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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,武际可:科技史选讲之七(2),*,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,1,武际可:科技史选讲之七(2),航空与航天,力,力学的发展,2,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),1 总的,概,概述,历史告诉我,们,们,对于航,空,空来讲,空,气,气动力学的,实,实验与理论,发,发展大体上,总,总是超前于,飞,飞行的实践,的,的。飞机飞,行,行需要解决,的,的空气动力,学,学主要有三,方,方面的问题,:,:,早期的飞行,关,关键是解决,能,能不能飞起,来,来的问题,,即,即主要是研,究,究当物体运,动,动是升力的,大,大小问题。,对,对于气球与,飞,飞艇来说,,事,事情比较简,单,单,因为它,们,们只与流体,静,静力学有关,,,,它的理论,基,基础是浮力,原,原理,在阿,基,基米德时代,就,就已经建立,。,。,3,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),对于比同体,积,积空气为重,的,的飞行物来,说,说,事情就,比,比较复杂了,,,,因为从牛,顿,顿开始,人,们,们在研究空,气,气对机翼的,作,作用时,把,空,空气看为由,微,微粒组成的,,,,在物体运,动,动时,利用,动,动量定律,,得,得到的是升,力,力与机翼迎,风,风角的正弦,的,的平方成正,比,比。按照这,个,个规律,当,迎,迎风角小时,,,,升力太小,,,,而当迎风,角,角大时,阻,力,力又太大,,所,所以靠动力,飞,飞行是没有,希,希望的,所,以,以著名的空,气,气动力学家,冯,冯卡门说,:,:“牛顿耽,误,误了飞行的,发,发展。”牛,顿,顿这方面的,错,错误,由英,国,国人凯利、,美,美国人兰利,的,的实验研究,以,以及后来俄,国,国茹可夫斯,基,基、英国人,兰,兰彻斯特、,德,德国人库塔,等,等人的理论,研,研究给以纠,正,正。这才有,后,后来莱特兄,弟,弟的飞行成,功,功。,4,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),当飞机飞起,来,来之后,遇,到,到的是什么,问,问题呢?是,同,同提高速度,、,、改善可操,纵,纵性、增加,安,安全性有关,的,的问题。而,所,所有这些问,题,题都是崭新,的,的力学课题,。,。,为了提高速,度,度,必须进,行,行两方面的,研,研究。一方,面,面是对飞机,阻,阻力的精确,研,研究;另一,方,方面是为了,改,改进发动机,、,、特别是为,了,了研究与改,善,善喷气发动,机,机所急需的,关,关于内流的,研,研究。,为了改善可,操,操纵性,产,生,生了飞行动,力,力学的研究,方,方向。还有,一,一系列有关,航,航空仪表的,研,研究,如惯,性,性导航的研,究,究、自动驾,驶,驶仪的研究,等,等。,而为了增加,安,安全性,航,空,空结构分析,发,发展成为专,门,门的研究方,向,向。,5,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),对于火箭的,飞,飞行与航天,事,事业来说,,它,它同航空遇,到,到的问题大,体,体上相同,,所,所不同的是,飞,飞机靠空气,动,动力飞行,,而,而火箭大部,分,分是在空气,稀,稀薄的空间,飞,飞行,它的,推,推进主要得,借,借助于喷气,推,推进,其理,论,论根据是力,学,学中的动量,守,守恒原理。,但,但是火箭也,有,有在空气中,飞,飞行的阶段,,,,也需要讨,论,论空气动力,对,对它的飞行,的,的影响。至,于,于结构强度,问,问题、自动,控,控制问题、,发,发动机内的,燃,燃烧问题等,它,它同飞机遇,到,到的问题一,样,样,有时还,更,更尖锐、更,具,具有挑战性,。,。