《航空航天技术博览》教学课件(第一讲)

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1、航空航天技术博览航空航天技术博览 主讲教师：刘震磊 沈阳航空航天大学 DMTLAB.BLOG.163.COM 2 Contents 课堂要求和注意事项 1 课程教学的基本安排 2 教材和主要参考文献 4 评测和考核方式 3 1 1课堂课堂要求和注意要求和注意事项事项 3 2课程课程教学的基本教学的基本安排安排 总学时总学时 32 已授学时已授学时 0 授 课 学 时教 学 周 数周学时课 堂 教 学习题课实验课上机机动考试32 16 2 24 0 4 0 2 2 4 航空航天技术博览航空航天技术博览课程学时分配表课程学时分配表 关于关于航空航天技术博览实验课预约航空航天技术博览实验课预约的通知

2、的通知 现将航空航天技术博览实验课的通知下发给各任课教师 通知内容如下： 实验预约时间：2013年9月2日2013年9月22日，工作 日（周一周五），15:1016:30。 实验预约地点：航宇馆125室。 航空航天工程学部实验中心 2013年9月1日 5 3评测和考核方式评测和考核方式 本课程为辽宁省精品课程。 本课程期末考试形式为“开卷考试”。 学生成绩以考试成绩、试验成绩和平时成绩综合评定。 其中考试成绩、试验成绩和平时成绩各占课程总成绩的 70%、20%和10%。 6 4教材和主要参考文献教材和主要参考文献 航空航天技术概论航空航天技术概论 谢础谢础 贾玉红贾玉红 北京航空航天大学出版社

3、北京航空航天大学出版社 航空航天概论航空航天概论 何庆芝何庆芝 北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社 导弹与航天技术概论导弹与航天技术概论金永德金永德 哈尔滨工业大学出版社哈尔滨工业大学出版社 7 第第1讲讲 航空航空航天的基本内涵航天的基本内涵 掌握航空的基本概念和应用范畴；掌握航空的基本概念和应用范畴； 掌握掌握航天的基本概念和应用范畴；航天的基本概念和应用范畴； 了解了解航空与航天的区别与联系航空与航天的区别与联系； 熟悉熟悉三大宇宙速度、光速、音速的概念和应用范畴；三大宇宙速度、光速、音速的概念和应用范畴； 掌握飞行器的分类与分类方法；掌握飞行器的分类与分类方法； 8 第第1章

4、章 航空航天发展概况航空航天发展概况 钱学森归纳人类飞行活动的三个阶段人类飞行活动的三个阶段 第1阶段“航空”：在地球大气层中的航行。 第2阶段“航天”：飞出地球大气层，在太阳系中航行。 第3阶段“宇航”：飞出太阳系，到广袤无垠的宇宙中航 行。 9 钱学森（1911.12.11-2009.10.31）， 中国航天事业的奠基人，中国两 弹一星功勋奖章获得者，被誉为 “中国航天之父”、“中国导弹 之父”、“中国自动化控制之父” 和“火箭之王”。 1.1 航空航天的基本概念航空航天的基本概念 航空：航空：指载人或不载人的指载人或不载人的飞行器，在飞行器，在地球地球大气层中大气层中的航行活动的航行活动

5、。 军用航空：军用航空：泛指用于军事目的的一切航空活动，主要包括作战、侦 察、运输、警戒、训练、联络和救生等。 作战飞机：作战飞机：战斗机、攻击机、战斗轰炸机、反潜机、战术和战略轰 炸机等。 作战支援飞机：作战支援飞机：军用运输机、预警指挥机、电子战飞机、空中加油 机、侦察机、通讯联络机和军用教练机。 民用航空：民用航空：利用各类航空器为国民经济服务的非军事性飞行活动。 商业航空：商业航空：指在国内和国际航线上的商业性客、货（邮)运输。 通用航空：通用航空：指用于公务、工业、农林牧副渔业、地质勘探、摇杆遥 测、公安、气象、环保、救护、体育、观光和游览等方面的飞行活 动。 10 11 1.1 航

