航概思考題部分答案(1)

2023年12月31日發(作者：朋友圈新年祝福語)

航空航天概論思考題

1． 什么是航空？什么是航天？航空與航天有何聯系？

答：飛行器在地球大氣層內的航行活動為航空。指人造地球衛星、宇宙飛船等在地球附近空間或太陽系空間飛行。

聯系：ⅰ：航空宇航天是緊密聯系的；ⅱ：航空航天技術是高度綜合的現代科學技術：力學、熱力學和材料學是航空航天的科學基礎。電子技術、自動糊控制技術、計算機技術、噴氣推進技術和制造工藝技術對航空航天的進步發揮了重要作用。醫學、真空技術和低溫技術的發展促進了航天的發展。

2． 航天器是怎樣分類的？各類航天器又如何細分？

答：按技術分類和按法律分類。按技術分類主要按飛行原理進行分類，根據航空器產生升力的原理不同，航空器可分為兩大類：⑴ 輕于空氣的航空器⑵ 重于空氣的航空器。輕于空氣的航空器包括：氣球，汽艇，飛艇等；重于空氣的航空器又分為：固定翼航空器、旋翼航空器、撲翼機、側旋轉翼機。其中固定翼航空器又分為飛機和滑翔機；旋翼航空器又分為直升機和旋翼機。

按法律分類：分為民用航空器和國家航空器。

3、要使飛機能夠成功飛行，必須解決什么問題？

答：作為動力源的發動機問題；

飛行器在空中飛行時的穩定和操縱問題。

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3． 簡述對飛機的創造發明做出卓越貢獻的科學家，及他們的工作？

答：阿代爾在1890年10月9日制成了一架蝙蝠狀的飛機進行試飛，但終因控制問題而摔壞。美國科學家S.P.蘭利1891年設計了內燃機為動力的飛機，但試飛均告失敗。德國的O.李林達爾，完善了飛行的穩定性和操縱性，于1891年制成一架滑翔機，成功地飛過了30米的距離。美國的萊特兄弟從1896年開始研究飛行，他們在學習前人著作和經驗的基礎上，分析其成敗的原因，并用自制的風洞進行了大量的試驗，于1900年制成了一架雙翼滑翔機，先進行滑翔飛行和改進，爾后又開始了動力飛行試驗。1906年，僑居法國的巴西人桑托斯.杜蒙制成箱形風箏式飛機“比斯－14”，并在巴黎試飛成功。1908年，馮如在舊金山自行研制出我國第一架飛機。1909年7月，法國人L.布萊里奧駕駛自己設計的一架單翼飛機飛越了英吉利海峽，從法國飛到了英國。1910年3月，法國人法布爾又成功地把飛機的使用范圍從陸地擴大到水面，試飛成功世界上第一架水上飛機。1910年，譚根制成船身式水上飛機，并創造了當時水上飛機飛行高度的世界紀錄。

1913年，俄國人I.西科斯基成功地研制了裝4臺發動機的大型飛機，并于同年8月首飛成功國內，1914年，北京南苑航校修理廠潘世忠自行研制出“槍車”號飛機，并試飛成功。

4． 大氣分幾層？各層有什么特點？

答：對流層：對流層包含了大氣層質量四分之三的大氣，氣體密度最大，大氣壓力也最高；氣溫隨高度升高而逐漸降低； 空氣上下對流

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劇烈，風向風速經常變化；一有云雨霧雪等天氣現象。

平流層：集中了全部大氣質量的四分之一不到的空氣；氣溫隨高度的增加起初基本保持不變（約為216K），到20-32km以上，氣溫升高加快，到了平流層頂，氣溫升至270-290k；平流層大氣只要是水平方向的流動，沒有上下對流。

中間層：所含大氣質量之戰大氣總質量的1/3000左右；氣溫隨高度升高而下降；含有大量的臭氧。

熱層（電離層）：空氣密度很小。

散逸層（外層）：空氣及其稀薄。

5、 什么是國際標準大氣？

答：國際標準大氣壓是由國際性組織（如國際民用航空組織、國際標準化組織）頒布的一種“模式大氣“。有規定：大氣被看做完全氣體，服從氣體狀態方程；以海平面的高度為零高度，在海平面上大氣的標準狀態為：氣溫T=15℃ 壓強P=一個標準大氣壓（10330kg/㎡） 密度 p=1.225kg/m㎡ 音速 a=341 m/s

