空天科技机器征途课件.ppt

1、第一部分空天科技的起源与现状起源与现状*空天科技起源与现状空天科技起源与现状古代人类“美好”而“疯狂”的航空航天思想正是这些神话故事表达了人类意欲征服天空的美好愿望，激发了人们创造飞行器的兴趣万户飞天夸父追日嫦娥奔月*空天科技起源与现状（续）空天科技起源与现状（续）古代人类“另类”的发明风筝：用于军事和信号传递竹蜻蜓：直升机原理神火飞鸦：明朝的另一种火箭武器，利用火箭推力，把炸药送到敌方阵地*空天科技起源与现状（续）空天科技起源与现状（续）古代人类“另类”的发明走马灯：利用加热空气冲动纸轮旋转是现代喷气发动机燃气涡轮的鼻祖汉代卧褥香炉：陀螺仪中万向支架原理达芬奇的直升机*空天科技起源与现状（续

2、）空天科技起源与现状（续）近代人类“另类”的发明*空天科技起源与现状（续）空天科技起源与现状（续）*空天科技起源与现状（续）空天科技起源与现状（续）*远古祖先远古祖先钻木取火钻木取火木牛流马木牛流马铜壶滴漏铜壶滴漏机关埋伏机关埋伏太阳能机车太阳能机车永动机永动机世纪原子钟世纪原子钟计算机病毒计算机病毒机器的征途机器的征途战斧精确打击战斧精确打击*空天科技起源与现状空天科技起源与现状l远古自动控制的经典风车提水l近代信息技术的经典离心飞锤蒸汽机 l现代信息技术的经典沟通无极限的网络机械化、电气化和信息化简单化、复杂化和智能化*空天科技起源与现状空天科技起源与现状l民用领域 l军事领域准备打别人和

3、准备被别人打“懒惰的人”的杰作*空天科技起源与现状空天科技起源与现状*第一部分空天科技的起源与现状航空航天基本概念*航空航天基本概念航空航天基本概念航空与航天1）航空航天是人类拓展大气层和宇宙空间的产物2）航空航天已成为21世纪最活跃和最有影响的科技领域3）航空航天技术表征着一个国家科学技术的先进水平*航空航天基本概念（续）航空航天基本概念（续）航空是指载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航行活动，必须具备空气介质军用航空民用航空*航空航天基本概念（续）航空航天基本概念（续）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，又称空间飞行或宇宙航行军用航天民用航天*航空航天基本概念（续）航

4、空航天基本概念（续）航空与航天1）航空：20Km以下2）平流层:20-100Km3）航天：100Km 以上*航空航天基本概念（续）航空航天基本概念（续）航空与航天环境*航空航天基本概念（续）航空航天基本概念（续）我们侵犯了谁的领空？*空天科技现状与趋势空天科技现状与趋势航空与航天飞行器满天的飞行器：机器的征途*航空航天基本概念（续）航空航天基本概念（续）航空与航天从科学技术的角度看，航空与航天之间是紧密联系的航空和航天技术都是高度综合的现代科学技术航空航天的发展都对军事以及国民经济和社会生活产生了重大影响*第一部分空天科技的起源与现状飞行器的分类与构成*飞行器的分类与构成飞行器的分类与构成航空

5、与航天飞行器航空器：在大气层内飞行的飞行器称为航空器航天器：主要在大气层外空间飞行的飞行器称为航天器 火箭和导弹：均以火箭发动机为动力升空，可在大气层内外飞行*飞行器的分类与构成（续）飞行器的分类与构成（续）航空器任何航空器要升到空中，都必须产生一个能克服自身重力的向上升力航空器在空中的飞行必须具备动力装置产生推力或拉力来克服前进的阻力根据产生升力的基本原理不同，航空器分为轻于(或等于)同体积空气的航空器和重于同体积空气的航空器两大类*飞行器的分类与构成（续）飞行器的分类与构成（续）航空器*飞行器的分类与构成（续）飞行器的分类与构成（续）代表性航空飞行器1）航空飞行器：飞机*飞行器的分类与构成

6、（续）飞行器的分类与构成（续）航空器滑翔机扑翼机*飞行器的分类与构成（续）飞行器的分类与构成（续）航空器倾转旋翼机旋翼机*飞行器的分类与构成（续）飞行器的分类与构成（续）航天器航天器是指在地球大气层以外的宇宙空间，基本上按照天体力学的规律运动的各类飞行器航天器分为无人航天器和载人航天器。根据是否环绕地球运行，无人航天器分为人造地球卫星和空间探测器*飞行器的分类与构成（续）飞行器的分类与构成（续）航天器*飞行器的分类与构成（续）飞行器的分类与构成（续）代表性航天飞行器2）航天飞行器：绕地飞行器、空天飞行器、深空探测器*飞行器的分类与构成（续）飞行器的分类与构成（续）代表性航天飞行器2）航天飞行器

