航空航天技術(shù)發(fā)展演示文稿

航空航天技術(shù)發(fā)展演示文稿當(dāng)前第1頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)1武際可:科技史選講之七(1)（優(yōu)選）航空航天技術(shù)發(fā)展當(dāng)前第2頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)2武際可:科技史選講之七(1)力學(xué)學(xué)科從它誕生起就是與社會(huì)生活緊密相連的，在精神生活的領(lǐng)域方面它為破除迷信沖破精神枷鎖開路，在改變?nèi)祟惖奈镔|(zhì)生活方面，它是社會(huì)生產(chǎn)力最活躍的因素。和人類文明進(jìn)程密切相關(guān)的工程技術(shù)領(lǐng)域很多，如土木、機(jī)械、化工、電機(jī)、交通、造船、紡織、材料、能源等等，在每一個(gè)領(lǐng)域力學(xué)都發(fā)揮了舉足輕重的作用，我們不可能面面俱到地講清楚這所有的領(lǐng)域同力學(xué)的相互作用，只能在本章選擇這些領(lǐng)域中最具有代表性的航空與航天兩個(gè)領(lǐng)域來介紹，必要的時(shí)候，也順帶談到相關(guān)的領(lǐng)域。當(dāng)前第3頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)3武際可:科技史選講之七(1)20世紀(jì)是人類開始的航空與航天的世紀(jì)。在人類開創(chuàng)的種類繁多的技術(shù)領(lǐng)域中，這兩個(gè)領(lǐng)域是與力學(xué)學(xué)科關(guān)系最為密切、也最具有代表性的領(lǐng)域。由于力學(xué)的發(fā)展，才使航空和航天成為可能；也由于航空和航天的技術(shù)需要，刺激和推動(dòng)了新的力學(xué)問題的研究，特別是應(yīng)用力學(xué)與工程力學(xué)的研究。當(dāng)前第4頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)4武際可:科技史選講之七(1)§1早期人類對(duì)于飛行的探索

流體力學(xué)的理論發(fā)展，為航空工業(yè)的誕生準(zhǔn)備了理論基礎(chǔ)。在19世紀(jì)末，不少人進(jìn)行了飛行的探索。這些探索為20世紀(jì)初的實(shí)際飛行準(zhǔn)備了條件。最后終于迎來了一個(gè)新興的工業(yè)部門的誕生，這就是航空工業(yè)的產(chǎn)生與發(fā)展。當(dāng)前第5頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)5武際可:科技史選講之七(1)我國(guó)晉代有關(guān)于竹蜻蜓的記載，是一種借旋轉(zhuǎn)慣性以升空的玩具。當(dāng)前第6頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)6武際可:科技史選講之七(1)1．1達(dá)·芬奇的《論鳥的飛行》

我國(guó)在戰(zhàn)國(guó)時(shí)代有了風(fēng)箏、三國(guó)時(shí)代有了孔明燈、晉代有了竹蜻蜓、宋代有了火箭的發(fā)明。它們是人類早期對(duì)重物升空的嘗試。在歐洲的文藝復(fù)興時(shí)代，在達(dá)·芬奇的扎記中記載了他對(duì)滑翔升空的構(gòu)想。據(jù)說他曾經(jīng)花了20多年觀察與研究鳥、蝙蝠、昆蟲的飛行，并且計(jì)劃將他的發(fā)現(xiàn)寫成一本著作。1505年，達(dá)·芬奇寫成了研究手稿《論鳥的飛行》。達(dá)·芬奇是大畫家，在這篇論文中，圖文并茂。他指出“由于大氣本身是具有可壓縮的性質(zhì)的物質(zhì)，當(dāng)有某種物體以比它的流動(dòng)更快的速度拍擊大氣時(shí)，它就要受到壓縮。”還指出“除非翅膀拍擊空氣的運(yùn)動(dòng)比空氣壓縮時(shí)自身的運(yùn)動(dòng)速度快，否則翅膀下的空氣不會(huì)變得很密，因此鳥就不會(huì)在空中支承自己的重量。”達(dá)·芬奇在這里已經(jīng)有了作用與反作用的思想，即鳥的翅膀拍擊空氣，空氣給鳥的翅膀以升力。達(dá)·芬奇還研究了鳥的羽毛的結(jié)構(gòu)，他的結(jié)論是：羽毛的排列特點(diǎn)是當(dāng)它向下扇動(dòng)時(shí)，結(jié)構(gòu)是密的壓縮空氣的效果顯著；而當(dāng)翅膀上揚(yáng)時(shí)，羽毛變的疏散以減少空氣阻力。當(dāng)前第7頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)7武際可:科技史選講之七(1)達(dá)·芬奇

