航空航天概论复习资料

(',.航空航天概论要点（正式稿）第一章航空航天发展概况1.1航空航天基本概念航空：载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航行运动。航空按其使用方向有军用航空和民用航空之分。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、训练和联络救生等。民用航空泛指利用各类航空器为国民经济服务的非军事性飞行活动。民用航空分为商业航空和通用航空两大类。航天是指载人或不载人的航天器在地球大气层之外的航行活动，又称空间飞行或者宇宙航行。航天实际上又有军用和民用之分。1.2飞行器的分类、构成与功用在地球大气层内、外飞行的器械称为飞行器。在大气层内飞行的飞行器称为航空器。航空器轻于空气的航空器气球飞艇重于空气的航空器固定翼航空器飞机滑翔机旋翼航空器直升机旋翼机扑翼机倾转旋翼机航天器是指在地球大气层以外的宇宙空间，基本按照天体力学的规律运动的各类飞行器。航天器无人航天器人造地球卫星科学卫星应用卫星技术试验卫星空间探测器月球探测器行星和行星际探测器载人航天器载人飞船卫星式载人飞船登月载人飞船空间站,.航天飞机空天飞机1.3航空航天发展概况1783年6月5日，法国的蒙哥尔费兄弟用麻布制成的热气球完成了成功的升空表演。1852年，法国人H.吉法尔在气球上安装了一台功率约为2237W的蒸汽机，用来带动一个三叶螺旋桨，使其成为第一个可以操纵的气球，这就是最早的飞艇。1903年12月17日，弟弟奥维尔·莱特，驾驶“飞行者”1号进行了试飞，当天共飞行了4次，其中最长的一次在接近1min的时间里飞行了260m的距离。这是人类历史上第一次持续而有控制的动力飞行。1947年10月14日，美国X-1研究机，首次突破了“声障”。喷气式战斗机（我国习惯称歼击机）的更新换代代表了航空技术的发展历程。代特点代表机型第一代战斗机高亚声速或低超音速、后掠翼、装涡喷发动机、带航炮和空空火箭，后期装备第一代空空导弹和机载雷达米格-15、F-100、米格-19第二代战斗机小展弦比薄机翼和带加力的涡喷发动机，飞行速度达到2倍声速，用第二代空空导弹取代了空空火箭和第一代空空导弹，配装有晶体管雷达的火控系统。F-4、米格-21、幻影III第三代战斗机边条翼、前缘襟翼、翼身融合等先进气动布局以及电传操纵和主动控制技术，装涡轮风扇发动机，具有高的亚声速机动性，配备多管速射航炮和先进的中距和近距格斗导弹，一般装有脉冲多普勒雷达和全天候火控系统，具有多目标跟踪和攻击能力，平视显示器和和多功能显示器为主要的座舱仪表。第三代战斗机在突出中、低空机动性的同时，可靠性、维修性和战斗生存性得到很大改善。F-15、F-16、米格-29、苏-27、幻影-2000第四代战斗机综合使用了隐身、航电、材料、发动机和气动设计方面的最新技术成果发展而成，是一种全面先进的战术战斗机。F-22、（F-35）火箭之父：俄国的K.齐奥尔科夫斯基1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星从苏联的领土上成功发射。1969年7月20日，“阿波罗”11号飞船首次把两名航天员N.阿姆斯特朗和A.奥尔德林送上了月球表面。1986年1月28日，“挑战者”号发射升空不久即爆炸，7名航天员全部罹难。2003年美国当地时间2月1日，载有7名航天员的“哥伦比亚”号航天飞机结束任务返回地球，在着陆前16分钟发生意外，航天飞机解体坠毁，机上航天员全部罹难。,.1.4我国的航空航天工业新中国自行设计并研制成功的第一架飞机是歼教1。我国自行设计制造并投入成批生产和大量装备部队的第一种飞机是初教6。