基本介紹
- 中文名：航空學
- 外文名：Aviation
- 屬性：綜合性技術學科
- 主要內容：空氣動力學，飛行力學
簡介,歷史,早期設計,熱氣球,現代航空學起源,航空學分支,航空,航空科學,航空工程,空氣動力學,火箭,
簡介
航空學從古希臘語得來。ὰήρāēr意思是“空氣”，ναυτικήnautikē這意思是“導航”，即“導航到空中”。是一門涉及飛行學習，設計和製造的科學或藝術以及在大氣中操作飛機和火箭的技術的學科。英國皇家航空學會確定“航空藝術，科學和工程”和“航空專業（其中包括航天學）”的方面。
雖然術語字面上的意思是”航行的空氣“ 。原來僅僅是提到操作飛機的科學，但現在它已經擴大到包括與飛機相關的技術，業務和其他方面。術語“航空”有時與航空學互換使用，“航空學”包括輕於空氣的飛行器如飛艇，並且包括彈道車輛，而“航空”在技術上不是。
航空科學的重要部分是稱為空氣動力學的動力分支，其處理空氣的運動以及其與運動中的物體（例如飛機）相互作用的方式。
歷史
早期設計
飛機設計早在1490年的達文西的手稿中發現，其結構不符合現代飛行原理，僅僅是設計中的方案。
之後的研究者試圖通過鳥飛行的研究獲得一些方案。一個早期的例子出現在古埃及文本中。後來的中世紀伊斯蘭科學家也做了類似的研究。現代航空學的創始人，列昂納多·達·文西在文藝復興時期和1799年的Cayley，都開始研究鳥飛行的調查。
據信更早的飛行記錄是在中國。在1282年，歐洲探險家馬可·波羅描述了當時的中國的風箏技術。同時中國人還建造了小型熱氣球，燈籠和旋轉翼等玩具。
早期歐洲人提供任何關於飛行的科學討論是羅傑·培根，他描述了輕於空氣的氣球和拍打翼式飛行器的操作原理，他預計將在未來建造。
在十五世紀後期，達文西跟隨他的鳥類研究設計了一些最早的飛行器，包括撲翼翼ornithopter和旋翼機直升機。雖然他的設計是理性的，但是基礎科學並不完善。他的許多設計，如四人螺旋式直升機，是存在嚴重的缺陷。
熱氣球
氫氣球飛行技術早在17世紀開始出現。伽利略的實驗表明，空氣具有重量。 1650年左右，Cyrano de Bergerac在一部科幻小說中寫到了這種技術，他描述了上升原理使用一種物質（露水），他應該比空氣輕，下降通過釋放控制量的物質。1670年， Francesco Lana de Terzi測量了海平面的空氣壓力，並提出了第一個科學上可信的儲存介質，真空金屬球。這些將比被排出的空氣更輕，並能夠舉起飛艇。通過攜帶壓載物，其可以掉到船外以獲得高度，並且通過使提升容器通氣以失去高度。他提出的控制高度的方法今天仍在使用。
從十八世紀中葉，法國的Montgolfier兄弟開始嘗試氣球。他們的氣球是由紙製成的，並使用蒸汽提供動力。由於蒸汽對紙張存在冷凝作用，這個早期構想存在很短暫的。
同時，氫的發現促使約瑟夫·布萊克在 1780提出其用作介質氣體。在聽到Montgolfier Brothers的邀請，法國學院成員Jacques Charles提供了一個類似的氫氣球示範。查爾斯和兩個工匠，羅伯特兄弟，開發了氣密的材料的橡膠絲的信封。在填充過程中通過化學反應產生氫氣。
Montgolfier設計有幾個缺點，尤其是需要乾燥的天氣和火災的火花的光線到紙氣球的趨勢。載人設計有一個圍繞氣球基地的畫廊，而不是第一個，無人設計的懸掛籃，使紙靠近火。在他們的自由飛行，De Rozier和d'Arlandes帶來了水桶和海綿把這些火災，因為他們起來。另一方面，查爾斯的載人設計基本上是現代的。[10]作為這些利用的結果，熱空氣氣球被稱為Montgolfière類型和氫氣球Charlière。
