航海拾贝 Aviation Info.
行业动态
航空知识
政策法规
培训考证
世界航空史
更新日期:2016-04-27

引 言


  航空是20世纪发展迅速、对人类社会影响巨大的科学技术领域之一。飞行是人类自古以来的理想。经过人类长期的探索和勇敢的尝试,在18世纪产业革命的推动下,1783年法国
蒙哥尔费兄弟的热空气气球J.-A.C.查理的氢气气球相继升空成功,标志着人类航空发展的第一次重大突破。比重小于空气的飞行器作为空中交通工具还存在速度低的缺点,要在大气层中实现高速飞行,还必须研究比重大于空气的飞行器。1903年12月17日,美国莱特兄弟用自己制造的飞机,实现了人类首次持续的、有动力的、可操纵的飞行,开创了现代航空的新纪元。两次世界大战刺激了航空科学技术的发展,军用飞机的性能不断提高,使战争从平面向立体转化。在两次世界大战之间发展起来的民用航空运输事业,使飞机成为与经济发展和人民生活息息相关的交通工具。第二次世界大战以后,喷气式飞机的出现,使飞机突破了音障,这是航空发展上的又一次重大突破。一批高性能的超音速军用飞机投入使用,对现代军事技术产生了重大的影响。经济、安全、舒适的喷气式客机成为民用航空运输的主力,改变了现代交通运输的结构。电子技术和新材料、新能源的开发,使航空科学技术正在孕育一场重大的变革。 
  航空发展的历史是一部人类以自己的聪明才智征服天空的历史。航空是现代科学技术和现代工业的结晶,它的发展充分体现了科学技术的综合作用。 
  

飞行的探索时期
 

(20世纪以前)


  人类对飞行的最初探索  自古以来人类就怀有飞行理想,这种理想来自生产、生活和对自由飞行的向往。但在社会生产力低下的年代,这种理想始终不能实现,只能在神话和传说(见
飞行神话传说)中寄托自己的渴望。 
  中世纪欧洲不断有人对飞行作过勇敢的尝试,他们用羽毛作成翅膀,从塔上或高处跳下,试图模仿鸟的飞行,结果往往以失败而告终。在很长的一段时期内,人类对飞行的探索进展缓慢,文艺复兴时期的L.达·芬奇科学地研究了飞行问题,但他的研究成果直到19世纪后期才为后人发现,对航空的发展未起到应有的作用。17世纪后期意大利的G.A.博雷利探讨了人类肌肉与飞行的关系后,证明:“人类靠自己的体力作灵巧的飞行是绝对不可能的。” 
  气球飞行成功  中国早在五代时期(公元907960年)就使用过原始的热气球──孔明灯(见
中国古代飞行技艺)。历史上还记录过各种轻于空气的飞行器的其他设想和尝试,在西方,13世纪的R.培根曾提出用稀薄空气或液体燃料充入薄壁金属球使它在空气中上升的想法。但首次制造成功载人气球的是法国蒙哥尔费兄弟。他们于178364日进行了自己制作的热气球表演1783919日他们用一只更大的热气球,载上羊、公鸡和鸭各一只,飞行8分钟后安全降落。17831015F.P.罗齐埃乘热空气气球上升到26,飞行4.5分钟。同年1121日他和M.达尔朗德又乘热空气气球作了一次自由飞行,在约1000米的高度上用25分钟飞行了约12公里。这是人类乘航空器的第一次空中航行。 
  蒙哥尔费的气球(见彩图)引起了法国科学院的注意。法国物理学家查理认识到对于提供升力来说,氢气比热空气更有效,他用涂以橡胶的绸制成了氢气球(称查理气球)。1783827日,氢气球在巴黎上升到约 915米,飘行了约25公里后降落。查理后来又制造了一只更大的气球,球下系以可载人的吊篮。1783121,他和一位同伴乘这只气球在空中飘行50公里,留空时间超过2小时。

