第一篇：世界航空史论文介绍

《世界航空史》结课论文

学生姓名： 学 号：

班 级： 电气工程及其自动化13级5班

题 目： 航空器的发展历史

摘要

航空器指用于大气层中进行飞行活动的飞行器的总称。乘坐航空器，在蓝天展翅 翱翔，可以说是人类自诞生以来便一直梦寐以求的向往和追求，当我们回顾20世纪的历史时，飞机的发明可以说是其间最伟大的事件之一。如今航空力量已经发展成为各国军事力量的重要组成部分，各种各样的航空器让我们的天空变得五彩缤纷，航空器的发展贯穿了人类探索自然的艰辛历程。

从古代开始，人类就通过自身的努力和开拓，制造也风筝和热气球等飞行工具，来追求伟大的以待梦想，这些简单的手工造制作便成就了飞器的雏形。在往后的几百年里，无数的飞行先驱者不断努力尝试飞行，终于于1903年12月17日，莱特兄弟综研制的“飞行者1号”飞机首先试飞成功。此后几十年的光阴里，飞机从实验室走向了战场，正因在战场上的应用而使得其飞速发展；并而在后来中应用到民航中，而使其作用发扬光大。展望未来，航空器将会向实用型和智能型方向继续发展。

关键词：航空器发展史飞机

前言

自1903年,美国莱特兄弟制造出一架有动力、可操纵的机械，并驾驶它飞到空中起，人类就进入了航空时代。经过100多年的发展，航空工业已成为对人类政治、军事、经济和生活影响最大，并且最能反映国家的科技发展水平和工业能力的重要领域之一。

经济发展的需求牵引着航空器的迅猛发展。交通运输需要不断提高运送速度和运载量，发展到现在，运输机的速度已接近音速或超过音速，大型飞机的载客量多达数百人，商载则达上百吨，航程在一万公里以上，航空运输使人员交流、商品运输与信息传递达到前所未有的便捷。

战争的需要成为促进军用飞行器发展的主要动力。20世纪是人类历史上战争最多、规模最大的时期，世界大战发生过两次。经过第一次世界大战、第二次世界大战以及冷战，这几次战争可以看出，飞行器在战争中的投入规模越来越大，并在战争中发挥着举足轻重的作用。

飞行器发展到今天，满足军用与民用的高要求靠的是吸收世界的高科技，同时它也推动了众多科技的发展。在这个信息时代，电子设备在飞行器上的应用，使飞机的多面体功能发生着革命性的变化。随着科技的发展，今后飞机也将会更大地发挥它的作用，为人类服务。下面就回顾一下航空器的发展历程。

铝合金的发明!

航空材料对飞机性能的影响很大，材料技术的不断进步是航空发展历程重要的组成部分。20世纪头20年，德、法等国已经设计出为数不多的几架铝合金飞机。由于在气动布局上没有大的突破，所以性能没有什么提高，而且还增大了质量。但是，随着对飞机性能要求的不断提高，飞机速度的提高，载重的增大，机动性增强，木质材料的缺点越来越多地暴露出来，诸如结构脆弱、安全性差等，木质结构走到了尽头。人们也逐渐意识到全金属飞机的安全性大大优于木质飞机。

1906年，法国工程师维尔姆在一次实验中意外地发现含4%的铜、0.5%的镁、0.5%的锰以及少量硅、铁的铝─铜─镁合金，在急速冷却之后，强度和硬度均会有所增加。这就是最早出现的铝合金──杜拉铝。杜拉铝问世以后，人们一直把提高铝合金的抗拉强度作为研究重点。从20年代开始，美国人通过在合金中增加硅和镁的含量，先后研究出2014铝合金和性能更好的2024铝──超级杜拉铝合金，抗拉强度显著提高。这种铝合金的研制成功，为飞机材料开辟了光明的前景。20世纪30年代以后，铝合金逐渐取代早期的木质材料成为飞机材料的主流。

后来，人们研制出了更多的航空用铝合金材料。至今，铝合金仍是飞机的主要结构材料。

全金属飞机的发明

全金属飞机最早产生于军用飞机领域，世界上第一家全金属飞机是德国飞机设计师容克斯设计的J.1“锡驴”（Blechesel），这种采用铝合金蒙皮和防护装甲的双翼机，还是最早的攻击机，机上安有机枪，载有少量炸弹，可低空对地面目标进行扫射轰炸。1915年12月12日，J.1首次试飞，标志着全金属飞机的诞生，为飞机性能的迅速提高开辟了道路，也标志着飞机发展进入一个新的时代。

全金属民用飞机的研制则较晚，出现在一战结束之后。1925年，福特汽车公司的飞机制造部推出了全金属、三发动机的福特型客机。但是，当时的全金属飞机在性能上并无优势，而且造价较高，所以，20年代末30年代初，美国各航空公司的飞机仍以木质飞机为主。但木制飞机的安全性较差逐渐引导全金属飞机进入飞机发展的主流。

1931年3月31日，一架美国环球航空公司的福克型客机在堪萨斯州坠毁。虽然这样的的事故当时经常发生，但由于遇难者中有一位名闻名全美的橄榄球教练，因而引起了举国震动。全国上下一致指责环球航空公司和它的木质客机，从根本上动摇了公众对木质飞机的信心。于是，飞机制造商们也加快了研制新型全金属客机的步伐。

20世纪30年代，比较著名的全金属客机主要是波音公司的波音247和道格拉斯公司的DC系列

涡轮增压器──提高发动机性能的大发明

喷气发动机诞生以前，所有的飞机都采用活塞发动机。活塞发动机结构复杂、质量大、功率低、维护困难，随着飞机对发动机要求的不断提高，发动机本身就出现了变革的趋势。其中，涡轮增压器的发明大大提高了发动机的性能。

1870年以后，蒸汽轮机发明，即用蒸汽驱动涡轮；同时，内燃机也出现了，二者结合，诞生了新的涡轮机──燃气轮机。燃气轮机可以通过燃烧气体直接驱动轮机旋转，具有结构简单、体积小、质量轻、转速高的特点。

在此基础上，一种特殊的燃气轮机──活塞发动机涡轮增压器发展起来。1905年，瑞士工程师比希首次提出涡轮增压的概念。1918年，美国通用公司工程师莫斯开始设计和研制涡轮增压器，并取得成功。

我们知道，随着高度的增加，大气密度和含氧量都会降低。发动机要正常工作，汽缸内必须吸入足够的空气。在发动机前面安装涡轮增压器，增压器旋转使空气在进入汽缸前压缩以提高空气的密度，这样汽缸可以在更高的压力下工作，从而改善发动机高空性能或提高起飞时发动机的功率，使得飞机在高空有了更好的表现。此外，涡轮增压器的发展还促进了航空工业与涡轮技术的结合，为后来航空动力向喷气发动机的转变储备了一定的技术力量。

可收放起落架──大大降低飞行阻力

人造飞行器都有离地升空的过程，而且大多数都需要着陆或回收。对飞机而言，实现起飞着陆功能的装置主要就是起落架。起落架可以在飞机停放、滑行、起飞、着陆、滑跑时用于支撑飞机重力，承受相应载荷。所以，起落架其实就是飞机的“腿”。

早期飞机的起落架是固定的，当飞机在空中飞行时，起落架仍然暴露在机身外。这在飞行中弊端很多，主要是空气阻力太大，降低了飞行速度，同时也会导致耗油量增加和航程缩短。而且，一旦起落架在空中损坏，飞机就无法降落。在第一次世界大战中，飞机的起落架很容易被击中，导致飞机无法降落而坠毁。

