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談?wù)労娇蘸教鞓沸l(wèi)松研究員2011年11月,一航空航天是充滿幻想、夢想和創(chuàng)造靈感的世界,神話,,探月工程,,神舟五號飛船,我們的太空人的眼睛,,樂趣催生創(chuàng)造,月宮里沒有美麗的嫦娥、沒有可愛的白兔、沒有桂花樹更沒有吳剛，他確確實(shí)實(shí)是廣寒宮。這個結(jié)論是現(xiàn)代高科技工程把神話變成現(xiàn)實(shí)的結(jié)果。同樣楊利偉的宇宙飛船把能翻筋斗云十萬八千里的孫悟空比下去了。然而人們依然熱衷于神話與幻想，這里面有無窮的樂趣。特別是幻想成為實(shí)踐的時候。樂趣催生創(chuàng)造。,古代與現(xiàn)代,西漢時期，有人用鳥翎做成翅膀從高空躍下，賞試滑翔。2006年10月18日中國第一屆鳥人比賽大會在湖南開始。國際上把這種比賽稱為高臺無動力飛行比賽。當(dāng)然更有趣的是帶動力的個人飛行器，那個帶翅膀的個人飛行器意圖飛過英吉利海峽。,中國首屆鳥人飛行大賽湖南婁底舉行,帶動力單人飛行器,,張家界天門洞翼裝飛行2011年9月24日杰布-科利斯穿越天門洞,翼裝,仿生靈感誘發(fā)了創(chuàng)造。,仿生學(xué)提倡研究動物的運(yùn)動特點(diǎn)，幾乎所有鳥類采取振翼或撲翼方式，振翼起飛加上空中滑翔是鷹、大雁、鴿子的主要運(yùn)動方式，小型鳥類基本藉振翼飛行，而振翼并懸停是蜂鳥的取食方式。仿生靈感創(chuàng)造了振翼機(jī)。雄鷹、野鴨的翼尖羽毛隨飛行狀態(tài)的變化而有不同的編排，啟示人們研究飛機(jī)機(jī)翼翼尖設(shè)計(jì),振翼機(jī),,特種飛行器,有人設(shè)想能否造出?？諆捎玫娘w行器，地效飛行器就是其中之一。我們學(xué)院正在研究這種飛行器，它在海防、旅游有著重大的軍事、商業(yè)價值。更有人設(shè)想能否建造如鵜鶘那樣，既能潛入水下，又能升空的飛機(jī)，確也有提出此類的設(shè)計(jì)方案的。仿飛碟飛行器,飛碟飛行器,,地效飛行器,,水下飛行器,,飛機(jī)直升機(jī)的起端,放風(fēng)箏、玩竹蜻蜓導(dǎo)出的氣動力學(xué)成為設(shè)計(jì)飛機(jī)和直升機(jī)的理論依據(jù)。從小型飛機(jī)到超大型旅客機(jī)，從單人直升機(jī)到巨型載重直升機(jī)，各式各樣的飛機(jī)、被造出來。世界第一架動力飛機(jī)--萊特美國早期發(fā)展的后三點(diǎn)客機(jī)DC-1原蘇聯(lián)螺旋槳戰(zhàn)斗機(jī)伊爾2戰(zhàn)斗機(jī)我國早期引進(jìn)的伊爾14（仿DC3）早期因氣密艙疲勞失事的哈維蘭彗星號中國仿造的第一架運(yùn)五中國第一架民用客機(jī)—北京一號著名的波音707巨型軍用運(yùn)輸機(jī)C-17超音速旅客機(jī)協(xié)和號我國第一架大型旅客機(jī)運(yùn)十換代設(shè)計(jì)的全日空B767-300超大型旅客機(jī)A-380超大型夢幻B787帶旋翼單人飛行器巨型直升機(jī)米26,萊特飛機(jī),美國早期發(fā)展的后三點(diǎn)客機(jī)DC-1,,伊爾2戰(zhàn)斗機(jī),,我國早期引進(jìn)的伊爾14（仿DC3）,,因疲勞失事的哈維蘭彗星號,,1954年生產(chǎn)的多用途農(nóng)業(yè)機(jī)運(yùn)五飛機(jī)（仿安-2）,北京航空學(xué)院學(xué)生設(shè)計(jì)制造的北京一號1958年9月24日首飛,西工大學(xué)生設(shè)計(jì)制造的延安一號,波因707,C17巨型軍用運(yùn)輸機(jī),,協(xié)和號超音速旅客機(jī),我國首架大型客機(jī)運(yùn)十1980年9月26日在上海大場機(jī)場試飛。