世界航空史

  气球的出现激起了人们乘气球飞行的热情。178517日法国 J.-P.F.布朗夏尔和他的一个伙伴乘氢气球从英国多佛飞越英吉利海峡到达法国,这是人类乘航空器首次飞越这个海峡。18世纪末到19世纪初,气球主要用于军事、体育运动和科学试验。20世纪20年代后,出现了用氦气代替氢气作为浮升气体的氦气球,它比氢气球安全,但价格昂贵。在现代,气球主要用于高空探测。 
  飞艇的兴衰  气球随风飘流,不能控制前进方向。带有动力且可操纵的气球──
飞艇是轻于空气的飞行器合乎逻辑的发展结果。早期曾有人在气球上装帆、桨或翼片,但这些措施都未获效果。最早的飞艇是法国H.吉法尔于1852年制成的蒸汽气球。其气囊形如雪茄,下悬吊舱,上装蒸汽机,带动3叶螺旋桨,并有方向舵。1852 924日,吉法尔驾驶这艘飞艇由巴黎飞到特拉普斯,航程约28公里。速度约10公里每小时。早期的飞艇都是软式或半硬式的。19世纪末铝问世后,有人用铝作骨架,用薄铝板作气囊外壳,制成了硬式飞艇,上面装一台8.8千瓦(12马力)的4汽缸汽油内燃机,于1897113日升空飞行。1900年旅居法国的巴西人A.桑托·杜蒙因为驾驶自制的飞艇,在30分钟内绕飞巴黎艾菲尔铁塔而获奖。 
  在飞艇方面,德国的F.von齐伯林伯爵获得最大成就。1894年他完成了硬式飞艇设计,1900年制成,LZ-1号飞艇,长128,容积约11300立方米(图1)。1909年齐伯林创设了德国航空运输有限公司,1910622日开始用LZ-7
齐伯林飞艇在法兰克福、巴登和杜塞多夫之间作载客定期飞行,距离共193公里。LZ-7号飞艇可载20人,装有388千瓦(120马力)的活塞发动机,巡航速度为60公里每小时。这是最早的空中定期航线。第一次世界大战前后是飞艇发展的鼎盛时期,德国建立了齐伯林飞艇队,用于海上巡逻、远程轰炸和空运等军事活动,曾多次用飞艇对伦敦进行轰炸。飞艇体积大、速度低、飞行不灵活,极易受到攻击和损坏。第一次世界大战后,齐伯林公司又造了两艘巨型飞艇──“齐伯林伯爵”号和“兴登堡”号,在欧洲到南美和美国的商业航线上飞行。“兴登堡”号是当时最大的飞艇(2),容积200000立方米,长245米,内部陈设豪华,可载75名旅客,速度130公里每小时。1936 34日开始飞行。193756日从德国飞往美国时,在美国新泽西州莱克赫斯特上空,它的上部垂直尾翼忽然起火,火焰蔓延全艇,36人遇难,从此结束了飞艇的商业航行。20世纪70年代以后,不少国家又开始利用现代科学技术研制新的飞艇,用于油田巡逻和吊运大型装备。

世界航空史

 

世界航空史

  对飞机的探索和试验  在人类利用轻于空气的航空器飞行成功的同时,许多航空先驱者对重于空气的航空器──飞机也在进行探索和试验。19世纪初英国的G.凯利首先提出了利用固定机翼产生升力和利用不同的翼面控制和推进飞机的设计概念。由多年来尝试的扑翼转向定翼,是飞机走向成功之路的第一步。他在仔细地研究了鸟类飞行之后,认识到鸟翼的功能可分解为升举和推进两部分。1809年,凯利在其著作中写道:“全部问题是如何应用足以抵抗空气阻力的动力来使翼面支持一定的重量。”这就是动力飞行的基本原理。1849年,他制成一架滑翔机,将一个10岁的小孩带到几米的上空。1853年,他又制成一架新的载人滑翔机,带着他的马车夫飞了几百米。由于当时没有一种动力装置具有足够大的推力重量比,所以不可能实现动力飞行。 
  为了飞机的成功飞行,必须解决升力、动力和稳定操纵问题。许多人利用蒸汽发动机对动力飞行作了探索。英国的W.S.亨森于1842年设计了飞机草图并获得专利,但未制造(3 )1882年俄国的 Α.Ф.莫扎伊斯基曾使其单翼机沿斜坡下滑作过动力跳跃。1890年法国C.阿代尔的
蝙蝠式飞机由平地作了跃飞。1894年旅居英国的美国人H.S.马克西姆的巨型飞机试飞时也未获成功。他们的飞机飞行距离很短,无法说明飞机是可操纵的。1883年,汽油内燃机(活塞发动机)问世。20世纪初,美国科学家S.P.兰利制造了安装活塞发动机的飞机,但在1903年的两次试飞均遭失败,其原因主要是没有解决飞机的稳定操纵问题。

世界航空史

  当时,有少数人沿着另一条道路对飞行进行探索,他们从试飞滑翔机开始,先使滑翔机稳定地飞行并能操纵,然后再加上动力,这个途径恰是成功的道路。沿这条道路的创始者是德国的O.李林达尔。他从1867年起研究滑翔,1891年设计并制成一架滑翔机,18931896年间作了约2000次滑翔飞行,滑翔距离曾达300米(图4)。他的最终目的是在滑翔机上安装发动机,实现动力飞行。不幸他在1896年的一次飞行中因滑翔机失事而遇难。沿着李林达尔的道路继续探索的是在法国出生的美国土木工程师O.查纽特。他从1875年起开始对飞行发生兴趣,毕生搜集和编辑其他研究者的成果,于1894年出版了《飞行机械的进展》一书。1896年查纽特采用桥梁设计技术改进了李林达尔的双翼滑翔机,并作了几百次成功的飞行,飞行距离达几百米。查纽特曾打算制造动力飞机。当莱特兄弟读了他的书后与他建立了通信联系,他便成了莱特的顾问和知已,3人就通力合作了。莱特兄弟沿着李林达尔开辟的道路,吸取了前人的经验,成功地实现了人类第一次动力飞行,在航空史上作出了划时代的贡献。

世界航空史

  

活塞发动机飞机时期


(20世纪初至40年代中期)


