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航空学

  航空学(aeronautics)应用各种科学和工程理论实现大气层内飞行和指导航空工程实践的综合性技术学科。航空学是人类从事航空活动的理论基础,其内容包括航空器研究、设计、制造、试验、飞行、维护使用和管理等所涉及的各种科学知识。航空学是在基础科学和航空工程实践的基础上逐步发展起来的,它主要包括:空气动力学、飞行力学、飞机结构力学、航空发动机原理、航空材料学、航空器制造工艺学、飞行自动控制理论、导航原理和领航学、航空电子学、航空系统工程、空中交通管制理论等。

目录

简介编辑本段

  航空学从古希腊语得来。ὰήρāēr意思是“空气”,ναυτικήnautikē这意思是“导航”,即“导航到空中”。是一门涉及飞行学习,设计和制造的科学或艺术以及在大气中操作飞机和火箭的技术的学科。英国皇家航空学会确定“航空艺术,科学和工程”和“航空专业(其中包括航天学)”的方面。
  虽然术语字面上的意思是”航行的空气“ 。原来仅仅是提到操作飞机的科学,但现在它已经扩大到包括与飞机相关的技术,业务和其他方面。术语“航空”有时与航空学互换使用,“航空学”包括轻于空气的飞行器如飞艇,并且包括弹道车辆,而“航空”在技术上不是。
  航空科学的重要部分是称为空气动力学的动力分支,其处理空气的运动以及其与运动中的物体(例如飞机)相互作用的方式。 

历史编辑本段

早期设计

  飞机设计早在1490年的达芬奇的手稿中发现,其结构不符合现代飞行原理,仅仅是设计中的方案。
  之后的研究者试图通过鸟飞行的研究获得一些方案。一个早期的例子出现在古埃及文本中。后来的中世纪伊斯兰科学家也做了类似的研究。现代航空学的创始人,列昂纳多·达·芬奇在文艺复兴时期和1799年的Cayley,都开始研究鸟飞行的调查。
  据信更早的飞行记录是在中国。在1282年,欧洲探险家马可·波罗描述了当时的中国的风筝技术。同时中国人还建造了小型热气球,灯笼和旋转翼等玩具。
  早期欧洲人提供任何关于飞行的科学讨论是罗杰·培根,他描述了轻于空气的气球和拍打翼式飞行器的操作原理,他预计将在未来建造。
  在十五世纪后期,达芬奇跟随他的鸟类研究设计了一些最早的飞行器,包括扑翼机ornithopter和旋翼机直升机。虽然他的设计是理性的,但是基础科学并不完善。他的许多设计,如四人螺旋式直升机,是存在严重的缺陷。

热气球

  氢气球飞行技术早在17世纪开始出现。伽利略的实验表明,空气具有重量。 1650年左右,Cyrano de Bergerac在一部科幻小说中写到了这种技术,他描述了上升原理使用一种物质(露水),他应该比空气轻,下降通过释放控制量的物质。1670年, Francesco Lana de Terzi测量了海平面的空气压力,并提出了第一个科学上可信的储存介质,真空金属球。这些将比被排出的空气更轻,并能够举起飞艇。通过携带压载物,其可以掉到船外以获得高度,并且通过使提升容器通气以失去高度。他提出的控制高度的方法今天仍在使用。
  从十八世纪中叶,法国的Montgolfier兄弟开始尝试气球。他们的气球是由纸制成的,并使用蒸汽提供动力。由于蒸汽对纸张存在冷凝作用,这个早期设想存在很短暂的。
  同时,氢的发现促使约瑟夫·布莱克在 1780提出其用作介质气体。在听到Montgolfier Brothers的邀请,法国学院成员Jacques Charles提供了一个类似的氢气球示范。查尔斯和两个工匠,罗伯特兄弟,开发了气密的材料的橡胶丝的信封。在填充过程中通过化学反应产生氢气。
  Montgolfier设计有几个缺点,尤其是需要干燥的天气和火灾的火花的光线到纸气球的趋势。载人设计有一个围绕气球基地的画廊,而不是第一个,无人设计的悬挂篮,使纸靠近火。在他们的自由飞行,De Rozier和d'Arlandes带来了水桶和海绵把这些火灾,因为他们起来。另一方面,查尔斯的载人设计基本上是现代的。[10]作为这些利用的结果,热空气气球被称为Montgolfière类型和氢气球Charlière。
  查尔斯和罗伯特兄弟的下一个气球拉卡罗琳是一个Charlière,跟随Jean Baptiste Meusnier的建议,一个细长的飞船,并有一个外部信封与气体包含在第二个,内部的气球。在1784年9月19日,它完成了超过100公里,在巴黎和Beuvry之间的第一次飞行,尽管人力推进装置被证明是无用的。