,全日空B767-300,,世界最大旅客機(jī)A380,夢幻機(jī)B787,世界最大巨型直升機(jī)米26,,正在上海研制的C919大客機(jī),神舟八號發(fā)射升空,神舟八號與天空一號對接,二航空航天是富有挑戰(zhàn)的世界,航空器分類,依據(jù)動力特點(diǎn)各種飛行器分為：輕于空氣重于空氣和太空三大類,第一個挑戰(zhàn),第一個挑戰(zhàn)便是如何克服重力？用什么動力上天？用何種方式上天？輕于空氣的，利用物體在空氣中的浮力升天；太空中的物體，利用火箭---不依靠空氣中的氧氣，自身點(diǎn)燃爆炸產(chǎn)生反推力推動飛行器上升、前進(jìn)；在空氣中的物體，像大多數(shù)航空愛好者思考的題目，則是利用空氣動力上天。,利用空氣動力上天,利用空氣動力上天。風(fēng)箏帶個我們的啟發(fā)首先要奔跑產(chǎn)生前進(jìn)速度，其次必須保證有合適的迎角，繞風(fēng)箏氣流才能產(chǎn)生空氣動力。考慮這個飛行原理，提出兩個要求：前進(jìn)動力克服阻力，氣動升力克服重力。于是問題變成取得發(fā)動機(jī)以及設(shè)計(jì)翼面?；铏C(jī)不是沒有發(fā)動機(jī)嗎？不錯它自身不帶發(fā)動機(jī)，但它的初始動力來自于牽引機(jī)的牽引，或者利用斜坡下滑重力產(chǎn)生的運(yùn)動速度。,機(jī)翼升力與型阻的產(chǎn)生,,第二個挑戰(zhàn)是飛行速度,飛行速度的大小取決與推動力與空氣阻力的平衡。推力大阻力小，飛機(jī)加速飛行，直到推力與阻力平衡。發(fā)動機(jī)的類型不同，其速度特性及高度特性不同。航空發(fā)動機(jī)有這樣幾類：螺旋槳式又分為：活塞式螺旋槳和渦輪螺旋槳噴氣發(fā)動機(jī)分為：渦輪軸發(fā)動機(jī)和渦扇發(fā)動機(jī)飛機(jī)的阻力由四部分組成：形狀阻力、摩擦阻力、誘導(dǎo)阻力和激波阻力,高亞音速飛機(jī)減阻的四個途徑,探索好的形狀----翼型設(shè)計(jì)分析附面層流態(tài)及控制轉(zhuǎn)捩---選用層流翼型研究誘導(dǎo)阻力的產(chǎn)生以及如何減少這個阻力----采用翼稍小翼推遲局部激波的形成---設(shè)計(jì)后掠翼。,激波隨速度的變化,氣動外形隨速度變化,速度區(qū)低速亞音速高亞音速跨音速超音速高超音速高高超音速外形特征平直翼后掠翼后掠翼三角翼小展弦比細(xì)長三角翼三角翼雙三角翼翼身融合升力體,,,,,,,,,,,,航空發(fā)動機(jī)分類,超高涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn),推力大油耗底噪音小為現(xiàn)代民航機(jī)動力之首選,氣動外形與動力裝置隨速度的匹配,第三個挑戰(zhàn),第二個挑戰(zhàn)是能夠飛得多高？高度增加會產(chǎn)生什么問題？一個是氣壓低、一個是冷！一個健康人能承受4000米高度的低壓，攝氏零下2-30度低溫。國際標(biāo)準(zhǔn)大氣指出在12000米高空：溫度為攝氏零下56度壓力僅為地面的20%空氣密度僅為地面的31.2%,國際標(biāo)準(zhǔn)大氣,H(m)T(K)a(m/s)大氣壓p密度（kg/m3）0288.2340.31.01331.225100287.6340.00.97941.18710000223.3299.50.2650.413511000216.7295.10.2270.364812000216.7295.10.193990.3119,高空飛行的基本要求,在稀薄的大氣中飛行，必須考慮：有無具備高空性能的發(fā)動機(jī)、有無足夠的氣動性能保證提供足夠的升力。,必須保證人的生存環(huán)境,為在高空飛行必須保證人的生存環(huán)境，采取的措施是：設(shè)計(jì)氣密座艙布置空調(diào)系統(tǒng)不容許產(chǎn)生氣密艙爆炸不容許產(chǎn)生氣密艙疲勞破壞,第四個挑戰(zhàn),第四個挑戰(zhàn)指向飛行器的結(jié)構(gòu)可靠性、飛行的安全性。這個挑戰(zhàn)涉及這樣幾個課題：載荷、靜強(qiáng)度、動強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、破損安全以及結(jié)構(gòu)可靠性。