航空航天技术发展

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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1武际可:科技史选讲之七（2）航空与航天力学的发展2武际可:科技史选讲之七（2）1总的概述历史告诉我们，对于航空来讲，空气动力学的实验与理论发展大体上总是超前于飞行的实践的。飞机飞行需要解决的空气动力学主要有三方面的问题：早期的飞行关键是解决能不能飞起来的问题，即主要是研究当物体运动是升力的大小问题。对于气球与飞艇来说，事情比较简单，因为它们只与流体静力学有关，它的理论基础是浮力原理，在阿基米德时代就已经建立。3武际可:科技

2、史选讲之七（2）对于比同体积空气为重的飞行物来说，事情就比较复杂了，因为从牛顿开始，人们在研究空气对机翼的作用时，把空气看为由微粒组成的，在物体运动时，利用动量定律，得到的是升力与机翼迎风角的正弦的平方成正比。按照这个规律，当迎风角小时，升力太小，而当迎风角大时，阻力又太大，所以靠动力飞行是没有希望的，所以著名的空气动力学家冯·卡门说：“牛顿耽误了飞行的发展。”牛顿这方面的错误，由英国人凯利、美国人兰利的实验研究以及后来俄国茹可夫斯基、英国人兰彻斯特、德国人库塔等人的理论研究给以纠正。这才有后来

3、莱特兄弟的飞行成功。4武际可:科技史选讲之七（2）当飞机飞起来之后，遇到的是什么问题呢？是同提高速度、改善可操纵性、增加安全性有关的问题。而所有这些问题都是崭新的力学课题。为了提高速度，必须进行两方面的研究。一方面是对飞机阻力的精确研究；另一方面是为了改进发动机、特别是为了研究与改善喷气发动机所急需的关于内流的研究。为了改善可操纵性，产生了飞行动力学的研究方向。还有一系列有关航空仪表的研究，如惯性导航的研究、自动驾驶仪的研究等。而为了增加安全性，航空结构分析发展成为专门的研究方向。5武际可:科技

4、史选讲之七（2）对于火箭的飞行与航天事业来说，它同航空遇到的问题大体上相同，所不同的是飞机靠空气动力飞行，而火箭大部分是在空气稀薄的空间飞行，它的推进主要得借助于喷气推进，其理论根据是力学中的动量守恒原理。但是火箭也有在空气中飞行的阶段，也需要讨论空气动力对它的飞行的影响。至于结构强度问题、自动控制问题、发动机内的燃烧问题等它同飞机遇到的问题一样，有时还更尖锐、更具有挑战性。6武际可:科技史选讲之七（2）2空气动力研究中心与若干著名学者的研究工作流体力学与航空有关的较早研究结果是丹尼尔·伯努利

5、（DanielBernaulli,1700－1782）1738年给出的现今称为伯努利定理。7武际可:科技史选讲之七（2）8武际可:科技史选讲之七（2）丹尼尔·伯努利DanielBernaulli1700－17829武际可:科技史选讲之七（2）10武际可:科技史选讲之七（2）随着航空事业的发展，空气动力学的研究迅速展开。它除了要求有理论工作以外，还要求大量的实验工作，由此要求可观的投资去建造实验设备，还需要有相当的人力。这就是近年来人们常说科学越来越走向大科学，即投入大量的人力、物力、通过精确的

6、组织与计划达到一个目的。从本世纪初，世界各国都建立了自己的专门空气动力学研究机构。11武际可:科技史选讲之七（2）1906年6月，德国的动力飞艇研究会成立，普朗特担任该会的技术委员会的委员。此后他的研究兴趣就转向空气动力学。1907年，在德国由力学家普朗特（LudwigPrandtl,1875－1953）负责在哥廷根大学筹建德国的第一座风洞。该风洞实验段截面积为2×2㎡，最大风速为10m/s，功率为30HP，于1908年运行。1911年在克莱因的支持下，普朗特向威廉大帝科学协会建议组建专门的空气

7、动力学与流体力学研究机构。后来在哥廷根大学成立了空气动力学实验研究所（AVA），它是德国的航空航天研究院在哥廷根的流体力学研究中心。12武际可:科技史选讲之七（2）普朗特在塑性力学方面提出了增量型的应力应变关系，还研究过弹性稳定性问题，在湍流方面也有贡献。不过他最有名的工作是关于流体流动的边界层方面的工作。1904年，他的论文《论黏性很小的流体的运动》奠定了边界层理论的基础。边界层理论提供了近似计算物体在流体中运动时所受到的摩擦阻力的方法，后来的发展形成了有关边界层的一系列的研究方向，如边界层分

8、离、边界层传热、湍流边界层等。13武际可:科技史选讲之七（2）14武际可:科技史选讲之七（2）1918年，苏联成立了中央空气动力学研究所（ЦАГИ），苏联力学家茹可夫斯基出任所长。茹可夫斯基（НиколайЕгоровичЖуковский,1847－1921）是俄国的力学家，先在俄国、后来到法国巴黎接受教育。1872年担任莫斯科技术学院的力学教授，1876年获硕士学位，1882年获博士学位，1866年到莫斯科大学当力学教授。15武际可:科技史选讲之七（2）1902年建成莫斯科大学的风洞，190