LeonardodaVenci1452-1519

的自畫像和飛機(jī)的草圖當(dāng)前第8頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)8武際可:科技史選講之七(1)當(dāng)前第9頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)9武際可:科技史選講之七(1)當(dāng)前第10頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)10武際可:科技史選講之七(1)達(dá)·芬奇還觀察到在山谷或一定條件下會(huì)產(chǎn)生向上的氣流，鳥經(jīng)常利用這種上升的氣流，高飛而又節(jié)省力氣。他進(jìn)一步注意到鳥一般都是逆風(fēng)而很少順風(fēng)飛行。他說：“鳥逆風(fēng)飛行可以不必扇撲翅膀，這得益于下降時(shí)下面的氣流。利用放松運(yùn)動(dòng)使之處于氣流之上。”他在這里已經(jīng)有了空氣動(dòng)力產(chǎn)生升力的萌芽，這是極可寶貴的體驗(yàn)。此外達(dá)·芬奇還對(duì)鳥的起飛、降落、轉(zhuǎn)彎、滑翔等動(dòng)作，并且給了許多合理的解釋。當(dāng)前第11頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)11武際可:科技史選講之七(1)根據(jù)鳥的飛行原理，達(dá)·芬奇設(shè)計(jì)了飛機(jī)、降落傘、直升機(jī)。他考慮最多的是撲翼機(jī)，他說：“鳥是一架按數(shù)學(xué)定律工作的機(jī)器，人具有復(fù)制這架機(jī)器全部運(yùn)動(dòng)的能力。它的強(qiáng)度可能不會(huì)符合，因?yàn)槿鄙倬S持平衡的動(dòng)力。我們可以說，人們建造這種機(jī)器不缺少任何東西，只有鳥的生命除外?！盵1]后來的歷史發(fā)展證明，達(dá)·芬奇的這個(gè)論斷是十分正確的。

[1]

艾瑪·阿·里斯特著，鄭福潔譯，《萊奧納多·達(dá)·芬奇筆記》，三聯(lián)書店，1998年，第102頁當(dāng)前第12頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)12武際可:科技史選講之七(1)1．2利用氣球飛行

1783年10月21日來自法國(guó)里昂附近蒙格菲兄弟在巴黎成功地進(jìn)行了載人的熱氣球試驗(yàn)。由于蒙格菲的成功，巴黎科學(xué)院撥出經(jīng)費(fèi)進(jìn)行氣球的研究，在同年12月1日，在巴黎研究以氫氣作氣球的查禮成功地進(jìn)行了一次載人的氫氣球試驗(yàn)。當(dāng)前第13頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)13武際可:科技史選講之七(1)蒙格菲兄弟成功地

載人熱氣球試驗(yàn)當(dāng)前第14頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)14武際可:科技史選講之七(1)1851年法國(guó)的吉法爾決定在長(zhǎng)40米的氣球上安裝上50馬力的蒸汽機(jī)，蒸汽機(jī)帶動(dòng)螺旋槳推進(jìn)，這是最早的飛艇。時(shí)速可以達(dá)到每小時(shí)10公里。1900年7月德國(guó)的齊伯林以鋁為構(gòu)件的硬式飛艇試驗(yàn)成功。時(shí)速達(dá)每小時(shí)30公里。齊伯林的飛艇幾經(jīng)改進(jìn)，到1911年的齊伯林七號(hào)，裝有420馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)，時(shí)速大約每小時(shí)58公里，并且被用于第一次世界大戰(zhàn)，去對(duì)法國(guó)作戰(zhàn)。當(dāng)前第15頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)15武際可:科技史選講之七(1)齊伯林

Ferdinand

vonZeppelin

1838—1917當(dāng)前第16頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)16武際可:科技史選講之七(1)齊伯林的氣球

當(dāng)前第17頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)17武際可:科技史選講之七(1)利用氫氣比重比空氣小的性質(zhì)進(jìn)行飛行，是基于流體靜力學(xué)原理，即在古希臘由阿基米德所發(fā)現(xiàn)的浮力原理。雖然后來歷經(jīng)改進(jìn)，采用氦氣，采用金屬外殼，還安裝了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行飛行，但是由于它既笨重又不安全，所以后來慢慢被飛機(jī)淘汰了。

當(dāng)前第18頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)18武際可:科技史選講之七(1)1．3凱利的飛行研究

在達(dá)·芬奇系統(tǒng)地研究鳥的飛行之后的數(shù)百年間，人們似乎忘掉了航空。特別是，在18世紀(jì)末，當(dāng)法國(guó)人乘氣球升空得到成功，并熱衷于研究靠氣球飛行、又逐步并取得進(jìn)展的時(shí)候，在法國(guó)沒有人再關(guān)心飛機(jī)飛行了。到了19世紀(jì)初，英國(guó)人喬治·凱利（GeorgeCayley,1773－1858）才又提出這個(gè)問題，而且比達(dá)·芬奇更前進(jìn)了一步.當(dāng)前第19頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)19武際可:科技史選講之七(1)1809－1810年凱利分三次在英國(guó)的《自然哲學(xué)、化學(xué)和技藝》雜志上發(fā)表了題目為《論空中航行》的論文。這是世界上最早的航空論文，也是世界上現(xiàn)代航空的標(biāo)志。所以凱利后來被人們稱為“航空之父”。在論文中，他明確說：“全部問題是給一塊平板提供動(dòng)力，使之在空氣中產(chǎn)生并支持一定的重量。”文中他經(jīng)過精心計(jì)算，給出了一架飛機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，換為現(xiàn)在的單位：當(dāng)平板的面積為60平方米、迎風(fēng)角為6度、速度為每秒10米時(shí)，升力可以支承90千克的人機(jī)總重。他并且說：“如果這塊平板能在動(dòng)力作用下高效率運(yùn)動(dòng)，空中航行就會(huì)實(shí)現(xiàn)。”當(dāng)前第20頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)20武際可:科技史選講之七(1)凱利像