  飞机飞行成功和初步进展  W.莱特和O.莱特两兄弟是美国自行车技师。他们在李林达尔滑翔飞行活动的鼓舞下对航空产生了浓厚的兴趣。他们制造了滑翔机,进行飞行操纵试验,又自行设计和制造了
风洞(图5),在风洞中他们把不同的机翼模型悬挂在风洞天平上,以测定机翼的气动力。在风洞实验的基础上设计制成新的滑翔机,1902910月,进行了近千次飞行,取得完全成功。于是他们决定进行动力飞行。1903年,莱特兄弟设计和制造了“飞行者”1号飞机(见彩图),这架飞机采用8.8千瓦(12马力)的水冷4缸活塞发动机和高效率的螺旋桨。机体主要为布、木材加钢管的结构。空气动力外形为“鸭式”,即两个升降舵在前,两个方向舵在后。机翼面略呈弧形。横侧稳定操纵靠两侧向上下相反方向扭转的翼尖来保证。机翼翼展12.3,飞机重约340公斤。19031217,莱特兄弟驾驶“飞行者”1号飞了4次。第四次飞得最远,约260米,留空59秒,这是人类最早的持续的动力飞行。

世界航空史

 

世界航空史

  19041905,莱特兄弟又制造了“飞行者”2号和3,后者是第一架实用的飞机。1906年莱特飞机获得专利,1908年莱特在法国的飞行表演轰动了欧洲。同年与美国陆军签订了制造军用飞机的合同。 
  20世纪初,欧洲也有人从事飞机的研究。1906年桑托-杜蒙设计的飞机在法国飞行成功。
1909年7月25日法国L.布莱里奥驾驶自己设计的“布莱里奥”Ⅺ号单翼机,首次飞越了英吉利海峡,在37分钟的时间内飞行了约40公里(6 )。这是最早的飞机国际飞行。1910 3月法国H.法布尔设计的浮艇式水上飞机,把飞机的使用范围从陆地扩大到水面。1909 8月在法国兰斯举行了第一次航空博览会。会上展出了38种不同型式的飞机,其中23架作了飞行表演和竞赛。在这些飞机中最远的飞行距离为180公里,飞行时间超过3小时,最高速度为75公里每小时。1910年11月14日在美国进行了飞机从航空母舰上起飞的试验。1913 225,俄国И.И.西科尔斯基设计的4发动机大型飞机“伊里亚·穆罗梅茨”号首次飞行成功,在第一次世界大战中它被用为重型轰炸机。1914年俄国飞行员П.Н.聂斯切洛夫完成了第一个飞机特技飞行──筋斗。飞机初步显示了它的军事潜力。

世界航空史

  飞机在第一次世界大战中的应用  飞机在军事上的最早应用是在19111912年意大利侵略土耳其之战。在后来的几次战争中也曾使用,主要用于侦察,而且规模很小。在第一次世界大战中,飞机开始大规模用于军事目的。大战开始时,各国拥有的飞机仅数百架,也没有专门设计的军用飞机。飞机起初用于侦察和照相,1914822,协约国的飞机在比利时前线进行了第一次侦察,从而发展了侦察机。侦察机在空中相遇时,飞行员常用手枪射击,于是产生了“控制天空”驱逐敌机的需要,出现了驱逐机(后称为歼击机)。飞行员先用马枪或步枪,后又改用机关枪射击。驱逐机于1914105日首先进行了空中格斗。德国1915年制成机枪射击协调器,射击时子弹从螺旋桨桨叶间隙中射出。19151916,德国装有射击协调器的单翼驱逐机福克 E-3取得很大成功,不久协约国也制造出这种装置并设计了一批优秀的驱逐机,此后又研制出轰炸机强击机。先是用手榴弹和炮弹从飞机上进行轰炸,后来发展了专用的航空炸弹航空瞄准具19141121日英国用爱弗罗 504型轰炸机深入德国境内对齐伯林飞艇工厂进行轰炸。1917年10月11日英国皇家飞行团成立,专门执行轰炸任务。191841日,这个团发展为英国皇家空军。19151219日,德国容克斯铝合金张臂式单翼机制成,大战末期德国曾将这种飞机作为对地攻击的强击机使用。战时还设计和生产了教练机以满足培训飞行员的需要。广泛使用的教练机有美国的寇蒂斯 JN-4D。美、英两国还开始建造航空母舰和舰载作战飞机。 
  第一次世界大战肯定了飞机在军事上的作用,出现了执行不同军事任务的飞机机种。战争由平面向立体转化。到第一次世界大战结束时,飞机的飞行性能已有显著的提高,飞行时速由80115公里提高到180220公里。升限由30005000米提高到8000,航程增大到440公里。飞机的结构和动力装置都有较大的改进。飞机的研究、设计、制造和驾驶有了明确的分工。航空已从个人的活动发展到有组织的集体活动。许多国家建立了专门的航空科学技术研究机构和航空工业,世界上已有200多个飞机厂和80个发动机厂,共生产了183877架飞机和235000台活塞发动机。大战开始时双方共有约1500架飞机,大战结束时已增到约8000架。航空活动已发展到相当大的规模,飞机、发动机和其他航空装备的研究、设计和制造已形成较为严密的体系。 
  飞机民用运输的创建  从1911年起就有人尝试用飞机开展运输和邮递服务。第一次世界大战后,剩余军用飞机很多,又有大批飞行员退役。德国战败后采用举办民用航空运输的手段,以保存技术力量,继续发展航空工业。首先在19192月建立了国内航线,同年825日,英法建立了国际定期空中客运航线,不久就形成了航空运输网。航线上使用的飞机是经过改装的轰炸机。1919 625日德国容克斯公司专门设计和制造出全金属下单翼民航机F-13。机上装有一台136千瓦(185马力)的活塞发动机,可载乘客4人和空勤人员2人。1920年,英国汉德利-佩奇公司制造了能载 12名乘客的双发动机旅客机。1922,改成装罗耳斯-罗伊斯公司265千瓦(360马力)发动机的旅客机,投入伦敦-巴黎-布鲁塞尔航线。随着空运业务的扩大,又制造出几种3发动机的旅客机,例如美国的福特4-AT(1926)、波音80A(1928),德国的容克斯Ju-52(1932) 
  速度和舒适性是
旅客机的两项重要指标。30年代为提高飞行速度,旅客机采用了流线型的空气动力外形,提高了客舱内部的舒适性。首先体现这些特点的是波音247旅客机(图7),不久,道格拉斯公司设计出性能更优越的DC-1DC-2DC-3旅客机。DC-31935年12月17日首次飞行,可载2128人或36人。它装有880千瓦(1200 马力)的星型气冷活塞发动机两台,巡航速度290公里每小时,航程2415公里。DC-3具有现代旅客机的主要特征──全金属结构、光滑金属蒙皮、收放式起落架、张臂式单翼、带整流罩的多台大功率活塞发动机、变距恒速螺旋桨。

