1航空发展史1

航空概
论



一、本课程的主要学习内


.航空发展史
；
.飞机的飞行原理
；
.飞机系统
；
.航空材料的发展
；
.今日航空。
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密码：012345

二、主要参考书
目


.航空概论，史超礼，国防工业出版
.航空概论，王细洋，航空工业出版
.其他航空有关书籍

三、考试方
式



..期末成绩(开卷)，占60%
..平时成绩，占40%

第一章航空发展
史



..航空基本概
念
..飞天探索
..中国航空工业概
况

1.1 航空基本概
念
1.1.1 航
空
航空：指载人或不载人的飞行器在地球
大气层中的航行活动，必须具备空气
介质。

航空有军用航空和民用航空之分


美国F/A-18




波音747




1.1.2 航空
器
..航空器：在大气层内飞行的飞行器。
航空器成功飞行须解决的问题？

..有克服自身重力的向上升力。
..飞行必须具备动力装置产生推力或拉力
来克服前进的阻力
..稳定性和操纵性好

..根据产生升力的基本原理不同，航空器
分为轻于（或等于）同体积空气的航空
器和重于同体积空气的航空器两大类。

飞艇滑翔



倾转旋翼


旋翼
机



1.2 飞天探
索
..对鸟类和人类飞行的..重于空气飞行器—
认识 —滑翔机
..达.芬奇与航空扑翼 ..航空喷气时代
..气球和飞艇 ..直升机的发展

1.2.1 对鸟类和人类飞行的认
识
由于无法解释
鸟类飞行本领，古
代文化中对鸟类产
生崇拜的思想。许
多民族的神都被想
象成有飞行能力。

幻
想



天使或者神



法厄同
代达罗斯父



孙悟空腾云驾雾

嫦娥奔月


..从古希腊开始，人们开始认真讨论鸟的
飞
行
..整个18世纪以前，关于鸟的飞行问题最
有成就的研究工作是意大利学者波莱里
（G.A.Borelli，1608-1679）作出的。
《运动的动物》


..详细描述了鸟及其翅膀的解
剖结构，并计算了一些典型
的尺寸和各部分的相对大小
；
..分析了鸟的飞行原理，指出
鸟的飞行是空气的弹性力作
用的结果
；
..分析了鸟在飞行中的平衡问
题，提出鸟的重心应恰好位
于翅膀下才能保持良好的平
衡。

..英国博物学家雷（W.J.Ray,1628-1705）
注意到鸟的流线型体形的重要性，可
降低空气阻力
。



1.2.2 达.芬奇与航空扑翼
.
达·芬奇（ Leonardo da Vinci 1452~1519）是
世界文化史上最伟大的人物之一。
.
美国著名科学史学家乔治·萨顿（G.Saton）曾
指出：“写一部有关他的天才作品的完整研究
著作，也就意味着写一部15世纪科学技术的
真正百科全书”。

观
察


达·芬奇对鸟的飞行进行了长时间的观察和

解
剖研究，对飞行问题得出了一些重要的认识


.
认为研究飞行问题除了研究飞鸟以外，还
应当研究鸟的飞行环境，同时又说明空气
动力学知识可以通过水动力学研究间接获
得。

《论鸟的飞行
》


手稿《论鸟的飞行》于1505在佛罗伦
萨完成。论述了鸟飞行的一些原理


.
鸟的持续飞行原理（或者说空气的
升力原理
）
.
鸟有效利用气流飞行的技
术
.
鸟如何采取各种省力措施

航空学研
究


达·芬奇的航空学研究可以分成
三大部分
：


.关于飞行的理论和原
理
.飞行的稳定性和控
制
.飞行器设计
可惜由于历史原因（不被当时理解，
多种论文、手稿没有发表），达·芬
奇对航空发展没有产生任何影响。


扑翼
机


.他设计的扑翼机从科学意义上来讲意义不大
但从机械学角度上看，这些设计是很天才

达芬奇的扑翼机模
型




降落
伞


.在他的手稿中还有降落伞的草
图

直升
机


.达·芬奇还被许多人看作直升机的发明者，
并认为这是他对航空学的真正贡献。

扑翼机探索和设计阶


.17世纪~18世纪，欧洲航空发展处在一个
特殊的扑翼机探索和设计阶段
。
.
没有出现航空学理论研究的事件和成果
模仿鸟类进行冒险飞行的人明显减少


.
在热气球飞行成功之前，扑翼机设计成了
这个时期的主题。
.
气球诞生后进行扑翼机设计的人立即减少
以致消失。

1.2.3 气球和飞
艇
..气球是人类创
造的第一种载人
航空器。
..它的雏形起源
于中国，在中国
五代时期，曾出
现过依靠热空气
升空的气球雏形
“孔明灯”。

