(文章来源《院士讲科学》 , 该书由《知识就是力量》杂志社总策划 , 科学普及出版社出版)
在前两天大阅兵中亮相的各种飞机 , 以及直升机编队摆出八一和90字样 , 想必都让你印象深刻 。
航空史上的一个“黄金时代”
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【回顾建军90周年,为什么军事需求促进了航空进步?】1903年 , 莱特兄弟发明了飞机 。 仅仅不到10年 , 1911-1912年意大利与土耳其之间的军事冲突 , 就让人们看到了飞机的军用价值 。 第一次世界大战在1914年爆发 , 4年半的战乱促进了各参战国航空技术的急速发展 。 从1918年战争结束 , 到作为第二次世界大战欧洲战场起点的1939年9月1日纳粹德国进攻波兰的21年间 , 被认为是航空史上的一个“黄金时代” 。
在此期间 , 欧美各国着手实施各种创纪录飞行 , 比如查尔斯·林德伯格飞越大西洋 , 日本与美国飞行员飞越太平洋的竞争 , 以及美国女飞行员阿梅莉亚·埃尔哈特的环球飞行等 , 都发生在这一时期 。
国防急需促进了航空技术的发展
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(海军航空兵使用的直升机 , 供图/马之恒)
第二次世界大战爆发之后 , 世界各国又迎来了一个航空技术的急速发展期 。 到大战后期 , 德国和英国空军都装备了先进的喷气式飞机 , 而德国甚至开始了对下一代喷气式飞机和超音速飞机的研发工作 。 简而言之 , 在20世纪的上半叶对大部分飞行器的研发都同两次世界大战有关;也就是说 , 国防急需促进了航空技术的发展 。
第二次世界大战以后 , 美苏争霸又延续了航空技术高速发展的趋势 , 使现代飞机变成了一种高技术的集成体 。 随着人类进入太空时代 , 研发高超声速飞行器和空天飞机成为航空航天领域的新目标 , 属于材料、力学、信息、电子、控制、动力等多种学科的高技术组合以航空器乃至航天器为核心 , 各个学科的研发成果 , 带动了各个高技术产业的发展 , 从而推动了整个国家国民经济的发展 。
正因为如此 , 在中国的科技中长期发展规划里 , 有相当多的内容是关于航空航天领域的 , 比如大型民航飞机的发展、高超声速飞行器技术等;航空对空气动力学的研究成果 , 也会带动其他一些前沿产业的进步 , 比如民用的大型风力发电机以及高速列车的研发 , 都会因为空气动力学的进步而深受其利 。
多种不同用途的飞机
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(外观独特的倾转旋翼机)
得益于人类航空技术的进步 , 特别是空气动力学的进步 , 人们得以制造出有多种不同用途 , 而且性能越来越先进的飞机 。
生活中常见的机型 , 是高亚声速的大型民航客机;在关于军事训练和战争的新闻报道中 , 我们可能会看到军队使用的战斗机、轰炸机和运输机等 。 除了这些固定翼飞机 , 航空器中还有一个很大的系列是非固定翼飞机 , 生活中比较常见的就是直升机 , 除此之外 , 还有旋翼机和倾转旋翼机 。 旋翼机的结构类似于直升机 , 但除了提供升力的旋翼 , 还有垂直于前进方向的螺旋桨来提供前进动力;倾转旋翼机的代表是美国的V-22“鱼鹰” , 一种混合了直升机起降模式和固定翼飞机飞行模式的可变型飞机 。
英国著名的“鹞”式垂直起落飞机 , 是如何实现垂直起降的?
“鹞”式飞机是英国研制的垂直起落攻击机 , 后来 , 美国购买了一些出口型用以取代本国老旧的舰载攻击机 , 并改进了这些出口型 。 “鹞”式的垂直起降和短距起降功能 , 是通过它的“飞马”发动机实现的 。 这种发动机的喷口可以旋转 , 让“鹞”式飞机能实现垂直起落 , 适应一些狭窄的环境 , 比如航空母舰的甲板 。 但垂直起落的代价也是很大的 , 这个过程会消耗大量燃料 , 严重削减飞机的作战半径 。 美国的F-35战斗机 , 其中一种正在测试中的改型F-35B , 也具有垂直起落能力 , 这是通过升力风扇、发动机喷管下偏、调姿喷管这三种技术共同作用来实现的 。
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