查爾斯和羅伯特兄弟的下一個氣球拉卡羅琳是一個Charlière，跟隨Jean Baptiste Meusnier的建議，一個細長的飛船，並有一個外部信封與氣體包含在第二個，內部的氣球。在1784年9月19日，它完成了超過100公里，在巴黎和Beuvry之間的第一次飛行，儘管人力推進裝置被證明是無用的。
為了試圖明年提供耐久性和可控性，de Rozier開發了一個具有熱空氣和氫氣袋的氣球，這種設計很快被命名為Rozière。原理是使用氫氣部分的恆定升力，並通過加熱垂直導航，並允許冷卻熱空氣部分，以便捕獲最有利的風，在任何高度吹。氣球信封是由金皮的皮膚。第一次飛行在災難中結束，這種方法很少被使用。
現代航空學起源
喬治·凱利爵士（1773-1857）被公認為現代航空的創始人。他在1846年首次被稱為“飛機之父”[12]，亨森稱他為“空中航行之父”[3]。他是第一個發表他的作品的真正的科學空中研究者，這是第一次飛行的基本原則和力量。
在1809年，他開始出版一篇名為“航空導航”（1809-1810）的地標性三部分論文。[14]在其中他寫了第一個問題的科學說明，“整個問題被限制在這些限制內，即通過對空氣的阻力施加力量來使表面支持給定的重量。他確定了影響飛機的四個向量力：推力，升力，阻力和重量，以及他的設計中傑出的穩定性和控制。
他開發了具有水平和垂直表面的穩定尾翼的固定翼飛機的現代常規形式，無人駕駛和有人駕駛的飛行滑翔機。
他介紹了使用旋風臂測試台來調查飛行的空氣動力學，使用它來發現弧形或弧形機翼在他用於他的第一個滑翔機的平面翼的好處。他還確定和描述了二面角，對角撐條和減阻的重要性，並有助於理解和設計ornithopters和降落傘。[3]
另一個重要的發明是張力輪，他設計了這樣的輪，以便為飛機起落架創造一個輕的堅固的輪子。
航空學分支
航空學可以分為三個主要分支，包括航空，航空科學和航空工程。
航空
航空是航空的藝術或實踐。歷史上航空意味著只比空中飛行，但現在它包括在氣球和飛艇飛行。
航空科學
航空科學涵蓋航空和航空的實際理論，包括操作，導航，空中安全和人為因素。
候選飛行員很可能學習航空科學的資格。
航空工程
航空工程包括飛機的設計和建造，包括飛機的動力，如何使用以及如何控制飛機的安全操作。[15]
航空工程的一個主要部分是空氣動力學，通過空氣的科學。
隨著航天活動的日益增加，航空航天工作往往被用作航空航天工程。
空氣動力學
空氣動力學的科學涉及空氣的運動以及它與運動中的物體（例如飛機）相互作用的方式。
空氣動力學研究大致分為三個方面：
不可壓縮流發生在空氣簡單地移動以避免物體，通常在低於聲音的亞音速（Mach 1）下。
可壓縮流發生在衝擊波出現在空氣被壓縮的點處，通常在高於1馬赫的速度下。
跨音速流發生在馬赫數1附近的中間速度範圍內，其中物體上的氣流可以在一個點處是局部亞音速的而在另一點處是局部超音速的。
火箭
發射阿波羅15土星V火箭：T - 30秒到T + 40秒。
火箭或火箭車是從火箭發動機獲得推力的飛彈，太空飛行器，飛機或其他車輛。在所有火箭中，排氣完全由火箭使用前的推進劑構成。[16]火箭發動機通過動作和反應工作。火箭發動機簡單地通過向後推動火箭向前推動火箭。
用於軍事和娛樂用途的火箭可追溯到至少13世紀中國重要的科學，星際和工業使用直到20世紀才發生，當時火箭是太空時代的使能技術，包括踏上月球。
火箭用於煙火，武器，彈射座椅，人造衛星運載火箭，人類航天和其他行星的探索。雖然對於低速使用相對低效，但是它們非常輕便且強大，能夠產生大的加速度並且以合理的效率實現極高的速度。
化學火箭是最常見的火箭類型，它們通常通過火箭推進劑的燃燒產生它們的排氣。化學火箭以容易釋放的形式儲存大量能量，並且可能是非常危險的。然而，仔細的設計，測試，構造和使用使風險最小化。