7、：绕地飞行器卫星、航天飞机、宇宙飞船*飞行器的分类与构成（续）飞行器的分类与构成（续）代表性航天飞行器2）航天飞行器：空天飞行器空天飞机、轨道攀登者*飞行器的分类与构成（续）飞行器的分类与构成（续）代表性航天飞行器2）航天飞行器：深空探测器火星探测器、月球探测器、深空探测器*飞行器的分类与构成（续）飞行器的分类与构成（续）航天器*飞行器的分类与构成（续）飞行器的分类与构成（续）航天器*飞行器的分类与构成（续）飞行器的分类与构成（续）火箭与导弹:火箭和导弹均可以在大气层内外飞行，一般都只能使用一次，所以归为一类火箭：靠火箭发动机提供推进力的飞行器，一般由推进系统、箭体结构和有效载荷组成导弹：导弹

8、是一种飞行武器，通常由战斗部、弹体结构、动力装置和制导系统组成*飞行器的分类与构成（续）飞行器的分类与构成（续）空天飞行器导弹：战术导弹、战略导弹*空天飞行器平流层飞行器：飞艇、气球、太阳能飞机唯一一个尚未有商业飞行器运行的空间飞行器的分类与构成（续）*第一部分空天科技的起源与现状航空航天发展概况*航空航天发展概况航空航天发展概况航空发展概况中国的风筝是航空器的始祖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。1783年11月21日，两个法国人乘坐蒙哥尔费气球，在1 000m高的空中，飞行了12km*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）气球与飞艇1852

9、年，法国人H.吉法尔在气球上安装了一台功率为2 237W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1887年8月22日，天津武备学堂教师华蘅芳制造的中国第一个氢气球在天津升空1899年，德国人F.von 齐伯林设计并制造了第一艘硬式飞艇*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）气球与飞艇（续）用飞艇作交通工具，既经济又实惠，因此，在20世纪30年代之前飞艇得到了迅猛地发展，是早期航空运输的主要工具1900年，德国的齐柏林制造出了齐柏林号飞艇。1910年德国用这种飞艇作为运输工具建立了第一条定期空中航线艇长250米，直径米，直径41米，重约230吨，吨，

10、在地面上要有45个足球场才容个足球场才容纳得下*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）气球与飞艇（续）1937年兴登堡号在美国赫斯特湖附近的机场着陆时爆炸起火，标志飞艇盛世就此结束*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）气球与飞艇（续）尽管用飞艇作交通工具，既经济又实惠，但是由于飞艇的体积庞大、飞行速度低、在空中调度困难等缺点，因此从30年代开始就逐渐被飞机所取代*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）飞机诞生的前夜轻于空气的飞行器的上天，激励着人们去探索利用重于空气的飞行器进行飞行*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）飞机诞生的前夜（续）为使机械动力飞行获得成功，需

11、要解决两个问题：飞行器动力和升力的问题飞行器飞行控制(稳定和操纵)的问题*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）飞机诞生的前夜（续）一种流派试图先解决动力问题，使飞行器升空，然后再解决控制问题，其代表人物有法国的阿代尔等阿代尔在1890年10月09日制成了一架蝙蝠状的飞机进行试飞，但终因控制问题而摔坏*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）飞机诞生的前夜（续）另一派则先利用无动力的滑翔机的飞行解决控制问题，再在滑翔机上装上发动机，使之成为可飞行的飞机在试验滑翔机的飞行方面，成绩最为显著的是德国的奥图李林达尔*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）飞机诞生的前夜（续）1843年

12、，英国W.S.亨森制造出单翼机1843年，凯利的四旋翼飞车1871年，英国彭劳制造出杆身橡筋动力模型飞机1882年，俄国莫查依斯基的单翼机1890年，法国阿代尔的“蝙蝠”机1891年，美国兰利的飞机。*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）莱特兄弟与飞行者一号美国人莱特兄弟潜心钻研李林达尔的著作和他的实验经验，通过风洞试验，纠正了前人的一些错误1903年12月17日，奥维尔莱特(弟弟)驾驶飞行者一号进行了试飞，接近1分钟的时间里飞行了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*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）早期飞行探索与飞行记录到1909年，美国、法国和英国