,6,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),2 空气,动,动力研究中,心,心与若干,著,著名学者的,研,研究工作,流体力学与,航,航空有关的,较,较早研究结,果,果是丹尼尔,伯努利(Daniel Bernaulli,17001782)1738年给出的,现,现今称为,伯努利定理,。,7,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),8,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),丹尼尔伯,努,努利Daniel Bernaulli17001782,9,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),10,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),随着航空事,业,业的发展,,空,空气动力学,的,的研究迅速,展,展开。它除,了,了要求有理,论,论工作以外,,,,还要求大,量,量的实验工,作,作,由此要,求,求可观的投,资,资去建造实,验,验设备,还,需,需要有相当,的,的人力。这,就,就是近年来,人,人们常说科,学,学越来越走,向,向大科学,,即,即投入大量,的,的人力、物,力,力、通过精,确,确的组织与,计,计划达到一,个,个目的。从,本,本世纪初,,世,世界各国都,建,建立了自己,的,的专门空气,动,动力学研究,机,机构。,11,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),1906年6月,德国,的,的动力飞艇,研,研究会成立,,,,普朗特担,任,任该会的技,术,术委员会的,委,委员。此后,他,他的研究兴,趣,趣就转向空,气,气动力学。1907年,,,,在德国由,力,力学家普朗,特,特(Ludwig Prandtl,18751953)负责在,哥,哥廷根大学,筹,筹建德国的,第,第一座风洞,。,。该风洞实,验,验段截面积,为,为22,,,,最大风速,为,为10m/s,功率为30HP,,于,于1908,年,年运行。1911年在,克,克莱因的支,持,持下,普朗,特,特向威廉大,帝,帝科学协会,建,建议组建专,门,门的空气动,力,力学与流体,力,力学研究机,构,构。后来在,哥,哥廷根大学,成,成立了空气,动,动力学实验,研,研究所(AVA),它,是,是德国的航,空,空航天研究,院,院在哥廷根,的,的流体力学,研,研究中心。,12,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),普朗特在塑,性,性力学方面,提,提出了增量,型,型的应力应,变,变关系,还,研,研究过弹性,稳,稳定性问题,,,,在湍流方,面,面也有贡献,。,。不过他最,有,有名的工作,是,是关于流体,流,流动的边界,层,层方面的工,作,作。1904年,他的,论,论文论黏,性,性很小的流,体,体的运动,奠,奠定了边界,层,层理论的基,础,础。边界层,理,理论提供了,近,近似计算物,体,体在流体中,运,运动时所受,到,到的摩擦阻,力,力的方法,,后,后来的发展,形,形成了有关,边,边界层的一,系,系列的研究,方,方向,如边,界,界层分离、,边,边界层传热,、,、湍流边界,层,层等。,13,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),14,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),1918,年,苏联成,立,立了中央空,气,气动力学研,究,究所(,),苏联力,学,学家茹可夫,斯,斯基出任所,长,长。,茹可夫斯基,(,(, , ,1847,1921,)是俄国的,力,力学家,先,在,在俄国、后,来,来到法国巴,黎,黎接受教育,。,。,1872,年担任莫斯,科,科技术学院,的,的力学教授,,,,,1876,年获硕士学,位,位,,1882,年获博士学,位,位,,1866,年到莫斯科,大,大学当力学,教,教授。