5． 大氣的狀態參數有哪些？

答：壓強p、溫度T和密度p 狀態方程： P=pRT T=t+273K

R=287.05 J/kg·K

6． 什么是大氣的粘性？

答：空氣在流動過程中表現出的一種性質。是有氣體分子做不規則運動的結果。

7． 何謂聲速和馬赫數？

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答：聲速是指聲波在物體中傳播的速度。馬赫數是衡量空氣被壓縮的程度 Ma=V/a a是該處聲速。

8． 什么是飛行的相對運動原理？

答：飛機以一定的速度在靜止的大氣中飛行，或者，氣流以相同的速度流過靜止的飛機，這兩種情況，在飛機上產生的空氣動力完全相等。叫做飛行相對運動原理。

9． 什么是流體的連續性定理和伯努利方程？它們所代表的物理意義是什么？

答：當流體連續不斷而穩定地流過一個粗細不等的管道時，由于管道中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來，因此在同一時間內，流進任一切面的流體的質量和從另一切面流出的流體質量是相等的.連續性定理闡述了流體在流動中流速和管道切面之間的關系。流體在流動中，不僅流速和管道切面相互聯系，而且流速和壓力之間也相互聯系,即 Q1=Q2

在管道中穩定流動的不可壓縮理想氣體，在與外界沒有能量交換的情況下，在管道各處的流體的動壓和靜壓之和始終保持不變。P+1/2pv`2=常數

10． 低速氣流和超聲速氣流的流動特點有何不同？

答：低速：管道截面大的地方，流體的速度小，流體的靜壓就大；反

超音速：橫截面及變化引起的密度變化，比其引起的速度變化快得多，在超音速氣流中，隨著流速增大，管道截面積必然增大。

11． 拉瓦爾噴管中的氣流流動特點是什么？

答：發動機中的燃氣流在燃燒室壓力作用下，經過噴管向后運動，進入噴管的A。在這一階段，燃氣運動遵循"流體在管中運動時，截面小處流速大，截面大處流速小"的原理，因此氣流不斷加速。

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當到達窄喉時，流速已經超過了音速。而跨音速的流體在運動時卻不再遵循"截面小處流速大，截面大處流速小"的原理，而是恰恰相反，截面越大，流速越快。在B，燃氣流的速度被進一步加速，為2-3公里/秒，相當于音速的7-8倍

12． 什么是翼型？什么是迎角？

答：翼型也叫““翼剖面”，是指沿平行于飛機對稱面的切平面切割機翼所得的剖面。迎角是翼弦與相對氣流速度V之間的夾角，也稱飛機的攻角，用阿爾法表示。

13． 升力是怎樣產生的？它和迎角有何關系？

答：相對氣流流過機翼時，分成上下兩股，分別沿機翼上表面流過，而在機翼的后緣重新匯合向后流去。因機翼表面突起的影響，上表面流線密集，流管細，其氣流流速快、壓力小；而下表面流線較稀疏，流管粗， 其氣流流速慢，壓力較大。因此，產生了上下壓力差。這個壓力差就是空氣動力(R)， 它垂直流速方向的分力就是升力(Y)。升力維持飛機在空中飛行。

14． 影響升力的因素有哪些？

答：機翼在氣流臺的相對位置（迎角）、氣流的速度和空氣密度（空氣的動壓以及飛機本身的特點（飛機表面質量、機翼形狀機翼面積、是否使用襟翼和前緣縫翼是否張開等）。

15． 飛機在飛行過程中會產生哪些阻力？試說明低速飛機各種阻力的影響因素及減阻措施。

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答：摩擦阻力、壓差阻力、誘導阻力、干擾阻力等。措施：增大展弦比，選擇適當的平面形狀，增加“翼梢小翼”等減小誘導阻力。