載荷：----載荷狀態(tài)、過載因子、安全系數(shù)。靜強(qiáng)度---拉、壓、彎、扭、剪、擠等受力狀態(tài)。材料的強(qiáng)度極限動強(qiáng)度---氣動彈性問題---變形發(fā)散、操縱反效、共振、抖振、顫振。疲勞強(qiáng)度---載荷譜、材料的S-N曲線、裂紋擴(kuò)展力、初始裂紋、裂紋擴(kuò)展、裂紋斷裂，----疲勞壽命破損安全---指的是：認(rèn)定飛機(jī)結(jié)構(gòu)為裂紋體，其結(jié)構(gòu)在直到損傷被發(fā)覺之前，應(yīng)能夠承受合理的載荷而不出現(xiàn)破壞或過度的結(jié)構(gòu)變形。因此需要考慮多路傳力和止裂結(jié)構(gòu)，控制裂紋擴(kuò)展率使裂紋呈緩慢擴(kuò)展。并設(shè)定損傷容限，選擇損傷檢測裝置。,,第五個挑戰(zhàn),第五個挑戰(zhàn)是航行經(jīng)濟(jì)性，關(guān)乎旅客的支付能力因而成為當(dāng)前熱門的課題。飛機(jī)的減重、減阻措施：最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、大量選用復(fù)合材料、安裝翼稍裝置、優(yōu)化氣動設(shè)計(jì)減少干擾阻力、采用超臨界翼型及超臨界機(jī)翼等。還可考慮特種機(jī)型如鴨式、無尾式以減去大大的平尾造成的重量增加與阻力增加。。發(fā)動機(jī)的節(jié)油、減躁措施：現(xiàn)代的節(jié)油手段集中在改進(jìn)發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)上，超大函道比的渦扇發(fā)動機(jī)就是明證；由于減重、減阻而得到的節(jié)油好處也是很明顯的。,C919后掠的超臨界機(jī)翼減阻減重節(jié)能的措施,C919寬視野機(jī)頭與翼吊發(fā)動機(jī)寬視野意味安全及風(fēng)擋玻璃材料的突破翼吊不同于尾吊，意味渦扇發(fā)動機(jī)推力等級提高,,C919翼稍小翼現(xiàn)代減阻節(jié)油的氣動設(shè)計(jì),C919基本型載客：全經(jīng)濟(jì)布局為168座標(biāo)準(zhǔn)航程為4075公里，增大航程為5555公里?？梢源_定是一種中短程單通道商用運(yùn)輸機(jī)。在市場定位上，以滿足中國國內(nèi)需求為切入點(diǎn)，同時兼顧國外市場，國際航線將主要集中于日韓等國，“因航程設(shè)計(jì)最長為5555公里，所以不會飛太遠(yuǎn)”。略大于A320與MD90。,C919大型客機(jī)總目標(biāo)為8－10年后的民用航空市場提供安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保、具有競爭力的中短航程單通道商用運(yùn)輸機(jī)。在市場定位上，以中國國內(nèi)市場為切入點(diǎn)，同時兼顧國外市場，提供系列化（基本型、縮短型、加長型和高原型等不同等級、多種航程）發(fā)展產(chǎn)品，以適應(yīng)不同航空市場。在設(shè)計(jì)理念上，強(qiáng)調(diào)系列化產(chǎn)品的共通性和互換性，突出“四性”（確保安全性、提高經(jīng)濟(jì)性、注重環(huán)保性、改善舒適性）。實(shí)施“三減”（減重、減阻、減排）。通過大量運(yùn)用與國際接軌的先進(jìn)技術(shù)，做到比現(xiàn)役同類機(jī)型有顯著提高。,大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)SF-A在上海舉行的2009年中國國際工業(yè)博覽會預(yù)展上,SF-A簡介,SF-A起飛推力為12-13噸級大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)可作為商務(wù)飛機(jī)或支線飛機(jī)的動力SF-A由1級風(fēng)扇、3級增壓壓氣機(jī)、7級高壓壓氣機(jī)、短環(huán)燃燒室、1級高壓渦輪、3級低壓渦輪、簡單收斂噴管以及全權(quán)限數(shù)字控制（FADEC）系統(tǒng)等組成。