世界航空史

  水上飞机在民用航空运输中也起了重要作用。1919年美国寇蒂斯NC-4首先开辟了大西洋航线。1929年德国的Do-X30年代最大的水上飞机。其翼展长达 47.88米,装有12台活塞发动机,总功率达4400千瓦(6000马力),载客最多时达169名。 
  全世界旅客机载客总量发展到3400000,其中美国的发展尤为迅速。 
  航空科学技术的进步  从20世纪初到第二次世界大战开始这个阶段内,航空科学技术发展得很快,成为促进飞机性能提高,应用范围扩大的主要因素。研究航空器飞行原理的空气动力学发展迅速。莱特兄弟的飞机飞行成功,曾得益于风洞实验。到了30年代,空气动力学已成为数学和工程相结合的典范。
Н.Е.茹科夫斯基F.W.兰彻斯特和M.W.库塔等在研究环流的基础上建立了机翼理论。1906年茹科夫斯基发表了升力理论。1904年,L.普朗特首先提出了边界层概念,解决了当时无粘性空气动力学理论与实验之间的矛盾。他还创立了有限翼展理论,建造了世界上第一个回流式风洞。1915,美国创设了航空咨询委员会,并建立了各种型式和不同尺寸的风洞,开展了大量航空科学研究工作。普朗特的学生和助手T.von卡门领导了美国加利福尼亚理工学院航空实验室,成为美国航空科学的带头人。1918年苏联创建了中央流体动力研究院。英、法等国家也相继成立了航空科学研究机构。 
  在这段时期内,航空科学技术研究在改善飞机空气动力外形、降低飞机阻力和提高发动机功率等方面都取得了重大的进展,其成果很快地反映到飞机设计上。20年代后期,双翼机逐渐向单翼机过渡。1933年以后,双翼机逐渐被淘汰。1930年前后,飞机的起落架由固定式加装整流罩改进为收放式;座舱由开敞式变成封闭式;发动机加整流罩,散热器改放到特殊风道内;飞机采用气密式结构;机翼上采用襟翼。飞机结构材料也由第一次世界大战时的木材、层板、亚麻布或棉布,改进为铝合金应力蒙皮,从而提高了强度、降低了阻力。活塞发动机也发展迅速,到30年代,重量功率比降低到0.68公斤/千瓦(0.5公斤/马力),单台功率从1919年的294千瓦(400马力)提高到30年代末的约1470千瓦(2000马力)。美国的星型气冷活塞发动机得到广泛的应用。英、德两国则在液冷直列式或 V型发动机方面取得进展。螺旋桨也由定距改进到变距恒速。1929年,美国的无线电导航技术在
飞机飞行试验中取得成功。到30年代末,民航飞机已普遍采用无线电导航。在第二次世界大战前,英国还发展了雷达技术,并用雷达从地面指挥战斗机作战。 
  随着航空科学技术的发展,飞机的飞行性能有了很大提高。1919
水上飞机首次横渡大西洋1927 520日美国C.A.林白驾驶瑞安 NYP-1型轻型飞机从纽约直飞巴黎,用了33小时39分。1937 6月,苏联А.Н.图波列夫设计的安特25又从莫斯科直飞美国。这些长途飞行表明飞机的可靠性和安全性大大提高。除航程外,飞机的升限和速度纪录也不断刷新。1933年飞机飞越珠穆朗玛峰。1938年创造了 17094米的升限纪录。1933年飞行时速提高到491.05公里。1939426日,德国Me-109R驱逐机创造了活塞发动机飞机飞行速度的空前纪录──755.09公里每小时。 
  
