Аэронавтика - это наука или искусство, связанное с изучением, проектированием и производством машин, способных летать в воздухе , а также методами эксплуатации самолетов и ракет в атмосфере . Британское королевское авиационное общество определяет аспекты «авиационного искусства, науки и техники» и «профессии аэронавтики (в это выражение входит астронавтика)». [1]
Хотя изначально 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. [2] Термин « авиация » иногда используется взаимозаменяемо с аэронавтикой, хотя «воздухоплавание» включает в себя летательные аппараты легче воздуха, такие как дирижабли , и включает баллистические аппараты, а «авиация» технически этого не делает. [2]
Значительная часть авиационной науки - это отрасль динамики, называемая аэродинамикой , которая занимается движением воздуха и его взаимодействием с движущимися объектами, такими как самолет.
История [ править ]
Ранние идеи [ править ]
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. [3]
Более мудрые исследователи стремились достичь рационального понимания через изучение полета птиц. Ранний пример появляется в древнеегипетских текстах. [ необходима цитата ] Позднее средневековые исламские ученые Золотого века, такие как Аббас ибн Фирнас, также провели такие исследования. [4] [5] [6] [7] Основатели современного воздухоплавания Леонардо да Винчи в эпоху Возрождения и Кейли 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. [8] Китайцы также сконструировали небольшие воздушные шары или фонари и игрушки с вращающимися крыльями.
Роджер Бэкон , одним из первых европейцев, представивших научное обсуждение полета , описал 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. [9]
В конце пятнадцатого века Леонардо да Винчи продолжил свое исследование 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. [10] Многие из его конструкций, например вертолет винтового типа для четырех человек, имеют серьезные недостатки. Он, по крайней мере, понял, что «объект оказывает такое же сопротивление воздуху, как и воздух этому объекту». [11] ( Ньютон не публиковал Третий закон движениядо 1687 г.). Его анализ привел к осознанию того, что одной только рабочей силы недостаточно для продолжительного полета, и его более поздние конструкции включали механический источник энергии, такой как пружина. Работа да Винчи была утеряна после его смерти и не появлялась вновь, пока не была заменена работой Джорджа Кейли .
Полет на воздушном шаре [ править ]
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 подъема с использованием вещества (росы), которое он считал легче воздуха, и спуска, высвобождая контролируемое количество вещества. [12] 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 были бы легче вытесненного воздуха и могли бы поднять дирижабль.. Предложенные им методы контроля высоты используются до сих пор; путем переноски балласта, который можно сбросить за борт для набора высоты, и путем вентиляции подъемных контейнеров для снижения высоты. [13] На практике сферы де Терци разрушились бы под давлением воздуха, и дальнейшие разработки должны были ждать появления более практичных подъемных газов.
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 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 в процессе заполнения.
У конструкций Монгольфье было несколько недостатков, не в последнюю очередь из-за необходимости в сухую погоду и из-за склонности искр от огня зажигать 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'Арланд брали ведра с водой и губки, чтобы потушить эти пожары по мере их возникновения. С другой стороны, пилотируемая конструкция Чарльза была по существу современной. [14] 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 перелет 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 - Розьер. Принцип заключался 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. [15]
Кэли и основы современного воздухоплавания [ править ]
Сэр Джордж Кэли (1773–1857) широко известен как основатель современного воздухоплавания. Впервые его назвали «отцом самолета» в 1846 году [16], а Хенсон назвал его «отцом воздушной навигации». [3] Он был первым настоящим научным воздушным исследователем, опубликовавшим свою работу, в которую впервые были включены основные принципы и силы полета. [17]
В 1809 году он начал публикацию знакового трактата из трех частей под названием «О воздушной навигации» (1809–1810). [18] В нем он написал первую научную формулировку проблемы: «Вся проблема ограничена этими пределами, а именно, чтобы поверхность поддерживала 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 . [3]
Другим значительным изобретением было колесо с натяжными спицами, которое он разработал, чтобы создать легкое и прочное колесо для шасси самолета.
19 век [ править ]
В 19 веке идеи Кэли были усовершенствованы, подтверждены и расширены. Среди важных исследователей были Отто Лилиенталь и Горацио Филлипс .
Филиалы [ править ]
Аэронавтика может быть разделена на три основных направления, включая авиацию , авиационную науку и авиационную технику .
Авиация [ править ]
Авиация - это искусство или практика воздухоплавания. Исторически авиация означала только полет тяжелее воздуха, но в настоящее время это включает полет на воздушных шарах и дирижаблях.
