1、林 佳 E-mail：,先進(jìn)復(fù)合材料 與航空航天,航空與航天,按照飛行器的飛行環(huán)境和工作方式的不同，可以把飛行器分為三類：航空器、航天器、火箭和導(dǎo)彈。 在大氣層內(nèi)飛行的飛行器稱為航空器，航空器主要靠空氣的靜浮力或靠與空氣相對運動產(chǎn)生的空氣動力升空飛行； 主要在大氣外空間飛行的飛行器稱為航天器，航天器在運載火箭的推動下獲得必要的速度進(jìn)入大氣層外空間，然后在引力作用下完成類似于天體的軌道運動； 火箭是以火箭發(fā)動機為動力而升空，可以在大氣層內(nèi)或大氣層外飛行的飛行器；導(dǎo)彈是一種飛行武器，彈體帶有戰(zhàn)斗部，依靠制導(dǎo)系統(tǒng)控制其飛行軌跡。,飛行器的分類、構(gòu)成與功用,1.航空器,航空器,輕于空氣的航空器,重于空

2、氣的航空器,氣球,飛艇,固定翼航空器,旋翼航空器,撲翼機,傾轉(zhuǎn)旋翼機,飛機,滑翔機,直升機,旋翼機,2.航天器,3.火箭和導(dǎo)彈,火箭的基本組成部分有推進(jìn)系統(tǒng)、箭體結(jié)構(gòu)和有效載荷,導(dǎo)彈通常由戰(zhàn)斗部、彈體結(jié)構(gòu)、動力裝置和制導(dǎo)系統(tǒng)組成,航空航天發(fā)展概況,1.航空器發(fā)展概況,（1） 風(fēng)箏、氣球和飛艇,中國,中國的風(fēng)箏是航空器的始祖,國外,（2） 飛機,飛機的動力和穩(wěn)定操作問題,19世紀(jì)末,一戰(zhàn)期間,一戰(zhàn)后民用航空,一戰(zhàn)后到二戰(zhàn)爆發(fā)期間，民用航空得到發(fā)展,二戰(zhàn)期間飛機種類也越來越多，參戰(zhàn)的有戰(zhàn)斗機、轟炸機、反潛機、偵察機、通訊聯(lián)絡(luò)機和各類運輸機。,P-51野馬,B-29超級空中堡壘,二戰(zhàn)即將結(jié)束時，美國

3、的F-80噴氣式戰(zhàn)斗機開始交付使用，隨后不久蘇聯(lián)也研制成功雅克-15和米格-9。,F-80,雅克-15,米格-9,X-1,20世紀(jì)40-50年代是噴氣式飛機迅速發(fā)展的年代。,為了探索航空航天領(lǐng)域眾多的未知領(lǐng)域，美國人開始了 X 系列試驗飛行器的研究工作。,聲障,熱障,20世紀(jì)70年代開始，主動控制技術(shù)和推重比8一級的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的應(yīng)用。,隨著隱身技術(shù)的成熟隱身飛機出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代。,波音-747,噴氣式戰(zhàn)斗機的更新?lián)Q代代表了航空技術(shù)的發(fā)展歷程。,第一代戰(zhàn)斗機,在飛機發(fā)展過程中，還出現(xiàn)了一些特殊用途飛機，如空中預(yù)警機、反潛機、電子干擾機、偵察機和空中加油機。,（3） 直升機,直升機升空后

4、要實現(xiàn)可控的穩(wěn)定飛行，首先必須解決旋翼旋轉(zhuǎn)引起的反扭矩問題。,第一代最大速度200km/h，噪聲水平高（蘇聯(lián)的米-4和美國的貝爾-47）； 第二代最大速度250km/h，噪聲有所下降（蘇聯(lián)的米-8和法國的“超黃蜂”） ； 第三代最大速度300km/h，噪聲進(jìn)一步得到控制（法國的“海豚”、美國的“黑鷹”和“阿帕奇”） ； 第四代飛行速度超過300km/h，噪聲得到了較好控制（北約組織的NH-90和美國的“科曼奇”） 。,Fa-61,科曼奇,2.航天器發(fā)展概況,俄國的K.齊奧爾科夫斯基首次闡述了利用多級火箭克服地球引力實現(xiàn)宇宙航行的構(gòu)想。,美國的R.戈達(dá)德建立了火箭運動的基本數(shù)學(xué)原理，并導(dǎo)出火箭脫