直升机旋翼机在两次大战之间获得改进,到1939 年渐趋成熟。早在1906年就有人研究过直升机,但没有解决平衡和操纵问题,直升机大都不能飞行。1923年西班牙人J.切尔瓦引入铰接式旋翼才使旋翼机飞行成功。1936626,德国人H.福克成功地试飞了第一架得到公认的载人直升机Fw-611939年9月14日,西科尔斯基设计的VS-300直升机试飞成功,1940年持续飞行31小时32,性能超过了Fw-61。由VS-300发展了一系列单旋翼带尾桨的典型直升机型式。1942年属于这个系列的 R-4直升机成批生产。1946年美国L.D.贝尔设计的贝尔47直升机取得适航证。在这以后直升机在军用和民用方面逐渐获得广泛的应用。 
  第二次世界大战中的军用飞机  30年代后期,第二次世界大战即将爆发,各国都研制了新的军用飞机。德国首先研制了Me-109驱逐机,英国研制了“飓风”式和“喷火”式驱逐机。这些飞机的最大速度约为480564公里每小时。苏联研制了拉格3、雅克1和米格3,米格3的最大速度为640公里每小时,飞行高度7800米。美国研制了寇蒂斯P-26A,在1935年设计了4发动机的重型轰炸机“空中堡垒”B-17。这些飞机大部分在大战初期应用。美国因参战较晚,使用了更加新的飞机,早期使用的战斗机有P-40P-39P-38(8)。后来投入了P47P51P-38P-47多用于轰炸机护航,但航程很短。P-51的航程远(带副油箱约为3349公里),速度大(784公里每小时)、升限高(11688米),作战性能好,于194312月投入护航后,大大降低了轰炸机的作战损失率。苏联后期的新型驱逐机有拉5、雅克9和雅克3,对德作战十分有效。日本“零”式驱逐机的重量小,机动性好,主要用于航空母舰和海战。1941年日军偷袭美国珍珠港时,“零”式飞机曾是主力。美国优秀的舰载战斗机有“野猫”、“山猫”、“海盗”等,它们在太平洋上多与“零”式飞机作战。

世界航空史

  强击机中最优秀的是苏联的伊尔2。这种飞机的装甲性能好、火力强,能有效地打击坦克和地面部队,是苏联战场上使用最多的作战飞机。伊尔 2及其改型伊尔10的产量占这时期苏联飞机产量的第一位,共生产41000多架。 
  轰炸机除轻型、中型和重型外,还有鱼雷轰炸机和俯冲轰炸机。俯冲轰炸机中以德国的容克斯-87最为著名,在俯冲轰炸时发出尖锐的啸声以产生恐吓作用。此后,德军还使用了亨克尔 He-111A双发动机轰炸机。美国的中型双发动机轰炸机B-25以首次轰炸日本东京而闻名于世。4发动机重型轰炸机,美国有B-17B-24,都装有精确的轰炸瞄准具,能在白
昼进行精确轰炸;英国有“兰克斯特”和“哈里法克斯”,能进行夜间区域轰炸。1944年初盟军加强对德战略轰炸,常常一天出动近1000架战略轰炸机和800900架护航战斗机。第二次世界大战中最重、最大的作战飞机是美国的 4发动机重型轰炸机B-29“超级空中堡垒”,总重为62500公斤。19446,B-29轰炸了日军的亚洲基地,接着又轰炸了日本列岛。194586日和9日,它在广岛和长崎各投下一颗原子弹,造成巨大的伤亡。 
  在第二次世界大战中,飞机性能迅速提高,参战飞机数量大,种类多。空军已成为重要的军种。飞机生产量达到高峰。美、英等盟国生产了约40万架,全世界共生产了约100万架。 
  

喷气飞机时期


(40年代中期以来)