George

Cayley

1773-1858當(dāng)前第21頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)21武際可:科技史選講之七(1)后來凱利還研究了飛機(jī)的飛行穩(wěn)定性、操縱性和安全性，為了保證這些性能，他建議在飛機(jī)上在機(jī)翼上設(shè)置反角、在飛機(jī)身后加尾翼、在尾翼上裝置可轉(zhuǎn)動(dòng)的垂直尾翼等。這些建議都為后來的飛行證實(shí)是有效的。受時(shí)代的限制，凱利當(dāng)時(shí)還沒有合用的發(fā)動(dòng)機(jī)，甚至連瓦特的蒸汽機(jī)也還沒有。所以他沒有辦法實(shí)現(xiàn)他的設(shè)想。不過在1849－1853年間，他設(shè)計(jì)并且試制了供載人用的滑翔機(jī)。當(dāng)前第22頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)22武際可:科技史選講之七(1)后來，在凱利逝世后的半個(gè)世紀(jì)，美國(guó)的萊脫兄弟實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)飛行，大萊脫曾說過：“我們?cè)O(shè)計(jì)的飛機(jī)，完全按照凱利爵士的非常精確的計(jì)算方法?！彼院髞砦鞣降暮娇諏＜叶挤Q凱利為航空之父。當(dāng)前第23頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)23武際可:科技史選講之七(1)凱利設(shè)計(jì)的飛機(jī)當(dāng)前第24頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)24武際可:科技史選講之七(1)1．4世界各國(guó)的早期飛行探索在19世紀(jì)的后期，在英國(guó)、俄國(guó)、德國(guó)、法國(guó)都有一些動(dòng)力飛行的探索者。1842年英國(guó)的漢森申請(qǐng)了他的飛機(jī)設(shè)計(jì)專利，這是世界上第一個(gè)有關(guān)飛機(jī)的專利。他的飛機(jī)上裝置的動(dòng)力是蒸汽機(jī)，他將這種飛行器定名為“空中蒸汽車”。后來他自己進(jìn)行了模型試驗(yàn)，在頭幾次試驗(yàn)失敗后，他的財(cái)力已經(jīng)耗盡，無力繼續(xù)而停止了。1857年，法國(guó)的布里斯制造了一架大型滑翔機(jī)，他的起飛方式是將滑翔機(jī)固定在馬車上，然后驅(qū)車沿大路奔跑，當(dāng)馬車達(dá)到一定速度時(shí)，把滑翔機(jī)放出去。在第二從試飛時(shí)，不幸遇到了下降的氣流，滑翔機(jī)摔壞，他本人也摔斷了大腿。過了10年，他又東山再起，繼續(xù)繼續(xù)滑翔機(jī)試驗(yàn)，試驗(yàn)又遭失敗，從此他退出了航空。當(dāng)前第25頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)25武際可:科技史選講之七(1)德國(guó)的利林塔爾，1889年發(fā)表了一本《鳥類飛行的藝術(shù)》，這本書對(duì)后來的飛行影響很大。他還制造了具有蝙蝠形狀機(jī)翼的滑翔機(jī)，為了改進(jìn)他制造的滑翔機(jī)，他進(jìn)行了2000次以上的飛行試驗(yàn)。他對(duì)滑翔機(jī)不斷改進(jìn)，最長(zhǎng)的一次飛行是從15米高的山頭上起飛，滑翔了300米遠(yuǎn)。他在滑翔機(jī)上增加了舵，并且準(zhǔn)備裝上動(dòng)力，可惜在1896年8月的一天，在試飛時(shí)，因?yàn)闄C(jī)翼折斷而犧牲。他離開人世時(shí)最后的遺言是：“如果沒有犧牲，任何事都不會(huì)成功?！碑?dāng)前第26頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)26武際可:科技史選講之七(1)這些只是動(dòng)力飛行的早期探索者中的少數(shù)例子。是這些勇敢的冒險(xiǎn)家的前仆后繼的探求，人們又不斷從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才有后來的飛行世紀(jì)。誠(chéng)然，像后來最早飛行成功的萊特兄弟，那樣的勝利者的業(yè)績(jī)值得慶賀，而像利林塔爾，這樣的失敗者的業(yè)績(jī)也是可歌可泣的。當(dāng)前第27頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)27武際可:科技史選講之七(1)利林塔爾

OttoLilienthal

1848–1896當(dāng)前第28頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)28武際可:科技史選講之七(1)利林塔爾

飛行圖當(dāng)前第29頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)29武際可:科技史選講之七(1)2早期的飛機(jī)

