航空航天技术概论.pptx
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1、2023年5月13日航空航天技术概论学习目的v 了解航空航天的开展概貌以及有关航空航天的基本概念和基础知识 v 了解所学专业在航空航天科学技术中的地位和作用 v 激发学习热情,提高对航空航天技术基本内容的认识 外行眼中的内行 内行眼中的外行学习方法学习方法v 勤于思考,善于联系 善于联系自己专业的实际 航空航天是一个综合利用现代科学技术的成果,以系统工程的方法,用工程语言的形式指导飞行器设计、制造、实验和应用等环节的工程技术领域,同时也是研究飞行器设计理论、制造方法、科学应用的综合性技术学科 善于联系国家的政治经济实际 航空航天技术是20 世纪人类在认识自然和改造自然的过程中最活泼、开展最迅速
2、、对人类社会生活最有影响的科学技术领域之一,也是表征一个国家科学技术先进性的重要标志 考核方式v 笔试60%+大作业30%+平时表现10%大作业要求以科技小论文的方式提交,格式符合科技论文的要求,30005000 字,手写版 任课老师:杏建 Email:,Tel:88877246,第一章 主要内容1.航空航天的基本概念2.飞行器的分类、构成与功用3.航空航天开展概况4.我国的航空航天工业5.航空航天技术现状和开展趋势第一章 主要内容1.航空航天的基本概念2.飞行器的分类、构成与功用3.航空航天开展概况4.我国的航空航天工业5.航空航天技术现状和开展趋势1 航空航天的基本概念v 航空航天是人类拓
3、展大气层和宇宙空间的产物陆地时代 时代 航空时代太空时代1517世纪哥伦布发现美洲新大陆1903年,莱特兄弟第一次成功地完成了载人飞行 1957年,前苏联成功地发射第一颗人造卫星 1 航空航天的基本概念v 航空航天已经成为21 世纪最活泼和最有影响的科学技术领域 u 航天技术是诸多科技领域的高度集成,航天科学技术领域荟萃了当今世界上科学技术的众多成果和各个专业的人才。迄今没有任何其他产业部门的综合性可与之相比u 航天技术集成性导致了其效益的宏观性。航天技术的奉献主要是通过开拓性的先进技术手段改变众多产业部门的传统生产方式u 蔡斯经济计量学会根据生产函数理论从宏观经济方面分析了 NASA的研究与
4、开展投入对 国民生产总值增长的影响,计算结果是1 14 1 航空航天的基本概念v 航空航天技术表征着一个国家科学技术的新进水平,也代表了一个国家的核心利益 实例:中国参与欧洲伽利略导航系统工程受排挤 实例:中国参与欧洲伽利略导航系统工程受排挤蜜月期2003年-2004年中欧优势互补反对单极世界 转折期2005年-2007年欧洲政治转向联美排挤中国 竞争期2008年-2009年“北斗横空出世技压“欧系卫星 1.1 航空v 定义:是指载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航行活动 空气介质1.1 航空v 分类航空军用航空 民用航空战斗机攻击机轰炸机运输机预警机商用航空通用航空1.1 航空v 战斗机的
5、分代分代原则 1、各国研制的战斗机分代标准应该是统一的,应该以技术最先进的国家的典型战斗机作为“标杆,确定分代标准 2、各代战斗机的主要技术水平和作战效能要有“台阶性的提高。也就是说下一代战斗机比上一代战斗机要“高出一个台阶。而不是只要技术水平有所提高、技术特点有所不同,就算“更新换代了。3、“换代飞机必须曾是一个时期的主力机种,要有一定的装备数量、并经过实战考验,一些研究性的飞机不能看作换代飞机。这样,战斗机分代的标准就清楚了,混淆颠倒的说法也可减少或防止了。1.1 航空v 第一代战斗机,速度首次突破音速,作战升限超过一万米,并且已经能够较为成熟的使用空空导弹,代表机型为 的F-100“超级
6、佩刀,前苏联的米格-19 等。我国生产的歼六飞机就是由米格19 仿制和开展的,曾是我国空 60 70 年代的主力机种;v 第二代战斗机,俗称双二,即速度超过M2 2 马赫,实用升限超过两万米,以空空导弹为主要武器,强调高空高速性能,代表性机型为 F-104“星、F-4“鬼怪,苏联米格-21、米格-23、米格25,法国幻影III 等。我国在米格21 基础上研制的歼七机和自行研制的歼八也属这一代;1.1 航空v 第三代战斗机,在第二代的技术基础上,更加强调近距搏斗性能以及超视距作战能力,电子设备有了质的进步,机动性较前一代有大幅飞跃,代表机型有 F-14 雄猫、F-15“鹰、F-16 隼、F-18
