经济和生活影响最大，并且最能反映国家的科技发展水平和工业能力的重要领域之一。

经济发展的需求牵引着航空器的迅猛发展。

交通运输需要不断提高运送速度和运载量，发展到现在，运输机的速度已接近音速或超过音速，大型飞机的载客量多达数百人，商载则达上百吨，航程在一万公里以上，航空运输使人员交流、商品运输与信息传递达到前所未有的便捷。

战争的需要成为促进军用飞行器发展的主要动力。

20世纪是人类历史上战争最多、规模最大的时期，世界大战发生过两次。

经过第一次世界大战、第二次世界大战以及冷战，这几次战争可以看出，飞行器在战争中的投入规模越来越大，并在战争中发挥着举足轻重的作用。

飞行器发展到今天，满足军用与民用的高要求靠的是吸收世界的高科技，同时它也推动了众多科技的发展。

在这个信息时代，电子设备在飞行器上的应用，使飞机的多面体功能发生着革命性的变化。

随着科技的发展，今后飞机也将会更大地发挥它的作用，为人类服务。

下面就回顾一下航空器的发展历程。

对飞行器的早期探索（1903前）
人类在漫长的进化过程中不断进行着生存竞争，古代人在与猛兽或敌人斗争的时候，深感速度对于生存和取胜至关重要，同时也因受鸟类与昆虫的启发，渴望能在空中自由飞翔，以获取在自然界更强的生存优势，这就是远古时期萌发的航空理想。

中国是世界文明发展最早的国家之一，对人类文化的各方面都有贡献，航空方面自然也不例外，对空气动力的利用及有关发明如帆，箭羽、相风鸟、舵、风车，以及走马灯、孔明灯、竹蜻蜓、火药、火箭、陀螺、指南针、平衡环等，都是世界上最早的航空及航天装备的雏形。

与我国明朝同期，西方，特别是欧洲，经历了文艺复兴运动，开始了对航空问题的科学研究。

在资本主义出现前后，研究航空的人前赴后继，气球、飞艇、飞船等陆续上天，航空科学也慢慢建立了基础。

这时候，原本走在世界前列的中国，反而渐渐落后了。

中国千百年的经验，依然停留在研发认识的层次上，并没有发展出一套科学理论，很多航空原理的应用，只是停留在玩具上，而没有进一步的运用。

尽管如此，我们祖先在航空知识的积累和航空器的创造发明等方面还是有着不可磨灭的贡献的。

中国古代神话中的飞翔——人类最初的梦想
神话传说是反映人类梦想与愿望的重要形式。

古代的神话和传说常常反映古人的航空理想和愿望。

而中国古代有着许多与“飞”相关的传说、神话、想象，诸如：应龙、招英等怪兽，还有御剑飞仙、嫦娥奔月等传说，这些都反映了人类古时候的飞天梦，而且正是这些梦想让飞行器诞生，并且推动了今后的航空及航天科学的发展。

中国古代发明的飞行器具
根据古代史料，在春秋战国的木鸢、西汉的风筝、王莾时代有人造翅膀学习鸟类飞行，到唐代有火药，由此火箭的原形神火飞鸦被发明，之后还出现了走马灯、孔明灯、竹蜻蜓等，到明朝更有人利用火箭与风筝制造载人飞行器，虽然失败但是这勇于尝试的精神真是难能可贵。

航空科学的创立——人类对鸟类飞行的研究
在文艺复兴时期，莱昂纳多·达·芬奇著有《论鸟的飞行》一书，他是最先提出用两个旋翼绕垂直轴转动支承的思想，并预见到降落伞的应用，可惜的是这一著作直到19世纪后期才被发现，未能对航空发展起到应有的作用。

实用载人无动力航空器研究——气球的出现与发展
公元10世纪莘七娘用“七娘灯”通信，从原理上奠定轻于空气的航空器的基础。

但由可升空的灯到载人的气球，却用了数百年。

直到1783年11月21日，法国人法兰特和德·罗尔在巴黎上空完成首次载人飞行。

随后气球在战争通信等方面发挥了不少的作用。

实用载人可控动力航空器研究——飞艇的出现与发展
1852年，法国人吉法尔将气球装上螺旋桨，用2.2kW蒸汽机驱动，在巴黎上空以2.68m/s的速度作了首次飞行，这就是在动力、可操纵气球——飞艇的诞生。