當(dāng)前第30頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)30武際可:科技史選講之七(1)2．1蘭利的飛機(jī)研究與實(shí)驗(yàn)蘭利（SamuelPierpontLangley,1834－1906）是美國(guó)的職業(yè)科學(xué)家，起先曾從事土木工程工作，后來靠自學(xué)成為著名的天文學(xué)家。他發(fā)展了測(cè)輻射熱儀，對(duì)太陽光譜測(cè)量作出了重要貢獻(xiàn)，1867年，任美國(guó)匹茲堡大學(xué)的物理與天文學(xué)教授。他從幼年便對(duì)鳥的飛翔產(chǎn)生了極大的興趣。經(jīng)常連續(xù)數(shù)小時(shí)觀看鳥的飛行。當(dāng)前第31頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)31武際可:科技史選講之七(1)1887年蘭利移居華盛頓，出任當(dāng)時(shí)美國(guó)學(xué)術(shù)權(quán)威機(jī)構(gòu)斯密森學(xué)會(huì)的秘書。他建造了一座60英尺的懸臂機(jī)，該機(jī)靠煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，外周速度可達(dá)每小時(shí)70海里。利用這座懸臂機(jī)，他進(jìn)行了大量的空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，研究平板與鳥翼在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力與升力的規(guī)律，由此得到了許多定量的結(jié)果，并且糾正了前人的不少錯(cuò)誤。他得出了有一攻角的平板升力為

其中A為平板面積、V為飛行速度、為空氣的密度、為平板的攻角。蘭利將他的研究結(jié)果寫成一本書《空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)》，于1891年由華盛頓的斯密森學(xué)會(huì)出版。這本書是最早的比較系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)著作，對(duì)后來的飛機(jī)研究者，包括萊特兄弟影響很大。當(dāng)前第32頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)32武際可:科技史選講之七(1)除了實(shí)驗(yàn)室研究外，蘭利還動(dòng)手做飛行試驗(yàn)。他先后從1891年開始試制了橡筋動(dòng)力模型飛機(jī)、設(shè)計(jì)并制造了輕型蒸汽機(jī)、并且設(shè)計(jì)了空中旅行者0－6共7個(gè)型號(hào)的飛機(jī)模型、對(duì)其中的第5、6兩號(hào)在1896年進(jìn)行了成功的飛行、后來又在1903年進(jìn)行了兩次不成功的載人的飛行試驗(yàn)。后來因?yàn)樨?cái)政拮據(jù)和新聞界的冷嘲熱諷，以及蘭利本人年事已高（接近70歲）的諸多原因，放棄了試驗(yàn)，蘭利也于1906年逝世。后人總結(jié)他載人飛行的失敗主要是由于結(jié)構(gòu)上的不合理，當(dāng)時(shí)他的發(fā)射架如果采用輪式起落架，試飛很可能是另一種結(jié)果。

當(dāng)前第33頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)33武際可:科技史選講之七(1)蘭利像

SamuelPierpontLangley

1834-1906

當(dāng)前第34頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)34武際可:科技史選講之七(1)蘭利的飛機(jī)（1901）當(dāng)前第35頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)35武際可:科技史選講之七(1)2．2萊特兄弟的飛機(jī)

飛機(jī)的發(fā)明與發(fā)展是力學(xué)漸漸滲入技術(shù)的結(jié)果，是從盲目走向自覺的過程。19世紀(jì)末不少人都想制造飛機(jī)，當(dāng)時(shí)滑翔機(jī)已有相當(dāng)?shù)倪M(jìn)步，凡是致力于改進(jìn)滑翔機(jī)的人，很自然的想法是在滑翔機(jī)上安裝上動(dòng)力。但是那時(shí)只有蒸汽機(jī)這種過重的發(fā)動(dòng)機(jī)。

于是有一些人從事研究?jī)?nèi)燃機(jī)，如德國(guó)的利林塔爾與皮爾徹在1896年與1899年，先后在滑翔機(jī)上安裝上內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。不幸他們二人先后都因?yàn)槭鹿识鵂奚Ｍ瑫r(shí)美國(guó)也有人進(jìn)行類似的試驗(yàn)，結(jié)果也以失敗而告終。當(dāng)前第36頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)36武際可:科技史選講之七(1)美國(guó)在俄亥俄州開自行車修理店的萊特兄弟為德國(guó)的利林塔爾的犧牲精神所鼓舞，決心試制飛機(jī)。他們首先從制造滑翔機(jī)開始，從1899年開始，逐漸改進(jìn)。1899年，他們寫信給斯密森研究院索取有關(guān)航空資料，他們研究前人的經(jīng)驗(yàn)，其中包括達(dá)·芬奇、喬治·凱利、蘭利教授、馬克辛（機(jī)槍的發(fā)明者）、查紐特、帕森斯、托馬斯·愛迪生、利林塔爾、阿代爾、等等的事跡與經(jīng)驗(yàn)。1901年萊特兄弟（哥哥WilburWright，1867－1912,弟弟OrvilleWright，1871－1948）為了實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)翅膀，建造了風(fēng)洞，他們研究與比較了200種以上的機(jī)翼形狀。到1902年秋，已經(jīng)積累了上千次滑翔經(jīng)驗(yàn)，掌握了飛行的理論與技術(shù)。

當(dāng)前第37頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)37武際可:科技史選講之七(1)萊脫兄弟

哥哥(左)

WilburWright

1867－1912

弟弟

OrvilleWright

1871－1948

當(dāng)前第38頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)38武際可:科技史選講之七(1)