气球赖以升空的原
理


古希腊科学家阿基米德发现的浮力定
律：物体在流体中所受到的浮力等
于它所排开的同体积的流体的重量。

只要在球内充入比空气轻的气体就可
以产生浮力。


蒙哥尔费兄
弟


.
1783年9月19日，蒙哥尔费兄弟制成了世
界上第一个热气球，气球下面系着一只用
柳条编织的吊篮，将第一批“乘客”一只山
羊、一只鸭和一只公鸡升到了520m高空，
在飞行了8min、3.2km后，安全着陆。“蒙
哥尔费气球”
..两个法国人乘热气球上升到900m高，腾
空20min，随风漂移约10km，揭开了人类
飞行的序幕。

蒙哥尔费兄
弟



蒙哥尔费为国王路易十六首次举行动物飞行表



由于气球的缺陷（不可控、无动力），

气球在20世纪初就不再更多用于
人飞行
。


..高空气象探
测
..大气污染监
测
..天文观
测
..商业广
告
..军事侦察

法国人吉法
尔


1852年，法国
人
吉法尔在气球
上


安装一台3

马力
（约2205W）蒸
汽机带动螺旋桨
的推进装置，制
成了世界上第一
个可操纵飞艇。



德国的齐柏
林


..到19世纪末，终于出现了有实用价值的飞艇
..德国的齐柏林制成了硬式飞艇，用汽油发动
作为动力，性能比其他的飞艇好，转载量也
..在军事和交通运输上得到了应用。

“齐柏林伯爵”
号


20世纪最初30年是飞艇的全盛时期
1929年夏，超豪华巨型飞艇LZ-127“齐柏林伯
爵”号完成了载客状态下的首次环球飞行，此
次壮举比民航飞机的环球飞行早了12年




“兴登堡”
号


..比“齐柏林伯爵”号更为巨大的“兴登堡”号
成为联系欧美大陆之间的主要空中运输工具


.
1937年5月6日，由于氢气被电火花引爆造
“兴登堡”号爆炸，造成97名乘员中35人的死亡，
也宣告了航空史上飞艇时代的结束
。

现代飞艇技术的复
兴


由于飞艇在载运能力和使用成本上具有明显优


先进的空气动力学设计、新动力、新材料、新
艺、新机载电子设备和氦气的应用，到20世
70年代后，飞艇事业又有了复苏的迹象


.
1996年荷兰研制出的“千禧导航”号飞艇，长74m
直径29m、速度148km/h,最多可乘坐230名旅客
..我国也在1985—1986年间研制成功了“天舟”号
载人热气飞艇。
实用技术的面目出现的，不会也不可能与
机技术进行全面的竞争凭借某些优势在一
特殊的领域内取代或补充飞机技
术



1.2.4 重于空气飞行器 ——滑翔
.
世界上最早的重于空气的飞行器是风筝
..美国航空博物馆“世界上最早的飞行器是中国
的风筝和火箭”
.
英国国家博物馆“中国的第五大发明”
.
本质上风筝的飞行原理与现代飞机很相
似，绳子的拉力使其与空气产生相对运
动，从而获得向上的升力。

航空之
父
--乔治·凯
利



.
乔治.凯利（1773~1857）为重于空气的航空器
创立了必要的飞行原
理
.
论文《论空中航行》(1809)被认为是现代航空
学诞生的标志
.
论文阐述了飞机基本原理，分析了稳定性、安
全性和操纵性的重要性，提出许多重要概念
.
他的研究成果远远超出了时代，在之后近百年
间，也没人超过他的水平或认识到他的发现的
重大意义。

凯利的滑翔
机


.
在1847年设计制作了
一架滑翔机，并由他
的马车夫驾驶飞行了
大约450m。
.
乔治凯利爵士是世界
上成功把载人滑翔机
飞上蓝天的第一人。

德国李林达
尔


. 1891年到1896年的5年
间，进行了2000多次
的滑翔飞行
。
.
在掌握稳定性和操纵
性方面取得了丰富的
经验，留下不少著作，
使后来的研究者获得
很大教益
。
. 1896年

，他在一次滑
翔飞行中不幸失事牺
牲。

兰利（1834~1906）



.
美国人兰利博士制造了一个用蒸汽机作为动力
的飞机模型，是历史上第一次重于空气的动力
飞行器实现了稳定持续飞行，在航空史上具有
重大意义。

第一次飞行——莱特兄


. 1903-12-17早晨，奥维尔·莱特进行
了人类历史上第一次有动力、持续
的、可操纵的飞行。这次具有历史
意义的飞行进行了12秒，飞行距离
约120英尺(36.58米)
.同一天，接着又飞了3次，其中一次飞了852英
尺(260米)，持续了59秒。

飞行者1


The beginning of the first flight
December 17, 1903

.建造风洞,他们开创了“试验空气动力学”
的先河
用木箱和电风扇建造了一个简易风洞，用它试验
200多种（2000多小时）不同的翼型，试验了上下叠
置和前后串置布局对升力和阻力的影响，并把试验数
据列成表格，作为设计依据