串裝件包括風(fēng)扇、風(fēng)扇機(jī)匣、低壓壓氣機(jī)葉片（盤）、高壓壓氣機(jī)葉片（盤）、壓氣機(jī)機(jī)匣、高壓渦輪葉片（盤）、低壓渦輪葉片（盤）等,第六個挑戰(zhàn),第六個挑戰(zhàn)自然是解決如何駕駛、操縱飛行器問題。不同飛行器有不同駕駛技術(shù)。飛行力學(xué)是研究操控飛行的科學(xué)。一個民航機(jī)駕駛員不僅學(xué)習(xí)飛行力學(xué)，還需學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)、儀器儀表、控制系統(tǒng)、外語等學(xué)科，考出執(zhí)照，放有資格到航空公司求職。前提條件是必須有合適飛行的身體及心理素質(zhì)。,三,航空航天是嚴(yán)肅、認(rèn)真、一絲不茍的系統(tǒng)工程大客機(jī)的核心技術(shù)----航空應(yīng)用力學(xué),（一）發(fā)展民用飛機(jī)必須按法辦事,發(fā)展民用飛機(jī)一定要得到3證：型號合格證、生產(chǎn)制造許可證、運(yùn)輸適航證1985年12月30日頒發(fā)實(shí)施《中國民用航空規(guī)章第25部：運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)（CCAR25）》1987年我國國務(wù)院頒布了《中華人民共和國民用航空器適航管理?xiàng)l例》。1995年10月30日通過了《中華人民共和國民用航空法》。頒布民用航空器駕駛員和飛行教員合格審定的CCAR-61FS部,涉及飛行學(xué)校審定的CCAR-141部。國內(nèi)發(fā)展民航飛機(jī)工程的法律環(huán)境已基本具備。,（二）民用飛機(jī)工程,發(fā)展民用飛機(jī)不單單是造一架飛機(jī)問題，它是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。民用飛機(jī)工程包括：1概念設(shè)計(jì)2工程準(zhǔn)備3總體設(shè)計(jì)與氣動強(qiáng)度計(jì)算4結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)、內(nèi)飾設(shè)計(jì)5材料與標(biāo)準(zhǔn)件準(zhǔn)備（含復(fù)合材料的研制）6飛機(jī)制造工藝7民用飛機(jī)工程管理—含適航、工程、信息、質(zhì)量和質(zhì)保管理。8新機(jī)試飛9市場營銷10驗(yàn)收交付11飛機(jī)維護(hù)與航線營運(yùn)服務(wù)12飛行員、維護(hù)人員、服務(wù)人員培訓(xùn)。,（三）詳細(xì)的分析、計(jì)算繞飛行器的流場,利用計(jì)算流體力學(xué)和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)@飛行器的流場---附著機(jī)體的流場以及外部尾流場進(jìn)行詳細(xì)的分析、計(jì)算。,詳盡掌握飛機(jī)的氣動導(dǎo)數(shù)和氣動性能,概念設(shè)計(jì)階段選擇的氣動外形提供的氣動導(dǎo)數(shù)，及由此計(jì)算出的氣動性能，應(yīng)保證飛行的安全，并使飛機(jī)具有好的市場競爭力詳盡的氣動導(dǎo)數(shù)數(shù)據(jù)，保證計(jì)算出飛機(jī)承受的各種氣動載荷飛行員必須熟悉掌握飛機(jī)的氣動導(dǎo)數(shù)和氣動性能才能掌控飛機(jī)，保證飛行的安全提供飛行模擬器設(shè)計(jì)所需要的原始數(shù)據(jù)地面飛行指揮員必須掌握指揮正常的及異常狀態(tài)的飛機(jī)飛行所需要的數(shù)據(jù)。