随后充氢软式飞艇出现，并在第一次世界大战中使用。

第一次世界大战后，飞艇发展的鼎盛时期，并发在航空运输业作出不少的贡献。

到20世纪70年代，由于其节能环保，结合现技术开发出以安全气体氦替代氢的新一代飞艇，继续发挥它的作用。

早期飞机基本原理的建立——全尺寸载人滑翔机的出现与发展
由于19世纪的科技与生产力水平的提高，并经过前人不断的尝试，最后在19世纪末由德国的O.李林达尔完整地完成了滑翔飞行试验，此后他还做了许多次成功的试验，最后在1896年的一次滑翔试验中丧生，致使他在滑翔机上安装蒸汽发动机的愿望未能实现，但他多年的研究给后人很大的教益。

飞机的诞生与发展
航空
军用航空民用航空
通用航空运输航空
公务飞行
教学飞行
旅游观光
紧急救护
城市治安
体育休闲
工业航空
空中广告
农林航空
新闻影视
医疗救护
缉私缉毒
环境保护
科学研究
飞机诞生之初
在1903年12月17日,莱特兄弟第一架有人操纵的内燃机动力飞机试飞成功,这一历史性、划时代的飞行，展现出的是一条正确发展航空事业的道路。

虽然那时飞机无论外形、飞行还是操纵性只是低水平，但它们的出现也奠定了飞机今后的发展基础。

在飞机诞生的短短十年后，第一次世界大战就爆发了，飞机也被投入使用，在战争对飞机的大量需求之下，促进了军用航空科技的飞速发展。

与此同时，在民用方面也开拓了重大的应用前景，空中客运和货运开始形成。

民用航空器的发展
航空是人类20世纪所取得的最重大的科技成就之一。

在民用领域，其首先被用于交通运输。

从伦敦郊区一个小城镇旁的一条简单跑道到世界最繁忙的国际空港——伦敦希思罗机场；从波音空运公司到以联合航空公司为首的“明星联盟”；从巡航速度60km/h 的汉德利·佩季HP-42到马赫数2的“协和”超音速飞机，在过去的七八十年中，航空运输取得了全面、惊人发展。

和其他运输方式相比，航空运输有很多优点。

首先是快，在追求效率的今天，航空
运输为人类旅行节约的时间具有无法估量的价值。

其次是机动，航空不受高山、大川、海洋、沙漠的阻隔，且可根据客货源数量随时增减班次。

第三是安全，据国际民航组织统计，近年来，世界民航定期航班失事率大大降低，平均每亿千米死亡人数为0.04人，是其他运输方式事故死亡人数的几十分之一到几百分之一。

客机的发展历程
民用航空百年回顾
早期航空运输及旅客机
1909年11月16日，飞艇发明家齐伯林创办Delag公司，中世界上第一家商业性民用航空公司。

1914年，固定翼飞机开始用于民间定期商业客运。

1919年2月，在英国和比利时之间开始了邮运航班。

同年8月25日，在伦敦和巴黎之间开通了采用D.H.4A飞机的客运和货运航班。

1928年，联合航空公司前身——波音空运公司建立。

20世纪20年代，欧洲曾在民用客机的发展中处于领先地位。

福克系列民用机也创造了不少航程纪录，还开发了三发飞机设计的新潮流。

但进入20世纪30年代后，世界航空发展的优势逐步落在美国人手中，直到今天。

1931年，波音公司以B-9轰炸机为基础开发出波音247，它被业界公认为第一种现代民航机。

1933年及其后数年，另一美国知名飞机制造商道格拉斯公司先后推出DC-1、DC-2、DC-3等，从此开始了其与波音公司长达数十年的斗争。

1938年，波音公司生产一种由B-17“飞行堡垒”轰炸机发展出来的机型——波音307，波音307成为世界上第一种带增压座舱的航线飞机，使旅客在飞行时可以不受气候环境的影响。