他们从试验结果得出的结论：凸起的机翼比扁平的机翼
升力大；狭长的机翼比短宽的机翼阻力小。直到今天，
这仍是空气动力学中的两个最基本的结
论



.借鉴其他领域有用知
识
.
如：双翼型
式
——借用桥梁受力型
式，用撑杆和张线将两片机翼组成
整体，增大强度

自己设计、制作发动机

（当时没有足够轻、功率够
大的发动机）

制作螺旋桨

（当时可供参考的只有船舶
推进器，而飞机螺旋桨是
与之不同的）



其他早期的飞行探
索


. 1909年，美国华侨冯如驾
驶自己设计的飞机在美国
旧金山奥克兰试飞成功
。
.
两年后返华报效祖国，不
幸于1912年在广州燕塘进
行的一次飞行表演中壮烈
牺牲。

. 1910年3月28日，法国人试飞成功世
界上第一架水上飞
机
. 1913年，俄国人研制了四发大型客
机成
功
.
到1913年，飞行速度已达200km/h，
续航时间超过13小时，飞行高度达
到6500m。

飞机进入战争

第一次世界大
战


..第一次世界大战（1914-1918）促进
了航空科学技术和航空工业的发展
..一战中飞机多为钢管焊接骨架加布
或木制蒙皮的双翼机，性能和功率
都有较大提高
。
..随后，飞机逐渐从军用转为民用。

..第一次世界大战结束到第二次世界大战爆
发间的20年，称为航空黄金年代
。
..航空新技术有：硬壳式轻型合金结构、悬
臂单翼、可收放式起落架、密封座舱、发
动机增压器以及包括自动驾驶仪在内的一
系列供飞行和导航使用的设备等
。
..美国在战争期间落后于欧洲，战后在民用
飞机方面后来居上，典型飞机有DC-3等。

DC-
3



第二次世界大
战


..用活塞式发动机作为动力的螺旋桨
飞机

..二战中出现了许多名机。如P-51等。
二战后期，最大速度达到780km/h，
已达到速度极限。

..当速度大于700km/h以后，再用增大活塞式
发动机的功率和提高螺旋桨效率的办法来进
一步提高速度则受到了限制
。
..当飞行速度接近声速时，由于机翼上气动压
力中心的变化，引起飞机稳定性和操纵性方
面的新问题，从而为进一步提高飞行速度带
来了障碍—“音障”
。
..突破“音障”首先要求发动机提供足够的推力

1.2.5 航空喷气时
代
..为了给飞机提供更大的动力，德国1930年代
中期就开始了涡轮喷气发动机的研制。
..德国的喷气发动机研究由航空工程师冯鸥海
因主持进行。
..1939年德国试飞成功了最早的喷气飞机He178
。

飞机突破音障瞬间航天飞机突破音障瞬




涡轮喷气飞机发
展


..X-1试验飞机速度超过了声速，是世界上第一种
纯粹为了试验目的而设计制造的飞
机
..20世纪50年代初期，出现了超声速的军用飞
..到60年代，有些飞机的最大速度已达声速的3倍
左右，遇到“热障”问题，由于长时间高速飞行产生
的气动加热而导致结构材料性能的下降。解决“热
障”问题的途径主要是研制质量轻、耐高温的新材
料和新型结构

X-
1




..1945年，美国的F-80喷气式战斗
开始交付使用，最大速度达935km/
..前苏联的米格-9喷气战斗机

F-80喷气式战斗机



米格-9喷气战斗
机



..第一代超声速战斗机：F-100和米格-19
等（歼5、歼6）
..第二代超声速战斗机：米格-21、F-104
F-4、F-5等（
歼
7、歼8）
..第三代战斗机：F-16、F/A-18、米格-29、
苏-27
等
..第四代战斗机：F-22

美国F22重型四代战斗
机




新式战
机


..克服“热障”——SR-71、米格-25
..垂直起降——“鹞”式战斗
机
..变后掠翼——F-111、F-14
..隐身飞机——F-117、B-2

F-117




民用飞
机


..1956年苏联的图-104、1958年美国的波音707和DC-8进入
航线，标志着民用喷气航空时代的开始。波音707的速度
900～1000km/h，航程可达12000km,乘客158人
..1969年出现宽体式大型客机（波音-747），标志着航空客
运已经走向大众化。此时，民航飞机的航程大增，座位增
加了许多，运营成本也大大降低
。
..在2000—2005年间，出现A380大型双层客机。同时，各
国还在不断地预研制新型的高速、远航程、低油耗的未来
客机。

..第一种实用的喷气式客机——波音707
..宽体干线客机——波音747、空中客
A300
..超声速客机——协和
号
..客机进入电传时代——空中客车A320、
波音777
..新一代的民用客机——空中客车A380

军用特种飞机的

发
展



..空中预警机用于搜索、监视空中和
海上目标，主要有美国的E-3和俄罗
斯的A-50
等
..反潜机用于攻击敌方潜艇以保护我
方舰队的安全，主要有美国的P-3，
英国的“猎迷”等

..电子战飞机使用电子干扰设备对敌
方雷达和通信设备进行干扰使其瘫
痪。主要有美国EA-6B
等
..侦察机用于搜集敌方军事情报，按
任务不同分为战略和战术侦察机。
主要有美国RQ-4A”全球鹰”
等
..空中加油机是可以在空中为其它飞
机进行加油的飞机，主要有美国KC10
等