13、都先后建立了飞机制造公司1909年9月21日，26岁的美国华侨冯如驾驶自己设计的飞机在美国旧金山奥克兰试飞成功。两年后他返华报效祖国，不幸于1912年8月25日在广州燕塘飞行表演中壮烈牺牲*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）早期飞行探索与飞行记录（续）1909年7月25日，法国人布莱里奥驾驶自己设计的单翼飞机飞越了英吉利海峡1910年3月28日，法国人试飞成功世界上第一架水上飞机1913年，俄国人研制了四发大型客机成功到1913年，飞行速度已达200km/h，续航时间超过13小时，飞行高度达到6 500m*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）飞机进入战争1911年10月23日

14、，意大利人在土耳其军队上空侦察了一小时，11月1日，意军飞机往土军投下了4枚2kg重的手榴弹1914年10月5日，法军飞行员用机枪将一架德军侦察机击落1915年，为德军服务的荷兰飞机设计师福克设计了机枪射击协调器，产生了专门用于空战的驱逐机*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）飞机进入战争一战中，飞机作为一种新式武器系统得到了充分肯定和广泛应用，奠定了现代立体作战的基础战争期间生产飞机超过18万架，全世界飞机工厂达200个，配套发动机制造厂80家，形成了具有一定规模的航空产业一战中的飞机多为钢管焊接骨架加布或木制蒙皮的双翼机，性能和功率都有较大提高*航空航天发展概况（续）航空航天发展概

15、况（续）飞机进入战争（续）飞机首先被用于侦察；继而装上机枪，专门进行空中格斗后来又带上炸弹，去轰炸敌方的地面阵地为将敌机驱逐出己方阵地，驱逐机应运而生还有的飞机专门执行对地面部队攻击的任务在大战的硝烟中，诞生了一群“铁鸟”侦察机、战斗机、轰炸机、强击机和教练机等*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）飞机进入战争（续）后来又带上炸弹，去轰炸敌方的地面阵地为将敌机驱逐出己方阵地，驱逐机应运而生还有的飞机专门执行对地面部队攻击的任务*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）飞机进入战争（续）后来又带上炸弹，去轰炸敌方的地面阵地还有的飞机专门执行对地面部队攻击的任务*航空航天发展概况（续）

16、航空航天发展概况（续）飞机进入战争（续）一战中的飞机*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）一战后快速发展的民用航空1919年2月5日，德国开通世界上第一条定期客运航线，每天在柏林和魏玛之间运送旅客同年，英国和法国相继开航，早期的航空运输网基本形成美国在战争期间落后于欧洲，战后在民用飞机方面后来居上，典型飞机有DC-3等*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）一战后快速发展的民用航空20年代设计的客机，主要是大型双翼机，开始采用封闭客舱，载客量一般不超过40名*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）一战后快速发展的民用航空简介：DC-3由美国麦克唐纳道格拉斯制造,于1935年

17、问世后很快成为美国空运的主要飞机，其军用编号为C-47，该机飞行稳定、经济性较好*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）二战军民用航空二战期间共100多万架飞机参战，从活塞式转变为喷气式美国F-80战机俄罗斯米格-9战机*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）现代军用战机1954年，美国F-100“超佩刀”和前苏联的米格-19 问世，这是两架服役的仅依靠本身喷气发动机即可在平飞中超过音速的战斗机，此为第一代战机美国F-100战机俄罗斯米格-19战机*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）现代军用战机在1958年，F-104和米格-21又将平飞速度记录提高到了M2.0，此为第二

18、代战机美国F-104战机俄罗斯米格-21战机*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）现代军用战机F-16和米格-29又将平飞速度记录提高到了M3.0，此为第三代战机美国F-16战机俄罗斯米格-29战机*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）现代军用战机F-22和F-35，此为第四代战机美国F-22战机美国垂直起降“鹞”战机*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）现代民用飞机波音707、波音747波音707波音747*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）现代民用飞机波音系列*航空航天发展概况（续）航空航天发展概况（续）现代民用飞机协和超音速客机*航空航天发展概况（续）航

