人民大学邮编-人民大学邮编
,.
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
< p>输、
警戒、
训练和联络救生等。
民用航空
< p>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
。
气球
轻于空气的航空器
飞艇
飞机
固定翼航空器
滑翔机
航空器
直升机
重于空气的航空器
旋翼航空器
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。
,.
科学卫星
人造地球卫星
无人航天器
应用卫星
技术试验卫星
月球探测器
空间探测器
行星和行星际探测器
航天器
卫星式载人飞船
载人飞船
登月载人飞船
载人航天器
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< /p>
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
第一代战斗机
特点
高亚声速或低超音速、后掠翼、装涡喷发
动机、
代表机型
米格
-15< /p>
、
F-100
、
米格
-19
,.
带航炮和空空火箭，后期装备第一代空空导弹和
机载雷达
小展弦比薄机翼和带加力的涡喷发动机，飞行速
第二代战斗机<
/p>
度达到
2
倍声 速，用第二代空空导弹取代了空空
F-4
、米格
-21< /p>
、幻影
III
火箭和第一代空空导弹，配装有晶体管雷达
的火
控系统。
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
F-15
、
F-16
、米格
-29
、
第三代战斗机
雷达 和全天候火控系统，具有多目标跟踪和攻击
苏
-27
、幻 影
-2000
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。
综合使用了隐身、
航电、材料、发动机和气动设
第四代战斗机
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。
20
03
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。
< /p>
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。
< /p>
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
< p>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
< p>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，
< p>“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
< p>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
、< /p>
中间层
、
热层
和
散逸层
5
个层次。
大气层
特点
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、
对流层
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
中间层
热层
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）
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）
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。
< p>
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，< /p>
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<
/p>
Ma
，衡量空气被压缩程度的大小。
Ma
?
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：
v
，
v
表示在一定高度上，飞行器的
a
Ma
?
0
.
4
为低速飞行
0
.
4
?
Ma
?
0.85
为亚声速飞行
0<
/p>
.
85
?
Ma
?
1. 3
为跨声速飞行
1
.
3
?
Ma
?
5.0
为超声速 飞行
Ma
?
5
.
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：
?
1
v
1
A
1
?
?
2
< br>v
2
A
2
?
?
3
v
3
A
3
?
?
?
?
常数
不可压缩流体沿管
道流动的连续性方程：
v
1
A
1
?
v
2
A
2
?
v
< br>3
A
3
?
?
?
?
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
?
1
2
1
?
v
?<
/p>
总压
?
常数，
p
?
静压，
?
v
2
?
动压
2
2< /p>
低速气流的流动特点：
(
此时近似认为不可压缩）
A
2
?
A
1
,
则有
?
不变
,
v
2
?
v
1
,
p
2
?
p
1
；
反之
A
2
?<
/p>
A
1
,
则有
?
不变
,
v
2
?
v
1
,
p
< p>2
?
p
1
。
高速气流的流动特点：
A<
/p>
2
?
A
1
,
则有
?
2
?
?
1
,
v
2
?
v
1
,
p
2
?
p
1
；
反之
A
2
?
A
1
,
则有
?
2
?
?
1
,
v
< br>2
?
v
1
,
p
2
?
p
1
。
拉瓦尔喷管
是使气流由亚声 速加速成超音速的一种
先收缩后扩张的管道，当然要想变为超音速，对气流还
必须的是沿气流方向有一定压力差。
2.3
飞机上的空气动力作用及原理
翼弦与相对气流速度
v
之间的夹角
< br>α
叫“
迎角
”
。
假设翼型有一个不大的迎角
α
，当气流
流到翼型的前缘时，气流分成上下两股分别流经
翼型的上下翼面。由于翼型的作用，
当气流流过上翼面时流动通道变窄，气流速度增大，压
强降低，并低于前方气
流的大气压；
而气流流过下翼面时，由于翼型前端上仰，气流受到阻
拦，
且流动通道扩大，气流速度减小，压强增大，并高于前方气流的大气压。因此，在上下
翼
面之间就形成了一个压强差，从而产生了一个向上的升力
Y
。<
/p>
,.
失速现象
：
随着迎角的增大，升力也会随着增大，
但当迎角增大到一定程度时，气流就
会从机翼前缘开始分离，
尾部出现很大的涡流区。
此时，
升力会突然下降，
而阻力却迅速增
大，这种现象称为“失速”
。失速刚刚出现时的迎角叫“临界迎角”
。所以飞机飞行时迎角最
好不要接近或大于临界迎角。
影响飞机升力的因素
1.
机翼面积的影响
2.
相对速度的影响
3.
空气密度的影响
4.
机翼剖面形状的影响
5.
迎角的影响
增升措施
1.
改变机翼剖面形状，增大机翼弯度；
2.
增大机翼面积；
3.
