Аэронавтика - Aeronautics

Аэронавтика - это наука или искусство, связанное с изучением, проектированием и производством машин, способных летать в воздухе , а также методами управления самолетами и ракетами в атмосфере . Британское королевское авиационное общество определяет аспекты «авиационного искусства, науки и техники» и «профессии аэронавтики (это выражение включает в себя астронавтику)».

Хотя первоначально термин относился исключительно к эксплуатации воздушного судна, с тех пор он был расширен и теперь включает в себя технологии, бизнес и другие аспекты, связанные с воздушным судном. Термин « авиация » иногда используется взаимозаменяемо с аэронавтикой, хотя «воздухоплавание» включает в себя летательные аппараты легче воздуха, такие как дирижабли , и включает баллистические аппараты, тогда как «авиация» технически этого не делает.

Значительная часть авиационной науки - это отрасль динамики, называемая аэродинамикой , которая имеет дело с движением воздуха и его взаимодействием с движущимися объектами, такими как самолет.

История

Ранние идеи

Попытки летать без какого-либо реального понимания аэронавтики предпринимались с самых ранних времен, обычно путем создания крыльев и прыжков с башни с нанесением вреда или летальным исходом.

Более мудрые исследователи стремились достичь рационального понимания посредством изучения полета птиц. Такие исследования проводили средневековые исламские ученые Золотого века, такие как Аббас ибн Фирнас . Основатели современного воздухоплавания Леонардо да Винчи в эпоху Возрождения и Кэли в 1799 году начали свои исследования с изучения полета птиц.

Считается, что воздушные змеи для перевозки людей широко использовались в древнем Китае. В 1282 году итальянский исследователь Марко Поло описал современные китайские техники. Китайцы также сконструировали маленькие воздушные шары или фонарики и игрушки с вращающимися крыльями.

Одним из первых европейцев, кто провел какое-либо научное обсуждение полета, был Роджер Бэкон , описавший принципы работы аэростата легче воздуха и орнитоптера с машущим крылом , которые, как он предполагал, будут сконструированы в будущем. Подъемной средой для его воздушного шара будет «эфир», состав которого он не знал.

В конце пятнадцатого века Леонардо да Винчи продолжил свое изучение птиц разработкой конструкции некоторых из самых ранних летательных аппаратов, включая орнитоптер с машущим крылом и вертолет с вращающимся крылом . Хотя его замыслы были рациональными, они не основывались на особо хорошей науке. Многие из его конструкций, например вертолет винтового типа для четырех человек, имеют серьезные недостатки. Он, по крайней мере, понимал, что «объект оказывает такое же сопротивление воздуху, как и воздух этому объекту». ( Ньютон не публиковал Третий закон движения до 1687 года.) Его анализ привел к осознанию того, что одной только рабочей силы недостаточно для продолжительного полета, и его более поздние разработки включали механический источник энергии, такой как пружина. Работа да Винчи была утеряна после его смерти и не появлялась снова, пока не была заменена работой Джорджа Кейли .

Полет на воздушном шаре

Современная эра полетов легче воздуха началась в начале 17 века с экспериментов Галилея , в которых он показал, что воздух имеет вес. Около 1650 года Сирано де Бержерак написал несколько фэнтезийных романов, в которых описал принцип восхождения с использованием вещества (росы), которое он считал легче воздуха, и спуска, высвобождая контролируемое количество вещества. Франческо Лана де Терци измерил давление воздуха на уровне моря и в 1670 году предложил первую научно достоверную подъемную среду в виде полых металлических сфер, из которых был откачан весь воздух. Они будут легче вытесненного воздуха и смогут поднять дирижабль . Предложенные им методы контроля высоты используются до сих пор; путем переноски балласта, который может быть сброшен за борт для набора высоты, и путем вентиляции подъемных контейнеров для снижения высоты. На практике сферы де Терци разрушились бы под давлением воздуха, и дальнейшие разработки должны были подождать, пока не появятся более практичные подъемные газы.

