物理技术对飞机的发展

物理技术对飞机的发展学校：湛江师范学院班级：12物本一班学号：2012294119姓名：刘树聪摘要：飞机经过了100多年的发展，终于在现在取得了重大的进步，本文章通过记录这100年间飞机的发展与这100年间的物理学的发展来说明出物理技术对飞机的发展起到了重要的作用。关键词：物理技术、牛顿第三定律、飞机引言：随着物理技术的发展，大量的先进的物理技术被大量运用在飞机制造方面，这时先进的飞机的制造代表着这个国家的综合科技水平。那么现在又有多少先进的技术被应用在了飞机的制造方面呢？而这些技术又有着怎样的特点呢？原理：牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力，总是同时在同一条直线上，大小相等，方向相反。即F1=－F2（N=N‘）伯努利原理：即流体（包括气流和水流）的流速越大，其压强越小；流速越小，其压强越大。多普勒效应：物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。霍尔效应：当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差。量子反常霍尔效应：在磁性材料中不外加磁场而产生电流——不需要外加磁场的量子霍尔效应。航空燃气涡轮发动机涡轮新技术：涡轮CFD技术、三维设计技术、高效冷却叶片设计、先进结构设计、先进耐高温材料与工艺、叶尖间隙主动控制技术、先进刷式封严技术。结果与讨论：气推进是牛顿第三运动定律的实际应用。该定律表述为：“作用在一物体上的每一个力都有一方向相反大小相等的反作用力。”就飞机推进而言，“物体”是通过发动机时受到加速的空气。产生这一加速度所需的力有一大小相等方向相反的反作用力作用在产生这一加速度的装置上。喷气发动机用类似于发动机/螺旋桨组合的方式产生推力。二者均靠将大量气体向后推来推进飞机，一种是以比较低速的大量空气滑流的形式，而另一种是以极高速的燃气喷气流形式。所以喷气发动机是一种通过加速和排出的高速流体做功的热机或电机，使燃料燃烧时产生的气体高速喷射而产生动力。大部分喷气发动机都是依靠牛顿第三定律工作的内燃机。其中我国的“岷山”涡扇发动机，最大推力有4700千克，比活塞式发动机着巨大的提升。根据伯努利原理可知飞机的机翼做成的形状就可以使通过它机翼下方的流速低于上方的流速，从而产生了机翼上、下方的压强差（即下方的压强大于上方的压强），因此就有了一个升力，这个压强差（或者说是升力的大小）与飞机的前进速度有关。当飞机前进的速度越大，这个压强差，即升力也就越大。所以飞机起飞时必须高速前行，这样就可以让飞机升上天空。当飞机需要下降时，它只要减小前行的速度，其升力自然会变小，以致小于飞机的重量，它就会下降着陸了。从机翼的原理，我们也就可以理解螺旋桨的工作原理。螺旋桨就好像一个竖放的机翼，凸起面向前，平滑面向后。旋转时压力的合力向前，推动螺旋桨向前，从而带动飞机向前。当然螺旋桨并不是简单的凸起平滑，而有着复杂的曲面结构。老式螺旋桨是固定的外形，而后期设计则采用了可以改变的相对角度等设计，改善螺旋桨性能。脉冲多普勒雷达：当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。所以脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强，能探测出隐蔽在背景中的活动目标。结论：1903年美国莱特兄弟设计制造的飞机进行了成功的飞行，这是世界上首次实现重于空气的航空器的有动力、可操纵的飞行。第一次世界大战中，飞机已用于作战，当时飞机的速度已达180～220千米/时，升限6000～7000米，航程400～450千米，轰炸机载弹量1000～2000千克。在第二次世界大战中，飞机的速度达到750千米/时，轰炸机载弹量可达10吨左右。20世纪40年代中期以后，发动机由活塞式发展到喷气式，飞机的飞行性能显著提高；80年代飞机的升限已超过30000米，最大速度超过3倍音速，航程超过20000千米，最大载重量超过100吨。早期的飞机为木质材料拼接起来的小型飞机，期航程短，载重量少，飞行速度慢，飞行高度低，使用的燃料是汽油，只适合表演用途。后来到了二战期间，飞机的种类慢慢地丰富起来，出现了大型的轰炸机、运输机。其主要材料是钢，有部分的飞机依然使用木质材料，比如日本的飞机，亦有一些铝制飞机，比如美国的B-25.这些飞机的性能有了很大的提高，其航程和飞行速度增大了很多，而且出现了四发发动机的重型轰炸机和运输机，极个别的还有8台发动机的超重型飞机。这期间的飞机大部分是配备活塞式发动机，但是德国研制了少量的喷气式飞机。。到了五六十年代，大量的喷气式战斗机开始出现，此时的战斗机称为第一代战斗机，还有一些早期的喷气式轰炸机。此时的飞机性能有了质的变化，但是其生产成本还是偏高，所以此时的飞机还是主要用于军事的用途还没有大量用于民航。到了七十年代，美苏两国已经有了一些经验开始设计第二代喷气式战斗机，此时民航业开始出现，其中有波音747。到了90年代，第三代战斗机开始出现，此时已相继出现一些大型的运输机和民航客机，其中世界上最大的运输机安——124“秃鹰”，翼展73.36米，机长69.10米，机高21.08米最大载荷有150吨，空重175吨，最大起飞重量405吨，最大航程4500千米，此时的飞机还装有大量的电子设备，其中脉冲多普勒雷达得到了大量的应用，而且大多数的飞机上仪表被几个平面显示器来代替了，这极大地减少了飞行员的工作量。到了21世纪，由于射频隐身技术和3D打印技术、航空燃气涡轮发动机涡轮新技术的出现，此时的飞机性能得到了很大的提升其电子自动化水平变得十分强大。相对早期的飞机来说可以是脱胎换骨。而量子反常霍尔效应的出现，则飞机的电子设备将有新一轮的提升。参考文献：1.《普通物理学教程——力学》（第二版）漆安慎高等教育出版社67页2.《普通物理学教程——力学》（第二版）漆安慎高等教育出版社364页3.《微电机》-2013年第1期4.《普通物理学教程——电磁学》（第二版）梁灿彬高等教育出版社198页5.《环球飞行》2013年06月期35页6.《环球飞行》2013年03月期65页7.《环球飞行》2013年01月期70页8.《环球飞行》2013年01月期52页9.《环球军事》2013年02月期63页10.《ModernMilitary》2013年02期85页