最后，他們決心制造裝有發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳的飛機(jī)。經(jīng)過艱苦的研究，終于制成了4缸8馬力的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，并且用樅木制造了螺旋槳。1903年12月17日在北卡羅來納州的刺鬼山海岸（KillDevilHillsbeach），對(duì)他們制成的“飛行者”1號(hào)進(jìn)行了試飛。經(jīng)過4次試飛，最好的成績(jī)是在空中飛行59秒，飛行距離259.7米的記錄。那次試飛，他們發(fā)了50封邀請(qǐng)信，結(jié)果只來了5個(gè)人，報(bào)界對(duì)此反映冷淡。到1905年，美國(guó)著名的科學(xué)普及雜志《科學(xué)的美國(guó)人》說這次試驗(yàn)只不過是一個(gè)騙局。可是，就在這一年，萊特兄弟的第三個(gè)改型飛機(jī)在10月5日那天，一次飛行了38.6千米，在空中持續(xù)飛行38分又3秒鐘。當(dāng)前第39頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)39武際可:科技史選講之七(1)當(dāng)前第40頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)40武際可:科技史選講之七(1)之后萊特兄弟以及世界上不少國(guó)家與個(gè)人進(jìn)行了改進(jìn)試驗(yàn)。1904年進(jìn)行了“飛行者”2號(hào)試飛，總共飛行了105次，最長(zhǎng)飛行記錄是飛行了5分鐘，距離為4.4公理。后來他們對(duì)飛機(jī)的操縱性能做了改進(jìn)，1905年6月，制成了“飛行者”3號(hào)。經(jīng)過50次試飛，在10月5日達(dá)到了持續(xù)飛行38分3秒、飛行距離38.6公理的記錄。經(jīng)過各種姿態(tài)的飛行試驗(yàn)，說明這架飛機(jī)已經(jīng)具備實(shí)用性。當(dāng)前第41頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)41武際可:科技史選講之七(1)萊特發(fā)明的飛機(jī)雖然已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段，但是要得到社會(huì)的承認(rèn)與支持還經(jīng)過了一段艱苦的努力。萊特兄弟首先向美國(guó)陸軍談判，希望獲得支持，但是陸軍反應(yīng)冷淡，說是要等到他們?cè)斐龀{駛員外能攜帶一名人員的條件下能夠平飛時(shí)，才會(huì)考慮定購(gòu)。后來他們又同英國(guó)人談判也未有任何進(jìn)展。在1906、1907這兩年中，他們沒有試驗(yàn)，而是轉(zhuǎn)而改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳。到1907年春，他們又制造了一架新飛機(jī)，由萊特兄長(zhǎng)帶到歐洲，商談申報(bào)專利與生產(chǎn)問題，也沒有得到什么結(jié)果。整個(gè)世界對(duì)他們數(shù)年的成功試飛沒有什么反應(yīng)。當(dāng)前第42頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)42武際可:科技史選講之七(1)1907年12月23日，美國(guó)政府愿意提供25000美元的資金，招標(biāo)制造一架能載兩人、飛行速度每小時(shí)64.4公里、飛行距離125公里的飛機(jī)。為了說服美國(guó)官方，1908年2月萊特兄弟進(jìn)行了一次飛行表演，美國(guó)戰(zhàn)爭(zhēng)部同意到場(chǎng)觀看。同年3月萊特與戰(zhàn)爭(zhēng)部簽訂制造飛機(jī)的協(xié)議。1908年8月萊特弟弟在法國(guó)、1908年9月萊特兄長(zhǎng)在美國(guó)進(jìn)行了飛行表演。都相繼取得了成功，這些成功的表演新聞界廣為報(bào)導(dǎo)，這才使他們成為全世界注目的英雄。當(dāng)前第43頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)43武際可:科技史選講之七(1)2．3航空事業(yè)的發(fā)展

法國(guó)的桑托斯·杜門一直致力于飛行，在1905年以前，他從事于飛艇的研制。從1906年開始研制飛機(jī)，他先造了一架直升機(jī)，可惜因?yàn)樾硖]有成功。在同年他又造了兩架飛機(jī)，結(jié)果都不理想。但是不管如何，它畢竟是歐洲的最早的飛機(jī)。幾經(jīng)改進(jìn)，到1909年杜門制造的“蜻蜓”飛機(jī)，是單翼機(jī)、輪式起落架、結(jié)構(gòu)緊湊，他自己駕駛，速度競(jìng)達(dá)到每小時(shí)97公里。當(dāng)前第44頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)44武際可:科技史選講之七(1)1908年英國(guó)的《每日郵報(bào)》設(shè)1000英鎊的獎(jiǎng)金，以獎(jiǎng)勵(lì)第一個(gè)飛越法英兩國(guó)之間的英吉利海峽的人。1909年7月25日凌晨法國(guó)的布雷里奧用了大約36分鐘完成了飛越英吉利海峽，飛行41.9公里。一時(shí)成為轟動(dòng)歐洲的大事。后來歐洲人經(jīng)過不斷改進(jìn)，并且舉行各種航空表演與航空展覽，以推動(dòng)航空事業(yè)。到第一次世界大戰(zhàn)之前，歐洲的航空達(dá)到世界領(lǐng)先的地位。當(dāng)前第45頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)45武際可:科技史選講之七(1)

