航概思考题部分答案(1)

2023年12月31日发(作者：朋友圈新年祝福语)

航空航天概论思考题

1． 什么是航空？什么是航天？航空与航天有何联系？

答：飞行器在地球大气层内的航行活动为航空。指人造地球卫星、宇宙飞船等在地球附近空间或太阳系空间飞行。

联系：ⅰ：航空宇航天是紧密联系的；ⅱ：航空航天技术是高度综合的现代科学技术：力学、热力学和材料学是航空航天的科学基础。电子技术、自动糊控制技术、计算机技术、喷气推进技术和制造工艺技术对航空航天的进步发挥了重要作用。医学、真空技术和低温技术的发展促进了航天的发展。

2． 航天器是怎样分类的？各类航天器又如何细分？

答：按技术分类和按法律分类。按技术分类主要按飞行原理进行分类，根据航空器产生升力的原理不同，航空器可分为两大类：⑴ 轻于空气的航空器⑵ 重于空气的航空器。轻于空气的航空器包括：气球，汽艇，飞艇等；重于空气的航空器又分为：固定翼航空器、旋翼航空器、扑翼机、侧旋转翼机。其中固定翼航空器又分为飞机和滑翔机；旋翼航空器又分为直升机和旋翼机。

按法律分类：分为民用航空器和国家航空器。

3、要使飞机能够成功飞行，必须解决什么问题？

答：作为动力源的发动机问题；

飞行器在空中飞行时的稳定和操纵问题。

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3． 简述对飞机的创造发明做出卓越贡献的科学家，及他们的工作？

答：阿代尔在1890年10月9日制成了一架蝙蝠状的飞机进行试飞，但终因控制问题而摔坏。美国科学家S.P.兰利1891年设计了内燃机为动力的飞机，但试飞均告失败。德国的O.李林达尔，完善了飞行的稳定性和操纵性，于1891年制成一架滑翔机，成功地飞过了30米的距离。美国的莱特兄弟从1896年开始研究飞行，他们在学习前人著作和经验的基础上，分析其成败的原因，并用自制的风洞进行了大量的试验，于1900年制成了一架双翼滑翔机，先进行滑翔飞行和改进，尔后又开始了动力飞行试验。1906年，侨居法国的巴西人桑托斯.杜蒙制成箱形风筝式飞机“比斯－14”，并在巴黎试飞成功。1908年，冯如在旧金山自行研制出我国第一架飞机。1909年7月，法国人L.布莱里奥驾驶自己设计的一架单翼飞机飞越了英吉利海峡，从法国飞到了英国。1910年3月，法国人法布尔又成功地把飞机的使用范围从陆地扩大到水面，试飞成功世界上第一架水上飞机。1910年，谭根制成船身式水上飞机，并创造了当时水上飞机飞行高度的世界纪录。

1913年，俄国人I.西科斯基成功地研制了装4台发动机的大型飞机，并于同年8月首飞成功国内，1914年，北京南苑航校修理厂潘世忠自行研制出“枪车”号飞机，并试飞成功。

4． 大气分几层？各层有什么特点？

答：对流层：对流层包含了大气层质量四分之三的大气，气体密度最大，大气压力也最高；气温随高度升高而逐渐降低； 空气上下对流

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剧烈，风向风速经常变化；一有云雨雾雪等天气现象。

平流层：集中了全部大气质量的四分之一不到的空气；气温随高度的增加起初基本保持不变（约为216K），到20-32km以上，气温升高加快，到了平流层顶，气温升至270-290k；平流层大气只要是水平方向的流动，没有上下对流。

中间层：所含大气质量之战大气总质量的1/3000左右；气温随高度升高而下降；含有大量的臭氧。

热层（电离层）：空气密度很小。

散逸层（外层）：空气及其稀薄。

5、 什么是国际标准大气？

答：国际标准大气压是由国际性组织（如国际民用航空组织、国际标准化组织）颁布的一种“模式大气“。有规定：大气被看做完全气体，服从气体状态方程；以海平面的高度为零高度，在海平面上大气的标准状态为：气温T=15℃ 压强P=一个标准大气压（10330kg/㎡） 密度 p=1.225kg/m㎡ 音速 a=341 m/s