7、大黄蜂,俄罗斯的苏-27 系列、米格-29,法国的幻影2000,英德意的“狂风等。歼-10 是中国研制的单发动机、轻型、多功能、超音速、全天候、第三代战斗机,中国空 赋予其编号为歼-10,对外称J-10 或称F-10。歼-10 是一种多用途的战斗机,能够执行空战和轰炸的任务;1.1 航空v 战斗机,主要强调4S 功能,即:超音速巡航、隐身、超机动、先敌击毁目标四项特征,因此到目前为止,服役的战斗机中只有 的F-22 称属于真正的 战斗机;另外,欧洲的三种战斗机,法国的“阵风、瑞典的JAS-39“鹰狮和英德意西的EF2000“台风,因为具备了某些 战斗机的特征,也被称作是三代半战斗机。我国:歼2
8、0 已经首飞;1.2 航天v 定义:是指载人或不载人的飞行器在地球大气层之外的航行活动 没有空气介质可利用必须自身携带能源飞行到达一定的速度后,按预定轨道飞行第一宇宙速度 7.9km/s;第二宇宙速度11.2km/s;第三宇宙速度16.7km/s1.2 航天v 分类u 无人航天器n 人造地球卫星n 空间探测器u 载人航天器n 载人飞船n 空间站n 航天飞机 1.3 航空与航天的关系v 从空间关系上来看:航天是航空上一层的空间,航天器进入和返回太空必须经过大气层v 从技术层面来看:航空技术和航天技术相互交叉和渗透v 从未来关系来看:临近空间飞行器的研发,将航空技术和航天技术紧密联合在一起。空天一
9、体化已成为未来开展的趋势第一章 主要内容1.航空航天的基本概念2.飞行器的分类、构成与功用3.航空航天开展概况4.我国的航空航天工业5.航空航天技术现状和开展趋势2 飞行器的分类、构成与功用v 本门课程虽然是航空航天技术概论,但主要涉及的是飞行器,不包括其他系统v 一般的航天系统由航天器、航天运输系统、航天器发射场、航天测控网、应用系统组成、完成特定航天任务的工程系统v 实例:载人航天的7 大系统。航天员、飞船应用、载人飞船、运载火箭、发射场、测控通信和着陆场 2 飞行器的分类、构成与功用v 航空器 轻于空气重于空气v 航天器无人航天器载人航天器v 火箭和导弹在地球大气层内或大气层外空间飞行的
10、器械,统称飞行器2.1 航空器轻于空气u 气球u 飞艇2.1 航空器ULDB-Ultra Long Duration Balloon Duration:up to 100 days.Load:6,000 pounds Height:110,000 feet 33.5km u气球2.1 航空器Length260mDiameter65mTotalheight82mEnvelopevolume550,000mLoadingplatform50 x 8 x 8mBasicweight260tPayloadUp to 160tu飞艇2.1 航空器v 固定翼航空器u飞机u滑翔机v 旋翼航空器u直升飞机u旋
11、翼飞机v 扑翼机2.1 航空器v 飞机的各个部件机身驾驶舱发动机机翼水平尾翼垂直尾翼升降舵方向舵副翼襟翼2.1 航空器v 飞机的各个部件2.1 航空器机翼尾翼舵面 机身起落架动力系统操纵系统 机载设备 产生升力 稳定和操纵 升降舵、方向舵、副翼、扰流片 装载、连接其他部件 起降滑跑、地面支撑 产生推力。包括发动机及其附件系统。操纵飞机。飞行仪表、通讯、导航、环境控制、生命保障、能源供给等等。v 飞机各个部件的功能2.1 航空器v 滑翔机 无动力2.1 航空器v 直升飞机定义 一种以动力装置驱动的旋翼作为主要升力和推进力来源,能垂直起落及前后、左右飞行的旋翼航空器。v 直升飞机组成 由机体和升力
12、含旋翼和尾桨、动力、传动三大系统以及机载飞行设备等组成。2.1 航空器v 直升飞机分类 单旋翼直升机 双翼直升机 2.1 航空器v 武装直升机在战争中的作用u 现代战争,是陆、海、空、天空间、信息一体的立体战争,诸兵种密切协同。然而,在空、地机动兵器之间,速度上存在着时速60100公里的差距,高度上存在着一个从0到100米之间的空白。直升机的理想活动范围正好填补了这个时、空间隙,紧紧地将陆、海、空使用的各种武器联系在一起,构成了立体作战模式,使各种武器得以密切协同,互相扬长避短,充分发挥武器的整体作战效能。因此,从某种意义上说,直升机是空地一体战的纽带。2.2 航天器v 分类航天器无人航天器载
13、人航天器人造卫星空间探测器载人飞船空间站航天飞机科学卫星应用卫星实验卫星2.2 航天器v 卫星 l 有效载荷l 卫星平台 保障系统2.2 航天器v 卫星平台:1结构与机构分系统 2电源分系统 3热控制分系统 4姿态与轨道控制分系统 5测控分系统 6数据管理分系统2.2 航天器v 卫星轨道近地轨道中地轨道大椭圆轨道地球同步轨道2.2 航天器v 有效载荷:1科学探测和试验类有效载荷2信息获取类有效载荷3信息传输类有效载荷4信息基准类有效载荷2.2 航天器应用卫星通信卫星导航卫星气象卫星侦察卫星测地卫星资源卫星多用途卫星2.2 航天器v 通信卫星 通信卫星的种类有很多,按轨道分由静止轨道通信卫星,非