16． 為了保證風洞實驗結果盡可能與飛行實際情況相符，必須保證飛機和模型之間的哪幾個相似？

答：幾何相似；運動相似；動力相似。雷諾數相等。

17． 什么是雷諾數？

答：雷諾數是流體流動中慣性力與粘性力比值的量度

18． 風洞實驗有何作用？

答：利用人造氣流來進行飛機空氣動力實驗。

19． 什么是激波？超聲速氣流流過正激波時，流動參數有哪些變化？

答：當飛機以等因素或超音速飛行時，在其前面也會出現由無數較強的波迭聚而成的波面就叫激波。超音速氣流過處，形成斜激波。

20． 什么是臨界馬赫數？

答：飛機開始產生局部激波所對應的飛行馬赫數稱為“臨界馬赫數”

21． 什么是局部激波？

答：當飛機的飛行速度達到一定值但還未達到音速時，飛機上某些部位的局部流速卻以達到或超過了聲速。于是在這些局部超音速區首先開始形成激波。這種在飛機的飛行尚未達到聲速而在機體表面紀檢部產生的激波稱為“局部激波”。

22． 低速飛機和超聲速飛機在外形上有何區別？

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23． 什么是超聲速飛機的聲爆和熱障？如何消除熱障？

答：飛機在超音速飛行時，在飛機上形成的激波，傳到地面上形成如同雷鳴般的爆炸聲，就是“聲爆”。

飛機在超音速飛行時，飛機附面層中的空氣受到了強烈的摩擦阻滯和壓縮，速度大大降低，動能裝化為內能，使飛機表面溫度急劇升高。氣動加熱使飛機結構強度和剛度降低，飛機氣動外形受到破壞，危及飛行安全，這種由氣動加熱形成的危險障礙就稱為“熱障”。

解決：用耐高溫的新材料如鈦合金、不銹鋼或復合材料來代替鋁合金制造飛機的受力構件和蒙皮；用隔熱層保護機內設備和人員；采用水或其他的冷卻液冷卻結構的內表面；航天器常采用“燒蝕法”進行放熱。

24． 飛機的飛行性能有哪些指標？

答：速度性能、盤旋性能、爬升性能、續航性能、加速性能、起降性能。

25． 什么是飛機的穩定性？飛機包括哪幾個方向上的穩定性？

答：指當飛機處于平衡狀態時，受到微小的擾動而偏離了原來的平衡狀態，在擾動消失后能自動回復到原來的平衡狀態的特性。包括縱向穩定、方向穩定、側向穩定。

26． 什么是飛機操縱性，駕駛員是如何操縱飛機的俯仰、偏航和滾轉運動的？

答：操縱性指飛機隊操縱的反應特性。飛行員通過推拉駕駛桿，使飛

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機的升降舵上下偏轉，產生俯仰力矩，從而使飛機低頭或抬頭作俯仰運動。通過登腳蹬，使飛機的方向舵左右偏轉，產生偏航力矩，從而使飛機左右偏航運動。通過左壓或右壓駕駛桿使飛機的左右副翼一側向下另一側向上偏轉，產生滾轉力矩，從而使飛機向左右作滾轉運動。

27． 直升機有何特點？

答：1. 它能垂直起降，對起降場地沒有太多的特殊要求；

2. 它能在空中懸停；

3. 它能沿任意方向飛行，但飛行速度比較低（一般為低速飛行），航程相對說來也比較短。

28． 試說明直升機旋翼的工作原理。

答：直升機以航空發動機驅動旋翼旋轉作為升力和推進力來源；

旋翼是利用前飛時的相對氣流吹動旋翼自轉以產生升力。

動量守恒要求，旋翼升力的獲得靠向下加速空氣。因此，對直升機而言由旋翼帶動空氣向下運動，每一片旋翼葉片都產生升力，這些升力的合力就是直升機的升力。

29． 直升機有哪些布局形式？各有何特點？

答：直升機布局有：單旋翼式、共軸雙旋翼、縱列雙旋翼、橫列雙旋翼、傾轉旋翼和多旋翼等。單旋翼式是經典的直升機布局，共軸雙旋翼的旋轉方向相反，以對消扭轉力矩；共軸雙旋翼機身較長，

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裝人和貨比較方便，缺點是構造和操縱系統較復雜；縱列雙旋翼一般具有機翼、所以氣動性能比較好，而且穩定和操縱特性也比較好，但是構造復雜，載重量不大；傾轉旋翼起降性能好，旋翼轉90度后相當于渦輪螺旋槳的作用，可增加航程，但是結構復雜，重量增加。