我国第一架喷气式战斗机是歼5型飞机，是一种高亚声速歼击机。歼6飞机是我国第一代超声速战斗机，可达1.4倍声速。我国第二代超声速战斗机包括歼7和歼8系列。歼8系列飞机的研制成功，标志着我国的军用航空工业进入了一个自行研究、自行设计和自行制造的新阶段。歼10战斗机是我国自行研制的具有完全自主知识产权的第三代战斗机，实现了我国战斗机从第二代向第三代的历史性跨越。“北京”1号是新中国自行研制的第一架轻型旅客机。由北京航空航天大学的前身北京航空学院的师生设计、生产。2007年2月26日，国务院正式批准我国大飞机国家重大专项立项实施，标志着我国大型民用客机和大型运输机进入工程研制阶段。1970年4月24日21时35分，我国第一枚运载火箭“长征”1号携带着中国的第一颗人造地球卫星，从我国酒泉卫星发射场发射升空，10分钟后，卫星顺利进入轨道。1970年4月24日，我国成功发射第一颗人造地球卫星“东方红”1号。我国的气象卫星称为“风云”系列。我国成功研制和发射了“北斗”导航定位卫星。2003年10月15日，“长征”2号F运载火箭，托着我国第一艘载人飞船“神州”5号胜利升空。我国第一位航天员杨利伟。2005年10月12日上午9时，搭载费俊龙和聂海胜两名中国航天员的“神州”6号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空。2007年10月24日18时05分，“嫦娥”1号月球探测卫星从西昌发射中心由“长征”3号甲运载火箭成功发射。2008年9月25日21时10分“神州”7号飞船发射，在轨期间，中国航天员翟志刚在搭档刘伯明和景海鹏的协助下首次出仓进行太空行走，飞船飞行到第31圈时，成功释放伴飞小卫星。第二章飞行环境及飞行原理2.1飞行环境飞行环境包括大气飞行环境和空间飞行环境。根据大气中温度随高度的变化，可将大气层划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层5个层次。大气层特点对流层气温随高度增加而降低；风向、风速经常变化；空气上下对流剧烈；有云、雨、,.雾、雪等天气现象。对流层是天气变化最复杂的一层，飞行中所遇到的各种天气变化几乎都出现在这一层中。（最低）平流层空气沿铅垂方向的运动较弱，因而气流较平稳，能见度较好。（较低）中间层气温随高度升高而下降，且空气有相当强烈的铅垂方向的运动。（中间）热层空气密度极小，空气处于高度电离状态，温度随高度增高而上升。（次高）散逸层空气极其稀薄，大气分子不断地向星际空间逃逸。（最高）连续性假设：研究飞行器和大气之间的相对运动时，气体分子之间的距离完全可以忽略不计，即把气体看成连续的介质。大气的粘性是空气在流动过程中表现出的一种物理性质，也叫做大气的内摩擦力。大气的粘性，主要是气体分子作不规则运动的结果。对于像空气这种内摩擦系数很小的流体，当物体在空气中的运动速度不是很大时，粘性的作用也就不很明显，此时，可以采用理想流体模型来做理论分析。通常把不考虑粘性的流体（即流体的内摩擦系数趋于零的流体），称为理想流体或无粘流体。当气流的速度较小时，压强的变化量较小，其密度的变化也很小，因此在研究大气低速流动的有关问题时，可以不考虑大气可压缩性的影响。但当大气流动的速度较高时，由于可压缩性的影响，使得大气以超声速流过飞行器表面时与低速流过飞行器表面时有很大的差别，在某些方面甚至还会发生质的变化。就必须考虑大气的可压缩性（气体的可压缩性是指当气体的压强改变时其密度和体积改变的性质）。声速是指声波在物体中传播的速度。声速的大小和传播介质有关。在对流层中，气温随高度增加而降低，声速也随着降低。马赫数Ma，衡量空气被压缩程度的大小。