14、静止轨道通信卫星;按用途分有播送电视直播卫星,跟踪与数据中断卫星和 用通信卫星等 鑫诺二号出现故障,损失20 亿 天链一号我国首颗数据中继卫星 第三代国防通信卫星 2.2 航天器v 气象卫星 气象卫星可分为太阳同步轨道气象卫星和地球静止轨道气象卫星。太阳同步轨道气象卫星每天对地球外表巡查两遍,可以获得全球气象数据。地球静止轨道气象卫星可以对全球1 3 的地区连续进行气象观测,实时将气象资料传回地面。2.2 航天器v 侦察卫星 卫星侦察的优点,是侦察范围广,速度快,可不受国界限制定期或连续地监视某个地区,对于增强国家的 事实力和综合国力具有重要意义 侦察卫星按照所执行的任务和所采用的侦察手段来加
15、以区别,一般分为照相侦察卫星,电子侦察卫星,还海洋监视卫星和预警卫星 2.2 航天器 的KH12 间谍卫星是世界上最先进的影像卫星,分辨率为1050 毫米,有“极限轨道平台之称 2.2 航天器目标发现单位:米一般识别单位:米详细识别单位:米描述单位:米桥梁 6 1.5 1.5 0.9雷达 3 0.9 0.3 0.15无线电设备 3 1.5 0.3 0.15仓库 1.5 0.6 0.3 0.15小股 6 2.1 1.2 0.3机场设施 6 4.6 3 0.3火箭、大炮 0.9 0.6 0.15 0.05飞机 4 1.5 0.9 0.15导弹阵地 3 1.5 0.6 0.3舰船 7.6 4.6 0
16、.6 0.3运输车 1.5 0.6 0.3 0.052.2 航天器v 导航卫星GPSGLONASS伽利略 北斗2.2 航天器v 资源卫星 资源卫星是勘测和研究地球资源的卫星,它能看透地层发现人们肉眼看不到的地下宝藏,历史古迹,地层结构,能普查农作物,森林,海洋,空气等资源。能预报和鉴别农作物的收成,考察和预报各种自然灾害。2.2 航天器v 空间探测器 又称深空探测器或宇宙探测器。对月球和月球以远的天体和空间进行探测的无人航天器 按探测的对象划分为月球探测器、行星和行星际探测器、小天体探测器等卡西尼土星探测器2.2 航天器v 载人飞船 能保障航天员在外层空间生活和工作以执行航天任务并返回地面的航
17、天器 1961 年苏联发射了第一艘东方号飞船,后来又发射了上升号和联盟号飞船。也相继发射了水星号、双子星座号、阿波罗号等载人飞船。中国的神舟系列飞船2.2 航天器v 神舟七号的组成2.2 航天器v 空间站 空间站是一种在近地轨道长时间运行,可供多名航天员在其中生活工作和巡访的载人航天器 在空间站中要有人能够生活的一切设施,不再返回地球“和平号空间站运行了25 年国际空间站15 个国家组建2.2 航天器v 航天飞机 是可重复使用的、往返于太空和地面之间的航天器,结合了飞机与航天器的性质。它既能代表运载火箭把人造卫星等航天器送入太空,也能像载人飞船那样在轨道上运行,还能像飞机那样在大气层中滑翔着陆
18、。2.3 运载火箭和导弹v 运载火箭 运载火箭由多级火箭组成的航天运输工具。用途是把人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等有效载荷送入预定轨道 是在导弹的基础上开展的,一般由2 4 级组成。每一级都包括箭体结构、推进系统和飞行控制系统2.3 运载火箭和导弹v 运载火箭组成2.3 运载火箭和导弹v 我国 系列火箭2.3 运载火箭和导弹v“一号系列包括 一号运载火箭和 一号丁运载火箭两个型号。主要用于发射近地轨道小型有效载荷 v“二号 在“1 号的技术基础上开展的目前是中国最大的运载火箭家族,拥有“二号、“二号丙、“二号丁、“二号捆E、“二号F 等型号,承担近地轨道发射任务 2.3 运载火箭
19、和导弹v“三号 是我国目前承担高轨道发射任务的运载火箭,目前有“三号、“三号甲、“三号乙、“三号丙等型号 v“四号系列运载火箭承担太阳同步轨道和极轨道的发射任务。目前有“四号甲、“四号乙、“四号丙等型号2.3 运载火箭和导弹v 我国新一代大运载 5 号近地轨道运载能力达25 吨,地球同步转移轨道运载能力达14 吨 2.3 运载火箭和导弹v 导弹 是依靠自身动力装置推进,由制导系统导引、控制其飞行路线,并导向目标的武器 按飞行方式分,有弹道导弹和巡航导弹2.3 运载火箭和导弹v 弹道导弹 洲际弹道导弹 ICBM:射程在5500 km 以上 远程弹道导弹 IRBM:射程在3000 和 5500 k