30． 什么是開普勒三大定律？

答：1. 所有行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上；

2. 行星的向徑在相等的時間內掃過相等的面積。

3. 所有行星軌道半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等。

31． 什么是第一、第二和第三宇宙速度？

答：第一宇宙速度（又稱環繞速度）：是指物體緊貼地球表面作圓周運動的速度(也是人造地球衛星的最小發射速度)。大小為7.9km/s ——計算方法是V‵=gR (g是重力加速度，R是星球半徑)

第二宇宙速度（又稱脫離速度）：是指物體完全擺脫地球引力束縛，飛離地球的所需要的最小初始速度。大小為11.2km/s

第三宇宙速度（又稱逃逸速度）：是指在地球上發射的物體擺脫太陽引力束縛，飛出太陽系所需的最小初始速度。其大小為16.7km/s

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32． 試說明發動機的分類及各類發動機的特點？

答：活塞式發動機。是一種把燃料的熱能轉化為帶動螺旋槳轉動的機械能的發動機。

噴氣式發動機利用向后噴射高速氣流，直接產生向前的反作用力，來推動飛行器前進。

空氣噴氣發動機利用大氣層中的空氣，與所攜帶的燃料燃燒產生高溫氣體。它依賴于空氣中的氧氣作為氧化劑，因此只能作為航空器的發動機。

火箭發動機不依賴空氣而工作，完全依靠自身攜帶的氧化劑和燃料產生高溫、高壓氣體，因此可以在高空和大氣層外使用。

組合發動機 是兩種或兩種以上不同類型發動機的組合，包括空氣噴氣發動機之間的組合，以及空氣噴氣發動機與火箭發動機之間的組合等。

33． 衡量活塞式發動機性能優劣的指標是什么？

答：活塞式發動機：氣缸直徑、活塞行程、氣缸工作容積、壓縮比

空噴氣式發動機：推力、單位推力、推重比、單位耗油率

火箭發動機：推力、沖量和總沖、比沖

34． 試述活塞式發動機的主要組成及工作原理。

答：主要由：氣缸、活塞、連桿、曲軸、進、排氣活門、機匣組成。工作原理：經過四沖程（進氣、壓縮、膨脹、排氣沖程）完成能量的轉換。

35． 為什么螺槳式飛機不適于高速飛行？高速飛行時，活塞

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式發動機為什么要被空氣噴氣發動機所代替？

答：難解決激波問題，難解決聲障問題

39.衡量噴氣發動機的幾個主要性能參數是什么？

答：單位推力、推重比、單位耗油率。

40、 試述渦輪噴氣發動機的主要組成部分及各部分的功用。

答：空氣燃氣渦輪噴氣發動機主要由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪、加力燃燒室和尾噴管組成。進氣道的作用是整理進入發動機的空氣流，消除紊亂的渦流，在飛行時并能利用沖入的空氣進行壓縮；壓氣機的作用是提高進入發動機燃燒室的空氣壓力；燃燒室的作用是將高溫、高壓空氣混合燃燒；渦輪的作用是將燃燒室出口的高溫、高壓氣體的能量轉變為機械能；加力燃燒室的作用是將空氣中的氧氣充分利用，產生更多的能量；尾噴管的作用是排出燃燒后的氣體，產生推力。

36． 渦輪軸發動機有什么特點？用在什么飛機上？

答：特點：氣發生器排出的燃氣能量幾乎全部在動力渦輪中脹，由噴管排出時，氣流速度很低；輸出軸轉速較高。主要用在直升機和垂直／短距起落飛機上。

37． 試述沖壓發動機的工作原理，它為什么不能單獨使用？

答：沖壓發動機是一種氣動熱力涵道噴氣發動機。他沒有任何主要的旋轉部件，只包含一個擴張形進氣涵道和一個收斂形或者收斂-擴張形出口。當該發動機在外部動力作用下向前運動時,空氣被壓入進氣道。隨后空氣流經擴張形涵道，其速度也就是動能降低，但壓力能增加。在燃油燃燒的作用下，空氣的總能量增加，膨脹的燃氣通過出口涵道加速并排出，從而產生推力。 因為靜止的空氣無法與燃油充分混合，燃氣不能良好燃燒，使得發動機在較短時間內不能產生足夠的推力；所以沖壓發動機開始工作的前提條件是，必須首先獲得一定的向前運動的速度。

