从军转民的角度浅析航空技术对人类社会生活的影响

从军转民的角度浅析航空技术对人类社会生活的影响

航空技术对人类社会生活的影响表现在多个方面，首先，军用航空技术作为军事高技术，不但能够影响一个国家的军事实力，而且能够通过改变国家间的军事力量平衡影响一个国家在世界格局中的地位；其次，民用航空技术则能够直接参与交通运输、资源勘测、农林作业等经济活动，从而服务于一个国家的经济社会发展如（图1所示）。另外，任何科学技术的发展应用都不会局限于某一个特定的行业领域，航空技术在服务航空领域的同时，也不断开拓新的应用处女地如汽车、建筑等等，从而以各种各样的产品形式造福于人类社会。

图1 航空技术对人类社会的直接影响

本文从航空技术转化为民用技术的角度出发，以具体实例简要说明航空技术对人类社会生活的巨大影响。

涡轮增压——动力系统的新革命

20世纪初期最新的工业技术往往最先应用在军事领域。尤其是两次世界大战爆发的这几十年内，工业技术得到了飞速发展，在航空领域，由于早期的螺旋桨发动机采用活塞发动机，燃烧时需要大量的空气与燃料混合形成混合气。但是高空中，随着海拔不断升高，空气变得越来越稀薄，飞机的爬升高度因“发动机缺氧”受到了制约（然而，事实是，飞机爬升得越高，越不容易被地面察觉，也越不容易被地面的防空火炮击中，高空域的动力性能是侦察机和轰炸机急需解决

的主要问题之一）。这时候，工程师们就想到利用额外的机械将空气强制压入燃烧室中（如图2所示），从而解决飞机的高空动力性问题。

图2 涡轮增压技术示意图

早在1906年，瑞士工程师布奇便提出了涡轮增压器的概念。1916年，法国人拉托将涡轮增压器安装到了雷诺发动机上，并将其安放在了TP-1飞机之上。第一种强制增压进气的发动机诞生，不过在当时涡轮增压器还没有受到军方高层的重视，那时，各国的武器制造商还是将注意力集中在使用功率更大的发动机、火力更强的机枪上。这种先进的战机并未来得及大放异彩，战争便已经结束了。

美国参战后，两国在相关领域开始合作，GE公司受NACA委托，在著名工程师莫斯（如图3所示）的领导下，开始进行研制，并第一次研发了冷却涡轮机匣技术。1918年，他首次将涡轮增压器安装在一台V12飞机发动机上，并在14.000英尺（海拔4300米）的高度上飞跃了科罗拉多州的派克峰，打破了之前的世界记录。莫斯也凭借着这项发明，入列美国航空航天名人堂，与莱特兄弟、林德伯格等航空先驱共同接受后世的礼敬。

图3 美国航空工程师Sanford Alexander Moss

虽然一战中，这种装备并未来得及取得辉煌的成就，然而，该技术在战后大放异彩。1920年，飞行员驾驶涡轮增压飞机，第一次飞到了万米高空。二战中，美军所有的著名飞机如B-29、P-47（如图4所示，右侧的小圈指示了涡轮增压器的安装位置）等，几乎都使用了涡轮增压器。

图4 著名的美国P-47战斗机

随着喷气时代的到来，涡轮增压器飞机发动机的辉煌划上了一个句号。然而，使用尾气涡轮增压的汽车发动机因为其较低的油耗和强劲的动力，在汽车市场上受到了更为广泛的欢迎。

1961年美国通用汽车公司将涡轮增压器试探性的装在其生产的某种车型上。20世纪70年代成为了涡轮增压器的一个转折点，装配增压发动机的保时捷911问世。而真正让涡轮增压技术焕发青春的是瑞典SAAB萨博公司，它于1977年推出的SAAB99车型大大促进了涡轮增压技术的传播和更广泛应用，但那时的涡轮增压器仅限于装配在小车的汽油发动机上面。一直到80年代中期，欧美的卡车制造商才将涡轮增压技术应用在各自的柴油发动机上面。

图5 七十年代的保时捷911（左）和萨博99（右）

玻璃钢技术——把复合材料技术的应用推向高潮

战争在给人类带来灾难，刺激人类神经的同时，却也刺激着科学技术的飞速发展，仅二战中催生的军事技术就不胜枚举，玻璃钢的发明就在其中。

以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称为玻璃纤维增强塑料或玻璃钢。玻璃钢是近五十多年来发展迅速的一种复合材料。

1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机雷达罩，其后不久，美国来特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机，并于1944年3月来特伯特空军基地试飞成功。

从此，纤维增强复合材料开始受到军界和工程界的注意。第二次世界大战以后这种材料迅速扩展到民用，风靡一时，发展很快。1946年纤维缠绕技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术储备。

图6 飞机雷达罩和压力容器

1949年研究成功玻璃纤维预混料，并成功制造了表面光洁、尺寸、形状准确的复合材料模压件。1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制成直升机的螺旋桨。

六十年代，美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。在此期间，玻璃纤维聚酯树脂喷射成型技术得到了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。

1961年，片状模塑料（Sheet Moulding Compound简称SMC）在法国问世，利用这种技术可制成大幅表面光洁、尺寸、形状稳定的制品，如汽车、船的壳体以及卫生洁具等大型制件，从而将复合材料技术的应用推向了高潮。

由于玻璃钢是一种复合材料，其性能的适应范围非常广泛，因此它的市场开发前景十分广阔。据有关统计资料，世界各国开发的玻璃钢产品的种类已达4万种左右。虽然各国均根据本国的经济发展情况，开发的方向各有侧重，但基本上均已涉及到各个工业部门。我国玻璃钢工业经过四十多年来的发展，也已在国民经济各个领域中取得了成功的应用，在经济建设中发挥了重要的作用。现将玻璃钢主要的应用领域，粗略地概括如下：

1、建筑行业：冷却塔、建筑结构、围护结构、室内设备及装饰件、玻璃钢平板、波形瓦、卫生洁具及整体卫生间、桑拿浴室、冲浪浴室，建筑施工模板、储仓建筑、混凝土模板、筋材，以及太阳能利用装置等等。

2、化工行业：耐腐蚀管道、贮罐贮槽、耐腐蚀输送泵、耐腐阀门、格栅、通风设施，以及污水和废水的处理设备及其附件等等。

3、汽车行业：汽车壳体及其他部件，全塑微型汽车，大型客车的车体外壳、车门、内板、主柱、地板、底梁、保险杠、仪表屏，以及消防罐车、冷藏车、拖拉机的驾驶室及机器罩等。

4、电气工业及通讯工程：有灭弧设备、电缆保护管，发电机定子线圈和支撑环及锥壳，绝缘管、绝缘杆，电动机护环，高压绝缘子，标准电容器外壳，电机冷却用套管，发电机挡风板等强电设备；配电箱及配电盘，绝缘轴，玻璃钢罩等电器设备；印刷线路板、天线等电子工程应用。