一战结束后，各国开始在飞机的起落架上大下功夫。1920年，美国人在“戴顿─莱特”RB型竞赛机上安装了能收放的起落架，从而大大提高了竞赛成绩。这种可收放的起落架，被世界各国纷纷效仿。“戴顿─莱特”飞机不仅是世界上第一架具有收放式起落架的飞机，而且还是世界上首次采用变弯度机翼的飞机。

飞机飞行时将起落架收到机翼或机身之内，以期获得良好的气动性能，飞机着陆时再将起落架放下来。现代飞机不论是军用飞机还是民用飞机，它们的起落架绝大部分都是可以收放的，只有一小部分超轻型飞机仍然采用固定形式的起落架。

翼型研究──飞机研制渐渐成为科学

机翼是各种固定翼航空器最重要的气动部件，它的发展对航空技术的进步有着巨大影响。机翼研究首先涉及的就是翼型，翼型研究使飞机研制渐渐成为一门科学。

翼型对机翼升阻比特性有重要影响。飞机诞生初期，翼型是模仿鸟的翅膀弯曲形状设计的，莱特兄弟、桑托斯?杜蒙的第一架飞机都是如此。这种翼型虽然升力较大，但阻力也很大，升阻比较低。

20世纪20年代，德国哥廷根大学利用俄国科学家茹科夫斯基的理论翼型和德国科学家门克的薄翼理论，在大量试验基础上，设计出哥廷根225和387翼型。此后，美国、英国、德国、前苏联都进行了系统的翼型发展。其中，美国航空咨询委员会发展的NACA翼型系列影响最大。20世纪30年代末开始，一批空气动力学家提出层流翼型设计方法。与普通翼型相比，层流翼型最大厚度位置更靠后缘，前缘半径较小，上表面比较平坦，能使翼表面尽可能保持层流流动，减少摩擦阻力，提高临界马赫数。层流翼型是翼型发展的重要里程碑。这一概念得到各国科学家的高度重视。后来层流翼型的设计方法不断改进，广泛用于高亚速飞机和超声速飞机。

60年代开始，所谓跨声速无激波翼型的研究兴起。比较著名的是1962年英国人皮尔赛提出的“尖峰”翼型和1969年美国人科恩设计的超临界翼型。

变距螺旋桨──改善飞机的适应性

早期的飞机都是靠螺旋桨桨叶在空气中旋转，不断把大量空气向后推去，从而产生向前的推进力。螺旋桨旋转时，桨叶剖面弦与旋转平面的夹角称为桨叶安装角。螺旋桨旋转一周，以桨叶安装角为导引向前推进的距离称为桨距。

螺旋桨分为定距和变距两大类。木质螺旋桨一般都是定距的。适合低速的桨叶安装角难以适应高速，反之，适合高速的安装角难以适应低速。所以定距螺旋桨只能在选定的速度范围内效率较高。为了解决这一矛盾，出现了变距螺旋桨，即通过控制装置改变螺旋桨的桨距。

事实上，最早提出变距螺旋桨思想的是英国航空先驱维纳姆。1872年，他在航空学会的年终报告中，初步提出这一全新思想。不过他的思想大大超越了时代，因此一直没有找到应用场合，逐渐被遗忘了。

一战时期，人们又开始意识到变距螺旋桨在提高发动机功率和自身效率方面具有很大的潜力。但在金属螺旋桨问世之前，由于木制螺旋桨结构上的限制，使得变距螺旋桨还停留在理论上。1923年金属螺旋桨进入实用阶段后，变距螺旋桨的需求日益迫切，传统定距螺旋桨已经无法同时满足起飞和巡航的要求。1933年，自动变距螺旋桨首次在波音247运输机上得到应用，其性能明显改善。变距螺旋桨，大大改善了飞机的适应性。

单翼机──历史地位逐步确立

飞机的机翼是产生升力的主要部件，机翼升力与其面积成正比，面积越大，升力也越大。但早期飞机的材料主要是木材，木质结构的机翼如果很大，很容易在飞行中折断。于是，设计师们采用两副较小的机翼，安装在机身的上下两层，中间用立柱和金属线固定在一起。早期飞机以双翼机居多，但双翼机的缺点很明显：一是结构复杂，给制造带来很大困难；二是阻力很大，消耗额外功率；三是速度很难提高。此时虽然也出现过单翼机，但是人们普遍认为单翼机结构单薄，安全性和稳定性不如双翼机，驾驶起来比较困难。

20世纪二三十年代，随着铝合金应用于飞机材料，全金属飞机不断出现，一般都采用单翼结构。在当时的航空竞赛中，全金属单翼机性能优势明显。随后，单翼结构被引入战斗机的设计，在这方面德国和英国走在领先位置。美国则是在客机和轰炸机等大型飞机上首先使用全金属单翼结构。1933年后，苏联研制的战斗机都开始采用单翼布局。

20世纪30年代，客机、轰炸机、战斗机都实现了由木质双翼机向全金属单翼机的过渡。第二次世界大战时，战场上已经几乎看不到双翼机的身影了。就这样，单翼机的地位逐步确立起来。航空仪表──飞行员的有力助手

早期的飞机并没有专门设计的仪表，飞行员往往凭感官掌握飞机的方向、姿态、速度和发动机工作状态。随着飞机性能的提高，人们发现许多有关飞机和发动机工作状态的信息是人的感官所来不及反应的。飞行员一旦判断错误，就很可能发生飞行事故。

第一次世界大战中，飞机仪表有了很大发展。1916年英国研制的SE.5型战斗机上已安装了3种专门的飞行仪表和4种发动机仪表。1927年美国人林白驾机飞越大西洋时，飞机上除基本的飞行仪表和发动机仪表外，还安装了陀螺罗盘、倾斜和俯仰角指示器、转弯倾斜仪和时钟。航空仪表的出现，成为了飞行员的有力助手。20世纪30年代，专门的航空仪表相继试制成功。空速表、高度表、陀螺地平仪、航向陀螺仪、升降速度表、转弯倾斜仪、无线电罗盘相继研制成功，发动机仪表也得到进一步完善。二战以后，仪表技术的发展更为迅速，仪表的多功能化和机电综合化成为仪表发展的重要趋势，出现了指引地平仪、航道罗盘和大气数据计算机。60年代以后，随着微电子技术和光电显示元件的发展，仪表数字化、小型化、综合化和智能化发展成为主流。

现在，在一些先进的民航机和军用飞机上，可以看到几块大型的显示器代替了以往的许多仪表，可以综合显示必要的数据和信息。电子综合显示仪的出现，使飞机仪表的数量减少了，但功能和可靠性却增加了。导航──指引空中航路的功臣

飞机由于速度快、航程远，因此需要进行导航，即从一地准确地引导到另一地。早期的飞机没有导航装置。当需要进行较长距离的飞行时，飞行员往往依靠铁路、公路或易识别的地面物体辨认方向。

1910年，无线电装上飞机进行空地无线电通信。第一次世界大战中，飞机开始装备中波电台和监听式测向器。1932年无线电罗盘开始装机使用。

20世纪30年代，无线电导航开始用于飞机，这时主要是无线电罗盘和四航道无线电信标。二战期间，无线电导航获得大发展。1942年10月美国开始试验罗兰远距无线电导航系统，英国同时研制并使用了“奇”导航系统。二战后到50年代初，美国又研制成功罗兰Ｃ导航系统，其作用范围可达2000千米。1955年美国对新的无线电导航系统奥米加进行了试验，1966年用4个导航台进行了世界范围的试验。奥米加导航系统利用全球的8个导航台可实现全球导航。此外，美国等国还研制了塔康近距导航系统、伏尔导航系统和多普勒导航系统。

