飞翔的动力 -刘大响-第1章

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　　主讲人简介：　
　　刘大响，中国工程院院士，北京航空航天大学教授，第十届全国人大委员，中国航空工业第二集团科学技术委员会副主任，曾获国家科技进步特等奖。　
　　内容简介：　
　　飞向天空是人类亘古以来的梦想，从古到今最经久不衰的话题。几乎世界上每一个民族都流传着各自飞天的神话和传说，寄托着人类共同的美好愿望。　
　　那么人类怎么能够飞上天空呢？经过长期的探索和不懈的追求，终于发现实现飞上天有三种基本的途径：第一个叫做基于阿基米德浮力的原理。就是轻于空气的飞行，包括热气球、包括氢气、氦气球，包括飞艇。第二种是基于直接有升力的飞行。像火箭、垂直起落的飞机。另外一个就是基于柏努利定律，以速度换取升力的飞行。这就需要动力，如固定翼飞机、直升机、旋翼机都包括在内。　
　　飞上天空需要强劲的动力，活塞式发动机使飞机终于飞上了天空，然后喷气发动机使飞机飞行的速度更快、距离更远。将来还有超微型发动机，飞机做出来像一个手掌那么大。甚至我们有纳米发动机，做出来之后，就有可能装这个发动机的飞行器也像蚊子那么大小。过去的《西游记》，孙猴子钻到铁扇公主的肚皮里面去了。将来有可能我们用那种小飞机从你的鼻子里飞下去，完了到你身体去巡视一周，检查你有什么毛病。这是将来技术的发展，21世纪我相信这一点可以实现。再一个就是新能源。我们地球上的石油资源总是要用完的，现在人类又开始在探索，如果用完了怎么办？另外还有一个环境污染问题，现在大家正在探索无辐射无污染的能源。　
　　我的结束语：纵观航空发展的历史，可以毫不夸张地说，发动机在飞机的发展中起着关键性的作用。发动机是飞机的心脏，是推动飞机快速发展的原动力。过去一百年航空动力技术已经取得了巨大的成就，极大推动了航空技术的发展，并推动了人类文明的进步。未来的一百多年，随着新的理论、方法持续发展和应用，21世纪的航空动力技术必将加速发展，取得更加辉煌的成就。希望在未来的一百年中，中国能够对世界的航空动力技术的发展做出更大的贡献。我也希望在座的朋友们，能够在这方面有新的发明创造，谢谢各位！　
　　《飞翔的动力》　（全文）　
　　飞向天空是人类亘古以来的梦想，从古到今最经久不衰的话题。几乎世界上每一个民族都流传着各自飞天的神话和传说，寄托着人类共同的美好愿望。　
　　这就是西方的小天使，长着肉的翅膀，非常可爱。这是嫦娥奔月，中国的民间神话。这是舜由于受到继母的虐待，要把他烧死，他就拿了两个“斗笠”从那儿跳下来，最后逃生了，这就是我们现在降落伞的雏形。这就是姜子牙手下的一个大将叫雷震子，他长了两个翅膀，可以从这个城堡飞到另外一个城堡去打仗，这都是我们历来的美好的神话。　
　　早在两千多年前的楚汉时期，我国的先民就发明了风筝，这是世界上目前公认最早的重于空气的飞行器。一千多年以前的五代时期就发明了“松脂灯”。后来又叫“孔明灯”，是用于信号联络，是世界上最早的、最原始的热气球，也是现代热气球的鼻祖。　
　　五百多年前的文艺复兴时期，被后人公认为世界科学家的创始人之一的著名画家达芬奇，他通过长期的观察和研究鸟类的飞行，初步尝试了一些飞行的基本原理，并设计和制作了很多“扑翼机”来尝试飞行，但是由于动力的不足而告失败。他制作的“扑翼机”让他的马车夫去试飞，结果飞上去了。最后人摔下来，摔断了一条腿，说明靠人力来飞行是不可能的。　
