《飞机诞生之前》PPT课件

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1、民用航空发展史第一部分：飞机诞生以前第二章飞机研制早期探索乔治·凯利(G.Cayley，1773～1857)——英国“航空之父。”威尔伯·莱特评价：“在一百年以前，乔治·凯利爵士把航空技术推向了前所未有的高峰。在整个十九世纪，这个高峰没人能够逾越。”1909年，法国航空学会主席贝尔热写道：“乔治·凯利爵士是真正的航空之父，他的名字值得用金字书写在航空史册的第一页。”冯·卡门说：“目前所知的关于刚性飞机的飞行原理，可以说是由凯利所首先宣布。”研究兴趣：铁路机车、洪水治理、航空、飞艇乔治·凯利很小就对飞行发生了浓厚的

2、兴趣，这一方面是由于对鸟的飞行的神往，另一方面是孩提时代热气球载人飞行成功对他产生了很大影响，而后者是促使他进行航空研究的直接动因。他的第一项航空研究是仿制和改进中国古老的玩具竹蜻蜓，时间大约是1796年。他对竹蜻蜓的兴趣一直保持到晚年。1854年他去世前3年，他还将一个改进的竹蜻蜓送给法国朋友杜布－代克。他在25岁前后曾根据竹蜻蜓设计了一架直升机：直杆两端各有一副用四片羽毛制成的螺旋桨。由弦和弓的伸张力带动其旋转。凯利说，这个直升机进行过多次成功的飞行。为了进行航空研究，凯利对鸟的飞行作了大量的观察和研究，包括

3、测量鸟翼面积、鸟的重量和飞行速度，并在此基础上估算速度、翼面积和升力之间的关系。他第一个明确认识到：人造飞行器应当分别实现升举和推进两种功能，而首先应当解决的是升举问题。这是摆脱片面模仿鸟类、实现定翼机的重要思想和基础。他还认识到鸟翼弯曲形状的重要性、鸟翼具有迎角的重要性、重心与升力中心的关系以及对飞行稳定性的影响。凯利于1799年设计了一架滑翔机，它包括带有上反角的机翼、尾翼、机身，颇具有现代意味。凯利于1804年12月自己动手设计和制造了一架旋臂机，用于研究平板的升力和阻力。旋臂机实验件是一块0.1平方米的平

4、板，它被安装在旋臂机水平旋转杆的末端，可以偏转成各种角度。旋臂转动的动力来自于石块下落的势能。凯利得出了第一批关于升力和运动速度方面的数据。例如，当运动速度为每秒3.52米时，升力为1.1牛顿。根据这些数据，他半定量地认识到升力关系式。他在1804年12月1日的笔记中总结说：空气的升力“与空气介质密度成正比，与平板面积成正比；与运动速度的平方成正比；与迎角的正弦成正比。”1805年他又设计了一架滑翔机，它包括了飞机的各主要部分，其中有垂直尾翼，机身前端还有金属配重。有一副定翼，又有一副扑翼，扑翼是单独用来产生推进

5、力的。1808年，凯利又设计了一架滑翔机，它的前端安装一只大的框式风筝，形状具有鸟翼一样的弯曲结构。凯利在旋臂机试验过程中，做出了另一个重要发现：流线型物体能够大大降低阻力。他还解剖了一条鳟鱼，画出了截面形状曲线。冯·卡门评论说：“他得到的截面形状几乎可以跟某些现代的低阻力翼型完全相合，这一点是很令人注意的。”1809年～1810年，凯利把他的研究成果分三次发表在英国《自然哲学、化学和技艺》杂志上，题目是《论空中航行》。这篇论文在航空史上占有极其重要的地位。它的问世被看成是现代航空学诞生的标志。凯利在论文中指出：

6、机械飞行的“全部问题是给一块平板提供动力，使之在空气中产生升力并支持一定的重量。”他通过平板升力估算，给出了一架飞机的设计参数，其中平板面积需要18.6平方米。他还分析了飞机的稳定性、安全性和操纵性的重要性。在《论鸟的飞行》的第二部分里，凯利着重分析了设计成功飞机面临的几个主要困难。第一是动力问题，第二是动力转换问题，第三是飞机结构强度和降低结构重量问题。尽管当时蒸汽机已经发明并得到应用，但凯利认为蒸汽机的功率重量比非常低，很难应用于飞机上。于是他研究了多种新的动力装置。1805年前后，他发明了一种热空气发动机，

7、甚至设想使用液氢为燃料。凯利在论文的第三部分中，提出了多翼机思想。他指出，当机翼面积增大时，轻重量和高强度不能同时保证，因此应当采用多翼面结构解决这个问题。由于超越了时代，他的众多发现没有产生很大影响汉森于1842年设计了有名的“空中蒸气车”时，凯利很兴奋。他于1843年4月在《力学杂志》上发表文章，对汉森的飞机设计作了评价。1849年～1853年间，凯利设计并试验了全尺寸载人滑翔机。1849年，一个10岁的小男孩乘坐他的滑翔机离开过地面。凯利记述说：“飘离地面几码后，从小山上滑下来，而且还通过一些人用绳索把这个

8、装置逆着微风，拉起了大约同样的高度。”据记载1853年6月，凯利的滑翔机又作了一次载人飞行。据凯利的外孙女汤普森(Thompson)回忆说：“马车夫乘坐这架飞机离开了地面，并降落在与起飞点的高度大致相同的西侧。我认为，飞机降落时飞行的距离比预计的要短得多。当参观者越过山谷时，马车夫走下飞机，他叫了起来：‘乔治爵士，我想请您注意，我是雇来赶车的，不是飞行的。’这就是我记得的