5． 大气的状态参数有哪些？

答：压强p、温度T和密度p 状态方程： P=pRT T=t+273K

R=287.05 J/kg·K

6． 什么是大气的粘性？

答：空气在流动过程中表现出的一种性质。是有气体分子做不规则运动的结果。

7． 何谓声速和马赫数？

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答：声速是指声波在物体中传播的速度。马赫数是衡量空气被压缩的程度 Ma=V/a a是该处声速。

8． 什么是飞行的相对运动原理？

答：飞机以一定的速度在静止的大气中飞行，或者，气流以相同的速度流过静止的飞机，这两种情况，在飞机上产生的空气动力完全相等。叫做飞行相对运动原理。

9． 什么是流体的连续性定理和伯努利方程？它们所代表的物理意义是什么？

答：当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的管道时，由于管道中任何一部分的流体都不能中断或挤压起来，因此在同一时间内，流进任一切面的流体的质量和从另一切面流出的流体质量是相等的.连续性定理阐述了流体在流动中流速和管道切面之间的关系。流体在流动中，不仅流速和管道切面相互联系，而且流速和压力之间也相互联系,即 Q1=Q2

在管道中稳定流动的不可压缩理想气体，在与外界没有能量交换的情况下，在管道各处的流体的动压和静压之和始终保持不变。P+1/2pv`2=常数

10． 低速气流和超声速气流的流动特点有何不同？

答：低速：管道截面大的地方，流体的速度小，流体的静压就大；反

超音速：横截面及变化引起的密度变化，比其引起的速度变化快得多，在超音速气流中，随着流速增大，管道截面积必然增大。

11． 拉瓦尔喷管中的气流流动特点是什么？

答：发动机中的燃气流在燃烧室压力作用下，经过喷管向后运动，进入喷管的A。在这一阶段，燃气运动遵循"流体在管中运动时，截面小处流速大，截面大处流速小"的原理，因此气流不断加速。

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当到达窄喉时，流速已经超过了音速。而跨音速的流体在运动时却不再遵循"截面小处流速大，截面大处流速小"的原理，而是恰恰相反，截面越大，流速越快。在B，燃气流的速度被进一步加速，为2-3公里/秒，相当于音速的7-8倍

12． 什么是翼型？什么是迎角？

答：翼型也叫““翼剖面”，是指沿平行于飞机对称面的切平面切割机翼所得的剖面。迎角是翼弦与相对气流速度V之间的夹角，也称飞机的攻角，用阿尔法表示。

13． 升力是怎样产生的？它和迎角有何关系？

答：相对气流流过机翼时，分成上下两股，分别沿机翼上表面流过，而在机翼的后缘重新汇合向后流去。因机翼表面突起的影响，上表面流线密集，流管细，其气流流速快、压力小；而下表面流线较稀疏，流管粗， 其气流流速慢，压力较大。因此，产生了上下压力差。这个压力差就是空气动力(R)， 它垂直流速方向的分力就是升力(Y)。升力维持飞机在空中飞行。

14． 影响升力的因素有哪些？

答：机翼在气流台的相对位置（迎角）、气流的速度和空气密度（空气的动压以及飞机本身的特点（飞机表面质量、机翼形状机翼面积、是否使用襟翼和前缘缝翼是否张开等）。

15． 飞机在飞行过程中会产生哪些阻力？试说明低速飞机各种阻力的影响因素及减阻措施。

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答：摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力、干扰阻力等。措施：增大展弦比，选择适当的平面形状，增加“翼梢小翼”等减小诱导阻力。