同年6月37.5t的波音314“飞剪号”水上飞机试飞揭示了波音公司开发大型航线飞机设计的长远发展战略。

在第二次世界大战期间，波音与道格拉斯公司的部分机型投入战争。

进入喷气时代
第二次世界大战结束，在战争后留下的机场为战后民航迅速发展创造了条件，特别是喷气发动机的出现和应用。

1950年7月29日，第一架喷气民航机“子爵”号在伦敦－巴黎航线上飞行。

1952年5月2日，第一种使用纯喷气发动机的民航机“彗星”开始在伦敦－南非航线上使用。

“彗星”的巡航速度为788km/h，虽然航程短，中途需着陆加油5次，但毕竟从此揭开了喷气时代的序幕。

1954年7月，波音公司的喷气运输机波音707的原型机“先锋”80上天。

其采用了大后掠机翼，在短舱里装四台普·惠公司的JT3双转子涡轮喷气发动机。

1955年，苏联国家民航(Aeroflot)采用了世界上第二种喷气航线飞机——从图－16发展而来的图－104。

1957年，从图－95“熊”改型而来的四发涡轮螺旋桨飞机——图－114，它可以220人，是20世纪60年代末宽体飞机出现之前世界最大、最重的客机。

1955年，法国南方航空公司开发了西方第一架短程喷气飞机，半装罗·罗公司埃文发动机的“快帆”双发客机首飞，于59年5月开始飞定期客运航班，并于欧洲畅销。

1957年，洛克希德公司“星座”机的最后一种发展型“星座客机”用登上舞台。

尽管它的续航时间长达18h，可以从美国西海岸不着陆直飞欧洲，但仍不得不让位于新问世的喷气飞机，只生产了44架。

它的消亡标志着活塞螺旋桨飞机时代的终结。

20世纪50年代初期，客运水上飞机的时代也终于走到了尽头。

1958年4月，道格拉斯公司设计的四发喷气飞机DC-8首飞，一年后向联合航空公司及达美航空公司交付第一批飞机。

此后十年，喷气发动机性能的提高导致了航线飞机的重大改进。

“康维”是英国罗·罗公司开发的第一种生产型“风扇喷气”或称涡轮风扇发动机。

它于1960年开始在波音707与DC-8机上使用，后来又用于维克斯公司的VC-10机。

涡轮风扇带来的高效率使飞机制造商得以加大飞机的航程。

普·惠公司也很快研制了JT3D，它成为第一代涡轮风扇发动机的主要机种，为洲际型波音707与DC-8机提供了动力。

20世纪60年代，喷气飞机成为远程航线的唯一选择后，各航空公司开始研发短程喷气飞机。

1962年1月，德·哈维兰公司研制出的短程三发100座的DH.121“三叉戟”，65年“三叉戟”成为第一架在经营性航线飞行中自动着陆的航线飞机。

1963年8月，英国飞机公司（BAC）推出80座的BAC-111。

1965年2月道格拉斯推出类似的DC-9机。

1967年，波音推出自己的短程双发喷气飞机——波音737。

到20世纪60年代中期，随着高涵道比涡轮风扇发动机的出现，波音747于1969年上天，1970年由泛美航空公司投入纽约与伦敦之间的航线运营。

波音747的派生机型波音747SP（SP是特别性能的意思）是当时世界上航程最长的喷气飞机。

1976年4月，泛美航空公司第一次用波音747SP飞机经营纽约与东京之间不着陆航班。

欧洲挑战美国
1972年10月，空中客车工业集团的新型中短程宽体客机A300首飞，起初销量不好。

1976年1月21日，英、法联合研制的“协和”号超音速客机投入运营。

20世纪80年代初，波音公司两种新双发飞机——双通道的波音767飞机和单通道和波音757飞机分别于1982年和1983年投入使用。