5、離地球引力所需的7.9km/s的第一宇宙速度。,出生于羅馬尼亞的H.奧伯特，提出空間點火的理論和脫離地球引力的方法，主持設(shè)計了火箭發(fā)動機。,德國的W.von布勞恩在二戰(zhàn)期間為納粹德國主持研制V-2火箭，戰(zhàn)后去美國，成為美國火箭技術(shù)的核心人物。,第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，蘇聯(lián)和美國都通過仿制V-2火箭建立自己的火箭和導(dǎo)彈工業(yè)。,1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星從蘇聯(lián)領(lǐng)土上成功發(fā)射。 20世紀(jì)60年代中期人們開始重視開發(fā)具有經(jīng)濟(jì)和社會效益的應(yīng)用衛(wèi)星。 至2002年12月，全世界已成功發(fā)射民用通訊衛(wèi)星371顆。,從1958年開始的18年間，蘇聯(lián)和美國共向月球發(fā)射率81個探測器，成功了59個

6、。 蘇聯(lián)的探月過程為拍攝照片、軟著陸、鉆孔取樣、帶回月球的土壤和巖石，并完成月球車在月球上的行駛。 美國在對月球的探測中，先后執(zhí)行了“徘徊者”、“勘探者”和“月球軌道環(huán)行器”計劃，最后完成了“阿波羅”飛船載人登月的偉大創(chuàng)舉。 對太陽系的探測開始于20世紀(jì)60年代初。 蘇聯(lián)的探測器主要有“金星”號、“火星”號和“探測器”號； 美國的探測器比較多，主要有“先驅(qū)者”號、“水手”號、“海盜”號、“旅行者”號等； 1996年開始，美國、俄羅斯和歐洲空間局又開始了對火星的新一輪探測：“火星生命計劃”、“火星探路者”、“火星快車”和“火星漫游者”。,1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員加加林乘坐“東方”1號載人

7、飛船實現(xiàn)了軌道飛行。,1971年4月19日，蘇聯(lián)發(fā)射了第一個“禮炮”號空間站。 1986年2月20日，蘇聯(lián)發(fā)射了第三代空間站，即“和平”號。,1969年7月20日，“阿波羅”11號飛船首次把兩名航天員N.阿姆斯特丹和A.奧爾德林送上了月球表面。 1973年5月14日發(fā)射了試驗性空間站“天空實驗室”。,冷戰(zhàn)結(jié)束后美國和俄羅斯從各自的利益出發(fā)，同意在空間技術(shù)上合作，聯(lián)合建立新型空間站，即“國際空間站”。,“哥倫比亞” 穿越大氣層解體時的圖像,“哥倫比亞”航天飛機起飛時隔熱片曾被撞擊,1981年4月12日，美國也是世界上第一架航天飛機“哥倫比亞”號試飛成功，隨后成功研制了“挑戰(zhàn)者”號、“發(fā)現(xiàn)”號、“

8、亞特蘭蒂斯”號和“奮進(jìn)”號共5架航天飛機。,1988年11月15日成功發(fā)射了“暴風(fēng)雪”號航天飛機，由于政治和經(jīng)濟(jì)方面的原因，“暴風(fēng)雪”號進(jìn)行了3.5h繞地球兩周的不載人首航后，載人飛行計劃被無限擱置。,3.火箭和導(dǎo)彈發(fā)展概況,中國是原始火箭的故鄉(xiāng)。,近代火箭和導(dǎo)彈是在第二次世界大戰(zhàn)后期才出現(xiàn)的。 二戰(zhàn)后，美蘇兩國在V-2導(dǎo)彈技術(shù)的基礎(chǔ)上，迅速發(fā)展了各自的火箭武器，即地對地導(dǎo)彈。 美國在1945年就研制成功用于大氣探測探空火箭，隨后蘇聯(lián)也發(fā)射了他們的探空火箭。,V-2,運載火箭 初期階段的運載火箭有前蘇聯(lián)的“東方”號、美國的“大力神”2型、中國的“長征”2號等，這些火箭主要用于低軌道航天器發(fā)射。