Авиационная техника [ править ]
Авиационная техника охватывает проектирование и конструкцию самолетов, в том числе то, как они приводятся в действие, как они используются и как ими управляют для обеспечения безопасной эксплуатации. [19]
Основная часть авиационной техники - аэродинамика , наука о перемещении по воздуху.
В связи с возрастающей активностью космических полетов в настоящее время аэронавтика и космонавтика часто объединяются в аэрокосмическую технику .
Аэродинамика [ править ]
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 [ править ]
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, которое находится внутри ракеты перед использованием. [20] Ракетные двигатели работают за счет действия и противодействия . Ракетные двигатели толкают ракеты вперед, просто очень быстро выбрасывая их выхлопные газы назад.
Ракеты для использования в военных и развлекательных целях появились в Китае как минимум в 13 веке . [21] Значительного научного, межпланетного и промышленного использования не произошло до 20-го века, когда ракетная техника была технологией космической эры , в том числе ступить 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, изготовление и использование сводят риски к минимуму.
См. Также [ править ]
- Аббревиатуры для авиации
- Системы авиационной защиты
- Аэрокосмическая техника
- Аэростатика
- Безопасность полетов
- Процесс проектирования самолетов
- Система управления полетом самолета
- Механика полета самолетов
- Американский институт аэронавтики и астронавтики
- Космонавтика
- Авиационные, аэрокосмические и авиационные термины
- Авионика
- Динамика полета
- Продольная статическая устойчивость
- Королевское авиационное общество
Ссылки [ править ]
Цитаты [ править ]
- ^ Изученный и профессиональное общество архивации 2014-02-09 в Wayback Machine (Проверено 8 марта 2014)
- ^ а б Аэронавтика . 1 . Гролье. 1986. стр. 226.
- ^ а б в Рэгг 1974 .
- ^ Леви-Провансаль, Э. (1986). «Аббас б. Фирнас» . В Bearman, P .; Bianquis, Th .; Босуорт, CE; van Donzel, E .; Heinrichs, WP (ред.). Энциклопедия ислама . Я (2-е изд.). Издатели Brill . п. 11.
- ^ Как изобретение начинается: отголоски старых голосов в росте новых машин Джон Х. Линхард
- ^ Джон Х. Линхард (2004). « ' Аббас ибн Фирнас». Двигатели нашей изобретательности . Эпизод 1910. NPR. KUHF-FM Хьюстон. Расшифровка стенограммы .
- ↑ Линн Таунсенд Уайт-младший (весна 1961 г.). «Эйлмер из Малмсбери, авиатор одиннадцатого века: тематическое исследование технологических инноваций, их контекста и традиций», Технология и культура 2 (2), стр. 97-111 [100f.]
- ^ Pelham, D .; Пингвин книга воздушных змеев , Пингвин (1976)
- ^ Wragg 1974 , стр. 10-11.
- ^ Wragg 1974 , стр. 11.
- ^ Фэрли & Кэли 1965 , стр. 163.
- ↑ Ege 1973 , стр. 6.
- ↑ Ege 1973 , стр. 7.
- Перейти ↑ Ege 1973 , pp. 97–100.
- ^ Ege 1965 , стр. 105.
- ^ Фэрли & Кэли 1965 .
- ^ "Сэр Джордж Карли" . Flyingmachines.org. Архивировано 11 февраля 2009 года . Проверено 26 июля 2009 .
Сэр Джордж Кейли - один из самых важных людей в истории воздухоплавания.
Многие считают его первым настоящим научным воздушным исследователем и первым человеком, который понял основные принципы и силы полета.
- ↑ Авиационная техника. Архивировано 27 июля2012 г. в Wayback Machine , Университет Глазго.
- ^ Саттон, Джордж (2001). «1» . Элементы силовой установки ракеты (7-е изд.). Чичестер: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-32642-7.
- ^ Управление истории MSFC «Ракеты в древние времена (100 г. до н.э. - 17 век)»
Источники [ править ]
- Эге, Л. (1973). Воздушные шары и дирижабли . Блэндфорд.
- Фэрли, Джерард; Кэли, Элизабет (1965). Жизнь гения . Ходдер и Стоутон.
- Wragg, DW (1974). Перелет перед вылетом . Скопа. ISBN 978-0850451658.
Внешние ссылки [ править ]
СМИ, связанные с аэронавтикой, на Викискладе?
 | Wikisource имеет текст 1911 Британской энциклопедии статьи аэронавтики . |
 | В Wikiquote есть цитаты, связанные с: Аэронавтика |
 | Поищите аэронавтику в Викисловаре, бесплатном словаре. |
Курсы [ править ]
- «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 для начинающих по воздухоплаванию» . Исследовательский центр Гленна . НАСА.
Исследование [ править ]
- «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 .