Ma=va，v表示在一定高度上，飞行器的飞行速度，a表示该处的声速。根据Ma的大小，可以把飞行器的飞行速度划分为如下区域：Ma≤0.4为低速飞行0.45.0为高超声速飞行2.2流动气体的基本规律相对运动原理：“空气流动，物体不动”和“空气静止，物体运动”产生的空气动力效果完全一样。只要物体和空气之间有相对运动，就会在物体上产生空气动力。可压缩流体沿管道流动的连续性方程：ρ1v1A1=ρ2v2A2=ρ3v3A3=⋯⋯=常数不可压缩流体沿管道流动的连续性方程：v1A1=v2A2=v3A3=⋯⋯=常数（A为所取截面的面积）,.不可压理想流体的伯努利方程：p+12ρv2=总压=常数，p=静压，12ρv2=动压低速气流的流动特点：(此时近似认为不可压缩）A2v1,p2A1,则有ρ不变,v2p1。高速气流的流动特点：A2ρ1,v2p1；反之A2>A1,则有ρ2<ρ1,v2>v1,p22）,经济性好、耗油率低。涡轮喷气发动机的工作状态：起飞状态、最大状态、额定状态、巡航状态、慢车状态（P165）3.4火箭发动机火箭发动机特点：不仅自带燃烧剂，而且自带氧化剂，它既能在大气层内工作，也可在大气层外的真空中工作。火箭发动机的主要性能参数：推力、冲量和总冲、比冲液体火箭发动机的组成和工作原理——推进剂输送系统挤压式输送系统是利用高压气体（压强为25~30MPa）经减压阀减压（将压力降至3.5~5.5MPa）后，进入氧化剂箱和燃烧剂箱。泵式运送系统是利用涡轮泵提高来自贮箱的推进剂的压强，使推进剂按规定的流量和压强进入燃烧室。推进剂贮箱压强低，结构质量较轻，但系统结构复杂，一般用于推力大工作时间长的火箭发动机。液体火箭发动机的主要优点是比冲高，推力范围大，能反复起动，较易控制推力的大小，工作时间较长，在航天器的推进系统中应用较多，但不宜长期存放在贮箱中。采用预包装技术，可以很大程度上克服液体火箭发动机作战使用性能差的缺点。固体火箭发动机的优缺点优点1．结构比较简单，无复杂的推进剂输送系统和强制冷却系统，除推力向量控制机构外无其他活动部件，可靠性较高；2．装有固体火箭发动机的导弹操作简单，发射准备工作和本身启动比液体火箭发动机方便。3．固体推进剂性能稳定，可以使装填状态下的固体火箭发动机在发射阵地上长期贮存，适合战略使用要求。缺点1.固体推进剂能量比液体推进剂低，比冲较小；2.装药的初始温度对燃烧室的压力和工作时间影响很大，且发动机工作时间较短。第四章飞行器机载设备机载设备是各种测量传感器、各类显示仪表和显示器、导航系统、雷达系统、通讯系统、自动控制系统、电源电气系统等设备和系统的统称。机载设备将飞行器的各个组成部分连接起来，相当于飞行器的大脑、神经和指挥系统。它能帮助飞行员安全地、及时地、可靠地、精确地操纵飞行器；保障飞行器的各项任务功能、战术技术性能的实现；自动地完成预定的飞行任务（如自动导航，自动着陆等）；完成某些飞行员无法完成的操纵任务（如高难度的特技飞行动作、危险状态自动攻击等）。,.4.1传感器、飞行器仪表与显示系统飞行状态参数包括线运动参数和角运动参数。线运动参数包括飞行高度、速度和线加速度；角运动参数包括姿态角、姿态角速度和姿态角加速度。飞行高度的测量绝对高度——距实际海平面的垂直距离；相对高度——距选定的参考面（如起飞OR着陆的机场地平面）的垂直距离；真实高度——距飞行器正下方地面的垂直距离；标准气压高度——距国际标准气压基准平面的垂直距离。P189，P191气压是高度表及气压式空速表的原理陀螺仪：定轴性、进动性P198陀螺地平仪原理机械仪表。优点：结构相对简单，显示清晰；缺点：部件间存在摩擦影响显示精度；寿命短、易受振动、冲击的影响；在低亮度环境中需要照明；不易实现综合显示。电子显示系统优点：1.