人类航空百年回顾与展望

人类航空百年回顾与展望

http://www.sina.com.cn 2003年12月15日16:01 北京晚报

国防大学李大光王宏德　　20世纪人类在科学技术方面最伟大的贡献之一，就是发明了飞机。1903年12月17日，美国莱特兄弟驾驶自己制造的飞机，实现了人类首次持续的、有动力的、可操纵的飞行，从此开创了人类航空史上的新纪元。航空百年历史回顾航空技术是随着以各种作战飞机为主的航空兵器的发展而发展的，从第一架飞机诞生之日到今天，可将人类航空发展史大致分为四个阶段。　　初始阶段（1903至1938年）　　莱特兄弟的航空试验，实现了人类多年来在天空飞翔的梦想，进而实现了航空器动力升空自主飞行。　　在1911至1912年的意土战争中，意大利第一次使用航空兵对土耳其军队进行了侦察和轰炸。在第一次世界大战中，飞机开始得到大规模使用，推动了军用飞机的发展。20世纪20至30年代初，由于科学技术的日益活跃，研究建立了飞机设计方法，并积累了空气动力、飞行力学和结构强度等方面大量的实验资料。这一时期，飞机从采用机翼面积很大的多翼机，发展到张臂式单翼机，从木布结构到全金属结构，从敞开式座舱到密闭式座舱，从固定式起落架到收放式起落架的过渡，飞机的发展走过了初始阶段。　　完善阶段（1939至1945年）　　这一阶段，由于正处在第二次世界大战中，因战争的需要促进了空军迅猛发展，飞机数量、种类以及性能得到空前提高。当时飞机研发的目标：首先是加大发动机的功率，提高效能和高空性能；其次是对亚音速气动布局的精心设计和推敲。在提高发动机功率方面，加大气缸容积，增加气缸数量，加大发动机转速和预压缩工作介质等措施。在改进气动方面，采取了整流措施，如发动机加整流罩，都大大降低了飞机的废阻力。在翼型研究上也有了突破，出现了层流翼型、尖锋翼型等低阻翼型。在这一时期，由于仍然采用的是活塞式发动机，因受音障限制，飞行速度已经接近这类飞机的极限（时速750千米左右），因此这一时期飞机经过了完善的发展阶段，也可以说是活塞式内燃发动机发展到极限的特殊阶段。　　突破阶段（1946至1957年）　　这一阶段是航空技术发生根本性变革的重要阶段。正当人类将飞机向更高速度推进时，活塞发动机发展到了极限，在第二次世界大战的推动下，燃气轮机技术开始走向实用化，开始制造大批涡轮喷气发动机。“二战”结束后，美、苏两国都利用从德国缴获的资料和设备，在德国技术人员的帮助下，大力研发喷气式飞机。在这一阶段主要解决喷气动力飞机的三大航空科学技术难题，即声障、气动弹性和疲劳断裂问题。声障是指把飞机飞行速度提高到超过音速时遇到的障碍。1953年，美国F－102三角翼飞机试飞时，首次突破了声障，超过音速并达到1328千米／小时的飞行速度。气动弹性是指飞机由于飞行速度的提高而产生结构变形，通过气动力耦合致使飞机翼面等结构部件发生高频振动。疲劳断裂是高空飞机的气密机舱在升、降过程中，由内外压差交变而引发疲劳、发生断裂。这一问题首先是通过英国“彗星”式喷气客机多次坠毁而发现的，事故原因最终归咎于机身结构在高空发生疲劳断裂。上世纪50年代初，在朝鲜战争中喷气式飞机已大规模用于空战。50年代中期，喷气战斗机的飞行速度已达到音速的两倍。　　高超音速阶段（1958至今）　　从1958年开始，航空历史发展到高级阶段，其主要标志是人类社会开始进入航空超音速时代（飞机的航速达到或超过2倍音速，即2马赫），航空高新技术不断出现并综合应用。