  为了试图明年提供耐久性和可控性,de Rozier开发了一个具有热空气和氢气袋的气球,这种设计很快被命名为Rozière。原理是使用氢气部分的恒定升力,并通过加热垂直导航,并允许冷却热空气部分,以便捕获最有利的风,在任何高度吹。气球信封是由金皮的皮肤。第一次飞行在灾难中结束,这种方法很少被使用。

现代航空学起源编辑本段

  乔治·凯利爵士(1773-1857)被公认为现代航空的创始人。他在1846年首次被称为“飞机之父”,亨森称他为“空中航行之父”。他是第一个发表他的作品的真正的科学空中研究者,这是第一次飞行的基本原则和力量。
  在1809年,他开始出版一篇名为“航空导航”(1809-1810)的地标性三部分论文。在其中他写了第一个问题的科学说明,“整个问题被限制在这些限制内,即通过对空气的阻力施加力量来使表面支持给定的重量。他确定了影响飞机的四个向量力:推力,升力,阻力和重量,以及他的设计中杰出的稳定性和控制。
  他开发了具有水平和垂直表面的稳定尾翼的固定翼飞机的现代常规形式,无人驾驶和有人驾驶的飞行滑翔机。
  他介绍了使用旋风臂测试台来调查飞行的空气动力学,使用它来发现弧形或弧形机翼在他用于他的第一个滑翔机的平面翼的好处。他还确定和描述了二面角,对角撑条和减阻的重要性,并有助于理解和设计ornithopters和降落伞。
  另一个重要的发明是张力轮,他设计了这样的轮,以便为飞机起落架创造一个轻的坚固的轮子。

航空学分支编辑本段

  航空学可以分为三个主要分支,包括航空,航空科学和航空工程。

航空

  航空是航空的艺术或实践。历史上航空意味着空中飞行,但现在它包括在气球和飞艇飞行。

航空科学

  航空科学涵盖航空和航空的实际理论,包括操作,导航,空中安全和人为因素。候选飞行员很可能学习航空科学的资格。

航空工程

  航空工程包括飞机的设计和建造,包括飞机的动力,如何使用以及如何控制飞机的安全操作。

  航空工程的一个主要部分是空气动力学,通过空气的科学。

  随着航天活动的日益增加,航空航天工作往往被用作航空航天工程。

空气动力学

  空气动力学的科学涉及空气的运动以及它与运动中的物体(例如飞机)相互作用的方式。

  空气动力学研究大致分为三个方面:

  不可压缩流发生在空气简单地移动以避免物体,通常在低于声音的亚音速(Mach 1)下。

  可压缩流发生在冲击波出现在空气被压缩的点处,通常在高于1马赫的速度下。

  跨音速流发生在马赫数1附近的中间速度范围内,其中物体上的气流可以在一个点处是局部亚音速的而在另一点处是局部超音速的。

火箭

火箭或火箭车是从火箭发动机获得推力的导弹,航天器,飞机或其他车辆。在所有火箭中,排气完全由火箭使用前的推进剂构成。火箭发动机通过动作和反应工作。火箭发动机简单地通过向后推动火箭向前推动火箭。

  用于军事和娱乐用途的火箭可追溯到至少13世纪中国重要的科学,星际和工业使用直到20世纪才发生,当时火箭是太空时代的使能技术,包括踏上月球。

  火箭用于烟火,武器,弹射座椅,人造卫星运载火箭,人类航天和其他行星的探索。虽然对于低速使用相对低效,但是它们非常轻便且强大,能够产生大的加速度并且以合理的效率实现极高的速度。

  化学火箭是最常见的火箭类型,它们通常通过火箭推进剂的燃烧产生它们的排气。化学火箭以容易释放的形式储存大量能量,并且可能是非常危险的。然而,仔细的设计,测试,构造和使用使风险最小化。

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