改变气流的流动状态，控制机翼上的附面层，延缓气流分离。
< br>低速飞机上的阻力
按其产生的原因不同可分为摩擦阻力、
压强阻力、
诱导阻力和干扰阻
力。
1.
摩擦阻力
摩擦阻力的大小，
取决于空气的粘性、
飞机表面的状况、
附面层 中气流的流动情况和同
气流接触的飞机表面积的大小。
空气的粘性越大，
飞机表面越粗糙，飞机的表面积越大，则
摩擦阻力越大。
为了减小摩擦阻力，
应在这些方面采取必要的措施。另外，
用层流翼型代替
古典翼型，使紊流层尽量后移，对减小摩擦阻力也是有益的。
2.
压差阻力
,.
为了减小飞机的压差阻力，
应尽量减小飞机的最大迎风面积，
并对飞机的各部件进行整
流，做成流
线型，有些部件如活塞式发动机的机头应安装整流罩。
3.
诱导阻力
诱导阻力与机翼的平面形状、翼剖面形状、展弦比等有关。可以通过增大展弦比，
选择
适当的平面形状（如椭圆形的机翼平面形状）
，增加“翼梢小翼”等来减小诱导阻 力。
4.
干扰阻力
干扰阻力和飞机不同部件之间的相对位置有关，
因此，
在 设计时要妥善地考虑和安排各
部件的相对位置，
必要时在这些部件之间加 装流线型的整流片，
使连接处圆滑过渡，
尽量避
免旋涡的
产生。
2.4
高速飞行的特点
激波
实际上是受到强烈压缩的一层薄薄的空气。
正激波
是指其波面与气流方向接近于垂直的激波。
斜激波
是指波面沿气流方向倾斜的激波。
（
P 95
图）
由激波阻滞气流的产生的阻力叫做激波阻力，
简称
波阻
。
某些超声速飞机的机身、<
/p>
机翼等部分的前缘设计成尖锐的形状，
就是为了减小激波强度，
进而减小激波阻力。
与临界速度相对应的马赫数就叫做“
临界马赫数
”
，用
Ma
临
界
表示。当飞机的飞行速度
超过临
Ma
临界
时，机翼上就会出现一个局部超声速区，并在那里产生一个
正激波。这个正
激波是由于局部产生的，所以叫“局部激波”
。
(
临界速度是气流的速度，当气流以此速度从
前缘爬升到机翼最高
点时，刚好加速到声速
)
局部激波和波阻的产生，是出现“声障”问题的根本原因。
,.
飞机气动布局的类型：
（
P98
图）
按机翼和机身的连接位置分：上单翼、中单翼、下单翼；
按机翼弦平面有无上反角分：上反翼、无上反翼、下反翼；
< p>
按立尾的数量分：单立尾、双立尾、
V
形尾；
按纵向气动布局分：正常式、鸭式、无尾式
超
声速飞机的翼型特点：
大都采用相对厚度小的对称翼型或接近对称的翼型。
波阻较小的翼型有：双弧形、菱形、楔形、双菱形
超声速飞机的机翼平面形状和布局型式（
7
种）
①后掠机翼②三角形机翼③小展弦比机翼
④变后掠机翼⑤边条机翼⑥“鸭”式飞机⑦无尾式布局
超声速飞机和低、亚声速飞机的外形区别
1.
低、亚声速飞机机翼的展弦比较大，梢根比也较大；超声速飞机机翼相反。
2.
低速飞机常采用无后掠角或小后掠角的梯形直机翼 ，
亚声速飞机的后掠角一般也比
较小（小于
35
°）
，而超声速飞机一般为大后掠机翼或三角形机翼。
3.
低、
亚声速飞机的机翼翼型一般为 圆头尖尾型，
前缘半径较大，
相对厚度也比较大
（
0.1~0.12
）
；而超声速飞机机翼翼型头部为小圆头或尖头（前缘 半径比较小）
，相对厚度
比较小（
0.05
）
。
4.
低、亚声 速飞机机翼的展长一般大于机身的长度，机身长细比较小，一般为
5~7
之间，
机身头部半径比较大，前部机身比较短，有一个大而突出的驾驶舱；
而超声 速飞机机
身的长度大于翼展的长度，机身比较细长，机身长细比一般大于
8
，机身头部较尖，驾驶舱
与机身融合成一体，成流线形。
飞机在超声速飞行时，
在飞机上形成的激波，
传到地 面上形成如同雷鸣般的爆炸声，
这
首都医科大学附属北京天坛医院-首都医科大学附属北京天坛医院
中国矿业大学出版社-中国矿业大学出版社
北京大学录取线-北京大学录取线
大学创业案例-大学创业案例
北京交通大学学报-北京交通大学学报
全国前100名大学-全国前100名大学
对大学恐惧-对大学恐惧
大学英语读写教程2-大学英语读写教程2
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