自人造卫星诞生以来，探索卫星导航工作就已开始。1960年美国发射了第一颗“子午仪”导航卫星，经过试验证明了它的价值。1964年，美国军方采用了“子午仪”导航卫星系统，1967年，这种导航卫星网允许民用。从1978年开始，美国又开始发展新一代导航卫星导航星全球定位系统，简称GPS。到1993年，连同备份在内全部导航星发射部署完成。导航星全球定位系统在军民用各个领域发挥了巨大作用。“空中堡垒”

“空中堡垒”为波音公司设计并于1935年试飞的一种远程重型轰炸机，开启了战略轰炸机的概念。

20世纪30年代后期，由于航空军事战略的变化，美国放松了攻击机和轻型轰炸机的研制，转而加大力量发展重型轰炸机。1934年美国陆军航空队提出招标，需要一种多发动机的反舰作战飞机。1935年，波音公司设计了B-29即B-17原型机，并于同年7月28日试飞成功。1936年1月，陆军订购了几架供试验用的B-17原型机。虽然其中的一架在飞行中坠毁，但它的杰出表现使陆军于1938年决定大批订购B-17轰炸机。它是真正的飞行堡垒，武器系统很重，包括一门机炮，12挺机枪，可带7.98吨炸弹，特种作战改型可装30挺机枪。在B-17的基础上，美国又研制出B-

24、B-29等轰炸机。到1945年4月停产时，各种型号的B-17共生产了12000架以上，在战场上损失了约4700架。

在第二次世界大战的欧洲战场上，B-17因白天大规模持续轰炸柏林而闻名于世。太平洋战争爆发前夕，B-17被运往太平洋战场，但大部分在珍珠港事件中受损。随后，B-17参与了中途岛等海战，但是命中率较低，不如俯冲轰炸机和轻型轰炸机，所以战绩不佳。1943年下半年，随着B-

24、B-29飞机的引入，太平洋战场上的B-17所剩无几，并渐渐退出了太平洋战场。

“勇士”号──大型飞机的起源

一战以前，欧洲航空大大发展起来，俄国则刚刚开始起步。但由于先驱者的努力，俄国在1913年至1914年取得了一鸣惊人式的成就。这主要归功于著名飞机设计师西科尔斯基的努力，他设计出4发动机飞机──“俄罗斯勇士”号，这是大型飞机的起源。

西科尔斯基(Sikorsky，1889－1972)，出生于乌克兰的基辅，后加入美国国籍。1912年，他设计制造出世界第一架大型多发动机飞机，起初工人们都叫它“伟大号”。1913年5月13日，西科尔斯基亲自驾驶这架飞机试飞成功，官方正式命名为“俄罗斯勇士”号。在进行了50多次飞行后，这架飞机无意中被一架正在飞行的飞机落下的发动机砸坏。

“勇士”号翼展长达28米，机长19米，总重量5吨，装有4台发动机，能载乘员一名、旅客8名到16名，典型续航时间为7小时45分钟，最大速度为95千米／小时。

西科尔斯基在这架飞机基础上，又设计制造了另一种大型多发飞机“伊利亚?莫罗梅茨”号，加大了发动机的功率。1914年2月11日，它载16名乘客做了一次成功的飞行。据称，这次飞行打破了当时所有的各项飞机飞行纪录，成为当时世界上最先进的飞机。第一次世界大战期间，这种飞机用于执行侦察任务，还曾被改装为重型轰炸机。“勇士”号的结构设计有着重要的意义，奠定了大型飞机的发展基础。

一战重型轰炸机

第一次世界大战还发展和验证了飞机轰炸的作用。大战刚开始时，法国和德国就建立了专门的轰炸机中队。德国曾出动飞艇和轰炸机对英国实施过多次轰炸。俄国参战后，则组织了大型“伊利亚?莫罗梅茨”飞机对波兰的目标进行了轰炸。

早期轰炸机实际上就是战时匆忙拉上战场的普通飞机，这类飞机载弹量小、飞行距离短，在作战时没起到很大的破坏作用，但却给对方造成很大的心理压力。

1915年后，战场上开始出现专门用于轰炸的轰炸机或侦察轰炸机，如英国的RE5轰炸机、阿维罗504B轰炸机，法国斯派德SX1侦察轰炸机、高德隆G4轰炸机，法尔芒F40轰炸机，德国西门子－舒克特公司R1轰炸机，意大利卡普罗尼Ca46轰炸机。它们的载弹量一般只有几十千克。随着轰炸机飞行距离的不断增长，轰炸规模的不断扩大，对轰炸机研制也提出了新的要求：增加载弹量、提高自卫能力、增加速度和提高升限。

到大战后期，新型轰炸机不断问世，性能迅速提高。例如，英国维克斯公司的“维梅”轰炸机、意大利卡布罗尼公司的Ca.42、德国齐伯林公司的R.v1。其中，个头最大的是英国汉德利?佩奇公司的V/1500，起飞重量13608千克，载弹量3390千克，续航时间长达6小时。此后，轰炸机日益朝着大型化方向发展。皇家空军的建立

一战末期，英国组建了世界上第一支独立空军──皇家空军。早在1912年5月，英国就组建了皇家飞行队，下设两个联队──海军联队和陆军联队，各自听命于陆军和海军。一战中，英国陆海军航空兵在支援陆军作战、实施轰炸、争夺制空权方面发挥了自己的作用，但同时也暴露出一些缺点：由于两支部队各自听命于陆军和海军，缺乏更多的自主权，彼此间很难协调。另外，德国对英国进行的频繁空袭，造成几千人死伤，给英国人带来心理上的恐慌。

鉴于这些原因，英国政府优先安排发展航空工业，加大飞机的研发生产力度。随着1917年中陆海军航空兵飞行队数目和飞机数量很快膨胀，英国政府内阁成立了防空和航空兵组织委员会。同年，在一份报告中，该委员会建议组建一支包括陆、海军航空兵在内的独立空军，由航空部集中统一领导。1918年1月3日，英国航空部正式成立；同年4月1日，皇家海军航空队和皇家陆军航空队合并，英国皇家空军正式成立。从此，英国皇家空军成为与陆军、海军平行的独立军种。

到1918年11月停战时，皇家空军拥有了200个中队，22650架飞机，近3万名军官和33万名士兵。此后，加拿大、澳大利亚、意大利、法国和德国先后成立了独立空军。

一战航空理论的发展

在一战的几次战役中，已集中采用使用航空兵进行空战和以轰炸机场等方式争夺制空权。大战后期，战斗机机种已经形成并且地位越来越高，这对争夺制空权和为轰炸扫清障碍发挥了重要作用。一些军事家开始注意到制空权的重要性。

制空权理论的代表人物是英国的空军之父特伦查德、美国的米切尔和意大利的杜黑。特伦查德对制空权有过多次论述，并在战争中加以运用。他认为，为保证战略轰炸的实施，战斗机机队应不惜一切代价夺取制空权，失去制空权就意味着失去战争；美国的米切尔在美国还未正式参战时便组织有限的航空兵赴欧作战，为争夺制空权和建立独立空军奔走呼吁，他在战后出版的《空中国防论》等著作中系统论述了航空兵作战、航空母舰、防空等战略和战术问题，明确指出：“没有制空权就没有制海权”；意大利军事家杜黑提出了更完整的制空权理论，他认为，空中战场是决定性的战场，空中战役是一种客观趋势，为此必须建立独立空军。