  喷气飞机的诞生和突破音障  30年代后期,活塞发动机螺旋桨飞机的最大平飞速度已达 700余公里每小时,俯冲时接近音速。在这种条件下,飞机发生剧烈抖振、不稳定,甚至失去操纵而破坏。当时人们把这种现象称为音障。
涡轮喷气发动机和喷气飞机的诞生,为突破音障开辟了道路。 
  早在1791年已出现燃气轮机的设计方案,20世纪初产生了喷气推进的理论,但是很长时间内叶轮机的效率太低,不可能造出实用的涡轮喷气发动机。由于活塞发动机增压器的发展,叶轮机械的效率大幅度提高。在这基础上英国
F.惠特尔19301月取得涡轮发动机专利。德国H.-J.P.奥海因 却后来居上,他在1935年取得涡轮发动机专利,19373月研制成功推力为5000牛(500公斤力)的HeS-3B轴流式喷气发动机,1939年8月27日,装有此发动机改型HeS-3BHe-178飞机试飞成功,最大速度为700公里每小时,成为世界上第一架成功飞行的喷气飞机。惠特尔的离心式涡轮喷气发动机于1937 412日试制成功。1941515日装有W-1发动机的喷气飞机E28/39试飞成功。继He-178之后,德国Me-262战斗轰炸机也于1942728日首次飞行。它装有两台推力各为9000(900公斤力)的“朱摩”004轴流式涡轮喷气发动机,最大平飞速度为850公里每小时,超过第二次世界大战时盟国所有高性能活塞发动机的驱逐机。英国在1943年还试飞了“流星”和“吸血鬼”喷气战斗机。美国于1941年引进惠特尔的喷气发动机,由通用电气公司仿制成功,命名为I-A1942101,贝尔飞机公司的装有两台 I-A发动机的喷气战斗机“空中彗星”XP-59A试飞成功。1944年又试飞了“流星”P-80(F-80)。苏联在第二次世界大战后从德、英两国引进涡轮喷气发动机,开始喷气飞机的设计。第二次世界大战后,歼击机、轰炸机和其他军用飞机都先后喷气化,民航机的喷气化稍迟。通过喷气化,飞机的性能提高很快,空气动力外形也发生了很大变化。1946年,美国发展了“雷电”P-84和“泼妇”FY-1喷气战斗机,苏联试飞了雅克15和米格9。以上飞机都具有平直梯形机翼, 其最大速度约为800900公里每小时。后掠机翼理论早在1935年就已提出。在以接近音速飞行的飞机上,采用后掠机翼可以延缓出现跨音速时不利的空气动力特性。1947年苏联和美国分别研制了后掠角为35°的米格15(图9)和“佩刀”F-86喷气战斗机。中国人民志愿军空军在抗美援朝中曾用米格15与美国F-86飞机作战,是喷气战斗机最早应用于空战。

世界航空史

  为了进一步提高飞机的速度,必须突破音障。在卡门的建议下,美国于1943年开始执行贝尔火箭动力试验研究机的计划。当时,喷气技术已有一定的基础。在结构方面,气动弹性力学的发展,解决了30年代初因飞行速度提高而引起的飞机颤振问题。卡门和他的包括钱学森在内的同事们,已经基本上掌握了亚音速、跨音速和超音速空气流动的特点,并且开始了火箭的研究。这就为突破音障提供了技术基础。19471014日,美国贝尔X-1火箭试验研究机(见彩图)在12800米高空达到 1078公里每小时的速度(马赫数1.015),首次突破了音障。1953,美国“超佩刀F-100战斗机的高空平飞速度达到1220公里每小时,也突破了音障。X-1试验研究机仍采用平直机翼,主要靠火箭发动机的大推力来实现持续时间很短的超音速飞行。对于实用的超音速飞机,须采用后掠翼和面积律等措施。美国F-102战斗机在19541月试飞时,由于跨音速时波阻过大而未超过音速,随后采用跨音速面积律和其他措施,其改型F-102A(图10)顺利地超过音速。喷气飞机的诞生和突破音障,是航空发展史上的第三次重大突破,从此飞机进入了超音速飞行的领域。

世界航空史

 

世界航空史

  喷气军用飞机的发展  50年代,喷气战斗机的速度提高到音速的两倍。美国“星”式 F-104、“鬼怪”式F-4和苏联米格 21等战斗机都达到了这样的速度。60年代美国和苏联发展了3倍音速的军用飞机。飞机在高空持续以3倍音速飞行,空气动力加热严重,因而出现了热障问题。19624,美国研制的原型机A-11试飞成功。由A-11发展了YF-12远程截击机和SR-71战略侦察机。SR-71(见彩图)于1964年试飞,1966年交部队使用。为了克服热障,机体93%采用不锈钢。1976SR71创造了涡轮喷气发动机飞机的速度世界纪录──3529.56公里每小时。苏联的3倍音速飞机是米格25截击/战略侦察机,1969年装备部队。其原型机E-266曾于1977 831日创造涡轮喷气发动机飞机的升限世界纪录──37650米。

世界航空史

  5060年代,为了研究超音速、高超音速飞行和解决热障问题,美国在X-1的基础上研制了一系列试验研究机,D-558X-2X-15X-15(见彩图)为高超音速研究机,装有一台液体火箭发动机,推力超过266.9千牛(27215公斤力),1959年实现首次动力飞行。1963年和1967年分别达到107860米的高度和7297公里每小时的速度(马赫数6.72)。X-15的蒙皮主要用镍铬合金,受力结构用不锈钢和钛合金。

世界航空史

  60年代出现了两项航空新技术──变后掠机翼和垂直起落技术。它们在飞机上应用成功,为提高飞机综合性能开辟了新的途径。变后掠机翼是英国和美国分别于1946年和1951年开始研究发展的。第一架实用的变后掠机翼飞机是美国的F-111战斗机(图11)。它是为满足既要执行低空对地攻击任务又要执行高空远程截击任务的不同要求,而采取了变后掠机翼的布局。F-111飞机于1964年12月21日试飞成功,变后掠机翼在70年代和80年代获得日益广泛的应用。如美国的B-1(见彩图)F-14,苏联的米格23、米格27、苏17/20/22、苏24和英国、联邦德国和意大利合作研制的“狂风”(见彩图)等飞机都采用了变后掠机翼。