19、空航天发展概况（续）现代民用飞机新一代客机*第一部分空天科技的起源与现状航空航天科技与学科*空天科技现状与趋势（续）空天科技现状与趋势（续）空天科技与学科支撑1）总体与空气动力学2）结构与材料科学3）能源与动力推进4）信息与控制科学5）环境控制与人机工效*空天科技现状与趋势（续）空天科技现状与趋势（续）空天科技与学科支撑（续）1）总体与空气动力学:v 总体综合设计技术（多目标优化，总师）总体综合设计技术（多目标优化，总师）v 空气动力学（飞机）空气动力学（飞机）v 水动力学（潜艇、鱼雷）水动力学（潜艇、鱼雷）v 气动热（高速导弹、航天飞机隔热）气动热（高速导弹、航天飞机隔热）v 湍流（复杂环境

20、、风切变）湍流（复杂环境、风切变）*空天科技现状与趋势（续）空天科技现状与趋势（续）空天科技与学科支撑（续）2）结构与材料科学v 超大跨度结构（桥梁、艇库）超大跨度结构（桥梁、艇库）v 膜结构（充气、移动）膜结构（充气、移动）v 复合材料（轻质、隔热、强度）复合材料（轻质、隔热、强度）*空天科技现状与趋势（续）空天科技现状与趋势（续）空天科技与学科支撑（续）3）能源与动力推进v 能源介质（油、液态氢、太阳能）能源介质（油、液态氢、太阳能）v 动力推进（螺旋桨、喷气、电离子）动力推进（螺旋桨、喷气、电离子）*空天科技现状与趋势（续）空天科技现状与趋势（续）空天科技与学科支撑（续）4）信息与控制科

21、学v 通信与测控（放飞风筝的线）通信与测控（放飞风筝的线）v 导航与飞控（自主飞行的核心）导航与飞控（自主飞行的核心）v 任务与载荷（飞行的目的）任务与载荷（飞行的目的）v 数据与应用（数据处理与应用）数据与应用（数据处理与应用）*空天科技现状与趋势（续）空天科技现状与趋势（续）空天科技与学科支撑（续）5）环境控制与人机工效 v 飞行外部、内部环境需求飞行外部、内部环境需求v 人机工效（飞机、宇宙飞船）人机工效（飞机、宇宙飞船）v 飞机驾驶、客舱操作乘坐方便性、舒适性飞机驾驶、客舱操作乘坐方便性、舒适性 飞行员头盔显示系统（民用商品调查）飞行员头盔显示系统（民用商品调查）v 飞船操作舒适性、活

22、动规律性、生理心理需求飞船操作舒适性、活动规律性、生理心理需求*第一部分空天科技的起源与现状我国空天科技发展定位*我国空天科技发展定位我国空天科技发展定位我国空天科技发展定位积极防御国防政策战略武器战略武器战术武器战术武器海基、空基、天基海基、空基、天基民用：大型飞机工程民用：大型飞机工程军用：大型运输机军用：大型运输机*我国空天科技发展定位积极防御国防政策民用：卫星：通讯、气象、防灾减民用：卫星：通讯、气象、防灾减灾、载人航天、产业带动灾、载人航天、产业带动军用：侦察、攻击武器、轨道服务军用：侦察、攻击武器、轨道服务与维修与维修寓军于民：空间碎片、深度撞击寓军于民：空间碎片、深度撞击我国空天

23、科技发展定位（续）我国空天科技发展定位（续）*我国空天科技发展定位民用大飞机工程国家重大专项之一我国空天科技发展定位（续）我国空天科技发展定位（续）*我国空天科技发展定位民用大飞机工程曾经的大客“运十”我国空天科技发展定位（续）我国空天科技发展定位（续）v从1970年8月中央下达任务到1985年2月飞机停飞v运10飞机的研制前后历时14年半v国家总投资5.377亿元，其中研制费3.34亿元，v基本建设费1.747亿元v上海市提供流动资金0.29亿元*我国空天科技发展定位民用大飞机工程运十的总师我国空天科技发展定位（续）我国空天科技发展定位（续）*民机科学技术研究中心民机科学技术研究中心2008

24、年5月11日，中国商用飞机公司成立*我国空天科技发展定位国家重大专项XX对地观测系统我国空天科技发展定位（续）我国空天科技发展定位（续）*我国空天科技发展定位国家重大专项XX对地观测系统我国空天科技发展定位（续）我国空天科技发展定位（续）*我国空天科技发展定位国家重大专项XX对地观测系统我国空天科技发展定位（续）我国空天科技发展定位（续）2005-11-2933ZephyrU2ProteusTheseusHeliosRQ-4 Global Hawk*我国空天科技发展定位国家重大专项XX对地观测系统我国空天科技发展定位（续）我国空天科技发展定位（续）*我国空天科技发展定位国家重大专项XX对地观测