,15,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),1902,年建成莫斯,科,科大学的风,洞,洞,,1902,1909,年之间他独,立,立地建立了,升,升力的理论,基,基础。这个,理,理论将机翼,看,看为无限长,的,的柱体,只,要,要讨论它的,一,一个截面便,可,可以了,因,之,之也称为二,元,元机翼理论,。,。,由于他的这,些,些工作,被,誉,誉为“俄罗,斯,斯航空之父,”,”。茹可夫,斯,斯基有许多,著,著作问世:,液体动力,学,学(,1876,)、飞鸟,降,降落(,1891,)、机翼,螺,螺旋桨(,1898,)、飞机,稳,稳定性基本,理,理论(,1920,)、推进,螺,螺旋桨涡流,理,理论等。,16,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),17,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),1921,年当茹可夫,斯,斯基逝世后,,,,由他的学,生,生恰普雷金,(,(, , ,,18691942)继任,。,。,恰普雷金出,生,生于店员家,庭,庭,1890年在莫斯,科,科大学毕业,后,后留校任教,。,。恰普雷金,早,早期的力学,研,研究主要在,非,非完整约束,动,动力学与刚,体,体绕固定点,的,的运动两个,方,方面。1902年,恰,普,普雷金向莫,斯,斯科大学提,交,交的博士论,文,文论气体,射,射流,这,项,项成果为解,决,决亚声速气,流,流奠定了理,论,论基础。后,来,来恰普雷金,还,还着重研究,了,了作用在机,翼,翼上的空气,动,动力与最优,翼,翼型的理论,研,研究。他最,早,早给出了计,算,算气流在阻,塞,塞体上压力,的,的公式,后,来,来被称为恰,普,普雷金公式,。,。1914,年,年他又发表,了,了论文机,翼,翼叶栅理论,,后来成,为,为设计螺旋,桨,桨、汽轮机,与,与水力机械,的,的理论基础,。,。,18,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),19,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),美国国家航,空,空航天局(National AeronauticsandSpaceAdministration, NASA)是1915年成立,的,的美国航空,咨,咨询委员会,(,(NACA,),)在1958,年,10,月改组而成,的,的。,1961,年,5,月,25,日美国总统,肯,肯尼迪在国,会,会上提出“,在,在,10,年内把人送,上,上月球,并,使,使他安全返,回,回”的任务,。,。在二次世,界,界大战后曾,任,任国家预算,局,局局长、助,理,理国务卿的,韦,韦伯(,JamesEdwin Webb,1906,)于,1961,年二月到,1968,年,10,月出任美国,国,国家航空航,天,天局长。他,为,为将人送上,月,月球的“阿,波,波罗”计划,而,而尽职尽责,,,,通过,40,万份合同动,员,员了,120,所大学、,2,万家企业、,400,万人参加这,项,项工作,共,耗,耗资,240,亿美元。在,他,他,1968,年,12,月获美国总,统,统的自由勋,章,章退休后,,1969,年美国成功,地,地实现了肯,尼,尼迪的计划,。,。,20,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),冯卡门(Theodore von Karman,18811963),出,出生在匈牙,利,利的一个犹,太,太人的家庭,。,。1906,年,年,靠官方,的,的助学金到,德,德国师从普,朗,朗特为博士,研,研究生。卡,门,门在力学方,面,面的固体力,学,学与流体力,学,学都有突出,的,的贡献。1910年他,给,给出了板的,大,大挠度方程,,,,至今被称,为,为卡门方程,。,。1913,年,年,在克莱,因,因的推荐下,出,出任德国亚,琛,琛工业大学,航,航空学教授,,,,并负责组,建,建空气动力,学,学研究所。,第,第一次世界,大,大战结束后,,,,在卡门领,导,导下亚琛空,气,气动力学研,究,究所办得很,兴,兴旺。他最,早,早研究细长,物,物体的阻力,问,问题,为计,算,算火箭与导,弹,弹的阻力提,供,供了理论根,据,据。