世界航空航天发展史-2017年10月.ppt

武际可:科技史选讲之七(1) 航空、航天技术的发展 今天不可能的事明天将变为可能。 ---康·埃·齐奥尔可夫斯基 一、早期人类对于飞行的探索 二、早期的飞机 三、航天技术的发展 20世纪是人类开始的航空与航天的世纪。在人类开创的种类繁多的技术领域中，这两个领域是与力学学科关系最为密切、也最具有代表性的领域。由于力学的发展，才使航空和航天成为可能；也由于航空和航天的技术需要，刺激和推动了新的力学问题的研究，特别是应用力学与工程力学的研究。 力学学科从它诞生起就是与社会生活紧密相连的，在精神生活的领域方面它为破除迷信冲破精神枷锁开路，在改变人类的物质生活方面，它是社会生产力最活跃的因素。 和人类文明进程密切相关的工程技术领域很多，如土木、机械、化工、电机、交通、造船、纺织、材料、能源等等，在每一个领域力学都发挥了举足轻重的作用，我们不可能面面俱到地讲清楚这所有的领域同力学的相互作用，只能选择这些领域中最具有代表性的航空与航天两个领域来介绍，必要的时候，也顺带涉及到相关的领域。 一、 早期人类对于飞行的探索 流体力学的理论发展，为航空工业的诞生准备了理论基础。在19世纪末，不少人进行了飞行的探索。这些探索为20世纪初的实际飞行准备了条件。最后终于迎来了一个新兴的工业部门的诞生，这就是航空工业的产生与发展。 我国晋代有关于竹蜻蜓的记载，是一种借旋转惯性以升空的玩具。 1、达·芬奇的《论鸟的飞行》 我国在战国时代有了风筝、三国时代有了孔明灯、晋代有了竹蜻蜓、宋代有了火箭的发明。它们是人类早期对重物升空的尝试。 在欧洲的文艺复兴时代，在达·芬奇的扎记中记载了他对滑翔升空的构想。据说他曾经花了20多年观察与研究鸟、蝙蝠、昆虫的飞行，并且计划将他的发现写成一本著作。1505年，达·芬奇写成了研究手稿《论鸟的飞行》。达·芬奇是大画家，在这篇论文中，图文并茂。他指出“由于大气本身是具有可压缩的性质的物质，当有某种物体以比它的流动更快的速度拍击大气时，它就要受到压缩。”还指出“除非翅膀拍击空气的运动比空气压缩时自身的运动速度快，否则翅膀下的空气不会变得很密，因此鸟就不会在空中支承自己的重量。”达·芬奇在这里已经有了作用与反作用的思想，即鸟的翅膀拍击空气，空气给鸟的翅膀以升力。达·芬奇还研究了鸟的羽毛的结构，他的结论是：羽毛的排列特点是当它向下扇动时，结构是密的压缩空气的效果显著；而当翅膀上扬时，羽毛变的疏散以减少空气阻力。 达·芬奇还观察到在山谷或一定条件下会产生向上的气流，鸟经常利用这种上升的气流，高飞而又节省力气。他进一步注意到鸟一般都是逆风而很少顺风飞行。他说：“鸟逆风飞行可以不必扇扑翅膀，这得益于下降时下面的气流。利用放松运动使之处于气流之上。”他在这里已经有了空气动力产生升力的萌芽，这是极可宝贵的体验。 此外达·芬奇还对鸟的起飞、降落、转弯、滑翔等动作，并且给了许多合理的解释。 根据鸟的飞行原理，达·芬奇设计了飞机、降落伞、直升机。他考虑最多的是扑翼机，他说：“鸟是一架按数学定律工作的机器，人具有复制这架机器全部运动的能力。它的强度可能不会符合，因为缺少维持平衡的动力。我们可以说，人们建造这种机器不缺少任何东西，只有鸟的生命除外。”[1]后来的历史发展证明，达·芬奇的这个论断是十分正确的。 [1] 艾玛·阿·里斯特著，郑福洁译，《莱奥纳多·达·芬奇笔记》，三联书店，1998年，第102页 2、利用气球飞行 1783年10月21日来自法国里昂附近蒙格菲兄弟在巴黎成功地进行了载人的热气球试验。由于蒙格菲的成功，巴黎科学院拨出经费进行气球的研究，在同年12月1日，在巴黎研究以氢气作气球的查礼成功地进行了一次载人的氢气球试验。 蒙格菲兄弟成功地载人热气球试验 1851年法国的吉法尔决定在长40米的气球上安装上50马力的蒸汽机，蒸汽机带动螺旋桨推进，这是最早的飞艇。时速可以达到每小时10公里。 1900年7月德国的齐伯林以铝为构件的硬式飞艇试验成功。时速达每小时30公里。齐伯林的飞艇几经改进，到1911年的齐伯林七号，装有420马力的发动机，时速大约每小时58公里，并且被用于第一次世界大战，去对法国作战。 齐伯林 Ferdinand von Zeppelin1838—1917 齐伯林的气球 利用氢气比重比空气小的性质进行飞行，是基于流体静力学原理，即在古希腊由阿基米德所发现的浮力原理。虽然后来历经改进，采用氦气，采用金属外壳，还安装了发动机进行飞行，但是由于它既笨重又不安全，所以后来慢慢被飞机淘汰了。 3、凯利的飞行研究 在达·芬奇系统地研究鸟的飞行之后的数百年间，人们似乎忘掉了航空。特别是，在18世纪末，当法国人乘气球升空得到成功，并热衷于研究靠气球飞行、又逐步并取得进展的时候，