9、,隨著航天技術(shù)的發(fā)展，各航天大國都發(fā)展了發(fā)射高地球軌道航天器的運載火箭，特點是采用三級火箭，典型代表有美國的“宇宙神-阿金納”、歐洲的“阿麗亞娜”、蘇聯(lián)的“質(zhì)子”號和我國的“長征”3號等。 空間事業(yè)的發(fā)展需要把更大的質(zhì)量的航天器送入太空，捆綁技術(shù)的應(yīng)用使火箭不僅能發(fā)射更大的有效載荷，而且走上了自己的獨立發(fā)展階段。這個階段的典型火箭有日本的“H-”、歐洲的“阿麗亞娜”4型和“阿麗亞娜”5型、美國航天飛機發(fā)射系統(tǒng)、蘇聯(lián)的“能源”號和我國的“長征”2號F等。,彈道導(dǎo)彈 第一代：以液體火箭為主，遠(yuǎn)程和洲際彈道導(dǎo)彈使用多級火箭的形式，準(zhǔn)備時間長，突防能力差。,第二代：生存力和突防能力有了較大提高，主要特

10、點為采用井下發(fā)射與儲存、用固體燃料、命中率有所提高。,第三代：具有較強的突防能力，并采用分導(dǎo)式多彈頭、精度進(jìn)一步提高。,第四代：多彈頭數(shù)量增加到10個，有效載荷增加，命中精度較高。,第五代：小型化、機動化、高突防能力和高精度，發(fā)射方式主要為車載機動。,有翼戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈,AIM-9“響尾蛇“,巡航導(dǎo)彈 最早的巡航導(dǎo)彈是第二次世界大戰(zhàn)期間德國研制的V-1導(dǎo)彈，戰(zhàn)后的巡航導(dǎo)彈基本上都在V-1的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。 從20世紀(jì)50年代開始，蘇聯(lián)發(fā)展了“冥河”、“沙道克”等10多種艦載和機載巡航導(dǎo)彈，美國研制了“斗牛士”、“鯊蛇”等多種巡航導(dǎo)彈。這些早期的巡航導(dǎo)彈彈體笨重、精度低、易被攔截、作戰(zhàn)效果不如彈道導(dǎo)

11、彈。 20世紀(jì)70年代以后，隨著小型渦輪風(fēng)扇發(fā)動機、小型核彈頭、精確制導(dǎo)技術(shù)的進(jìn)步，巡航導(dǎo)彈的發(fā)展進(jìn)入了一個新階段，一批高性能的空射、潛射和陸基巡航導(dǎo)彈相繼問世。,巡航導(dǎo)彈正朝著高超聲速和隱身化的方向發(fā)展。,4.航空航天在國防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位與作用,航空武器裝備是空軍武器裝備的重要組成部分。 未來的戰(zhàn)爭勢必圍繞空中打擊來進(jìn)行，誰擁有更強大的空軍，誰將在未來戰(zhàn)爭中取得主動權(quán)。,航空的發(fā)展大大改變了交通運輸結(jié)構(gòu)。 航天技術(shù)與其他科學(xué)技術(shù)相結(jié)合開創(chuàng)了許多新的商業(yè)途徑，最典型的例子就是衛(wèi)星通信,1. 我國的航空工業(yè) （1） 軍用飛機,我國的航空航天工業(yè),初教-5,殲教-1,殲6,殲7,殲8,殲10,

12、第一代,第二代,第三代,戰(zhàn)斗機,水轟5,轟6,強5,轟5,殲轟7,梟龍/FC-1,K-8,（2）民用飛機,運5,北京1號輕型旅客機,運7-200,小鷹-500,ARJ21,運10,直5,直9,直8,（3）直升機,直11,1. 我國的航空工業(yè) （1） 導(dǎo)彈武器,我國的地地彈道導(dǎo)彈：近程導(dǎo)彈中近程導(dǎo)彈中程導(dǎo)彈中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈洲際導(dǎo)彈 潛地導(dǎo)彈 地空導(dǎo)彈：中高、中低、低空和超低空地空導(dǎo)彈 反艦導(dǎo)彈：亞聲速和超聲速艦艦、空艦等反艦導(dǎo)彈,（2） 運載火箭,我國的運載火箭用“長征”命名。,（3） 人造地球衛(wèi)星,我國的人造地球衛(wèi)星主要分四大應(yīng)用衛(wèi)星系列，即近地軌道返回式遙感衛(wèi)星、地球靜止軌道通信廣播衛(wèi)星、太陽同步