,（四）做詳盡的力學(xué)分析,利用計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)---有限元法能夠?qū)C(jī)體結(jié)構(gòu)，從整體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)到細(xì)微裂紋做詳盡的力學(xué)分析，能從結(jié)構(gòu)承載的歷史過程分析檢測結(jié)構(gòu)的壽命與剩余強(qiáng)度。,（五）在飛機(jī)首飛之前應(yīng)當(dāng)完成氣動彈性分析與實(shí)驗(yàn),飛行器是個彈性體，在飛行中因流固耦合會產(chǎn)生氣動彈性變形，并由此可能產(chǎn)生諸如共振、抖振、顫振等造成飛機(jī)解體問題，所以在飛機(jī)首飛之前應(yīng)當(dāng)完成氣動彈性分析與實(shí)驗(yàn),（六）詳盡掌握飛機(jī)上使用的材料特性,飛機(jī)上使用種類繁多的材料，其大者為鋁合金、高強(qiáng)度合金鋼、復(fù)合材料鋁合金、高強(qiáng)度合金鋼高低溫力學(xué)性能、疲勞性能、斷裂性能復(fù)合材料高低溫力學(xué)性能、疲勞性能、斷裂性能、無損傷檢測性能,四航空航天是國家重要的戰(zhàn)略重點(diǎn),它是建設(shè)創(chuàng)新型國家的標(biāo)志性工程，是振奮民族精神、增強(qiáng)民族凝聚力和自豪感的爭氣工程。它是國家工業(yè)之花，對提高我國自主創(chuàng)新能力、增強(qiáng)國家核心競爭力，發(fā)揮巨大的推動作用，是國家綜合實(shí)力的反映。它是國民經(jīng)濟(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的支柱產(chǎn)業(yè)。它是人民“出行”不可缺少的行業(yè)。航空是國家安全的保障。,航空是國家新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn),新型航空產(chǎn)業(yè)群包括：航空客運(yùn)運(yùn)輸業(yè)、航空貨運(yùn)運(yùn)輸業(yè)、城市通用航空業(yè)、航空港及機(jī)場特許經(jīng)營業(yè)、機(jī)場周邊相關(guān)產(chǎn)業(yè)、航空港保稅區(qū)高新技術(shù)的航空制造工業(yè)。,航空客運(yùn)業(yè)持續(xù)發(fā)展,航空運(yùn)輸業(yè)隨國家GDP增長同步增長。截至2009年資料民航運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量及我國國民生產(chǎn)總值如表所示。下圖是相關(guān)曲線。,民航機(jī)工業(yè)的歷史性的大發(fā)展,從ARJ21到C919為代表的中國民航機(jī)工業(yè)再次雄起。ARJ21的售價為2700萬-2900萬美元/每架31萬美元/座ARJ21的年生產(chǎn)能力20架。截止至2010年10月，ARJ21累計(jì)訂單為340架?？偖a(chǎn)值達(dá)到95億美元，合人民幣604.5億元。年產(chǎn)值35.56億元。C919將于2016年正式投放市場。目前中國各大航空公司已訂購C919飛機(jī)100多架，美國通用電氣下屬的一家飛機(jī)租賃公司也訂購了一架C919飛機(jī)。CFM國際公司總裁讓保羅埃邦加（Jean-PaulEbanga）透露，目前已經(jīng)有幾家西歐航空公司在與中國商飛談判，希望購買C919飛機(jī)。如果一架C919的售價為5130萬美元，年產(chǎn)12架，年產(chǎn)值6.16億美元，合人民幣39億。加上其他航空產(chǎn)品，民航機(jī)工業(yè)成為年產(chǎn)1百億的支柱工業(yè)。,結(jié)束語,航空航天事業(yè)需要有志青年有志青年會迷戀航空航天事業(yè)廣闊的天地有待青年去開發(fā)！,