一战结束后的二三十年代，各主要航空大国普遍接受了制空权理论和独立空军的思想，加拿大、意大利、法国、德国、西班牙等国在这一时期先后建立了独立空军，而飞机的故乡──美国直到二战结束后的1948才建立起独立空军。法布尔和寇蒂斯的水上飞机

早期的飞机，性能不高，航程有限，安全性也不佳。为扩大飞机的活动领域，同时保证飞机出现故障时能在水上迫降，人们开始探索能在水上起飞着陆的飞机。为水上飞机的发展做出开创性贡献的是法国人亨利?法布尔，他被称为水上飞机之父。

法布尔(H.Fabre，1882－1984)，生于法国马赛一个船主家庭。由于家庭富裕，很小就对飞行感兴趣的他有时间和条件从事航空空气动力学问题的研究。1907年到1909年，法布尔进行了一系列平板在气流和水流作用下运动特性试验，其中包括水翼面和浮筒试验。这些试验加上他较深的理论素养，极大促进了他水上飞机的研制。

1909年，法布尔设计了第一架水上飞机，装有3台活塞发动机，共同带动一副螺旋桨，但飞机试飞没有成功。当年年底，法布尔又设计了第二架水上飞机──“水机”。“水机”装有一台新型转缸式发动机，机身下安装三个水翼式浮筒，这在一定程度上可吸收降落时的水波冲击力。

1910年3月28日，法布尔在马赛附近拉米德港驾驶“水机”做第一次飞行，未能升起；第二次水面滑行时，“水机”顺利升空，做了一次约500米的直线飞行，升空不久关掉发动机，飞机在水上安全着陆；当天又飞了三次，其中一次实现了转弯飞行；第二天，他驾驶“水机”飞出了6千米的好成绩。

法布尔的浮筒式水上飞机有许多缺点，如空气阻力大，浮筒与机身连接件易于破坏等，因此这种水上飞机的历史非常短暂。

1910年，法国巴黎航空展览会上，法布尔的水机引起美国人格兰?寇蒂斯(G.Curtiss，1878－1930)的极大兴趣，他构想了新原理的水上飞机，同时首次提出航空母舰设想。

1911年，寇蒂斯将他设计的标准陆上飞机改成水上飞机。他在机身中部下方安装了一只大浮筒，翼尖处又各安装一只小型浮筒，用于在水上滑行时保持稳定不致翻倒。这架飞机被看作是第一架实用的水上飞机。同年2月17日，寇蒂斯驾驶它访问了停泊在圣迭戈湾的“宾夕法尼亚”号军舰。1912年，寇蒂斯设计了浮筒式的“三合一”式水上飞机。1913年，寇蒂斯对水上飞机结构布局做了根本性改造，诞生了船体式水上飞机。它将中部大型浮筒进一步放大，形成船式机身，船体式水上飞机结构更紧凑简洁，安全性得到改善。& N/ W" k5 z5 W-x

水上飞机由浮筒式改进为船体式可以说是一项革命性变化。寇蒂斯水上飞机的试飞成功，使美国海军对航空母舰和水上飞机发生了极大兴趣，实用型军用水上飞机几乎都采用船体式，寇蒂斯也因此被誉为海军航空之父。齐柏林飞艇的发明

19世纪末20世纪初，随着动力技术和铝合金冶炼技术的发展，德国人齐伯林(F.Zepplin，1838－1917)发明了硬式飞艇，这直到20世纪30年代后期一直被认为是飞艇技术水平的标志。

1887年开始，齐伯林就计划建造一只不同以往的、能够完成长途运输和空中作战等多种任务的大型飞艇。1896年，齐伯林建立了“飞艇飞行推进协会”，筹集了一笔资金，相继建造了LZ-1号、LZ-2号、LZ-3号飞艇。LZ-3号飞艇在试飞中取得了完全成功，性能十分稳定。

齐伯林开创的是一种全新的硬式结构：艇身全部采用铝制框架制成，框架外部有织物蒙皮，隔框把整个艇身分为十几个舱室，每个舱室中放置一个气囊。硬式飞艇得到了德国政府的支持，1909年齐柏林创办了世界上第一家民用航空公司，德莱格(Delag)飞艇公司，从而完成了飞艇从发明阶段到实用阶段的过渡，开始了航空史上的飞艇时代。

一战期间，各国建造了几百艘飞艇，用于执行轰炸和侦察任务。但战争中的实践证明，飞艇由于自身的弱点，不适于作为一种攻击性武器。战后，飞艇开始用于长途旅客运输和邮政运输等民用事业。到了20世纪20年代末，以英、美、德三国硬式飞艇为代表的飞艇技术达到了全盛时期。但三国制造的大型飞艇后来大多相继失事，从此辉煌的飞艇时代结束了。第一家飞艇空中运输公司

在客运飞机大量使用之前，首先担负民用客运任务的是轻于空气的航空器──飞艇。德国人齐柏林创立了世界上第一个飞艇空中运输公司。

从1887年开始，齐伯林就计划建造一只不同以往的、能够完成长途运输和空中作战等多种任务的大型飞艇。为此，他提出硬式飞艇的设想，并于1896年正式建造LZ-1号飞艇。1900年7月2日，LZ-1第一次试飞。尽管试飞结果并不满意，但它的优越性十分明显，包括载重量大、运行平稳、安全性好等。1907年，德国政府看到了齐伯林飞艇在军事上和文化上都有很大意义，专门拨出50万马克资助LZ-3号的试验。1908年9月30日试飞时，飞艇持续飞行了37小时，航程达350千米，创造了当时飞艇续航的最高纪录。自此，德国政府确认了齐伯林飞艇的实用价值，开始资助齐伯林的研制工作。

1909年11月16日，硬式飞艇发明家齐伯林创办的德国航空运输有限公司──简称“德莱格”公司，这是世界上第一家商业性民用航空运输公司。1910年开始用飞艇载客收费，到1913年11月一战爆发前夕，该公司在德国各城市间运客34028人次，航程达17.37万千米，总飞行时间为3175小时，无一伤亡。可以说，德莱格公司确定了航空公司经营的基本概念。

格诺姆发动机（气冷星形）发动机发明

航空发动机被喻为飞机的心脏，一架飞机的性能和可靠性如何，除飞机本身设计、构造和材料等因素外，发动机也是最重要的因素之一。莱特兄弟之后，法国的列昂?拉瓦瓦索欧设计了一种先进的“安东尼特”发动机，但终因可靠性不高而逐渐被另一种法国的新型发动机所取代，这就是著名的格诺姆发动机。

1908年以前使用的航空发动机大都采用铸铁、钢材、黄铜等金属做材料，装在木制飞机上，形成沉重的负担，限制了飞机的性能。

法国的劳伦特?塞甘(L.Seguin)和古斯塔夫?塞甘(G.Seguin)兄弟认为，现有发动机体积大、重量大的主要原因是需要有一个连续流动的水冷却系统，并配有一个大散热器和连接管路。但管路容易断裂或损坏，他们在设计发动机时，就仅在气缸上安装散热片，将曲轴固定在飞机上，将发动机固定在螺旋桨上，这样加快了热量的散失。' R-C' 6 U/ T$ P!w