16． 为了保证风洞实验结果尽可能与飞行实际情况相符，必须保证飞机和模型之间的哪几个相似？

答：几何相似；运动相似；动力相似。雷诺数相等。

17． 什么是雷诺数？

答：雷诺数是流体流动中惯性力与粘性力比值的量度

18． 风洞实验有何作用？

答：利用人造气流来进行飞机空气动力实验。

19． 什么是激波？超声速气流流过正激波时，流动参数有哪些变化？

答：当飞机以等因素或超音速飞行时，在其前面也会出现由无数较强的波迭聚而成的波面就叫激波。超音速气流过处，形成斜激波。

20． 什么是临界马赫数？

答：飞机开始产生局部激波所对应的飞行马赫数称为“临界马赫数”

21． 什么是局部激波？

答：当飞机的飞行速度达到一定值但还未达到音速时，飞机上某些部位的局部流速却以达到或超过了声速。于是在这些局部超音速区首先开始形成激波。这种在飞机的飞行尚未达到声速而在机体表面纪检部产生的激波称为“局部激波”。

22． 低速飞机和超声速飞机在外形上有何区别？

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23． 什么是超声速飞机的声爆和热障？如何消除热障？

答：飞机在超音速飞行时，在飞机上形成的激波，传到地面上形成如同雷鸣般的爆炸声，就是“声爆”。

飞机在超音速飞行时，飞机附面层中的空气受到了强烈的摩擦阻滞和压缩，速度大大降低，动能装化为内能，使飞机表面温度急剧升高。气动加热使飞机结构强度和刚度降低，飞机气动外形受到破坏，危及飞行安全，这种由气动加热形成的危险障碍就称为“热障”。

解决：用耐高温的新材料如钛合金、不锈钢或复合材料来代替铝合金制造飞机的受力构件和蒙皮；用隔热层保护机内设备和人员；采用水或其他的冷却液冷却结构的内表面；航天器常采用“烧蚀法”进行放热。

24． 飞机的飞行性能有哪些指标？

答：速度性能、盘旋性能、爬升性能、续航性能、加速性能、起降性能。

25． 什么是飞机的稳定性？飞机包括哪几个方向上的稳定性？

答：指当飞机处于平衡状态时，受到微小的扰动而偏离了原来的平衡状态，在扰动消失后能自动回复到原来的平衡状态的特性。包括纵向稳定、方向稳定、侧向稳定。

26． 什么是飞机操纵性，驾驶员是如何操纵飞机的俯仰、偏航和滚转运动的？

答：操纵性指飞机队操纵的反应特性。飞行员通过推拉驾驶杆，使飞

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机的升降舵上下偏转，产生俯仰力矩，从而使飞机低头或抬头作俯仰运动。通过登脚蹬，使飞机的方向舵左右偏转，产生偏航力矩，从而使飞机左右偏航运动。通过左压或右压驾驶杆使飞机的左右副翼一侧向下另一侧向上偏转，产生滚转力矩，从而使飞机向左右作滚转运动。

27． 直升机有何特点？

答：1. 它能垂直起降，对起降场地没有太多的特殊要求；

2. 它能在空中悬停；

3. 它能沿任意方向飞行，但飞行速度比较低（一般为低速飞行），航程相对说来也比较短。

28． 试说明直升机旋翼的工作原理。

答：直升机以航空发动机驱动旋翼旋转作为升力和推进力来源；

旋翼是利用前飞时的相对气流吹动旋翼自转以产生升力。

动量守恒要求，旋翼升力的获得靠向下加速空气。因此，对直升机而言由旋翼带动空气向下运动，每一片旋翼叶片都产生升力，这些升力的合力就是直升机的升力。

29． 直升机有哪些布局形式？各有何特点？

答：直升机布局有：单旋翼式、共轴双旋翼、纵列双旋翼、横列双旋翼、倾转旋翼和多旋翼等。单旋翼式是经典的直升机布局，共轴双旋翼的旋转方向相反，以对消扭转力矩；共轴双旋翼机身较长，

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装人和货比较方便，缺点是构造和操纵系统较复杂；纵列双旋翼一般具有机翼、所以气动性能比较好，而且稳定和操纵特性也比较好，但是构造复杂，载重量不大；倾转旋翼起降性能好，旋翼转90度后相当于涡轮螺旋桨的作用，可增加航程，但是结构复杂，重量增加。