С середины 18 века братья Монгольфье во Франции начали экспериментировать с воздушными шарами. Их воздушные шары были сделаны из бумаги, и ранние эксперименты с использованием пара в качестве подъемного газа были недолговечными из-за его воздействия на бумагу при ее конденсации. Принимая дым за своего рода пар, они начали наполнять свои воздушные шары горячим дымным воздухом, который они назвали «электрическим дымом», и, несмотря на то, что не полностью понимали действующие принципы работы, совершили несколько успешных запусков, и в 1783 году их пригласили провести демонстрацию. Французская Академия наук .

Между тем открытие водорода привело Джозефа Блэка в ок. 1780 г., чтобы предложить его использование в качестве подъемного газа, хотя практическая демонстрация ждала газонепроницаемого материала баллона. Услышав приглашение братьев Монгольфье, член Французской академии Жак Шарль предложил аналогичную демонстрацию водородного шара. Чарльз и два мастера, братья Роберт, разработали газонепроницаемый материал из прорезиненного шелка для конверта. Газообразный водород должен был образовываться в результате химической реакции во время процесса заполнения.

Конструкции Монгольфье имели несколько недостатков, не в последнюю очередь из-за необходимости в сухую погоду и из-за того, что искры от огня зажигали бумажный шар. У пилотируемой конструкции была галерея вокруг основания воздушного шара, а не подвесная корзина первой беспилотной конструкции, которая приближала бумагу к огню. Во время своего свободного полета Де Розье и д'Арландс взяли ведра с водой и губки, чтобы потушить эти пожары по мере их возникновения. С другой стороны, пилотируемая конструкция Чарльза была по существу современной. В результате этих подвигов воздушный шар стал известен как тип Монгольфьера, а водородный шар - Шарльер .

Следующий воздушный шар Чарльза и братьев Робер, Ла Каролина , был Шарльером, который последовал за предложениями Жана Батиста Мюзнье относительно удлиненного дирижабля и отличался наличием внешней оболочки с газом, содержащимся во втором, внутреннем баллонете. 19 сентября 1784 года он совершил первый полет на расстояние более 100 км между Парижем и Бёври , несмотря на то, что двигательные устройства с приводом от человека оказались бесполезными.

В попытке в следующем году обеспечить как выносливость, так и управляемость, де Розье разработал воздушный шар с баллонами с горячим воздухом и водородом, конструкция которого вскоре была названа в его честь - Rozière. Принцип состоял в том, чтобы использовать водородную секцию для постоянного подъема и перемещаться по вертикали, нагревая и позволяя охлаждать секцию горячего воздуха, чтобы поймать наиболее благоприятный ветер на любой высоте, на которой он дует. Конверт воздушного шара был сделан из кожи голдебитера . Первый полет закончился катастрофой, и с тех пор заход на посадку использовался редко.

Кэли и основы современного воздухоплавания

Сэр Джордж Кэли (1773–1857) широко известен как основатель современного воздухоплавания. Впервые его назвали «отцом самолета» в 1846 году, а Хенсон назвал его «отцом воздушной навигации». Он был первым настоящим научным воздушным исследователем, опубликовавшим свою работу, впервые включившую основные принципы и силы полета.

В 1809 году он начал публикацию исторического трактата из трех частей под названием «О воздушной навигации» (1809–1810). В нем он написал первую научную формулировку проблемы: «Вся проблема ограничена этими пределами, а именно: заставить поверхность поддерживать заданный вес путем приложения силы к сопротивлению воздуха». Он определил четыре вектора силы, которые влияют на самолет: тяга , подъемная сила , лобовое сопротивление и вес, а также выделил в своих конструкциях стабильность и управляемость.

Он разработал современную традиционную форму самолета с неподвижным крылом, имеющего стабилизирующее оперение с горизонтальными и вертикальными поверхностями, летающие планеры, как беспилотные, так и пилотируемые.

Он ввел использование вихревой испытательной установки рычага , чтобы исследовать аэродинамику полета, используя его , чтобы обнаружить преимущества изогнутого или изогнутые аэродинамической над плоским крылом он использовал для своего первого планера. Он также определил и описал важность двугранного , диагонального крепления и уменьшения сопротивления и внес свой вклад в понимание и дизайн орнитоптеров и парашютов .

