[科普中國]-航空學

簡介

航空學從古希臘語得來。??ρāēr意思是“空氣”，ναυτικ?nautikē這意思是“導航”，即“導航到空中”。是一門涉及飛行學習，設(shè)計和制造的科學或藝術(shù)以及在大氣中操作飛機和火箭的技術(shù)的學科。英國皇家航空學會確定“航空藝術(shù)，科學和工程”和“航空專業(yè)（其中包括航天學）”的方面。

雖然術(shù)語字面上的意思是”航行的空氣“ 。原來僅僅是提到操作飛機的科學，但現(xiàn)在它已經(jīng)擴大到包括與飛機相關(guān)的技術(shù)，業(yè)務(wù)和其他方面。術(shù)語“航空”有時與航空學互換使用，“航空學”包括輕于空氣的飛行器如飛艇，并且包括彈道車輛，而“航空”在技術(shù)上不是。

航空科學的重要部分是稱為空氣動力學的動力分支，其處理空氣的運動以及其與運動中的物體（例如飛機）相互作用的方式。32

歷史早期設(shè)計飛機設(shè)計早在1490年的達芬奇的手稿中發(fā)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)不符合現(xiàn)代飛行原理，僅僅是設(shè)計中的方案。

之后的研究者試圖通過鳥飛行的研究獲得一些方案。一個早期的例子出現(xiàn)在古埃及文本中。后來的中世紀伊斯蘭科學家也做了類似的研究?，F(xiàn)代航空學的創(chuàng)始人，列昂納多·達·芬奇在文藝復興時期和1799年的Cayley，都開始研究鳥飛行的調(diào)查。

據(jù)信更早的飛行記錄是在中國。在1282年，歐洲探險家馬可·波羅描述了當時的中國的風箏技術(shù)。同時中國人還建造了小型熱氣球，燈籠和旋轉(zhuǎn)翼等玩具。

早期歐洲人提供任何關(guān)于飛行的科學討論是羅杰·培根，他描述了輕于空氣的氣球和拍打翼式飛行器的操作原理，他預計將在未來建造。

在十五世紀后期，達芬奇跟隨他的鳥類研究設(shè)計了一些最早的飛行器，包括撲翼翼ornithopter和旋翼機直升機。雖然他的設(shè)計是理性的，但是基礎(chǔ)科學并不完善。他的許多設(shè)計，如四人螺旋式直升機，是存在嚴重的缺陷。3

熱氣球氫氣球飛行技術(shù)早在17世紀開始出現(xiàn)。伽利略的實驗表明，空氣具有重量。 1650年左右，Cyrano de Bergerac在一部科幻小說中寫到了這種技術(shù)，他描述了上升原理使用一種物質(zhì)（露水），他應該比空氣輕，下降通過釋放控制量的物質(zhì)。1670年， Francesco Lana de Terzi測量了海平面的空氣壓力，并提出了第一個科學上可信的儲存介質(zhì)，真空金屬球。這些將比被排出的空氣更輕，并能夠舉起飛艇。通過攜帶壓載物，其可以掉到船外以獲得高度，并且通過使提升容器通氣以失去高度。他提出的控制高度的方法今天仍在使用。

從十八世紀中葉，法國的Montgolfier兄弟開始嘗試氣球。他們的氣球是由紙制成的，并使用蒸汽提供動力。由于蒸汽對紙張存在冷凝作用，這個早期設(shè)想存在很短暫的。

同時，氫的發(fā)現(xiàn)促使約瑟夫·布萊克在 1780提出其用作介質(zhì)氣體。在聽到Montgolfier Brothers的邀請，法國學院成員Jacques Charles提供了一個類似的氫氣球示范。查爾斯和兩個工匠，羅伯特兄弟，開發(fā)了氣密的材料的橡膠絲的信封。在填充過程中通過化學反應產(chǎn)生氫氣。

Montgolfier設(shè)計有幾個缺點，尤其是需要干燥的天氣和火災的火花的光線到紙氣球的趨勢。載人設(shè)計有一個圍繞氣球基地的畫廊，而不是第一個，無人設(shè)計的懸掛籃，使紙靠近火。在他們的自由飛行，De Rozier和d'Arlandes帶來了水桶和海綿把這些火災，因為他們起來。另一方面，查爾斯的載人設(shè)計基本上是現(xiàn)代的。[10]作為這些利用的結(jié)果，熱空氣氣球被稱為Montgolfière類型和氫氣球Charlière。

查爾斯和羅伯特兄弟的下一個氣球拉卡羅琳是一個Charlière，跟隨Jean Baptiste Meusnier的建議，一個細長的飛船，并有一個外部信封與氣體包含在第二個，內(nèi)部的氣球。在1784年9月19日，它完成了超過100公里，在巴黎和Beuvry之間的第一次飛行，盡管人力推進裝置被證明是無用的。