馮如（1883－1912）廣東恩平人，12歲赴美當(dāng)童工，后在一家工廠當(dāng)工人。經(jīng)過數(shù)年的自學(xué)研究，積累了不少機(jī)械制造方面的知識(shí)。1906年，馮如在舊金山與當(dāng)?shù)厝A僑和親友集資創(chuàng)辦飛機(jī)制造公司。1907年，廣東機(jī)器制造廠在美國(guó)奧克蘭市成立，從事研制飛機(jī)。經(jīng)歷了6次失敗后，在1911年初，于奧克蘭市成功地進(jìn)行了多次航空表演，而且創(chuàng)造了時(shí)速105公里的新記錄。當(dāng)時(shí)孫中山先生也在美國(guó)，觀看了他的飛行表演，在觀看后發(fā)表講話時(shí)對(duì)馮如的成功大加稱贊，鼓勵(lì)他回國(guó)為祖國(guó)服務(wù)。1911年3月馮如回國(guó)，不幸在1912年8月25日的一次飛行表演中因飛機(jī)失事而犧牲。當(dāng)前第46頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)46武際可:科技史選講之七(1)

馮如

1883－1912

當(dāng)前第47頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)47武際可:科技史選講之七(1)由于空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究成果，飛機(jī)的空氣動(dòng)力性能不斷改善，也由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的不斷改進(jìn)，飛行的新記錄不斷產(chǎn)生。1913年，英國(guó)的《每日郵報(bào)》懸賞10000英鎊，給第一個(gè)飛越北大西洋的人。1919年6月14日，英國(guó)的阿爾科克和布朗二人完成了這項(xiàng)飛行而獲獎(jiǎng)，航程3032公里。1920年美國(guó)的企業(yè)家奧太格懸賞25000美金，給第一個(gè)從紐約到巴黎的飛行者。1927年5月21日，美國(guó)人林白（CharlesAugustusLindbergh,1902－1974）領(lǐng)走了這筆獎(jiǎng)金，航程5810公里，歷時(shí)33.5小時(shí)。林白后來多年任泛美航空公司的高級(jí)技術(shù)顧問，他也是第一批改進(jìn)機(jī)械心臟泵的發(fā)明者之一。當(dāng)前第48頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)48武際可:科技史選講之七(1)林白CharlesAugustusLindbergh,1902－1974當(dāng)前第49頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)49武際可:科技史選講之七(1)1927，5，21的一幅漫畫當(dāng)前第50頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)50武際可:科技史選講之七(1)人們終于迎來了20世紀(jì)這個(gè)航空的新世紀(jì)。從1916年開始，在英國(guó)、荷蘭、比利時(shí)、德國(guó)、法國(guó)、蘇聯(lián)、美國(guó)等國(guó)先后成立了國(guó)內(nèi)與國(guó)際的航空公司，辦理客貨運(yùn)。到1950－1970年間，在歐美各國(guó)的長(zhǎng)途客運(yùn)幾乎都讓位給航空了，而鐵路長(zhǎng)途客運(yùn)倒閉。在二次世界大戰(zhàn)之后，又出現(xiàn)了噴氣式超音速飛機(jī)。所有這些都得益于力學(xué)的發(fā)展。當(dāng)前第51頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)51武際可:科技史選講之七(1)3航天技術(shù)的發(fā)展當(dāng)前第52頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)52武際可:科技史選講之七(1)在力學(xué)發(fā)展的早期，是和天文學(xué)緊密相連的，人類的力學(xué)知識(shí)可以說最早是從研究天上的星宿得到的。在20世紀(jì)，當(dāng)從牛頓時(shí)代精確化的力學(xué)知識(shí)發(fā)展了200多年后，可以說力學(xué)又回到了天上。人造衛(wèi)星、人造天體的出現(xiàn)就是這一回復(fù)的明證。當(dāng)前第53頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)53武際可:科技史選講之七(1)3．1