30． 什么是开普勒三大定律？

答：1. 所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上；

2. 行星的向径在相等的时间内扫过相等的面积。

3. 所有行星轨道半长轴的三次方跟公转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（又称环绕速度）：是指物体紧贴地球表面作圆周运动的速度(也是人造地球卫星的最小发射速度)。大小为7.9km/s ——计算方法是V‵=gR (g是重力加速度，R是星球半径)

第二宇宙速度（又称脱离速度）：是指物体完全摆脱地球引力束缚，飞离地球的所需要的最小初始速度。大小为11.2km/s

第三宇宙速度（又称逃逸速度）：是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系所需的最小初始速度。其大小为16.7km/s

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32． 试说明发动机的分类及各类发动机的特点？

答：活塞式发动机。是一种把燃料的热能转化为带动螺旋桨转动的机械能的发动机。

喷气式发动机利用向后喷射高速气流，直接产生向前的反作用力，来推动飞行器前进。

空气喷气发动机利用大气层中的空气，与所携带的燃料燃烧产生高温气体。它依赖于空气中的氧气作为氧化剂，因此只能作为航空器的发动机。

火箭发动机不依赖空气而工作，完全依靠自身携带的氧化剂和燃料产生高温、高压气体，因此可以在高空和大气层外使用。

组合发动机 是两种或两种以上不同类型发动机的组合，包括空气喷气发动机之间的组合，以及空气喷气发动机与火箭发动机之间的组合等。

33． 衡量活塞式发动机性能优劣的指标是什么？

答：活塞式发动机：气缸直径、活塞行程、气缸工作容积、压缩比

空喷气式发动机：推力、单位推力、推重比、单位耗油率

火箭发动机：推力、冲量和总冲、比冲

34． 试述活塞式发动机的主要组成及工作原理。

答：主要由：气缸、活塞、连杆、曲轴、进、排气活门、机匣组成。工作原理：经过四冲程（进气、压缩、膨胀、排气冲程）完成能量的转换。

35． 为什么螺桨式飞机不适于高速飞行？高速飞行时，活塞

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式发动机为什么要被空气喷气发动机所代替？

答：难解决激波问题，难解决声障问题

39.衡量喷气发动机的几个主要性能参数是什么？

答：单位推力、推重比、单位耗油率。

40、 试述涡轮喷气发动机的主要组成部分及各部分的功用。

答：空气燃气涡轮喷气发动机主要由进气道、压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室和尾喷管组成。进气道的作用是整理进入发动机的空气流，消除紊乱的涡流，在飞行时并能利用冲入的空气进行压缩；压气机的作用是提高进入发动机燃烧室的空气压力；燃烧室的作用是将高温、高压空气混合燃烧；涡轮的作用是将燃烧室出口的高温、高压气体的能量转变为机械能；加力燃烧室的作用是将空气中的氧气充分利用，产生更多的能量；尾喷管的作用是排出燃烧后的气体，产生推力。

36． 涡轮轴发动机有什么特点？用在什么飞机上？

答：特点：气发生器排出的燃气能量几乎全部在动力涡轮中胀，由喷管排出时，气流速度很低；输出轴转速较高。主要用在直升机和垂直／短距起落飞机上。

37． 试述冲压发动机的工作原理，它为什么不能单独使用？

答：冲压发动机是一种气动热力涵道喷气发动机。他没有任何主要的旋转部件，只包含一个扩张形进气涵道和一个收敛形或者收敛-扩张形出口。当该发动机在外部动力作用下向前运动时,空气被压入进气道。随后空气流经扩张形涵道，其速度也就是动能降低，但压力能增加。在燃油燃烧的作用下，空气的总能量增加，膨胀的燃气通过出口涵道加速并排出，从而产生推力。 因为静止的空气无法与燃油充分混合，燃气不能良好燃烧，使得发动机在较短时间内不能产生足够的推力；所以冲压发动机开始工作的前提条件是，必须首先获得一定的向前运动的速度。