為了試圖明年提供耐久性和可控性，de Rozier開發(fā)了一個具有熱空氣和氫氣袋的氣球，這種設(shè)計很快被命名為Rozière。原理是使用氫氣部分的恒定升力，并通過加熱垂直導航，并允許冷卻熱空氣部分，以便捕獲最有利的風，在任何高度吹。氣球信封是由金皮的皮膚。第一次飛行在災難中結(jié)束，這種方法很少被使用。3

現(xiàn)代航空學起源喬治·凱利爵士（1773-1857）被公認為現(xiàn)代航空的創(chuàng)始人。他在1846年首次被稱為“飛機之父”[12]，亨森稱他為“空中航行之父”[3]。他是第一個發(fā)表他的作品的真正的科學空中研究者，這是第一次飛行的基本原則和力量。

在1809年，他開始出版一篇名為“航空導航”（1809-1810）的地標性三部分論文。[14]在其中他寫了第一個問題的科學說明，“整個問題被限制在這些限制內(nèi)，即通過對空氣的阻力施加力量來使表面支持給定的重量。他確定了影響飛機的四個向量力：推力，升力，阻力和重量，以及他的設(shè)計中杰出的穩(wěn)定性和控制。

他開發(fā)了具有水平和垂直表面的穩(wěn)定尾翼的固定翼飛機的現(xiàn)代常規(guī)形式，無人駕駛和有人駕駛的飛行滑翔機。

他介紹了使用旋風臂測試臺來調(diào)查飛行的空氣動力學，使用它來發(fā)現(xiàn)弧形或弧形機翼在他用于他的第一個滑翔機的平面翼的好處。他還確定和描述了二面角，對角撐條和減阻的重要性，并有助于理解和設(shè)計ornithopters和降落傘。[3]

另一個重要的發(fā)明是張力輪，他設(shè)計了這樣的輪，以便為飛機起落架創(chuàng)造一個輕的堅固的輪子。4

航空學分支航空學可以分為三個主要分支，包括航空，航空科學和航空工程。

航空航空是航空的藝術(shù)或?qū)嵺`。歷史上航空意味著只比空中飛行，但現(xiàn)在它包括在氣球和飛艇飛行。

航空科學航空科學涵蓋航空和航空的實際理論，包括操作，導航，空中安全和人為因素。

候選飛行員很可能學習航空科學的資格。

航空工程航空工程包括飛機的設(shè)計和建造，包括飛機的動力，如何使用以及如何控制飛機的安全操作。[15]

航空工程的一個主要部分是空氣動力學，通過空氣的科學。

隨著航天活動的日益增加，航空航天工作往往被用作航空航天工程。

空氣動力學空氣動力學的科學涉及空氣的運動以及它與運動中的物體（例如飛機）相互作用的方式。

空氣動力學研究大致分為三個方面：

不可壓縮流發(fā)生在空氣簡單地移動以避免物體，通常在低于聲音的亞音速（Mach 1）下。

可壓縮流發(fā)生在沖擊波出現(xiàn)在空氣被壓縮的點處，通常在高于1馬赫的速度下。

跨音速流發(fā)生在馬赫數(shù)1附近的中間速度范圍內(nèi)，其中物體上的氣流可以在一個點處是局部亞音速的而在另一點處是局部超音速的。

火箭發(fā)射阿波羅15土星V火箭：T - 30秒到T + 40秒。

火箭或火箭車是從火箭發(fā)動機獲得推力的導彈，航天器，飛機或其他車輛。在所有火箭中，排氣完全由火箭使用前的推進劑構(gòu)成。[16]火箭發(fā)動機通過動作和反應工作。火箭發(fā)動機簡單地通過向后推動火箭向前推動火箭。

用于軍事和娛樂用途的火箭可追溯到至少13世紀中國重要的科學，星際和工業(yè)使用直到20世紀才發(fā)生，當時火箭是太空時代的使能技術(shù)，包括踏上月球。

火箭用于煙火，武器，彈射座椅，人造衛(wèi)星運載火箭，人類航天和其他行星的探索。雖然對于低速使用相對低效，但是它們非常輕便且強大，能夠產(chǎn)生大的加速度并且以合理的效率實現(xiàn)極高的速度。

化學火箭是最常見的火箭類型，它們通常通過火箭推進劑的燃燒產(chǎn)生它們的排氣?；瘜W火箭以容易釋放的形式儲存大量能量，并且可能是非常危險的。然而，仔細的設(shè)計，測試，構(gòu)造和使用使風險最小化。2