到20世纪70年代末A300销售上升，1983年空客推出第二个产品A310。

1988年，空客公司为满足当时对新型150座飞机的需求设计的A320投入使用。

A320是世界上最先采用数字式电传飞行操纵和先进的“玻璃驾驶舱”的飞机。

1989年，波音公司推出第二代波音747机，即双人机组的波音747－400机。

1993年，空客推出了两种大运力的空客飞机：远程四发的A340机和双发中程、大运力的A330机，并投入使用。

进入20世纪90年代，波音公司的实力进一步增强，它不仅扩展了原有的波音747\767\757\737系列，而且推出了技术上更加先进的波音777双发客机，它还在1997年兼并了麦道公司，最终胜利终结了长达80年与道格拉斯、麦道公司飞机的竞争。

客机的技术进步
现代客机一般分为干线客机和支线客机。

干线客机
干线客机一般是指客座数大于100、满载航程大于3000km以上的大型客机。

下面按“五代说”的分类对各代客机的特点进行简要的描述：
20世纪50年代，开始投入航线运营的以美国的波音707、DC-8、苏联的图－104为代表的客机是第一代喷气式干线飞机。

其特点是采用涡轮喷气发动机和使用带后掠角的机翼，从而大大提高了飞机的巡航速度和客运量。

20世纪60年代开始投入航线的以美国的波音727、波音737、DC-9，英国的“三叉戟”，苏联的图－154等为代表的一批飞机被认为是第二代干线飞机。

其特点是装低涵道比涡轮风扇式喷气发动机，降低油耗，提高中近程运营的经济性。

20世纪70年代开始投入使用的以美国的波音747、DC-10、L-1011，欧洲的A300B，苏联的伊尔－86等为代表的宽机身飞机被认为是第三代干线客机。

其特点是采用高涵道比大推力涡轮风扇发动机和双通道客舱的宽体机身，载客量为300~500人。

20世纪80年代开始投入航线的运营以美国的波音757、波音767、欧洲的A310，苏联的图－204等为代表的一批2000座级飞机被识为是第四代干线客机。

其技术特点是除了采用改进的高涵道比涡轮风扇发动机使油耗改善5%以上以外，还通过改进超临界翼型、减小机翼后掠角、加大机翼展弦比、增大机翼相对百度等措施以改善飞机的巡航气动效率，并采用新的铝合金材料以减轻结构的重量，而这些措施降低了使用成本，提高了运营效率。

20世纪90年代，以美国的波音777、欧洲的A330/A340及俄罗斯的图－96为代表的第五代干线客机陆续投入使用。

这一代飞机采用宽体机身以增加载客量刑机翼在上一代飞机的基础上进一步加大展弦比或加装翼梢小翼来提高巡航效率；在动力装置上采用推力大、耗油低、停车率低、排气污染少、噪声低的涵道比高达7~9的先进高涵道比涡轮风扇发动机；在机体结构上广泛采用轻型材料，加大复合材料用量，这大大降低了飞机的结构重量；客舱布局宽敞舒适；驾驶舱仍采用在第四代飞机上已广泛使用的双人制驾驶舱，使用电传操纵系统控制所有操纵面，用先进的液晶平板显示器代替第四代飞机上的阴极射线管显示器，所有主要的飞行、导航及发动机信息数据都显示在6块大型屏幕上，大大减轻了飞行员的工作负担。

支线客机
支线客机是指客座数在100人以下、航行于中心城市与小城市（镇）或小城市与小城市之间的飞机。

从20世纪60年代至今，一般认为支线客机已经发展了三代。

20世纪70年代末以前投入航运的支线客机称为第一代，以美国的DC-3、康维尔440，荷兰的F.27、F28，英国的BAe.748、肖特330，加拿大的DHC-6,DHC-7等为代表。