显示灵活多样，形象逼真，显示形式有字符、图形、表格等，并可以用彩色显示。2.容易实现综合显示，所以减少了仪表数量，使仪表板布局简洁，便于观察；3.由于消除了机械仪表因摩擦、振动等引起的附加误差，显示精度显著提高。4.采用固态器件，寿命长，可靠性高；5.随着集成化程度的提高，重量不断减轻，价格不断下降。显示系统发展趋势：彩色液晶显示器：重量轻、体积小、低功耗、高清晰度和高可靠性\uf0e0大屏幕全景显示器\uf0e0语音进行指令控制4.2飞行器导航系统导航是把航空器、航天器、火箭和导弹等运动体从一个地方引导到目的地的过程。目前常用的飞行器导航方式有：无线电导航、惯性导航、卫星导航、图像匹配导航和天文导航等。无线电导航系统（P205~208）1.测向无线电导航系统——全向信标系统2.测距无线电导航系统3.测距差无线电导航系统4.测速无线电导航惯性导航系统：平台式惯性导航系统、捷联式惯性导航系统（P210）卫星导航系统：GPS系统共有24颗导航卫星，21颗主星3颗备份图像匹配导航系统：原理：预先将飞行器经过的地域，通过大气测量、航空摄影、卫星摄影或已有的地形,.图等方法将地形数据（主要是地形位置和高度数据）制做成数字化地图，储存在飞行器的计算机中。图像匹配导航可以分为地形匹配导航和景象匹配导航两种。4.3飞行器飞行控制系统电传操纵系统是将飞行员的操纵动作通过微型操纵杆转变为电指令信号，由电缆传输到信号处理系统处理后，再控制执行机构输出力和位移，操纵气动舵面来驾驶飞行器。目前主要采用余度技术提高电传操纵系统的可靠性。余度技术就是指在同一架飞行器上并列着三套（或四套）相同（或相似）的电传操纵装置，通过计算机软件把它们组合在一起，形成几个操纵通道。几套装置同时工作，互相监测，发现故障自动隔离有故障的通道，其余通道继续正常工作，仍能保持原有的操纵性能，提高了系统的可靠性。自动驾驶仪包括敏感元件、综合放大装置、执行装置三个部分。另外自动驾驶系统还包括人工操纵指令输入装置。第五章飞行器的构造5.1对飞行器结构的一般要求和常用的结构材料飞行器结构就是飞行器各受力部件和支撑构件的总称。对飞行器结构的一般要求：1.空气动力要求2.重量和强度、刚度的要求3.使用维护要求4.工艺和经济性要求飞行器结构采用的主要材料1.铝镁合金类2.合金钢类e.g.钛合金3.复合材料5.2航空器的构造飞艇的构造：根据构形不同分为纯浮力式、浮力和气动升力混合式以及浮力和旋翼混合式三种类型。从结构形式上看，有软式、半硬式和硬式三种，这三种区别主要在于气囊的构造。飞机的基本构造：常规飞机由机身、机翼、尾翼、起落架、动力装置等五大部件组成。,.机翼的基本受力构件包括纵向（沿翼展方向）骨架、横向（沿气流方向或垂直于翼梁方向）骨架和蒙皮。纵向骨架有翼梁、纵墙和桁条，横向骨架有普通翼肋和加强翼肋。机翼的典型构造形式（P237）：蒙皮骨架式、整体壁板式和夹层式起落架在飞机上的布局形式（P241~242精读）：后三点式、前三点式、自行车式5.3航天器的构造保障系统在一般航天器上是类似的——生命保障系统（P244）载人飞船一般由轨道舱（又称指挥舱）、服务舱、对接舱、应急舱和乘员返回舱等组成。乘员返回舱是飞船的核心部分，是整个飞船的控制中心。空天飞机是一种能在普通跑道上起飞和降落的飞行器，它能在大气层中飞行也能在外层空间轨道上飞行。5.4火箭和导弹的构造运载火箭的组合方式：串联型、并联型、混合型有翼导弹的基本组成（P257）：战斗部系统、动力系统、制导系统、弹体弹道导弹的控制方式（P262~P263）：燃气舵、摆动发动机、摆动喷管、固定式姿态控制发动机、二次喷射技术多弹头弹道导弹的弹头控制方式：集束式多弹头、分导式多弹头、机动式多弹头',)