6、空航天的基本航空航天的基本概念概念 航天：航天：指载人或不载人的航天器在地球大气层之外的航行 活动，又称空间飞行或宇宙航行。 思考：什么是三大宇宙速度？它们的值分别为多少？ 思考：什么是光速？什么是音速？它们的值分别是多少？ 12 1.1 航空航天的基本概念航空航天的基本概念 第一宇宙速度（第一宇宙速度（First Cosmic VelocityFirst Cosmic Velocity） 亦即地球环绕速度，是指在地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所 需的最小初始速度。v7.9km/s 第二宇宙速度（第二宇宙速度（Second Second C Cosmic osmic V Velocity

7、elocity） 亦即地球的逃逸速度，是指在地球上发射的物体摆脱地球引力束缚，飞 离地球所需的最小初始速度。v 11.2km/s 第三宇宙速度（第三宇宙速度（Third Third Cosmic VelocityCosmic Velocity） 亦即太阳的逃逸速度，是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚，飞 出太阳系所需的最小初始速度。v 16.7km/s 第四第四宇宙速度（宇宙速度（FourthFourth Cosmic VelocityCosmic Velocity） 亦即银河系逃逸速度，是指地球上发射的物体摆脱银河系引力束缚，飞 出银河系所需的最小初始速度。v 525km/s（粗略估算值

8、） 13 1.1 航空航天的基本概念航空航天的基本概念 光速：光速：电磁波在真空中的传播速度。 光在真空中的速度：299792458m/s3108m/s。 光在水中的速度：2.25108m/s 光在玻璃中的速度：2.0108m/s 音速：音速也叫声速，指声波在媒质（介质）中传播的速 度。 声波在真空中的速度：0m/s 声波在0标准大气中的速度：330m/s 声波在15标准大气中的速度：340m/s 声波在25海水中的速度：1531m/s 14 1.1 航空航天的基本概念航空航天的基本概念 名称名称 要点要点 数值数值 （m/s） 第一宇宙速度 环绕地球速度 7.9103 第二宇宙速度 地球逃逸

9、速度 11.2103 第三宇宙速度 太阳逃逸速度 16.7103 光速 真空中 3108 音速 15标准大气中 340 15 常用速度对照表 1.1 航空航天的基本概念航空航天的基本概念 航天：航天：指载人或不载人的航天器在地球大气层之外的航行 活动，又称空间飞行或宇宙航行。 16 军用航天军用航天 军事卫星系统 反卫星系统 军事载人航天系统 通讯卫星 气象卫星 侦察（间谍）卫星 反卫星卫星 定向能武器：激光、粒子束、射频 动能武器：动能导弹、电磁炮、电热弹 空间站 飞船 航天飞机 空天飞机 民用航天：民用航天： 17 空间物理探测 空间天文探测 卫星气象观测 卫星海洋观测 卫星广播通讯 卫星

10、导航 遥感考古 太空旅游 地外生命探索 1.1.3 航空、航天的区别与联系航空、航天的区别与联系 航空与航天是人们经常接触的两个技术名词，两者虽然仅 一字之差，却被称为两大技术门类，这是为什么呢？ 航空技术主要是研制军用飞机、民用飞机； 航天技术主要是研制无人航天器、载人航天器、运载火箭 和导弹武器。 最能集中体现两者成果的是航空器和航天器。从航空器与 航天器的重大区别上即可看出两个技术领域的显著差异。 18 1.1.3 航空、航天的区别与联系航空、航天的区别与联系 第一第一，航空与航天的飞行，航空与航天的飞行环境不同环境不同。 所有航空器都是在稠密大气层中飞行的，其工作高度有限。现代飞机最大

11、飞行高 度也就是距离地面30多千米。即使以后飞机上升高度提高，它也离不开稠密大气 层。而航天器冲出稠密大气层后，要在近于真空的宇宙空间以类似自然天体的运 动规律飞行，其运行轨道的近地点高度至少也在100千米以上。对在运行中的航 天器来讲，还要研究太空飞行环境。 第二第二，航空器与航天器的动力装臵，航空器与航天器的动力装臵不同不同。 航空器都应用吸气发动机提供推力，吸收空气中的氧气作氧化剂，本身只携带燃 烧剂。而航天器其发射和运行都应用火箭发动机提供推力，既带燃烧剂又带氧化 剂。吸气发动机离开空气就无法工作，而火箭发动机离开空气则阻力减小有效推 力更大。吸气发动机包括燃烧剂箱在内都可随飞机多次使