这种发动机称为格诺姆发动机，具有很高的效率和良好的可靠性，其综合性能超越了当时所有的发动机。1908年以后，格诺姆发动机被广泛应用于飞机上。到1917年以前，格诺姆发动机独占约80％的航空发动机市场。后来，人们在格诺姆发动机的基础上不断改进，研制了各种性能优良的发动机，为飞机性能的提高奠定了基础。

布雷里奥飞越英吉利海峡

1909年，一位勇敢的飞行家驾驶飞机飞越了英吉利海峡，完成了飞机的第一次国际间飞行。这位勇士就是布雷里奥，法国早期著名飞行家和飞机设计师。

布雷里奥(L.Breliot，1872－1936)，出生于法国康布雷市，从1896年起开始从事航空事业。1905年，他与伏瓦辛合作研制浮筒式滑翔机，但试飞失败。1906年他又在伏瓦辛的雇用下设计飞机。他先后设计出布雷里奥Ⅲ号和Ⅳ号，但都没有成功。1907年，他开始自己动手设计单翼布局形式飞机，几经失败终于取得成功，首次完成了40千米的越野飞行。

为了鼓励航空的发展，1908年，英国著名的《每日邮报》设下1000英镑奖金奖励第一个飞越英法两国间的英吉利海峡的飞行员。1909年7月25日凌晨4时35分，布雷里奥驾驶飞机从法国加来起飞并越过海岸沙丘向海面飞去，经过36分钟的飞行，他终于在英国的多佛成功着陆。这次飞行，他驾驶的是布雷里奥XI型拉进式单翼机，飞行距离达41.9千米。飞越英吉利海峡具有巨大的科学和军事意义，布雷里奥也因此名声大振，成为享誉欧洲的英雄。

此后，布雷里奥设计的飞机多次参加航空展览会，取得了不俗的成绩。在第一次世界大战期间，他设计了多种军用飞机。兰斯航空博览会

布雷里奥驾驶飞机首次飞越英吉利海峡轰动了世界。此后，各种飞机设计、制造和试验的竞赛和展览活动纷纷兴起，航空发展进入了一个初步在体育和娱乐中应用的新阶段。其中最有名的是1909年在法国兰斯举行的第一次大型航空博览会。

1907年3月，英国伦敦举行过一次航空模型飞机的飞行竞赛。参观者虽不多，意义却很大。1908年，法国和英国举行了航空静物展览。1909年3月，英国在伦敦又举办了一次静物展览，吸引了大量观众，获得极大成功。这些展览活动向一般公众介绍航空知识，吸引青年加入航空科学研究和试验领域。

1909年8月22日，由航空设计家们发起，在法国的兰斯举行了第一次大型航空博览会。会上设立了飞行速度、飞行距离和续航时间三项大奖。当时所有著名飞机设计家和飞行家，都把他们制造的飞机带到这个城市来参加展览和竞赛。参加这次展览会的共有38架各种飞机，其中的23架共进行了120次飞行。出色的飞行表演和竞赛，引来了大约50万观众的参观。

兰斯航空展览会历时8天，影响深远，取得的经验迅速传到其它国家。此后，英国、美国、德国相继举办了类似的航空展览会，通过相互交流和竞技，促进了飞机性能和技术水平的提高。

第二篇：航空材料论文

目录

1.航空复合材料概述........................................................................................................................2 1.1复合材料...............................................................................................................................2 1.2复合材料在飞行器上的应用...............................................................................................3 1.3C/C复合材料在高超飞行器中应用.....................................................................................4 2.C/ C 复合材料...............................................................................................................................5 2.1概述......................................................................................................................................5 2.2碳/碳复合材料的组成及微观结构.....................................................................................5 2.3 碳/碳复合材料的性能........................................................................................................6

2.3.1 物理性能...................................................................................................................6 2.3.2 力学性能...................................................................................................................6 2.3.3 热学及烧蚀性能.......................................................................................................6 2.3.4 摩擦磨损性能.........................................................................................................7 2.4碳/碳复合材料制备及加工.................................................................................................7

2.4.1液相浸渍工艺..........................................................................................................7 2.4.2化学气相沉积工艺..................................................................................................7 2.4.3碳／碳复合材料的切削加工..................................................................................8 2.5碳/碳复合材料的应用.........................................................................................................8

2.5.1固体火箭发动机喷管上的应用..............................................................................8 2.5.2刹车领域的应用......................................................................................................8 2.6碳/碳复合材料的氧化及防氧化.........................................................................................9

2.6.1碳/碳改性抗氧化....................................................................................................9 2.6.2 碳/碳涂层防氧化...................................................................................................9

参考文献.........................................................................................................................................10

航空复合材料与碳/碳复合材料概述

摘要：复合材料是由两种或两种以上的不同材料、不同形状、不同性质的物质复合形成的新型材料。一般由基体材料和功能组元所组成。复合材料可经设计，即通过对原材料的选择、各组分布设计和工艺条件的保证等，使原组分材料优点互补，因而呈现了出色的综合性能。

C/ C 复合材料是目前新材料领域重点研究和开发的一种新型超高温热结构材料,密度小、比强度大、线膨胀系数低(仅为金属的1/ 5~ 1/ 10)、热导率高、耐烧蚀、耐磨性能良好。特别是C/ C 复合材料在1 000℃~ 2 300℃ 时强度随温度升高而升高, 是理想的航空航天及其它工业领域的高温材料。关键词：航空复合材料，碳/碳复合材料

1.航空复合材料概述

1.1复合材料

复合材料是由两种或两种以上的不同材料、不同形状、不同性质的物质复合形成的新型材料。一般由基体材料和功能组元所组成。复合材料可经设计，即通过对原材料的选择、各组分布设计和工艺条件的保证等，使原组分材料优点互补，因而呈现了出色的综合性能。

早期飞机为复合材料，由木质框架，金属丝支架和织物组成。焊接钢质框架从20世纪20年代早期开始代替木质框架。轻质铝壳结构则从20世纪30年代开始采用。到20世纪50年代完全转变成“全金属”飞机的过程完成。随着玻璃纤维、凯夫拉尔、碳纤维等复合材料的发展，并且早期复合材料结构的使用预示着复合材料运用的辉煌。在飞机上翼尖小翼、雷达罩和尾锥上少量玻璃纤维增强塑料的使用标志着飞机设计上复合材料的重新应用。从那时起复合材料在这些部件上的成功应用导致在每一种新机型上复合材料应用的增加。波音747使用了超过10000平方英尺表面的复合材料结构。在过去几年当中先进复合材料技术运用到诸如大翼面板、地板梁等主要结构上。显而易见对基本复合材料结构和复合材料结构修理技术的理解对于航空公司人员来说是多么重要。

先进复合材料优异的力学性能和明显的减重效果在航空器领域得到广泛认可。随着飞机性能的不断提高，作为现代飞机结构材料的复合材料的应用已由小型、简单的次承力构件发展到大型、复杂的主承力构件。在飞机机翼、机身、操纵面、起落架舱门、蒙皮、安定面、雷达罩等部件多处使用[1]。

复合材料的优点：（1）相对不易腐蚀；（2）不会产生金属疲劳；（3）可设计载荷；

（4）可减少连接部件（同步成型）；（5）减重，节油。复合材料的缺点：

（1）原料高成本（增强纤维，如CF）；（2）制造维修人力成本高，耗时；（3）力学性能受温度湿度影响高；（4）检测损伤难度大；

（5）可导致铝等电位低的金属腐蚀。

1.2复合材料在飞行器上的应用

先进复合材料技术的实际应用在飞行器设计与制造中具有重要的地位。这是因为复合材料的许多优异性能，如比强度和比模量高，优良的抗疲劳性能，以及独特的材料可设计性等，都是飞行器结构盼望的理想性能。高性能飞行器要求结构重量轻，从而可以减少燃料消耗，延长留空时间，飞得更高更快或具有更好的机动性；也可以安装更多的设备，提高飞行器的综合性能。