20、m 之间 中程弹道导弹 MRBM:射程在1000 和 3000 km之间 短程弹道导弹 SRBM:射程在 1000 km 以下 2.3 运载火箭和导弹v 巡航导弹 主要以巡航状态在稠密大气层内飞行的导弹,旧称飞航式导弹。巡航状态指导弹在火箭助推器加速后,主发动机的推力与阻力平衡,弹翼的升力与重力平衡,以近于恒速、等高度飞行的状态 其飞行弹道通常由起飞爬升段、巡航水平飞行段和俯冲段组成。它依靠喷气发动机的推力和弹翼的气动升力 2.3 运载火箭和导弹v 主要几种巡航导弹 战斧式巡航导弹 AGM-86C 空射巡航导弹 AGM-129 空射战略巡航导弹 中国长剑10 陆基巡航导弹命中精度:510 米,
21、有效射程:1500 公里2500 公里 俄罗斯萨姆SA-15 空射对地巡航导弹 俄罗斯和印度联合研制的布拉莫斯巡航导弹 俄罗斯KH-55/KH-555 巡航导弹 第一章 主要内容1.航空航天的基本概念2.飞行器的分类、构成与功用3.航空航天开展概况4.我国的航空航天工业5.航空航天技术现状和开展趋势3.1 航空开展概况-罗吉尔 培根 R.Bacon v 欧 洲 文 艺 复 兴 的 前 夜,曾 出 现 一 位 认 真 思 考 飞 行器 的 人,英 国 学 者 罗 吉 尔培 根 R.Bacon,约12201292。v 在 大 约1250 年 成 书、1542 年 才 出 版 的 著 作 工 艺和
22、自 然 的 奥 秘 中,培 根 提 出 了 动 力 飞 行 的 概 念。虽 然 他 的 设 想 还 相 当 简 单 粗 糙,但 人 们 把 他 看 作历史上第一个提出类似20 世纪飞机概念的人。v 培 根 终 生 不 得 志,生 前 曾 将 手 稿 送 给 一 些 领 袖,但 没 有 得 到 重 视,加 之 其 著 作 大 都 在 他 死 后 几 百年 才 出 版 或 译 成 通 用 文 字,因 此 培 根 的 飞 行 器 思想没有对后世产生什么影响。3.1 航空开展概况-达 芬奇v 达芬奇 Leonardo da Vinci 14521519 是世界文化史上最伟大的人物之一。v 著名科学史学
23、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。3.1 航空开展概况-达 芬奇v 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,当然,有些是古老观点的进一步深化和理论化v 另一个重大奉献是,他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。v 他指出:“为了得到鸟类在空气中运动的真正科学,必须首先给出风的科学,而这一点可以通过水运动装置建立。这门科学能够在一定程度上反映有翼生物在空气中和在风中的知识。3.1 航空开展概况-达
24、 芬奇达芬奇的航空学研究可以分成三大局部:u关于飞行的理论和原理u飞行的稳定性和控制u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,达芬奇对航空开展没有产生任何影响。3.1 航空开展概况-达 芬奇 达芬奇还被许多人看作直升机的创造者,并认为这是他对航空学的真正奉献。3.1 航空开展概况-乔治 凯利vG.Cayley 17731857 为重于空气的航空器创立了必要的飞行原理v 论文论空中航行1809 被认为是现代航空学诞生的标志v 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。v 他的研究成果远远超出了时代,在他之后近百年间,也没人超过他的水平
25、或认识到他的发现的重大意义。3.1 航空开展概况-莱特兄弟v1903-12-17 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v 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。3.1 航空开展概况-飞机诞生的背景v1783 年,蒙特哥菲尔兄弟Joseph and tienne Montgolfier 制造了热气球,此后一百多年,人类的飞行属于浮空器时代v 人类对飞机的研究始终在继续v19 世纪末,对张翼飞行的认识趋于成熟3.1 航空开展概况-飞机诞生的背景v 很多人
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