30年,代,代,德国在,希,希特勒上台,后,后排犹,作,为,为犹太血统,卡,卡门考虑到,在,在德国比较,困,困难,于是,决,决定离开德,国,国去美国。,21,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),1934年,冯,冯卡门就,任,任美国加州,理,理工大学的,古,古根海姆航,空,空实验室主,任,任,开展了,高,高速飞行与,喷,喷气推进的,研,研究。后来,他,他在1939、1940年与他的,学,学生钱学森,最,最早给出了,球,球壳受外压,与,与圆柱壳受,轴,轴压失稳的,非,非线性分析,。,。在流体力,学,学方面他的,最,最重要的工,作,作是讨论了,在,在超声速气,流,流中细长体,的,的阻力(1932年),;,;1938,年,年他与钱学,森,森一起讨论,了,了可压缩流,体,体的边界层,理,理论;1941年与钱,学,学森一起提,出,出了著名的,卡,卡门钱方,法,法,用于近,似,似计算超声,速,速流中机翼,上,上的压力变,化,化。他的这,些,些工作对后,来,来的超声速,飞,飞行产生了,很,很大的影响,。,。,22,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),23,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),根据冯卡,门,门的构思设,计,计的XS1火箭飞机,在,在1947,年,年10月14日超过了,音,音速。,1951年,卡,卡门协助建,立,立北大西洋,公,公约组织航,天,天研究发展,顾,顾问团,他,出,出任该团的,主,主席。19561960年任国,际,际航空科学,委,委员会和国,际,际星际航行,学,学会会长。1963年,获,获肯尼迪总,统,统授予的美,国,国第一枚国,家,家科学勋章,。,。,24,武际可:科,技,技史选讲之,七,七(2),2 超音,速,速气体动力,学,学,超音速空气,动,动力学最早,的,的研究者是,马,马赫。在马,赫,赫时代,超,音,音速运动的,物,物体是炮弹,。,。对于超音,速,速飞行器的,研,研究要晚许,多,多。超音速,飞,飞行的导弹,出,出现得比超,音,音速飞机要,早,早,在二次,世,世界大战期,间,间的,V,2,火箭就已经,超,超过了音速,。,。,在,1939,年前后,英,国,国的惠特尔,(,(,FrankWhitle,1907,)与德国,的,的欧海因(,Hansvon Ohain,)分别完成了喷,气,气发动机的发明,。,。德国的喷气发,动,动机在,1939,年就已经安装到,飞,飞机上试飞成功,,,,而英国则到,1941,年才试飞成功。,喷,喷气发动机的发,明,明大大提高了飞,机,机的飞行速度。,25,武际可:科技史,选,选讲之七(2),在,40,年代初飞机的飞,行,行速度已经接近,音,音速,达到,0.7,马赫数以上。在,飞,飞机接近音速飞,行,行时,阻力有突,然,然增大的趋势,,而,而且随之而来产,生,生机翼与机身的,抖,抖动。那时一些,专,专家认为音速不,可,可能被飞机超过,。,。这就是所谓的,“,“声障”问题。,26,武际可:科技史,选,选讲之七(2),早在,1935,年之前,哥廷根,大,大学的布塞曼(,A. Bussemann,)就已经研究了,超,超音速的飞行的,空,空气动力学问题,,,,他根据计算与,实,实验提出:采用,尖,尖型机头与机翼,的,的前沿设计方案,时,时可以减小阻力,并,并延迟激波的发,生,生;采用后掠式,机,机翼可以使垂直,于,于翼前沿的空气,速,速度分量低于音,速,速,后掠角越大,,,,对克服音障越,有,有利。这些理论,结,结果被哥廷根大,学,学的贝茨(,A.Betz,)于,1939,年的实验所证实,。,。后来美国有人,提,提出采用小展弦,比,比(翼长与翼宽,之,之比)可以减小,波,波阻。还提出在,跨,跨音速飞行时在,机,机翼上添加顺流,片,片,可以切断形,成,成的涡旋,从而,增,增加超音速飞行,时,时飞机的稳定性,。,。,27,武际可:科技史,选,选讲之七(2),根据由空气动力,学,学得到的这些结,论,论设计的飞机,,后,后来确实突破了,音,音障。