早期星際航行的研究當(dāng)前第54頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)54武際可:科技史選講之七(1)齊奧爾可夫斯基（КонстатинЭлуардовичЦиолковский，1857－1935）出生于俄羅斯離莫斯科不遠(yuǎn)的梁贊省的伊熱夫斯基村。大約在他十歲的時(shí)候因?yàn)榧膊∈顾亩鋷缀跬耆ヂ犃ΑＳ捎谏?，他?jīng)常缺課，在家由他母親幫他補(bǔ)課。他14歲時(shí)才開始正式上學(xué)，16歲時(shí)，父親送他到莫斯科求學(xué)。后來他靠頑強(qiáng)的自學(xué)精神，而于1878年秋成為一名中學(xué)教師，并且撰寫了若干篇有關(guān)化學(xué)和物理的學(xué)術(shù)論文。當(dāng)前第55頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)55武際可:科技史選講之七(1)齊奧爾可夫斯基對(duì)星際航行的興趣是由凡爾納的科學(xué)幻想小說引起的，他在1911年回憶說：“對(duì)我來說，第一顆太空飛行思想的種子是由著名的儒勒·凡爾納的幻想小說播下的，它們使我在頭腦里形成了確定的方向。我開始把它作為一種嚴(yán)肅的活動(dòng)?！饼R奧爾可夫斯基在1898年完成了論文《利用噴氣工具研究宇宙空間》，但是論文直到1903年才在莫斯科的《科學(xué)評(píng)論》雜志上發(fā)表。論文涉及航天飛行的各方面的問題。當(dāng)前第56頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)56武際可:科技史選講之七(1)他首先指出，利用氣球、大炮炮彈、都不可能飛出地球，因之“我建議利用反作用機(jī)械研究高空大氣。我所指的反作用機(jī)械就是火箭。”論文開創(chuàng)了變質(zhì)量力學(xué)，并且由此推導(dǎo)出火箭運(yùn)動(dòng)的基本公式，后人稱之為齊奧爾可夫斯基公式，即在不考慮空氣阻力與地心引力的條件下，火箭在在耗盡燃料時(shí)的速度為，其中分別為火箭總重與火箭結(jié)構(gòu)重，為常數(shù)。當(dāng)前第57頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)57武際可:科技史選講之七(1)論文導(dǎo)出了火箭要克服地球引力所要具有的最小速度，即第一宇宙速度為每秒8公里。并且給出了液體燃料是最理想的推進(jìn)劑。1919年齊奧爾可夫斯基發(fā)表了論文《太空火箭列車》。這是關(guān)于多極火箭的最早的研究。齊奧爾可夫斯基還寫作過不少通俗介紹火箭與太空飛行的讀物。他一生寫了580篇科學(xué)論文與科學(xué)幻想作品。不過，他的研究工作，首先是在美國(guó)與德國(guó)受到重視，外國(guó)的研究火箭熱，反過來推動(dòng)了蘇聯(lián)。到1924年，蘇聯(lián)重新出版了齊奧爾可夫斯基發(fā)表過的論文。當(dāng)前第58頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)58武際可:科技史選講之七(1)當(dāng)前第59頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)59武際可:科技史選講之七(1)法國(guó)人埃斯諾－貝爾特利（RobertEsnault-Peltrie,1881－1957）早期從事飛機(jī)的設(shè)計(jì)與研究，后來轉(zhuǎn)入火箭與星際航行的研究。他獨(dú)立于齊奧爾可夫斯基的工作，在1912年發(fā)表了論文《關(guān)于無限減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量的可能性的結(jié)果的思考》。論文得到了和齊奧爾可夫斯基相同的結(jié)論。他計(jì)算得到火箭逃出地球的速度為每秒11.28公里，即現(xiàn)今說的第二宇宙速度。他并且設(shè)計(jì)了到達(dá)月球、金星與火星的火箭以及飛行策略。齊奧爾可夫斯基與埃斯諾－貝爾特利的研究工作奠定了航天技術(shù)的理論基礎(chǔ)。當(dāng)前第60頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)60武際可:科技史選講之七(1)3．2火箭的改進(jìn)與V－2火箭

最早在實(shí)際上研究設(shè)計(jì)與制造液體火箭的是美國(guó)的戈達(dá)德（H.Geddard,1882－1945）與羅馬尼亞人奧伯特（H.J.Oberth,1894－？）戈達(dá)德獨(dú)立自費(fèi)研究火箭推進(jìn)，并且在1919年出版了研究的論著。在1926年3月16日，有四位助手配合，妻子擔(dān)任記錄，成功地發(fā)射了液體試驗(yàn)火箭?；鸺?.5秒時(shí)間內(nèi)，升高12.5m，水平飛行56m。1923年他又出版了《深入星際太空的火箭》一書，這本書對(duì)后來德國(guó)的火箭研究起了很大作用。

當(dāng)前第61頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)61武際可:科技史選講之七(1)戈達(dá)德H.Geddard1882－1945當(dāng)前第62頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)62武際可:科技史選講之七(1)戈達(dá)德的液體火箭當(dāng)前第63頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)63武際可:科技史選講之七(1)奧伯特1922年得知美國(guó)的戈達(dá)德發(fā)表了《到達(dá)極大高度的方法》，寫信索要并仔細(xì)研讀。之后寫了論文《飛往星際空間的火箭》。文中他設(shè)想了載人火箭的設(shè)計(jì)方案。之后他將論文擴(kuò)展成為書，于1929年出版，書名為《通向宇宙之路》。在1928年奧伯特應(yīng)聘為科學(xué)幻想電影《月球女郎》做載人飛船，隨之進(jìn)行了火箭試驗(yàn)。1939年第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，奧伯特，被德國(guó)當(dāng)局應(yīng)征去研究軍用火箭。當(dāng)前第64頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)64武際可:科技史選講之七(1)奧伯特作液體火箭試驗(yàn)（右立者）當(dāng)前第65頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)65武際可:科技史選講之七(1)在世界上德國(guó)的星際航行發(fā)展得最早，在奧伯特的著作影響下，1927年6月5日在德國(guó)布萊斯勞成立了德國(guó)星際航行協(xié)會(huì)，并決定出版刊物《火箭》。協(xié)會(huì)在一年間，人數(shù)增加到500人。當(dāng)前第66頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)66武際可:科技史選講之七(1)布勞恩（W.vonBraun,1912－1977）1932年畢業(yè)于柏林工學(xué)院，1934年獲柏林大學(xué)物理系博士學(xué)位。1932年在德國(guó)陸軍軍械部從事火箭研究。作為第一次大戰(zhàn)的戰(zhàn)敗國(guó)，德國(guó)不允許發(fā)展常規(guī)武器，于是便在火箭上打主意。從20年代末德國(guó)軍方就組織人員研究火箭。30年代希特勒上臺(tái)后，更加緊了火箭的研究。從1933年開始設(shè)計(jì)火箭。1937年希特勒撥款3億馬克建立導(dǎo)彈研究基地。在馮·布勞恩的主持下，通過對(duì)A－1（一枚，失?。－2（兩枚，均成功）、A－3（三枚，均失敗）、A－5（25枚左右，均成功）型號(hào)火箭的研究和試驗(yàn)，取得了大量空氣動(dòng)力學(xué)方面的成果，并且在制導(dǎo)、控制、發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、彈道設(shè)計(jì)等方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，1942年10月3日，成功地發(fā)射了第一枚液體燃料的軍用導(dǎo)彈V－2。