由于喷气发动机发展迅速，日益趋向于“三高”（高涵道比、高压缩比和高涡轮前温度），不仅使发动机的推力和推重比大大提高，而且耗油率和经济性也大为改善。军用飞机出现了俄罗斯的第五代和欧美的第四代战斗机。它们型式各异，但气动性能大致相近，在机动性、灵敏性和隐身方面有突出表现，航速最高达到3马赫以上；配装制导的空空、空地武器后，杀伤威力大大提高。在民用航空领域，最引人注目的是欧洲联合研制、2．2马赫的“协和”式超音速客机。　　航空技术未来展望　　航空科学技术是现代高新科学技术的综合产物，几乎一切学科门类，如力学、热力学、材料学、电子技术、自动控制、喷气推进、计算机、半导体技术、制造工艺学，甚至天文、气象、医学等都对航空科学的发展进步起到关键性的推动作用。科学技术的最新成就，通过在航空应用中的渗透和发展又派生出一些新学科，使航空科学技术更加配套和完整，并扫除了发展中的层层障碍。从当今航空科学技术发展，我们可以对航空科学技术以及民用和军用航空器的发展进行一下大致的展望。　　在航空科学技术领域，人类将进一步研发航空发动机动力。面向21世纪的新型发动机主要有：超燃冲压发动机，它是靠高速迎面气流的冲压作用压缩空气的空气喷气发动机。组合循环发动机，它是由两种或两种以上不同类型的热力循环发动机组合成的一类发动机。高超音速发动机，它是能够产生高超音速飞行的发动机，主要有涡轮涵道发动机、?夂忌辗缟确⒍统偻鞣缟确⒍取Ｂ龀灞鸱⒍且恢掷寐龀迨奖鸩ú屏Φ男赂拍罘⒍6啵ㄈ┑绶⒍且恢植捎梅墙哟ナ酱判≈岢小⒛谧笆秸迤舳⒍⒎植际降缱涌刂葡低橙蠹际醯男滦秃娇辗⒍3⑿腿计新址⒍腔谖⒒缦低常啥嗖愎杵讯伞Ｐ履茉春娇辗⒍梢苑至街郑恢质抢酶吣苋剂咸娲澈娇彰河停硪恢质抢玫缒堋⒑四芎吞裟艿刃履茉础Ｕ庵中履茉捶⒍难芯渴艿角囗Ｋ孀欧⒍际醯慕剑狗苫阅艹鱿中碌耐黄啤? 　　空气动力学的研究对飞机气动力布局的变革起到决定性的作用，因此必将还要得到进一步完善。层流、湍流是流体两种截然不同的流动状态，关系到飞机阻力，其研究也将得到不断进展。其他领域，如风洞实验技术、飞行器结构力学和强度理论以及系统工程方法和航空项目管理等领域日益受到重视，其发展也必将进一步提高。　　在民用航空器方面，今后民用飞机的发展将面向三个方向：一是大型亚音速运输机。估计到2020年航空运输主要靠亚音速客机。二是先进超音速客机。虽然“协和”超音速客机已退出历史的舞台，但并不能说明超音速客机的发展就没有前途了，随着航空技术的发展和人类对航空运输的需求不断增加，超音速运输飞机还将受到重视。三是偏转旋翼式垂直起降支线客机。为解决中心机场的拥挤问题，需要垂直起降飞机实施疏散客流，并进行市区对市区的运输。因此，需要利用可偏转旋翼的支线客机完成这一使命。　　在军用航空器方面，未来的作战飞机将进一步向信息化、综合化、一体化和智能化的方向发展。作战飞机以信息技术为基础，通过数据链与战场上的C4ISR系统以及有关装备组合成一体。作战飞机将提高突防能力和战斗生存能力，装备高性能的发动机，提高飞机的高低空性能和短距垂直起降能力，提高电子对抗环境下的作战能力。歼击机将具有非常规机动、高敏捷性和超音速巡航能力。战略轰炸机将具有更强的突防能力。战略侦察机将装有高性能的光电侦察设备。直升机将装用新型旋翼。无人机的地位和作用将进一步提高，数量也将增加。