　　由于没有后续的动力，一次次人类飞行失败之后，飞行便转向轻于空气的航空器：气球、飞艇、无动力的滑翔机。我们可以看看这个画面，你看它用动力，用人来飞行。　
　　那么人类怎么能够飞上天空呢？经过长期的探索和不懈的追求，终于发现实现飞上天有三种基本的途径：第一个叫做基于阿基米德浮力的原理。就是轻于空气的飞行，包括热气球、包括氢气、氦气球，包括飞艇。第二种是基于直接有升力的飞行。像火箭、垂直起落的飞机。另外一个就是基于柏努利定律，以速度换取升力的飞行。这就需要动力，如固定翼飞机、直升机、旋翼机都包括在内。　
　　下面我们看一看利用阿基米德原理的飞行。1783年9月19日法国人蒙格尔菲兄弟受中国孔明灯的启发，研制成世界上第一个热气球。他们将一只羊、一只公鸡升到了520米的高空。这里有一个故事，就是谁来第一次上天？当时有些人提议，就是搞两个死囚犯，反正他已经判了死刑了，说摔下来摔死也没关系。但是很多科学家反对，说这么大的荣誉怎么能够给两个死囚犯呢？他们给国王上书。路易十六当时就决定，不能用死囚犯上去。最后两个勇敢的科学家爬到上面，就站在这个回廊上面，所以最后是两个年轻的科学家第一次飞上了天空。直到今天热气球仍然广泛应用于运动、娱乐和探险。到1999年由英国人琼斯和瑞典探险家皮卡尔驾驶的“布雷特林”号热气球共同完成了热气球的环球飞行。1852年法国人吉法尔发明了世界上第一个可以半操纵的气球，叫飞艇。它装了一个三马力的蒸汽机，这个大家可以看一下演示。这个蒸汽机装在这儿，人在这儿操纵。1900德国人齐白林制造了世界上第一个实用飞艇叫“齐白林”号，从1910年到1914年四年当中“齐白林”飞艇共飞行了274万公里，它运送了三万五千人而没有一个人伤亡。1929年最豪华的“齐白林伯爵”号飞艇用21天5小时完成了环球飞行。二十世纪二三十年代飞艇当时成为最方便、最快捷、最舒适的交通工具，盛极一时。这是当时飞艇的飞行情况。但是到1937年当时齐白林的学生设计一个世界上最先进、最豪华的巨型飞艇叫“兴登堡”号，在美国着火销毁，从此德国政府就宣布，以后不允许飞艇飞行，飞艇这个时代就暂告结束。飞艇发明到发展一直到没落，只有85年的历史，被认为是最短命的交通工具。现在美国、俄罗斯、英国、法国都在研究飞艇，就是准备用飞艇飞到二十公里到三十公里，作为一个空间信息的终极平台，这个现在大家可能看了这个报道。说明飞艇又重新迎来了新的发展机遇。　
　　途径之二就是我们直接给飞机提供升力，最主要就是火箭，大家都知道四大发明，其中一个就是火箭。鼻祖就是中国古代的起花，这就是起花，发明于八百多年前的宋代。在四百多年前的明代，就已经被广泛应用于军事领域。各类导弹普遍是采用火箭发动机来作为动力。　
　　第三种途径就是我们现在的飞机了，那就是主要的原理就是利用柏努利定理，以速度换取升力。像这样的机翼，气流流过的时候上面的速度快，它压力就低。下面的速度慢，压强就高。这样就产生一个压差，这样就产生一个升力。所以产生升力的一个必要条件，就是飞行器与大气要有相对速度，要给它提供升力。当然也可以依靠重力飞行，而重力飞行主要是滑翔机了，那不可能持续飞行。我们可以看看滑翔机的情况，它滑一段就掉下来了。因为有重力，它没有动力飞行的话，它就只好飞一段时间就下来了。　
