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航空航天

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         实践证明,航空业的过去十年是其历史上最令人激动、最具活力和最具创新的时期。创纪录的商业订单、新的政府和环境规定、无法预估的燃料价格变动和全球冲突,只是航空业重大驱动因素中的几个,这些驱动因素促进了新平台和新技术应用的空前问世。

速度和可靠性的竞赛
        航空探索的历史已经有2,000多年,从风筝和高塔跳下尝试等最早的航空方式,发展到比空气重的、机器驱动飞机的超音速和高超音速飞行。早在莱特兄弟在小鹰镇实现著名的首次飞行之前,著名发明家,如达芬奇、约翰·斯特林和劳伦斯·哈格雷夫就提出了关于一些新奇飞行器飞行方式的奇思妙想。滑翔机试验为重于空气的飞机奠定了基础,到20世纪初期,工程技术和空气动力学的发展使得受控的、机器驱动的飞行首次成为可能。
       1903年12月17日上午10点35分,莱特兄弟(其中奥维尔·莱特控制飞机)实现了首次重于空气的、机器驱动的飞行。此次飞行持续了12秒,飞行距离为36.5米 。1909年起,人们开始建造尾部独具特色的现代飞机。飞机的历史从此就与越来越强大的引擎的开发密切联系在一起。
        在20世纪40至60年代之间,飞机速度增加了四倍,速度更快的设想已经进入设计阶段。这些设想今天已经成为现实,并获得超音速飞行的潜在研究成果。1907年,航空先驱Glenn Curtiss创造了世界速度记录(220km/h),但他不是用飞机创造的,而是用摩托车。
        在六年后的1913年,首批专为飞机设计的引擎之一——14缸117千瓦(160马力)的Gnome转子引擎,被安装在法国人Louis Béchereau设计的木制飞机上,使其以200公里/小时的平均速度赢得当年的戈登·贝纳特航空奖杯。
第一次世界大战后,全球各国对军事技术的迫切要求推动了速度竞赛,同时首个侧重安全的航空业标准出台,为商业航空旅行发展提供了指引。
        洛克希德马丁公司的SR-71侦察机“黑鸟”的问世是飞行和速度发展史上的一个重要里程碑事件。1976年,它打破世界飞行速度和高度纪录,在25,929米高空实现3,529.6公里/小时速度,该纪录一直保持至今。
        SR-71侦察机定期以三马赫以上速度执行飞行任务,能够在24公里的高空每小时勘察地表25万平方公里范围的区域。这种极端的运转条件能让它安全地避开战斗机或导弹的拦截,但也迫使两人的机组必须穿上与宇航员类似的服装,以避免机舱失压发生危险。

引擎——简介
        动力装置是以上提及飞机背后的关键所在。过去驱动飞机的方式独特且多样,但今天商业飞行最常用的动力装置是涡轮风扇引擎(图5),由涡轮喷气引擎发展而来。
        涡轮喷气引擎是种燃气涡轮引擎,吸气口和压缩机(轴向、离心或两者)压缩吸入的空气,再把压缩空气与燃料混合,混合气体在燃烧器中燃烧,最后高温、高压空气穿过涡轮机,通过喷嘴喷出去。压缩机由涡轮机提供动力,涡轮机的动力来自从中穿过的体积增大的气体。引擎把燃料的内部能量转换成排气的动能,从而产生推力。吸气口吸入的所有空气都穿过压缩机、燃烧室和涡轮机。涡轮喷气引擎是种热力引擎,燃烧温度越高,气体膨胀程度越大。
        涡轮风扇引擎加装的一台风扇(图5)将部分吸入的空气通过引擎的外围向后推,而不是进入内进气道。涡轮风扇引擎外进气道与内进气道空气流量的比值被称为涵道比。涡轮风扇引擎的主要优点是可显著降低油耗和噪音水平。一些最新涡轮风扇引擎的涵道比高达12:1。

拥抱未来
        50年前,《航空周》杂志登出广告介绍“新”波音737,当时该机已经获得15家航空公司的124个订单。这标志着世界上首个喷气式飞机家族的诞生。该机具有通用性,比波音707和727飞行距离更长,并且采用了当时新颖的每排六座布局。飞机在1967年4月9日首飞,首架737-100的使用者是德国汉莎航空公司。今天波音737继续创造新的纪录,总订单量超过13,000架,交付逾9,000架。737MAX目前正在进行飞行测试,装配CFM LEAP引擎,作为唯一的引擎解决方案(图9)。CFM国际公司是美国GE航空和法国斯奈克玛50-50的合资公司。
        LEAP是下一代飞机引擎,其设计和开发专注降低油耗、排放和噪音水平。LEAP的多种产品将装备波音737MAX、空客A320neo和中国商飞C919。
        CFMLEAP家族是下一代单通道飞机的引擎选择的典范(图9)。LEAP-1A是空客A320neo的一个选择;LEAP-1B是波音737MAX的引擎,LEAP-1C是中国商飞C919的独家西方引擎。这些引擎已经获得全球50多个用户的订单。