减轻结构的重量可大大节约飞机的使用成本，取得明显的经济效益。据国外有关资料报告，先进战斗机每减重1kg，就可节约1760美元。西方国家在很短的时间内就实现了从非受力件和次受力件到主受力件应用的过渡，无论是用量还是技术覆盖面都有了很大的发展。目前正在研制的战斗机中所使用的复合材料可占飞机结构总重量的50%以上。飞机隐身技术的发展与应用，进一步扩大了对复合材料技术的需求。在继民用飞机中出现全复合材料飞机（如Lear Fan 2100，Starship和Vayager）之后又出现了全复合材料机身的隐身轰炸机B2。此外，也只有采用了复合材料，才使前掠翼得以在X-29上实现[2]。

目前，国内飞机型号应用复合材料的比例越来越高，应用复合材料的部件越来越大，复合材料构件的结构也越来越复杂，复合材料构件已经逐步从次承力构件到主承力构件转变，复合材料的垂直安定面、水平尾翼、前机身、舱门、整流罩等构件已在多种型号飞机上使用并形成了批量生产能力。机翼、旋翼等主承力构件也已经在小批量生产[3]。

国内复合材料在飞机上应用最多的是新研制的中、高空长航时无人机，其机体复合材料的使用量达到70%，机翼翼展18米，为全复合材料结构；其中，机翼整体盒段运用设计工艺一体化技术，将机翼的前、后梁，上蒙皮和所有中间肋整体共固化成型，在复合材料应用技术上有所突破。在自行设计制造的直升机上，应用复合材料最多的是Z10专用武装直升机，其主桨叶、尾桨叶和尾段为全复合材料结构。

1.3C/C复合材料在高超飞行器中应用

碳/碳（C/C）复合材料是一种新型高性能结构、功能复合材料，具有高强度、高模量、高断裂韧性、高导热、隔热优异和低密度等优异特性，在机械、电子、化工、冶金和核能等领域中得到广泛应用，并且在航天、航空和国防领域中的关键部件上大量应用。我国对C/C复合材料的研究和开发主要集中在航天、航空等高技术领域，较少涉足民用高性能、低成本C/C复合材料的研究。

导弹、载人飞船、航天飞机等 ,在再入环境时飞行器头部受到强激波，对头部产生很大的压力，其最苛刻部位温度可达2760℃,所以必须选择能够承受再入环境苛刻条件的材料。设计合理的鼻锥外形和选材，能使实际流入飞行器的能量仅为整个热量1%～10%左右。对导弹的端头帽,也要求防热材料在再入环境中烧蚀量低，且烧蚀均匀对称,同时希望它具有吸波能力、抗核爆辐射性能和全天候使用的性能。三维编织的 C/ C复合材料，其石墨化后的热导性足以满足弹头再入时由160 ℃至气动加热至1700 ℃时的热冲击要求，可以预防弹头鼻锥的热应力过大引起的整体破坏;其低密度可提高导弹弹头射程，已在很多战略导弹弹头上得到应用。除了导弹的再入鼻锥，C/ C 复合材料还可作热防护材料用于航天飞机。

C/ C 复合材料在涡轮机及燃气系统(已成功地用于燃烧室、导管、阀门)中的静止件和转动件方面有着潜在的应用前景,例如用于叶片和活塞，可明显减轻重量 ,提高燃烧室的温度 ,大幅度提高热效率。

美国F22、F100、F119军机和俄罗斯航空发动机上已经采用碳/碳制作航空发动机燃烧室、导向器、内锥体、尾喷管鱼鳞片和密封片及声挡板等。

2.C/ C 复合材料

2.1概述

C/ C 复合材料是目前新材料领域重点研究和开发的一种新型超高温热结构材料,密度小、比强度大、线膨胀系数低(仅为金属的1/ 5~ 1/ 10)、热导率高、耐烧蚀、耐磨性能良好。特别是C/ C 复合材料在1 000℃~ 2 300℃ 时强度随温度升高而升高, 是理想的航空航天及其它工业领域的高温材料。

2.2碳/碳复合材料的组成及微观结构

碳/碳复合材料的组成有两大部分: 碳纤维和基体碳。

碳纤维织物结构形式

A：2D平纹 ；b：2D8H缎纹 ；c：3D径向编织

d：3D；e：4D； f：5D 碳纤维的增强形式有单向(1D)、双向(2D)及多向。单向增强可在一个方向上得到最高拉伸强度的碳/碳;双向织物提高了抗热应力性能和断裂韧性，容易制成大尺寸形状复杂的部件，有广泛的应用基础。三向及多向编织具有更好的结构完整性和各向同性。

2.3 碳/碳复合材料的性能

2.3.1 物理性能

碳/碳复合材料在高温热处理后的化学成分,碳元素高于99%,像石墨一样,具有耐酸、碱和盐的化学稳定性。其比热容大,热导率随石墨化程度的提高而增大,线膨胀系数随石墨化程度的提高而降低等。2.3.2 力学性能

碳/碳复合材料的力学性能主要取决于碳纤维的种类、取向、含量和制备工艺等。单向增强的碳/碳复合材料,沿碳纤维长度方向的力学性能比垂直方向高出几十倍。随着温度的升高,碳/碳复合材料的强度不仅不会降低,而且比室温下的强度还要高。一般的碳/碳复合材料的拉伸强度大于 270MPa, 单向高强度碳/碳复合材料可达700MPa 以上。在1000 ℃以上,强度最低的 碳/碳复合材料的比强度也较耐热合金和陶瓷材料的高。碳/碳复合材料的断裂韧性较碳材料有极大的提高,其破坏方式是逐渐破坏, 而不是突然破坏, 因为基体碳的断裂应力和断裂应变低于碳纤维。

2.3.3 热学及烧蚀性能

碳/碳复合材料导热性能好、热膨胀系数低,因而热冲击能力很强,不仅可用于高温环境, 而且适合温度急剧变化的场合。其比热容高, 这对于飞机刹车等需要吸收大量能量的应用场合非常有利。碳/碳复合材料是一种升华-辐射型烧蚀材料,且烧蚀均匀。通过表层材料的烧蚀带走大量的热,可阻止热流传入飞行器内部。因此该材料被广泛用作宇航领域中的烧蚀防热材料。2.3.4 摩擦磨损性能

碳/碳复合材料中碳纤维的微观组织为乱层石墨结构,其摩擦系数比石墨高,特别是它的高温性能特点,在高速高能量条件下摩擦升温高达 1000 ℃以上时,其摩擦性能仍然保持平稳,这是其它材料所不具备的。因此,碳/碳复合材料为军用和民用飞机的刹车盘材料越来越广泛。

2.4碳/碳复合材料制备及加工

碳/碳复合材料的主要制备步骤为：预制体的成型，致密化处理和石墨化，其中致密化是制备碳/碳复合材料的关键技术。致密化

成型后的预制体含有许多孔隙,密度也低,不能直接应用,须将碳沉积于预制体,填满其孔隙,才能成为真正的结构致密、性能优良的碳/碳复合材料,此即致密化过程.传统的致密化工艺大体分为液相浸渍和化学气相沉积两种。2.4.1液相浸渍工艺