12、用，而发射航天器的运 载火箭都是一次性使用。虽然航天飞机的固体助推器经过回收可以重复使用20次 ，其轨道器液体火箭发动机可以重复使用50次，但与航空器使用的吸气发动机比 较起来，使用次数仍然是很少的。吸气发动机所用的燃烧剂仅为航空汽油和航空 煤油，而火箭发动机所用的推进剂却是多种多样的，既有液体的，也有固体的， 还有固液型的。 19 1.1.3 航空、航天的区别与联系航空、航天的区别与联系 第三第三，航空器与航天器飞行，航空器与航天器飞行速度不同速度不同。 现代飞机最快速度也就是音速的三倍多，且是军用飞机。至于目前正在使用的客机， 都是以亚音速飞行的。而航天器为了不致坠地，都是以非常高的速度在

13、太空运行的。 如在距地面600千米高的圆形轨道上运行的航天器，其速度是音速的22倍。所有航天 器正常运行时都处于失重状态，若长期载人会使人产生失重生理效应，并影响健康。 正因如此，航天员与飞机驾驶员比较起来，其选拔和训练要严格得多。一般人买票即 可坐飞机，而花重金到太空遨游的人还必须通过专门培训。 第四第四，航空器与航天器航空器与航天器工作工作时限不同时限不同。 无论是军用还是民用飞机，最大航程计约2万千米，最长飞行时间不超过一昼夜。其 活动范围和工作时间都很有限，主要用于军事和交通运输。虽然通用轻型飞机应用广 泛，但每次活动范围相对更小。而航天器在轨道上可持续工作非常长时间，如目前仍 在使用

14、的联盟TM号载人飞船，可与空间站对接后在太空运行数月之久。再如航天飞 机，能在轨道上飞行7-30天，约1.5小时即可围绕地球飞行一周。载人航天器运行时 间最长的当属和平号空间站，它在太空飞行了整整15个年头。至于无人航天器，如各 种应用卫星，一般都在绕地轨道上工作多年。有的深空探测器，如先驱者10号，已在 太空飞行了32年，正在飞出太阳系向银河系遨游。航空器的优点是能多次重复使用， 而航天器除航天飞机外，只能一次性使用，载人宇宙飞船也不例外。 20 1.1.3 航空、航天的区别与联系航空、航天的区别与联系 第五第五，航空器与航天器升降，航空器与航天器升降方式不同方式不同。 飞机的升空是从起飞线

15、开始滑跑到离开地面，加速爬升到安全高度为止的运动过 程。它返回地面降落时只要经过下滑和着陆即可。只有个别飞机如英国的“鹞” 型战斗机采用发动机喷口转向的方式使飞机能够垂直起落，但机身并未竖起，仍 处于水平位臵。而至今为止的航天器发射，包括地面和海上的发射，顶部装着航 天器的运载火箭都是垂直腾空的。在完成发射过程中，运载火箭要按程序掉头转 向和逐级脱离，最终将航天器送入预定轨道运行。有的航天器发射，中间还要经 过多次变轨，情况更为复杂。航天飞机虽然也能施放航天器，但它本身亦是垂直 发射升空的。至于返回式航天器，其回归地面必须经历离轨、过渡、再入和着陆 四个阶段，远比飞机降落困难。航空器的起飞、飞行和降落与航天器的发射、运 行和返回，虽然都离不开地面中心的指挥，但两者的地面设施和保障系统及其工 作性能与内容也是大有区别的。 21 1.2.1 航空器的分类航空器的分类 22 航空器分类图 气球飞艇气球飞艇 气球气球 飞艇飞艇 1.2.1 航空器的分类航空器的分类 26 航空器分类图 飞机飞机 滑翔机滑翔机 直升机直升机 旋翼机旋翼机 扑翼机扑翼机 1.2.2 航天器航天器的分类的分类 32 航天器分类图 人造地球卫星人造地球卫星 通 信 卫 星试 验 卫 星实 验 卫 星海 洋 卫 星空间探测器空间探测器 载人飞船载人飞船 第一次进入太空： 1961年4