,1947,年美国的实验喷,气,气式飞机,X,1,超过了音速。,1953,年,10,月,29,日美国的实战飞,机,机,F,100,“超级佩刀”式,喷,喷气式飞机实现,了,了超音速飞行。,到,到,50,年代末,60,年代初,美、英,、,、苏各国的战斗,机,机都超过了马赫,数,数,2,。到,60,年代末苏、英、,法,法等国也有喷气,式,式客机超过了音,速,速。,28,武际可:科技史,选,选讲之七(2),4 气动加热,问,问题,当飞机的飞行速,度,度超过马赫数,2,时,根据理论估,算,算,在,11000,米以上的高空飞,行,行,飞机头部的,温,温度可以高达,118,。当马赫数达,到,到,2,.,5,时,驻点(即飞,行,行器最前面的部,分,分,空气相对飞,行,行器的速度为零,),)温度可以达到,215,。而当马赫数,达,达到,3,时,可以达到,335,。飞机的这种,高,高温是由于在高,速,速飞行时,飞机,表,表明附近的空气,受,受压缩和强烈的,摩,摩擦,一部分动,能,能转化为热能。,对,对于航天飞机来,说,说,当它再入大,气,气层时,它的驻,点,点可以达到,1430,。这样的高温,带,带来一系列问题,。,。首先是飞行员,能,能不能耐受高温,的,的问题,其次是,飞,飞机的结构材料,在,在高温下强度降,低,低的问题。这就,是,是所谓的“热障,”,”问题。一般认,为,为马赫数,2,.,5,以上就是进入热,障,障的温度。在载,人,人火箭与航天飞,机,机飞出与再入大,气,气时,也会遇到,热,热障问题。,29,武际可:科技史,选,选讲之七(2),世界各国大约在,50,年代中期便开始,研,研究热障问题。,解决热障问题的,途,途径一般是:合,理,理的飞行器的外,形,形设计,以减小,空,空气动力加热;,采,采用耐高温的材,料,料;适当的隔热,和,和冷却技术。在,50,年代材料的高温,蠕,蠕变、高温强度,问,问题,结构的热,应,应力问题、热屈,曲,曲问题,飞行器,的,的气动加热与隔,热,热问题,一时间,成,成为各国有关科,学,学研究单位的重,要,要研究课题。经,过,过不断研究取得,新,新的结果、不断,试,试验与改进设计,,,,,50,年代末期实验飞,机,机便已突破了热,障,障。,60,年代末,70,年代初,美国的,SR,71,,与苏联的米格,25,,认为是突破热,障,障后的第一代飞,机,机,它们的飞行,速,速度都超过了马,赫,赫数,3,。在航天飞机上,解,解决热障问题还,需,需要应用特殊的,耐,耐高温材料,如,陶,陶瓷材料与碳纤,维,维材料等。,30,武际可:科技史,选,选讲之七(2),莱脱兄弟1901年风洞的草图,31,武际可:科技史,选,选讲之七(2),Post- Wright BrothersWind Tunnels,Date,Size,Individual,Location,1901,16 x 16 in.,Wright Bros.,Dayton, Ohio,1901,6 x 6 ft,Zahm,Catholic University, USA,1903,2 ft diameter,Stanton,National Physical Laboratory, England,1903,1 x 1 m,Crocco,Rome, Italy,1904,1.2 m diameter,Riabouchinsky,Koutchino, Moscow, Russia,1908,2 x 2 m,Prandtl,Gottingen, Germany,1909,1.5 m diameter,Eiffel,Champ de Mars, France,1910,4 x 4 ft,n/a,National Physical Laboratory, England,1912,7 x 7 ft,n/a,National Physical Laboratory, England,1912,2 m diameter,Eiffel,Auteuil, France,1912,Junkers,Aachen, Germany,n/a,1913,8 x 8 ft,Zahm,Washington Navy Yard, USA,1914,4 x 4 ft,Hunsaker,MIT, USA,1916,2.2 