13、軌道和地球同步軌道氣象衛(wèi)星、導(dǎo)航定位衛(wèi)星四大系列。,“東方紅”1號,“風(fēng)云”2號,（4） 載人航天,1986年3月，我國高技術(shù)研究發(fā)展計劃綱要把航天技術(shù)的預(yù)先研究工作列為重點發(fā)展項目。,（5） 探月工程,我國在2003年啟動了名為“嫦娥工程”的月球探測計劃，該計劃分三個階段實施，首先發(fā)射繞月球的衛(wèi)星，深入了解月球；接著發(fā)射月球探測器，在月球上進(jìn)行實地探測；最后送機器人上月球，建立觀測站，實地試驗采樣并返回地球。,航空航天技術(shù)現(xiàn)狀 （1）航空技術(shù)現(xiàn)狀 先進(jìn)戰(zhàn)斗機,航空航天技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢,F-22,航空器的技術(shù)水平代表著航空科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。飛機是最具代表性的航空器，而軍用飛機的發(fā)展則

14、代表著先進(jìn)航空科技的結(jié)晶。,第四代戰(zhàn)斗機應(yīng)具備隱身能力、超聲速巡航能力、高機動性、短距起降和超視距多目標(biāo)攻擊能力等先進(jìn)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能。,F-35,第四代戰(zhàn)斗機的先進(jìn)技術(shù)特征,隱身飛機,隱身技術(shù) 超聲速巡航 近距格斗,短距起降 多目標(biāo)跟蹤/攻擊 超視距作戰(zhàn),目前雷達(dá)探測手段對飛機的威脅約占各種探測手段的60%左右，紅外探測威脅約占30%左右，所以飛機主要是雷達(dá)隱身和紅外隱身。,（2）航天技術(shù)現(xiàn)狀,“誰能控制空間，誰就能控制地球”。,軍事衛(wèi)星系統(tǒng)在為戰(zhàn)略決策服務(wù)的同時，也為武器裝備和作戰(zhàn)部隊提供各種通信廣播、偵察監(jiān)視、導(dǎo)航定位等支持，極大地提高了武器裝備的整體作戰(zhàn)效能。,偵察衛(wèi)星 軍用通信衛(wèi)星 導(dǎo)

15、航衛(wèi)星 氣象衛(wèi)星 測地衛(wèi)星,載人航天系統(tǒng)包括三大部分：軌道基礎(chǔ)設(shè)施、地面基礎(chǔ)設(shè)施和天地往返運輸系統(tǒng)。 軌道基礎(chǔ)設(shè)施由低軌道上運行的載人空間站、無人軌道平臺及在高軌道上運行的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星、定位衛(wèi)星等組成； 地面基礎(chǔ)設(shè)施由指揮控制中心、跟蹤通信網(wǎng)、發(fā)射中心、著陸場、航天員選拔訓(xùn)練中心及有效載荷中心等組成； 天地往返運輸系統(tǒng)向空間站接送換班的航天員，把貨物由地面送到空間站，并把重要的試樣及資料送回地面。,2. 航空航天技術(shù)的未來發(fā)展趨勢 （1）航空器的未來發(fā)展趨勢 先進(jìn)戰(zhàn)斗機 無人駕駛偵察與作戰(zhàn)飛機 大型和超聲速運輸機 空天飛機 微型航空器 新概念和特種航空器,全球鷹,A380,（2）航空科學(xué)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢 空氣動力學(xué) 推進(jìn)技術(shù) 材料和結(jié)構(gòu) 航空電子與控制 總體綜合設(shè)計,（3）航天技術(shù)的發(fā)展趨勢 運載火箭 人造地球衛(wèi)星 載人航天 空間天文探測,思考題： 什么是航空？什么是航天？航空與航天有何聯(lián)系？ 航空器是怎樣分類的？各類航空器又如何細(xì)分？ 火箭和導(dǎo)彈有哪些相同和不同之處？ 要是飛機能夠成功飛行，必須解決什么問題？ 戰(zhàn)斗機是如何分代的？各代戰(zhàn)斗機的典型技術(shù)特征是什么？ 巡航導(dǎo)彈和彈道導(dǎo)彈有什么不同？,課程任務(wù) 了解航空航天的發(fā)展概況，熟悉飛行環(huán)境及飛行原理以及飛行器的構(gòu)造； 了解各種復(fù)合材料的設(shè)計原理，尤其是復(fù)合材料增強體的特點、選擇原則和