當(dāng)前第67頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)67武際可:科技史選講之七(1)后來V－2又經(jīng)過不斷改進(jìn)，最后它的狀況為：V－2火箭長(zhǎng)14m，結(jié)構(gòu)重量3.99t，彈頭1t，燃料8.96t，射程300公里，最大速度每秒1.5公里。它的主要特點(diǎn)有：（1）垂直起飛，沒有起飛滑軌，以免結(jié)構(gòu)與軌道撞擊；（2）采用處于燃?xì)鈿饬髦醒b在尾翼上的四個(gè)葉片的燃?xì)舛婵刂?，燃?xì)舛嬗质苎b在導(dǎo)彈前部的兩個(gè)陀螺儀控制；（3）使用渦輪泵將推進(jìn)劑注入燃燒室。從1944年起，直到1945年德國(guó)法西斯覆滅，德國(guó)共向盟國(guó)各地區(qū)、特別是英國(guó)發(fā)射了V－2火箭3745枚。當(dāng)前第68頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)68武際可:科技史選講之七(1)布勞恩

W.vonBraun

1912－1977

當(dāng)前第69頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)69武際可:科技史選講之七(1)V－2火箭

當(dāng)前第70頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)70武際可:科技史選講之七(1)德國(guó)法西斯覆滅后，美國(guó)俘獲了包括布勞恩在內(nèi)的100多名火箭專家、全部V－2火箭的設(shè)計(jì)資料和少量的V－2火箭及其零件，蘇聯(lián)則俘獲了一批二流專家和一批V－2火箭及其零件。這樣V－2火箭就成為后來蘇、美兩國(guó)進(jìn)行軍用火箭與空間飛行研究的基礎(chǔ)。布勞恩投降美軍后，到美國(guó)陸軍裝備設(shè)計(jì)研究局工作，后任陸軍彈道導(dǎo)彈發(fā)展處處長(zhǎng)。1955年入美藉。先后領(lǐng)導(dǎo)研制成功紅石、丘辟特、潘興等火箭，并用火箭發(fā)射美國(guó)第一顆人造衛(wèi)星成功。1960－1970任馬歇爾航天中心主任，1961年任肯尼迪總統(tǒng)的空間事務(wù)科學(xué)顧問，分管阿波羅工程。美國(guó)將人送上月球，就是用的他主持設(shè)計(jì)的土星火箭。1970年任美國(guó)國(guó)家航空航天局主管計(jì)劃的副局長(zhǎng)，1972年辭職。可以說布勞恩的一生，是研制火箭成功的一生。當(dāng)前第71頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)71武際可:科技史選講之七(1)WernhervonBraun'steamswiththeArmyandNASAdevelopedmanyoftherocketsthatlaunchedAmericaintothespacerace.Clockwisefromupperleft:theRedstone(firstU.S.Armyballisticmissle),Juno-1(carriedExplorer1,thefirstU.S.satellite),Mercury-Redstone(launchedAllanShepard,thefirstAmericaninspace),andtheSaturn-1(boosterrocketfortheApollomissions).(PhotographscourtesyMSFCImageExchange)當(dāng)前第72頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)72武際可:科技史選講之七(1)美國(guó)阿波羅11的發(fā)射指揮隊(duì)伍當(dāng)前第73頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)73武際可:科技史選講之七(1)3．3人造衛(wèi)星、星際航行的發(fā)展及其技術(shù)應(yīng)用

1947年，蘇聯(lián)發(fā)射成功了類似V－2的導(dǎo)彈火箭。1952、1953年間，蘇聯(lián)的導(dǎo)彈射程已經(jīng)可以達(dá)到1800公里。1955年蘇聯(lián)成立了人造地球衛(wèi)星委員會(huì)，開始研制人造衛(wèi)星與運(yùn)載火箭。美國(guó)在戰(zhàn)后首先進(jìn)行了探空火箭的研制，改進(jìn)了V－2火箭，在1947年達(dá)到了393公里的高空。但是由于當(dāng)時(shí)美國(guó)著意于核武器的研制，放松了對(duì)導(dǎo)彈的投資。美國(guó)的火箭研究在50年代初明顯落后于蘇聯(lián)。直到50年代中期才重視起來。當(dāng)前第74頁\共有82頁\編于星期一\14點(diǎn)74武際可:科技史選講之七(1)1957年10月4日，蘇聯(lián)在拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射成功第一顆重83.6公斤的人造衛(wèi)