这些支线客机是为满足初期的航空支线运输的急需面发展的，大部分的中小型涡轮螺旋桨式运输机，有的则是从航空支线上淘汰下来的活塞式运输机。

20世纪80年代开始投入航线使用的支线客机被称为第二代，以美国的“湾流”G-1C，英国的肖特360和ATP,加拿大的DHC-8等为代表。

其技术特点是在设计规范全部采用适航标准；在气动外形上虽然仍沿用大展弦比、大相对厚度、梯形直机翼，但把原来的低速层流翼型改成高升力、超临界、后加载等先进翼型，在结构上采用新材料，的把复合材料的用量从5%提高到10%；在动力装置方面，换装第二代小型涡轮螺旋桨发动机和噪声小效率高的螺旋桨，使飞机的耗油下降10%~30%，加上维护性能改善，估计可使直接成本比第一代飞机下降10%；在机载航电设备方面有很大改进，30座以上的飞机都采用了先进的电子显示系统，并安装气象雷达。

机载航电设备的改进大大提高了第二代的安全性与可靠性。

20世纪90年代进入航线的支线客机被称为第三代支线客机。

这一代飞机的主要特点是在第二代飞机的基础上把机身拉长或缩短，以满足不同座数的需求；在机翼上采用低阻翼尖或翼梢小翼；结构上大量采用铝合金等先进材料，复合材料用量达到近20%；在动力装置上采用功重比（发动机功率与其重力之比）比第二代支线飞机更高和耗油率进一步下降的涡轮螺旋桨发动机和高速螺旋桨，以提高巡航速度和改善经济性，有的则换装涡轮风扇发动机或发展新的涡轮风扇式支线飞机以提高巡航速度；第三代涡轮风扇支线飞机的耗油率比第二代涡轮风扇式支线飞机下降10%以上；第三代支线飞机的航电设备进一步改进，可在Ⅳ类气象条件下进场着陆。

由于在今后相当长时期内支线客机的速度仍将处于亚音速或高亚音速的范围内，所
以在今后的发展中，其气动外形不会产生太大的变化。

除个别机型外，多数支线飞机将继续走继承式的发展路线。

未来的新支线飞机可望在经济性、安全性、可靠性、舒适性、减少环境污染等方面继续提高和改进。

对客机未来发展的展望
面对不断增大的的客、货流量，民用飞机将朝着更大、更快。

更普及的方向发展。

未来几十年可能出现的机型：超大型亚音速客机、近音速客机、第二代音速客机、高超音速客机。

通用航空器的发展
《中华人民共和国民用航空法》第145条：“通用航空是指利用航空器从事除商业航班飞行以外的所有民用航空活动，包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学试验、教育培训、文化体育等方面的飞行活动。

”
下面就简单说一下通用航空的发展历程：
最初，通用航空是始于各种竞赛或是为了冲击纪录。

到了1918年第一次世界大战结束后，为了生财，有的就开始利用大量的战后过剩的飞机、机师、机械师进行飞行表演或载客娱乐；有的有钱人就想买飞机，由此就出现了私人飞机；在1918年美车使用双翼机进行农药喷洒试验成功后，飞机在农业上的应用就开始了不得。

自1946年美国贝尔47获得第一张商用直升机适航证后，直升机就开始了它在通用航空中的广范应用，包括搜索和救援、后勤补给、木材采运、企业运输、人道主义救援、警用、应急医疗，甚至放牧。

到20世纪50年代由于私有业主与公司领导的需要，用私人飞机作为日常交通工具，公务飞行就应运而生。

1978年美国的“产品责任法”对通用航空造成很大打击，通用航空市场急剧滑坡，到1994年美国颁布《重振通用航空》法案，使通用航空重获生机并迅速发展，达到前所未有的高度，但2001年的“9·11”事件再次对通用航空严重打击，美国的天空中完全没有了民用飞机，直到经过相当一段时间，正常秩序才得以逐步恢复。

军用飞行器
战斗机
战斗机，狭义是指用于空战的飞机，即空中优势战斗机，广义还包括截击机、歼击机、多用途战斗机和其他战术对地攻击机。

但随着航空技术的发展和世界形势的变化，多用途战斗机成为70年代后的主要发展趋势。

在飞机发明后11年的第一次世界大战产生了一各崭新的作战形式——空战。

许多航空史专家认为，罗朗·加罗斯恩改装的莫拉纳·索尔尼埃L型单翼机（在座舱前机头固定一挺机枪）是世界上第一架专用于空战的飞机——战斗机。

随后，也出现了性能更好的战斗机如“骆驼”型战斗机、福克DVⅡ型战斗机等。

但第一次世界大战的战斗机设计还不够成熟没有制氧装置和加温装置也没有无线电通信设备和救生伞；虽然汽缸旋转的活塞式发动机已出现，但由于该发动机加工精度要求高，多数飞机上装的发动机都城是从汽车发动机的基础上稍作改进而成，飞机可靠性很差。