世界航空史

 

世界航空史

 

世界航空史

  垂直起落技术的研究始于50年代。1954年英国用“飞行台架”试验研究机作了垂直起落飞行试验。1962年起英国又试飞了垂直起落研究机P-1127和“茶隼”。在此基础上发展了“鹞”式垂直和短距起落战斗机(图12),1969年装备英国空军。美国引进了“鹞”式,经过改进后命名为AV-8A60年代末,苏联研制了舰载垂直起落歼击机雅克36

世界航空史

  60年代研制的3倍音速战斗机,机动性差,不适于空战。为此,7080年代又发展了一系列机动性好、马赫数为22.5、机载电子设备先进、火力强大的新型军用飞机。这些飞机中除上述的变后掠翼飞机外,还有美国的F-15F-16F-18,苏联的米格29、米格27,法国的“幻影”2000和“幻影”4000(见彩图)等。这些飞机采用了边条翼和前后缘机动襟翼等先进的空气动力措施。

世界航空史

  第二次世界大战后,轰炸机经历了继续发展活塞发动机轰炸机的短暂过程,然后转向喷气式。美国在B-29的基础上发展了活塞发动机的B-50B-3619511217日,美国最早的喷气轰炸机B-47首次飞行。在B-47的基础上,1952年发展了重型战略喷气轰炸机B-52(图13,用以代替B-36B-52经过几次改型,一直使用至今。1962B-52H曾创造飞机航程20168. 78公里的世界纪录。4050年代,英国发展了三种V型喷气轰炸机,苏联发展了伊尔28、米亚4、图20和图16喷气轰炸机。6070年代又出现了几种超音速轰炸机,如美国的B-58XB-70变后掠机翼的FB-111B-1,苏联的双发动机轰炸机图22 4发动机的变后掠翼战略轰炸机图26XB-703倍音速的鸭式战略轰炸机,主要结构材料为不锈钢,1964年9月21日首次飞行。后因美国战略思想的改变,只造了两架就停止发展,把它改用于超音速客机的设计研究。

世界航空史

  第二次世界大战后,军用运输机也得到相应的发展,各国研制了一系列涡轮螺旋桨和涡轮喷气军用运输机,其容积和重量不断增大。最大的是苏联的安22和美国的“银河”C-5A运输机(见彩图)。安221965 2月首次飞行,总重250000公斤,最大载重约80000公斤。C-5A19686月试飞,总重达348810公斤,最大载重约120000公斤。

世界航空史

  喷气民航飞机的发展  第二次世界大战时大型机场遍布世界各地,为战后民航运输的迅速发展创造了良好的条件。民航机的喷气化比军用机稍晚,经过了一个大型活塞发动机民航机的过渡阶段。美国的战时军用运输机C-54,于战后复原为民航机DC-4。接着美国又发展了“星座”式和波音B377“同温层巡航者”式。它们都是大型4活塞发动机民航机,在喷气民航机问世后不久就被淘汰了。喷气式民航机的使用是民航技术的一次飞跃,不仅提高了民航机的速度近2,而且使飞行高度提高到11公里左右,在平流层飞行,增加了安全性和舒适性。 
  最初使用的喷气民航机是英国的“子爵”号,它装有4台涡轮螺旋桨发动机,1950729日在伦敦-巴黎航线上飞行。第一架纯涡轮喷气发动机的喷气民航机是英国的 4发动机“彗星”号(图14)。它于1949年开始设计,195252日开始在航线上使用。在19535月到19544月之间,“彗星”号连续3次失事,主要是由于疲劳断裂问题。“彗星”号虽遭失败,但已经显示了喷气民航机的优越性,它的教训使以后的喷气民航机避免出现类似的问题。在这以后,航线上飞行的喷气民航机又有苏联的图 1041956年)和美国的波音7071958年)。波音 707的速度达到9001000公里每小时。50年代末又出现了同类型的喷气民航机 DC-8和康维尔880/990。这些可以称为第一代喷气民航机。从1956年起,喷气民航机数量日增,终于成为民航运输的主力。

世界航空史

  60年代,由于喷气发动机技术的改进,第二代喷气民航机安装了高涵道比的涡轮风扇发动机,这种发动机的耗油率低和发动机噪声小,使喷气民航机变得更加经济和舒适。这一类飞机包括美国的波音727DC-9,法国的“快帆”,英国的“三叉戟”和苏联的伊尔62 
  70年代出现的喷气民航机以宽机身为主要特征,提高了飞机的载客量和舒适性。19701月美国4发动机巨型喷气民航机波音747(见彩图)开航。其总重达约373000公斤,客舱可并排乘坐10,最大载客量超过500人。7080年代又有几种宽机身民航机问世。其中有法国、英国、联邦德国、荷兰和西班牙五国合作研制的双发动机的“空中公共汽车”A-300,美国3发动机的DC-10和“三星”L-1011以及苏联4发动机的
伊尔86