38． 試述火箭發動機的分類和特點。

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答：液體火箭發動機；固體火箭發動機；電火箭發動機；核火箭發動機。 特點：火箭發動機不僅自帶燃燒劑而且自帶氧化劑。

39． 試分析液體火箭發動機和固體火箭發動機的優缺點，各適應于什么情況？

答：液體火箭發動機比沖高（250-500秒），推理范圍大（單臺推力在1克力-700噸力）、能反復起動、能控制推力大小、工作時間長。主要用作航天器發射、姿態修正與控制、軌道轉移等。

固體發動機結構簡單，推進劑密度大，推進劑可以儲存在燃燒室中常備待用和操作方便可靠。但比沖小，工作時間短，加速度大導致推力不易控制，重復起動困難，不利于載人飛行。主要用作火箭彈、導彈和控制火箭的發動機，以及航天器發射和起飛的助推發動機。

40． 試舉幾種組合發動機的例子。

答：火箭發動機與沖壓發動機組合；渦輪噴氣發動機與沖壓發動機組合；火箭發動機與渦輪噴氣發動機組合。

41． 飛行器機載設備的主要作用是什么？

答：航空儀表主要是用來測量和調整飛機的運動狀態和發動機的工作狀態，或者自動計算飛機的飛行參數。導航是指飛機在飛行過程中確定其位置和方向的方法或過程，它包括地面人員和機上人員為確定航空器位置和方向所做的全部工作。其他機載設備：1、電氣設備

飛機電氣設備包括供電設備和各種用電設備。2、高空防護設備

，高空設備主要解決低壓、缺氧、低溫等對人體身體的影響問題，通常包括氧氣設備和氣密座艙兩部分。3、救生設備彈射座椅、降落傘、

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海水救生衣和救生艇，以及特種飛行衣等。除此之外，還有防冰設備、滅火設備、通信設備、雷達設備等。

44、 飛行器飛行時需要測量哪些參數？

答：高度、速度、馬赫數、加速度、升降速度等都是重要的飛行參數。

42． 飛行高度分哪幾種？它們分別在什么情況下使用？

答：絕對高度、相對高度、真實高度、標準氣壓高度。當基準平面為標準氣壓平面時，為標準氣壓高度；當基準平面為機場平面時，為相對高度；當基準面為海平面時，為絕對高度；當基準面為地面點平面時，為真實高度。

43． 敘述氣壓式空速表的測量原理。

答：氣壓式空速表根據海平面標準大氣條件下，空速與動壓之間的一一對應關系，利用壓力表測出動壓的大小來間接得到并指示空速。

44． 測量飛行器的航向有哪些方法？試比較他們的有缺點。

答：磁羅盤是一個簡單的自主式的利用磁引力特性工作的儀表，用于測量飛機的磁航向。在飛機平穩飛行時磁羅盤能準確地指示磁航向，但飛機作變速、曲線和機動飛行時會因過載、姿態等產生較大的誤差。另外，磁羅盤不適宜在磁性異常地區或高緯度地區（磁力場垂直分量大）使用。陀螺半羅盤是利用陀螺的定軸性工作的儀表，它可以測量飛機的轉彎角度，經人工校正后還可以指示飛機的航向，但它不能獨立地測量航向，必須與其它羅盤配合進行工作，所以稱之為陀螺半羅

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盤，也叫陀螺方向儀；陀螺磁羅盤是在磁羅盤和陀螺半羅盤結合的基礎上發展起來的一種性能較為良好的羅盤，它兼有二者的優點并彌補各自的不足，既能準確地指出飛行方向，又能測量飛機的轉彎角度。

48、 與機械儀表顯示相比電子綜合顯示的優點是什么？

答：顯示形式靈活多樣，形象逼真，顯示形式有字符、圖形、表格等，并可以用彩色顯示；容易實現綜合顯示，所以減少了儀表數量，使儀表盤布局簡潔，便于觀察；由于消除了機械儀表因摩擦、振動等引起的附加誤差，顯示精度顯著提高；采用固態器件，壽命長，可靠性高；

隨著集成化程度的提高，重量不斷減輕，價格不斷下降。

52, 飛行器是如何分類的?

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