　　第一个重于空气的无动力的载人飞行器是由德国人李林塔尔于1881年制造的，依靠重力产生的速度。1903年12月17日，这是我们一个永远应该值得纪念的日子，莱特兄弟在技师泰勒的帮助下，自己动手设计制造了活塞式汽油发动机。功率是12马力，重量是47公斤，这为人类首次有动力、稳定、可操纵的持续飞行提供了发动机，从此开创了人类飞行的新纪元。我们所纪念的一百周年也是从这一天开始。这是当年莱特兄弟试飞的很珍贵的情况。这就是当年第一架装活塞发动机的飞机。　
　　莱特兄弟的飞行，虽然是飞了26秒，短短的两百多米，但是开创了我们人类飞行的新纪元。下面我讲第二个飞机的心脏就是发动机，就是刚才讲了你要飞起来必须要有动力。这个方面我们可以看出来，作为飞机的心脏，发动机在航空技术的发展过程中起着关键性的作用。由于动力的缺乏，没有办法托起飞机自由飞行的梦想。我们知道十八世纪中叶，也就是1763年瓦特发明了蒸汽机，推动了工业革命的发展。但是由于蒸汽机太重，它没有办法装到飞机上，所以一百四十年以后莱特兄弟才把飞机飞上天。1810年英国科学家凯利发现了飞行原理，这飞行原理是很简单，它就是一句话：所谓的动力飞行，就是你给一个平板，一个动力、一个推动力，它就可以支撑一定的重量。我们现在的飞机原理就是这么一句话，就是你给它动力，一个平板就可以飞起来。　
　　内燃机是1883年发明，但是这些内燃机仍然非常重，莱特兄弟经过了改进，1903年装到第一架“飞行者1号”上，最后飞上了天空，这是一个伟大的创举。这里面我们也可以看到，在过去一百年中，我们动力可以划分为两个时期，第一个就是活塞式发动机，大概是二十世纪上半叶，基本上是活塞式发动机的时代，而到二十世纪下半叶是喷气时代。两个时代是这么来划分，以动力来划分的。动力的发展使飞机飞得更快，比如活塞式发动机，它最大只能达到0。7倍英速，它的飞行速度是每小时800多公里，而海平面标准大气压声速是1224公里，涡喷发动机可以达到300声速。从高度来看，活塞式发动机大概最高可以飞到10万米，而航空发动机可以飞到30公里。航空发动机发展到今天，飞机为了飞得更快、更高、更远，它促使航天发动机向重量更轻、功率最大、使用更经济的目标迈进，不断地突破创新，发展出各类航天发动机，推动着飞机性能迅速地向前发展。　
　　发动机主要有两大类，一个是活塞式发动机。大家可以看到，现在汽车上基本上用的这种，这已经把活塞发动机发展得非常完整了。另外一个叫空气喷气发动机。下面我说一下活塞式发动机主宰了二十世纪上半叶，功不可没。　
　　我们再看看三次技术战争中，空中力量所起的作用。1991海湾战争，以美国为主的多国部队出动了1098架飞机，载弹量是23万吨。出动的次数是6万8千多次，空袭了38天。地面战斗四天，最后他只死了148个人，所以空中力量就可以把你打跨。这是1991年的事情。1999年呢，科索沃战争中美国空中的战斗机是555架。投弹2万3千多枚，空袭了48天。地面一天都没打，一个人员都没伤亡，就把这场战争打赢了。2003年伊拉克战争刚刚结束，美英联军出动了930架战斗机，870架支援任务飞机，投弹是2万9千多枚，空袭30天，地面战斗是30天，美英方加起来是死亡了115人，小小的代价就获取战斗的胜利，所以从海湾战争来看，目前装备先进发动机的空中装备，依然是现在空战中的优势力量。　
　　下面我重点讲一下第四代发动机，第四代发动机与第三代发动机相比，它具有很多先进的、特殊的性能。主要是推力矢量、隐身性能、超声速巡航能力，它装备的第