液相浸渍工艺一般在常压或减压下进行.工艺过程上图所示, 液相浸渍(LPI)工艺是将碳纤维预制体置于浸渍罐中，抽真空后充惰性气体加压使浸渍剂向预制体内部渗透，然后进行固化或直接在高温下进行碳化，一般需重复浸渍和碳化5～6次而完成致密化过程。此工艺存在问题是:(1)工艺繁复、周期长、效率低;(2)液体难以浸渍到预制体微孔中;(3)有些浸渍液在常压和减压下碳化效率低,必须加压, 如煤沥青;(4)有些浸渍液碳化时粘附性过好,易于阻塞气孔口,难以达到致密要求,如树脂。2.4.2化学气相沉积工艺

化学气相沉积(CVD)工艺是以丙烯或甲烷为原料，其工艺过程下如图所示。在预制体内部发生多相化学反应（如CH4=C+2H2）的致密化过程。CVD工艺的优点是材料性能优异、工艺简单、致密化程度能够精确控制，缺点是制备周期太长(500～600h甚至上千小时)，生产效率很低。2.4.3碳／碳复合材料的切削加工

据文献报导，车削该复合材的料所得到的切削用量各要素对切削力的影响规律与切削一般脆性材料的基本一致。虽然基体硬度较低，切削力数值不大，但材料中硬质点对刀具的磨损比较严重，故选用CBN为宜。因材料为脆性，故切屑常呈粉末状，必须用吸屑法来排屑。

2.5碳/碳复合材料的应用

碳/碳 复合材料作为优异的热结构功能一体化工程材料，自1958年诞生以来，在军工方面得到了长足的发展，其中最重要的用途是用于制造导弹的弹头部件 由于其耐高温，摩擦性好，目前已广泛用于固体火箭发动机喷管、航天飞机结构部件飞机及赛车的刹车装置、热元件和机械紧固件、热交换器、航空发动的热端部件等。

2.5.1固体火箭发动机喷管上的应用

在固体火箭发动机(SRM)中，喷管喉部的烧蚀状态最为恶劣，因此，必须采用具有良好耐烧蚀和抗冲刷性能的喷管喉衬材料来抵御严酷的烧蚀环境。采用碳/碳复合材料的喉衬、扩张段延伸出口锥，具有极低的烧蚀率和良好的烧蚀轮廓，可提高喷管效率 1 % ~3 %，即可大大提高 SRM 的比冲。2.5.2刹车领域的应用

碳/碳复合材料制作的飞机刹车盘重量轻、耐温高，比热容比钢高 2.5 倍；同金属刹车材料相比，可节省 40 %的结构重量，碳/碳复合材料刹车盘的使用寿命是金属基的 5 7 倍，刹车力矩平稳，刹车时噪声小，因此碳/碳复合材料刹车盘的问世被认为是刹车材料发展史上的一次重大的技术进步。目前法国欧洲动力，碳工业等公司已批量生产碳/碳 复合材料刹车片，英国邓禄普公司也已大量生产碳/碳复合材料刹车片，用于赛车、火车和战斗机的刹车材料。2.6碳/碳复合材料的氧化及防氧化

C /C 复合材料存在一个致命的弱点，即在高温氧化性气氛下极易发生氧化反应： 2C+O2 →2CO。碳/碳复合材料的防氧化

碳/碳的防氧化的方法有材料改性和涂层保护两种，材料改性是提高碳/碳本身的抗氧化能力，涂层防氧化是利用涂层使碳/碳与氧隔离。2.6.1碳/碳改性抗氧化

通过对碳/碳改性可提高抗氧化能力，改性的方法有纤维改性和基体改性两种，纤维改性是在纤维表面制备各种涂层，基体改性是改变基体的组成以提高基体的抗氧化能力。①碳/碳纤维改性

在纤维表面制备涂层不仅能防止纤维的氧化，而且能改变纤维/基体界面特性。提高碳/碳首先氧化的界面区域的抗氧化能力。纤维改性的缺点是降低了纤维本身的强度，同时影响纤维的柔性，不利于纤维的编织[4]。②碳/碳基体改性

基体是界面氧化之后的主要氧化区域，因此基体改性是碳/碳改性的主要手段。基体改性主要有固相复合和液相浸渍等方法。

固相复合是将抗氧化剂(如Si、Ti、B、BC、SiC等)以固相颗粒的形式引入碳/碳基体。抗氧化剂的作用是对碳基体进行部分封填和吸收扩散入碳基体中的氧。

液相浸渍是将硼酸、硼酸盐、磷酸盐、正硅酸乙脂、有机金属烷类等引入碳/碳基体，通过加热转化得到抗氧化剂

2.6.2 碳/碳涂层防氧化

基体改性防氧化不仅寿命有限，而且工作温度一般不超过l000℃，对基体的性能影响也很大。在更高温度下工作的碳/碳必须依靠涂层防氧化，因此涂层是碳/碳最有效的防氧化手段。首先涂层必须具有低的氧渗透率和尽可能少的缺陷，以便有效阻止氧扩散。其次涂层必须具有低的挥发速度，以防止高速气流引起的过量冲蚀。再次涂层与基体必须具有足够的结合强度，以防止涂层剥落。最后涂层中的各种界面都必须具有良好的界面物理和化学相容性，以减小热膨胀失配引起的裂纹和界面反应

参考文献

[1] 崔岩.碳化硅颗粒增强铝基复合材料的航空航天应用[J].材料工程，2002(6): 3-6.[2]王国荣,武卫莉,谷万里.复合材料概论,哈尔滨工业大学出版社,2007 [3]戴永耀.碳/碳复合材料及其在航空上的应用前景[J].材料工程1993,(11): 43-46.[4]付前刚,李贺军,李克智等．C／C复合材料防氧化涂层sic麟C—MOSi2的制备与抗氧化性能硼.金属学报.2009,45(4):503—506.

第三篇：航空论文

飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料，是航空航天工程技术发展的决定性因素之一。航空航天材料科学是材料科学中富有开拓性的一个分支。飞行器的设计不断地向材料科学提出新的课题，推动航空航天材料科学向前发展；各种新材料的出现也给飞行器的设计提供新的可能性，极大地促进了航空航天技术的发展。

航空航天材料的进展取决于下列3个因素:①材料科学理论的新发现：例如，铝合金的时效强化理论导致硬铝合金的发展；高分子材料刚性分子链的定向排列理论导致高强度、高模量芳纶有机纤维的发展。②材料加工工艺的进展：例如，古老的铸、锻技术已发展成为定向凝固技术、精密锻压技术，从而使高性能的叶片材料得到实际应用；复合材料增强纤维铺层设计和工艺技术的发展，使它在不同的受力方向上具有最优特性，从而使复合材料具有“可设计性”，并为它的应用开拓了广阔的前景；热等静压技术、超细粉末制造技术等新型工艺技术的成就创造出具有崭新性能的一代新型航空航天材料和制件，如热等静压的粉末冶金涡轮盘、高效能陶瓷制件等。③材料性能测试与无损检测技术的进步：现代电子光学仪器已经可以观察到材料的分子结构；材料机械性能的测试装置已经可以模拟飞行器的载荷谱，而且无损检测技术也有了飞速的进步。材料性能测试与无损检测技术正在提供越来越多的、更为精细的信息，为飞行器的设计提供更接近于实际使用条件的材料性能数据，为生产提供保证产品质量的检测手段。一种新型航空航天材料只有在这三个方面都已经发展到成熟阶段，才有可能应用于飞行器上。因此，世界各国都把航空航天材料放在优先发展的地位。中国在50年代就创建了北京航空材料研究所和北京航天材料工艺研究所，从事航空航天材料的应用研究。