x 2.2 m,Prandtl,Gottingen, Germany,1917,5.5 ft diameter,Durand,Stanford University, USA,1917,7 ft diameter,Curtiss,Hempstead, New York, USA,1918,7 x 14 ft,n/a,National Physical Laboratory, England,1918,4.5 ft octagon,n/a,Bureau of Standards, USA,1919,4 x 4 ft,Ober,MIT, USA,1919,7.5 ft diameter,Durand,Stanford University, USA,32,武际可:科技史,选,选讲之七(2),810英尺的,亚,亚音速,风洞,33,武际可:科技史,选,选讲之七(2),12英尺超音速,风,风洞外观,34,武际可:科技史,选,选讲之七(2),飞机模型在作吹,风,风试验,35,武际可:科技史,选,选讲之七(2),5 惯性导航,的,的发展,高速旋转物体的,定,定向性,是自古,以,以来人们从陀螺,一,一类的现象中早,就,就熟悉的。最早,把,把这种原理用于,制,制造仪表的,大,约,约是由法国的科,学,学家傅科(,Jean Bernard L,on Foucult,1819,1868,)开始的。,1852,年他制成了一架,陀,陀螺仪,由基座,、,、支架与转子三,部,部分组成。支架,使,使转子与基座之,间,间有三个角运动,的,的自由度。傅科,用,用这架陀螺仪证,实,实了地球的自转,,,,所以傅科又称,它,它为“转动指示,器,器”。,最早使用陀螺仪,来,来定向的是航海,。,。在,19,世纪中叶,以蒸,汽,汽机驱动的轮船,发,发明了,同时钢,铁,铁也大量作为造,船,船材料。以前在,航,航行中指示方向,主,主要靠磁性罗盘,,,,但是磁性罗盘,在,在钢铁边上,指,南,南性就不可靠了,。,。这就要求人们,寻,寻求新的导航手,段,段。,36,武际可:科技史,选,选讲之七(2),傅科JeanBernard LonFoucult18191868,37,武际可:科技,史,史选讲之七(2),38,武际可:科技,史,史选讲之七(2),39,武际可:科技,史,史选讲之七(2),1908,年,德国人安,休,休茨(,Hernann Anch,tz,)制成了第一,架,架可以用于航,行,行的陀螺仪,,随,随后德国的海,军,军在最早的潜,水,水艇上和装甲,军,军舰上装上了,这,这种仪表。,大约在,1907,年美国人斯派,瑞,瑞(,ElmerAmbrose Sperry,1860,1930,)在一艘船上,装,装上了陀螺仪,,,,并且于,1911,年申报了专利,。,。后来他于,1921,年生产了依靠,陀,陀螺仪的自动,掌,掌握轮船行驶,方,方向的控制装,置,置,随后,又,利,利用陀螺的定,向,向性制成了减,轻,轻船舶颠簸的,稳,稳定器。,40,武际可:科技,史,史选讲之七(2),斯派瑞,ElmerAmbrose Sperry,1860,1930,41,武际可:科技,史,史选讲之七(2),在第一次世界,大,大战期间,德,国,国与美国先后,把,把陀螺仪用在,飞,飞机上作为飞,机,机倾斜与转弯,的,的指示。到了,1929,年,9,月,美国人多,里,里特(,J,.,H,.,Dolit,)应用无线电,、,、陀螺水平仪,、,、航向陀螺仪,来,来控制飞行。,在,在,1931,年美国人鲍格,斯,斯(,M,.,S,.,Boggs,)完成飞机盲,目,目着陆,使在,夜,夜间与有云雾,的,的天气下航行,与,与降落成为可,能,能。二次世界,大,大战期间,德,国,国人把陀螺仪,安,安装到,V,2,导弹上来控制,导,导弹的飞行。,42,武际可:科技,史,史选讲之七(2),近年来陀螺仪,的,的应用越来越,广,广,除了用于,航,航海、航空、,航,航天、潜水艇,与,与火箭导航外,,,,还大量用于,坦,坦克与火炮的,稳,稳定、攻击鱼,雷,雷与导弹的定,向,向、车辆特别,是,是单轨车辆的,稳,稳定、工作平,台,台与测量仪器,的,的稳定等等方,面,面。,43,武际可:科技,史,史选讲之七(2),陀螺仪从诞生,以,以来,对它的,加,加工精度要求,越,越来越高,设,计,计越来越精密,。