世界航空史

  80年代的喷气民航机有美国双发动机的波音757、波音767和欧洲的A-310,可用于中短程和中远程的航线,其主要特点是耗油率低,经济性好。 
  1968 12 31日苏联首次试飞了超音速民航机图144(15),它的设计参照了英法合作研制的“协和”号超音速民航机(见彩图)。后者在1969 3月开始试飞,1976 1月用于航线飞行。这两种飞机把民航机的速度提高到略大于 2倍音速。但是超音速民航机耗油多、噪声大,限制了它的发展和使用。

世界航空史

 

世界航空史

  喷气式民航机的发展改变了交通运输的结构,飞机已成为与国民经济和人民生活息息相关的交通工具,近30年来,空运成本下降很多,规模迅速扩大,形成了遍及全世界的航线网。 
  其他航空器的发展  第二次世界大战以后,直升机和轻型飞机的发展十分迅速,此外,还出现了一些其他类型飞机。直升机具有录活方便和不需要固定的机场设施等优点,在民用航空运输、军事、救生方面得到了广泛的应用。50年代直升机的速度很低,约100200公里每小时。采用
涡轮轴发动机、固接式旋翼和组合式构造后,直升机速度提高到约480公里每小时。1961年美国开始使用S-61型直升机,它装有两台1030千瓦(1400马力)的涡轮轴发动机,在此基础上又发展了S-62S-64起重直升机和S-65重型直升机。1961年美国还研制了纵列双旋翼的CH47运输直升机。60年代中期美国的武装直升机“休伊眼镜蛇”用于对地强击任务。1965年苏联研制出横列双旋翼式运输直升机米12(见彩图),总重量达105000公斤。此外,还有米 8运输型、米10起重型、米24武装型和米26重型运输型等直升机。

世界航空史

  通用飞机是指军用飞机和商业民航飞机以外的所有轻型飞机。通用航空始于20年代,由于社会的需要,通用飞机已广泛用于农田作业、空中摄影、测量勘探、交通运输、造林护林、医疗救护、体育运动等方面。通用飞机的数量不断增加,到1965年已超过 53000架。60年代通用飞机已占全世界飞机总数的60%,到1974年通用飞机总数已达153000架。 
  人力飞机一直受到人们的注意。扑翼人力飞机迄今未获成功。英国的定翼人力飞机曾作过短暂飞行。1977年美国人力飞机“飘忽秃鹰”号完成8字航线飞行。
1979年5月12日,美国人力飞机“蝉翼信天翁”号用2小时49分飞越英吉利海峡。由于人的体力有限,人力飞机只能用于体育活动。人力飞机为研制低速、低翼载、轻重量飞机提供了经验,太阳能飞机70年代末开始研制(见彩图)1979年4月29日,美国太阳能飞机“太阳升降机”号首次航行,飞了约1.5 分钟。198012月“太阳挑战者”号试飞成功,它使用了大量工程塑料,仅重约90公斤,机翼和尾翼上装有16128只太阳电池,198177,它用5小时23分和64.4公里每小时的速度飞越了英吉利海峡。随着太阳能转换技术的提高,太阳能飞机的性能将会进一步提高。

世界航空史

  航空科学技术的新变革  随着科学技术的发展,航空科学技术产生了深刻的变革。60年代飞机开始使用计算机、捷联式惯性导航塔康导航系统,机载脉冲多普勒雷达飞机飞行自动控制系统等,这些系统将飞机的通信、导航、自动控制、电子对抗,目标的截获、识别和跟踪、全天候飞行等方面的性能提高到新的水平,从而大大提高了飞机的作战、机动和生存能力。例如1968年英国“三叉戟”2E民航机装备了全天候自动着陆系统,提高了着陆的安全性。70年代军用飞机广泛使用了主动控制技术,使得飞机在初步设计时就考虑控制系统的作用,综合选择飞机最佳外形,降低飞机阻力,减轻飞机结构重量。70年代随着计算机技术的进一步发展,出现了综合机载电子系统。 例如波音757、波音767A-310民航机都装备有飞行管理系统,飞行管理计算机用于调度系统工作,它通过数据传输线与传感器分系统、飞行控制分系统和控制显示分系统相联,整个系统兼有性能管理、导航、控制和显示等功能。在7080年代的军用飞机上,机载电子设备在飞机总成本中的比例,已从50年代的5%~10%增加到30%~60,航空工业已经成为微电子工业高级产品的重要市场。计算力学、计算机辅助设计和计算机辅助制造已使传统的飞机设计和飞机制造发生了重大的变化。除此以外,80年代的飞机已经广泛使用新型复合材料。70年代初开始使用的F-15F-16等战斗机,复合材料只占结构重量的2%~3,80年代初开始使用的F-18等战斗机上已提高到10%~26%,这就能大大减轻重量和降低成本,使航空器的性能产生新的飞跃。 
  航空和
航天有着紧密的联系,航天飞机以火箭发动机为动力飞出大气层,又可像飞机那样返回大气层降落。它是航空和航天科学技术综合发展的结果。1981 4月美国“哥伦比亚”号航天飞机首次遨游太空,标志着航空与航天技术进入了进一步结合的新阶段。