38． 试述火箭发动机的分类和特点。

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答：液体火箭发动机；固体火箭发动机；电火箭发动机；核火箭发动机。 特点：火箭发动机不仅自带燃烧剂而且自带氧化剂。

39． 试分析液体火箭发动机和固体火箭发动机的优缺点，各适应于什么情况？

答：液体火箭发动机比冲高（250-500秒），推理范围大（单台推力在1克力-700吨力）、能反复起动、能控制推力大小、工作时间长。主要用作航天器发射、姿态修正与控制、轨道转移等。

固体发动机结构简单，推进剂密度大，推进剂可以储存在燃烧室中常备待用和操作方便可靠。但比冲小，工作时间短，加速度大导致推力不易控制，重复起动困难，不利于载人飞行。主要用作火箭弹、导弹和控制火箭的发动机，以及航天器发射和起飞的助推发动机。

40． 试举几种组合发动机的例子。

答：火箭发动机与冲压发动机组合；涡轮喷气发动机与冲压发动机组合；火箭发动机与涡轮喷气发动机组合。

41． 飞行器机载设备的主要作用是什么？

答：航空仪表主要是用来测量和调整飞机的运动状态和发动机的工作状态，或者自动计算飞机的飞行参数。导航是指飞机在飞行过程中确定其位置和方向的方法或过程，它包括地面人员和机上人员为确定航空器位置和方向所做的全部工作。其他机载设备：1、电气设备

飞机电气设备包括供电设备和各种用电设备。2、高空防护设备

，高空设备主要解决低压、缺氧、低温等对人体身体的影响问题，通常包括氧气设备和气密座舱两部分。3、救生设备弹射座椅、降落伞、

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海水救生衣和救生艇，以及特种飞行衣等。除此之外，还有防冰设备、灭火设备、通信设备、雷达设备等。

44、 飞行器飞行时需要测量哪些参数？

答：高度、速度、马赫数、加速度、升降速度等都是重要的飞行参数。

42． 飞行高度分哪几种？它们分别在什么情况下使用？

答：绝对高度、相对高度、真实高度、标准气压高度。当基准平面为标准气压平面时，为标准气压高度；当基准平面为机场平面时，为相对高度；当基准面为海平面时，为绝对高度；当基准面为地面点平面时，为真实高度。

43． 叙述气压式空速表的测量原理。

答：气压式空速表根据海平面标准大气条件下，空速与动压之间的一一对应关系，利用压力表测出动压的大小来间接得到并指示空速。

44． 测量飞行器的航向有哪些方法？试比较他们的有缺点。

答：磁罗盘是一个简单的自主式的利用磁引力特性工作的仪表，用于测量飞机的磁航向。在飞机平稳飞行时磁罗盘能准确地指示磁航向，但飞机作变速、曲线和机动飞行时会因过载、姿态等产生较大的误差。另外，磁罗盘不适宜在磁性异常地区或高纬度地区（磁力场垂直分量大）使用。陀螺半罗盘是利用陀螺的定轴性工作的仪表，它可以测量飞机的转弯角度，经人工校正后还可以指示飞机的航向，但它不能独立地测量航向，必须与其它罗盘配合进行工作，所以称之为陀螺半罗

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盘，也叫陀螺方向仪；陀螺磁罗盘是在磁罗盘和陀螺半罗盘结合的基础上发展起来的一种性能较为良好的罗盘，它兼有二者的优点并弥补各自的不足，既能准确地指出飞行方向，又能测量飞机的转弯角度。

48、 与机械仪表显示相比电子综合显示的优点是什么？

答：显示形式灵活多样，形象逼真，显示形式有字符、图形、表格等，并可以用彩色显示；容易实现综合显示，所以减少了仪表数量，使仪表盘布局简洁，便于观察；由于消除了机械仪表因摩擦、振动等引起的附加误差，显示精度显著提高；采用固态器件，寿命长，可靠性高；

随着集成化程度的提高，重量不断减轻，价格不断下降。

52, 飞行器是如何分类的?

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