,。已经成为一,项,项集精密工艺,、,、力学、电子,学,学、自动控制,、,、冶金学、等,学,学科为一体的,联,联合高技术行,业,业。它的转子,转,转速可达每分,钟,钟数万转,在,支,支架的设计上,,,,要求陀螺在,单,单位时间内的,漂,漂移率越小越,好,好。现在的飞,机,机与导弹,要,求,求漂移率每小,时,时不超过百分,之,之一度。因之,,,,它的加工带,动,动了机械加工,的,的精度。一般,精,精度要求在微,米,米级,光洁度,要,要求达到12 14,。,。加工时还,必,必须在恒温恒,湿,湿和洁净无尘,的,的条件下进行,。,。,44,武际可:科技,史,史选讲之七(2),为了提高陀螺,仪,仪的精度,人,们,们从各个方面,改,改进。首先从,设,设计原理上,,原,原来高速旋转,的,的固体有希望,被,被高速旋转的,液,液体来代替、,可,可以用运动的,电,电子或基本粒,子,子来代替,从,而,而构成新型陀,螺,螺。其次在支,承,承方式上,有,液,液浮陀螺、气,浮,浮陀螺、用静,电,电支承的陀螺,,,,还有支承在,弹,弹性细杆端的,挠,挠性陀螺。此,外,外,根据陀螺,仪,仪在运动过程,中,中感受到的加,速,速度,经过积,分,分得到运动的,速,速度与位移,,以,以确定飞行物,的,的位置的仪器,。,。所有这些已,经,经形成一门专,门,门的学问:惯,性,性导航学。,45,武际可:科技,史,史选讲之七(2),6 飞行器,的,的稳定性与气,动,动弹性力学问,题,题,飞行器在运动,过,过程中的稳定,性,性,简单说来,是,是把飞行器作,为,为六个自由度,的,的自由刚体在,空,空气动力的作,用,用下的稳定性,问,问题。在小的,扰,扰动下,运动,是,是不是也只有,小,小的偏差,这,种,种一般性的定,义,义,1877,年在儒斯(,EdwardJohnRouth,1831,1907,)的书中、,1892,年在李亚普诺,夫,夫的博士论文,中,中给出了。,46,武际可:科技,史,史选讲之七(2),李亚普诺夫, , ,18571918,47,武际可:科技,史,史选讲之七(2),最早将稳定性,理,理论应用于讨,论,论飞机飞行的,稳,稳定性问题的,是,是,1904,年有两位英国,人,人(,G,.,H,.,Bryan,与,与 W,.,E,.,Williams,)在英国皇家,学,学会会刊上发,表,表的论文航,空,空的稳定性,。,。文中他给出,了,了一个静力不,稳,稳定的系统在,飞,飞行中却可以,稳,稳定的结论。,由,由于飞行稳定,性,性的重要性,,后,后来经过不少,学,学者进行研究,,,,发展成为一,门,门飞行动力学,的,的学科。,48,武际可:科技,史,史选讲之七(2),在空气动力的,作,作用下,飞行,器,器的结构部件,会,会产生变形。,这,这种变形会产,生,生两方面的不,利,利影响,一方,面,面由于变形后,空,空气动力也要,产,产生改变会影,响,响飞机的操纵,与,与稳定性,另,一,一方面由于结,构,构部件变形与,空,空气动力的相,互,互作用,会产,生,生结构失稳。,关,关于对操纵性,稳,稳定性的影响,,,,一般在飞行,动,动力学中进行,研,研究。飞机在,低,低速飞行时,,结,结构部件的变,形,形不大,但是,当,当速度不断提,高,高后,就会达,到,到一个临界速,度,度,在这个速,度,度下发生动力,失,失稳而形成发,散,散的强烈的抖,动,动,这就是所,谓,谓的可怕的颤,振,振。上面说的,后,后一种结构失,稳,稳的颤振现象,在,在,1916,年就有报导,,大,大约在,40,年代前后曾经,是,是引起空难的,重,重要原因之一,。,。,49,武际可:科技,史,史选讲之七(2),针对解决颤振,问,问题而开展的,气,气动弹性力学,,,,在,40,到,50,年代得到很好,的,的发展。,1955,年出版的,Aeroelasticity,(,R.L.Bisplinghoff,等著)是这方,面,面的一本总结,性,性的专著。,50,武际可:科技,史,史选讲之七(2),51,武际可:科技,史,史选讲之七(2),演讲完毕,谢,谢,谢观看!,
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