25、系统我国空天科技发展定位（续）我国空天科技发展定位（续）*一种轻于空气一种轻于空气(LTA)(LTA)的无人飞行器的无人飞行器飞行范围：飞行范围：2 2万米以上高空（定点悬停低速机动飞行）万米以上高空（定点悬停低速机动飞行）长航时：无补给时间长航时：无补给时间3-63-6个月个月能源：太阳能为主，再生式燃料电池为辅能源：太阳能为主，再生式燃料电池为辅动力：高空螺旋桨或者新型电晕离子推进器动力：高空螺旋桨或者新型电晕离子推进器 近空间飞艇的基本概念近空间飞艇的基本概念我国空天科技发展定位（续）我国空天科技发展定位（续）*临近空间飞艇的军事和民用价值临近空间飞艇的军事和民用价值(1)可以有效地弥补

26、超高空区域（近空间区域）的空白(2)提高空、天、地、海信息网络系统的抗摧毁和抗干扰能力(3)可以作为卫星和高空无人机与预警飞机有力的增强和补充(4)可作为近空间攻击武器平台 气象预报与高空大气与环境研究 交通管制、环境及灾害监测 通信与电视服务 我国空天科技发展定位（续）我国空天科技发展定位（续）*q 计划发展的3万米高空飞艇载重可达2t，附带可装备精确制导武器，上可以攻击卫星，下可以攻击中低空飞行器甚至地面目标等我国空天科技发展定位（续）我国空天科技发展定位（续）*第一部分空天科技的起源与现状交通大学与空天科技*航空航天报国，历史辉煌航空航天报国，历史辉煌敢为天下先：1935年：设立飞机组1

27、936年：第一届毕业生1942年：成立航空系第一届航空专业毕业生*航空航天报国，历史辉煌航空航天报国，历史辉煌敢为天下先：歼八 总设计师 黄志千（1937届），第一位军机总设计师 歼八II 总设计师 顾诵芬（1951届）歼七改总设计师 屠基达（1951届）*航空航天报国，历史辉煌航空航天报国，历史辉煌敢为天下先：运十 总设计师 马凤山（1952届）我国第一位民机总设计师 *报效祖国，为国家输送优秀人才：两院院士：杜庆华（1940届）卞荫贵（1942届）吴耀祖（1946届）庄逢甘（1946届）顾诵芬（1951届）屠基达（1951届）“两弹一星”功臣：钱学森、吴自良 杨嘉墀、王希季 陈能宽、姚桐斌

28、航空报国，历史辉煌航空报国，历史辉煌*薪火传承，饮水思源薪火传承，饮水思源60年代（参与中国首枚火箭研制）：王希季，交大动力系主任，任设计院总工程师潘先觉，交大教师，任火箭设计主任工程师何友声，交大教师，后任交大党委书记王礼恒，朱荣昌等优秀毕业生参加了研制工作70年代-80年代（运十飞机）：马凤山，1970年7月起，运十飞机研制技术总负责人，担任大型喷气客机方案组长、640所总设计师、所长等职1981年5月，三机部、上海市邀请范绪箕(上海交通大学校长)等55名专家对运十飞机进行实地考察评审*80年代-至今：（航空航天代表性工作）1952届校友，安继光与交大力学系何友声、严镇、江可忠、严明、周文

29、伯等教授开展计算空气动力学研究 参与320厂“变后掠翼飞机非定常空气动力学研究”参与航天三院“导弹发射过程动力学研究”提出“导弹出入水研究”范绪箕领导1011研究室：国内最早的“飞机风挡鸟撞软体冲击问题”国内最早的“热结构与热应力研究”薪火传承，饮水思源薪火传承，饮水思源*1996年，交大航空校友呼吁交大恢复航空航天专业 2002年11月18日，上海交大恢复航空航天工程系厚积薄发，再续航空报国梦厚积薄发，再续航空报国梦 2005年1月15日,国家发改委、教育部、上海市投资建设“空天科学技术研究院”2008年9月28日,成立航空航天学院*厚积薄发，再续航空报国梦厚积薄发，再续航空报国梦2005年12月，与中国一航签订全面合作协议2006年4月，与中国一航成立2个联合研究中心2010年11月30日，成立航天八院上海交大联合实验室*课后作业：在你心目中，通过这门课想学到点什么？思考题：现代固定翼飞机是模仿鸟类飞行吗*