简况 18世纪60年代发生的欧洲工业革命使纺织工业、冶金工业、机器制造工业得到很大的发展，从而结束了人类只能利用自然材料向天空挑战的时代。1903年美国莱特兄弟制造出第一架装有活塞式航空发动机的飞机,当时使用的材料有木材(占47％),钢（占35％）和布（占18％）,飞机的飞行速度只有16公里/时。1906年德国冶金学家发明了可以时效强化的硬铝，使制造全金属结构的飞机成为可能。40年代出现的全金属结构飞机的承载能力已大大增加，飞行速度超过了600公里/时。在合金强化理论的基础上发展起来的一系列高温合金使得喷气式发动机的性能得以不断提高。50年代钛合金的研制成功和应用对克服机翼蒙皮的“热障”问题起了重大作用，飞机的性能大幅度提高,最大飞行速度达到了3倍音速。40年代初期出现的德国 V-2火箭只使用了一般的航空材料。50年代以后，材料烧蚀防热理论的出现以及烧蚀材料的研制成功，解决了弹道导弹弹头的再入防热问题。60年代以来,航空航天材料性能的不断提高,一些飞行器部件使用了更先进的复合材料，如碳纤维或硼纤维增强的环氧树脂基复合材料、金属基复合材料等，以减轻结构重量。返回型航天器和航天飞机在再入大气层时会遇到比弹道导弹弹头再入时间长得多的空气动力加热过程，但加热速度较慢，热流较小。采用抗氧化性能更好的碳-碳复合材料陶瓷隔热瓦等特殊材料可以解决防热问题。

分类 飞行器发展到80年代已成为机械加电子的高度一体化的产品。它要求使用品种繁多的、具有先进性能的结构材料和具有电、光、热和磁等多种性能的功能材料。航空航天材料按材料的使用对象不同可分为飞机材料、航空发动机材料、火箭和导弹材料和航天器材料等；按材料的化学成分不同可分为金属与合金材料、有机非金属材料、无机非金属材料和复合材料。

材料应具备的条件 用航空航天材料制造的许多零件往往需要在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀等极端条件下工作，有的则受到重量和容纳空间的限制，需要以最小的体积和质量发挥在通常情况下等效的功能，有的需要在大气层中或外层空间长期运行，不可能停机检查或更换零件，因而要有极高的可靠性和质量保证。不同的工作环境要求航空航天材料具有不同的特性。

高的比强度和比刚度 对飞行器材料的基本要求是：材质轻、强度高、刚度好。减轻飞行器本身的结构重量就意味着增加运载能力，提高机动性能，加大飞行距离或射程，减少燃油或推进剂的消耗。比强度和比刚度是衡量航空航天材料力学性能优劣的重要参数：

比强度＝/

比刚度＝/式中[kg2][kg2]为材料的强度，为材料的弹性模量，为材料的比重。

飞行器除了受静载荷的作用外还要经受由于起飞和降落、发动机振动、转动件的高速旋转、机动飞行和突风等因素产生的交变载荷，因此材料的疲劳性能也受到人们极大的重视。

优良的耐高低温性能 飞行器所经受的高温环境是空气动力加热、发动机燃气以及太空中太阳的辐照造成的。航空器要长时间在空气中飞行，有的飞行速度高达3倍音速,所使用的高温材料要具有良好的高温持久强度、蠕变强度、热疲劳强度，在空气和腐蚀介质中要有高的抗氧化性能和抗热腐蚀性能，并应具有在高温下长期工作的组织结构稳定性。火箭发动机燃气温度可达3000[2oc]以上，喷射速度可达十余个马赫数，而且固体火箭燃气中还夹杂有固体粒子，弹道导弹头部在再入大气层时速度高达20个马赫数以上，温度高达上万摄氏度，有时还会受到粒子云的侵蚀，因此在航天技术领域中所涉及的高温环境往往同时包括高温高速气流和粒子的冲刷。在这种条件下需要利用材料所具有的熔解热、蒸发热、升华热、分解热、化合热以及高温粘性等物理性能来设计高温耐烧蚀材料和发冷却材料以满足高温环境的要求。太阳辐照会造成在外层空间运行的卫星和飞船表面温度的交变，一般采用温控涂层和隔热材料来解决。低温环境的形成来自大自然和低温推进剂。飞机在同温层以亚音速飞行时表面温度会降到-50[2oc]左右,极圈以内各地域的严冬会使机场环境温度下降到-40[2oc]以下。在这种环境下要求金属构件或橡胶轮胎不产生脆化现象。液体火箭使用液氧(沸点为-183[2oc])和液氢(沸点为-253[2oc])作推进剂，这为材料提出了更严峻的环境条件。部分金属材料和绝大多数高分子材料在这种条件下都会变脆。通过发展或选择合适的材料，如纯铝和铝合金、钛合金、低温钢、聚四氟乙烯、聚酰亚胺和全氟聚醚等，才能解决超低温下结构承受载荷的能力和密封等问题。

耐老化和耐腐蚀 各种介质和大气环境对材料的作用表现为腐蚀和老化。航空航天材料接触的介质是飞机用燃料(如汽油、煤油)、火箭用推进剂（如浓硝酸、四氧化二氮、肼类）和各种润滑剂、液压油等。其中多数对金属和非金属材料都有强烈的腐蚀作用或溶胀作用。在大气中受太阳的辐照、风雨的侵蚀、地下潮湿环境中长期贮存时产生的霉菌会加速高分子材料的老化过程。耐腐蚀性能、抗老化性能、抗霉菌性能是航空航天材料应该具备的良好特性。

适应空间环境 空间环境对材料的作用主要表现为高真空(1.33×10[55-1]帕)和宇宙射线辐照的影响。金属材料在高真空下互相接触时，由于表面被高真空环境所净化而加速了分子扩散过程，出现“冷焊”现象；非金属材料在高真空和宇宙射线辐照下会加速挥发和老化，有时这种现象会使光学镜头因挥发物沉积而被污染，密封结构因老化而失效。航天材料一般是通过地面模拟试验来选择和发展的，以求适应于空间环境。

寿命和安全 为了减轻飞行器的结构重量，选取尽可能小的安全余量而达到绝对可靠的安全寿命，被认为是飞行器设计的奋斗目标。对于导弹或运载火箭等短时间一次使用的飞行器，人们力求把材料性能发挥到极限程度。为了充分利用材料强度并保证安全，对于金属材料已经使用“损伤容限设计原则”。这就要求材料不但具有高的比强度，而且还要有高的断裂韧性。在模拟使用的条件下测定出材料的裂纹起始寿命和裂纹的扩展速率等数据，并计算出允许的裂纹长度和相应的寿命，以此作为设计、生产和使用的重要依据。对于有机非金属材料则要求进行自然老化和人工加速老化试验，确定其寿命的保险期。复合材料的破损模式、寿命和安全也是一项重要的研究课题。

报告题目：我国航空发动机发展简述

所属系部：航空工程及自动化系

学生姓名： 万奎 班级、学号: 075032-28 专 业：飞机制造技术

西安航空职业技术学院制

2007年12月20日

摘 要

本文主要介绍我国航空发动机的发展状况，以及对我国未来航空发动提出了一些建议。依次是从我国航空发动机概貌、航空发动机的作用、我国发动机发展水平与