但战斗机的出现并在实战中经受考验，为后续战斗机的发展打下坚实的基础。

第二次世界大战爆发，各国竞相研制、发展军用飞机，活塞式战斗机进入全盛时期。

喷气式战斗机的出现和发展：
1936年，容克斯公司根据汉斯·冯·奥海因的设想，研制成功了德国第一台喷气发动机——尤莫－004型涡轮喷气发动机。

同年7月18日，安装该发动机的Me-262型战斗机原型机首次试飞并获得成功，于1944年投产，并用于第二次世界大战。

随后其他国家也有研制喷气战斗机，如英国的“流星”型战斗机、美国的XP-59A“彗星”型战斗机。

1946年，第一代相对成熟的战斗机问世：苏联的雅克－15、米格－9、米格－15和美国的F-84“雷电”、FY-1“泼妇”、F-86“佩刀”等型喷气式战斗机，标志着喷气时代的开始。

在第一代喷气式战斗机问世以后，以美、苏两个航空大国为主，经历了曲折的历程，陆续发展了第一~第四代超音速喷气式战斗机（即第二~五代喷气式战斗机）从20世纪80年代起，航空大国开始着手研究第五代喷气式战斗机，其主要特征为：
1)具有优良的隐身性能。

2)具有超音速巡航能力。

3)具有优良的全飞行包线范围内的机动能力。

4)具有优良的战场信息感知能力。

5)飞机的平台、火控系统、动力系统高度综合，使三者协调一致，优化飞机的作战动作，提高飞机的作战效能。

6)武器攻击能力进一步增强，攻击距离进一步提高，攻击范围进一步扩大，近距离格斗导弹均采用多源红外成像体制，中距离导弹采用惯性/指令/主动雷达等多种复合制导方式，增强了导弹的抗干扰能力，提高了武器攻击命中的概率。

战斗机发展趋势的展望：
1)加强信息能力。

2)提高隐身性能。

3)具备多种作战能力。

4)发展无人战斗机。

5)改进和提升现役飞机性能。

轰炸机
轰炸机，主要用于从空中对地面或水上目标实施轰炸。

可携带航空炸弹、空对地或空对舰导弹、鱼雷、核弹、自卫机枪和舰炮等武器，现代轰炸机还装配有电子信息作战设备。

轰炸机的航程远，突防和突击力强，是它的主要特点。

轰炸机诞生于第一次世界大战前，在两次世界大战中获得极大发展并发挥了重大作用。

从第二次世界大战结束以来，轰炸机的发展经历了以下3个阶段：
1)20世纪50~60年代为第一阶段，轰炸机实现了喷气化，速度达到了亚音速和
高亚音速，主要着眼于高空突防。

具有代表性的有美国的B-47、B-52、苏联
的图－16、图－95等轰炸机。

2)20世纪70~80年代为第二阶段，轰炸机实现了超音速，主要着眼于低空超音
速和高空超音速突防。

为使轰炸机在亚音速和超音速范围内都具有较好的飞行
品质，这个阶段的轰炸机大多数都采用了变后掠翼技术。

代表机型有美国的
FB-111、B-1和苏联的图－160轰炸机。

3)20世纪90年代以来为第三阶段，轰炸机着眼于不过早地被对方雷达发现，采
用了综合隐身技术，是第一代隐身轰炸机。

具有代表性的是美国的B-2隐身轰
炸机。

对轰炸机的展望：发展高音速甚至超高音速轰炸机，进一步提高轰炸机的隐蔽性，进一步降低运输费用，进一步提高安全性和可靠性，发展空天轰炸机。