Другим значительным изобретением было колесо с натяжными спицами, которое он разработал, чтобы создать легкое и прочное колесо для шасси самолета.

19 век

В 19 веке идеи Кэли были усовершенствованы, подтверждены и расширены. Среди важных исследователей были Отто Лилиенталь и Горацио Филлипс .

ветви

Аэронавтику можно разделить на три основных направления, включая авиацию , авиационную науку и авиационную технику .

Авиация

Авиация - это искусство или практика воздухоплавания. Исторически авиация означала только полеты тяжелее воздуха, но в настоящее время это означает полеты на воздушных шарах и дирижаблях.

Авиационная техника

Авиационная техника охватывает проектирование и конструкцию самолетов, включая то, как они приводятся в действие, как они используются и как ими управляют для обеспечения безопасной эксплуатации.

Основная часть авиационной техники - аэродинамика , наука о движении в воздухе.

В связи с возрастающей активностью космических полетов в настоящее время аэронавтика и космонавтика часто объединяются в аэрокосмическую технику .

Аэродинамика

Наука аэродинамика изучает движение воздуха и то, как он взаимодействует с движущимися объектами, такими как самолет.

Изучение аэродинамики можно разделить на три области:

Несжимаемый поток возникает там, где воздух просто движется, избегая предметов, обычно с дозвуковой скоростью ниже скорости звука (1 Мах).

Сжимаемый поток возникает там, где ударные волны возникают в точках, где воздух сжимается, обычно со скоростью выше 1 Маха.

Трансзвуковой поток возникает в промежуточном диапазоне скоростей около 1 Маха, где воздушный поток над объектом может быть локально дозвуковым в одной точке и локально сверхзвуковым в другой.

Ракетная техника

Ракеты или ракеты транспортного средства является ракета , космический корабль, воздушное судно или другое транспортное средство , которое получает тяги от ракетного двигателя . Во всех ракетах выхлоп полностью формируется из топлива, находящегося внутри ракеты перед использованием. Ракетные двигатели работают по действию и противодействию . Ракетные двигатели толкают ракеты вперед, просто очень быстро выбрасывая их выхлопные газы назад.

Ракеты для использования в военных и развлекательных целях появились как минимум в 13 веке в Китае . Значительного научного, межпланетного и промышленного использования не произошло до 20-го века, когда ракетная техника была технологией космической эры , в том числе ступив на Луну .

Ракеты используются для фейерверков , вооружения, катапультируемых кресел , ракет-носителей для искусственных спутников , космических полетов человека и исследования других планет. Несмотря на то, что они сравнительно неэффективны для использования на низких скоростях, они очень легкие и мощные, способны создавать большие ускорения и достигать чрезвычайно высоких скоростей с разумной эффективностью.

Химические ракеты являются наиболее распространенным типом ракет, и они обычно создают свой выхлоп за счет сгорания ракетного топлива . Химические ракеты хранят большое количество энергии в легко высвобождаемой форме и могут быть очень опасными. Однако тщательное проектирование, тестирование, конструкция и использование сводят риски к минимуму.

Смотрите также

использованная литература

Цитаты

Источники

внешние ссылки

СМИ, связанные с аэронавтикой, на Викискладе?

Курсы

• «Как все летают» . Смитсоновский национальный музей авиации и космонавтики . Компаньон физической выставки
• «Воздухоплавание и космонавтика» . MIT OpenCourseWare . Массачусетский технологический институт .
• Илан Кроо. «Конструирование самолетов: синтез и анализ» . Стэнфорд. Архивировано из оригинала на 2001-02-23.
• «Руководство по воздухоплаванию для новичков» . Исследовательский центр Гленна . НАСА.

Исследовательская работа

• «Домашняя страница» . Американский институт аэронавтики и астронавтики .
• «Области авиационных исследований и технологий» . Европейская сеть аэронавтики . Иерархическая таксономия
• «Идеи в авиации и авиатранспорте» . Вики . Консультативный совет по аэронавтическим исследованиям в Европе .