中国人民在火箭方面的发明创造

我国古代劳动人民通过生产斗争、阶级斗争和科学实验,在科学方面取得了辉煌的成就,对人类做出了重大贡献。我国人民善于总结经验,巧妙地利用力学原理创造各种工具器械,发明很多,火箭就是我国的重要发明之一。     

关于飞艇

在人类历史上,飞向天空曾经是人们多年渴望实现的美好愿望。嫦娥奔月故事(飞向宇宙空间)和《庄子》一书中所说“列子御风而行”(在大气中飞行),便是我国古代很有名的两个例子。社会生产力不断发展,美好的愿望通过实践逐步变成现实。我国古代很早便开始了有关航空的研究和实践,在空气动力学原理的应用、重于和轻于空气的飞行器研制、喷气技术和火箭武器的发明等许多方面,都曾作出了杰出的贡献。例如,关于重于空气的飞行器,早在两千四百多年前春秋战国时期鲁国的能工巧匠公输般,后来东汉初大科学      

中国古代的飞行器械

 记述古代中国人不仅进行了滑翔飞行的尝试，或乘风筝飞行，而且还发明了许多与飞行相关的器 械或器物，如木鸢、竹蜻蜓、风筝、热气球、降落伞等. 还有指南针和万向支架(即陀螺仪 的雏形，古代称其为``被中香炉')的发现，也对早期航空发展起过一定作用.     

从“水排”看儒法斗争对古代机械发展的影响

我国古代冶金机械水力鼓风机——“水排”,是世界科学技术史上的重大发明之一。它发明于东汉初年,却到曹魏时代才得到推广和发展,中间被埋没近两百年,这深刻地反映出儒法两条路线对科学技术起到截然相反的作用。 “水排”是东汉建武七年(公元三十一年)杜诗出任南阳太守时,在总结当地劳动人民冶铁生产经验的基础上发明的。南阳是我国古代具有冶铁手工业传统的地区,早在战国时代就能锻炼钢铁,制造锋利兵器。西汉时代由于汉武帝实行盐铁官营政策,这里的冶铁业得到更大发展.在东汉以前冶铁鼓风(排)已由“人排”逐渐发展到“马排”。因此,“水排”的创造决不是个别人的偶然的行为,而是我国冶铁手工业工人生产实践经验的结晶。而杜     

高温空气的热力学性质

自从第二次世界大战末德国发明V-2火箭,特别是1957年苏联发射第一个人造地球卫星以后,航空和宇航技术高速发展,现在,飞行体的速度已远远超过第一宇宙速度(7.8公里/秒)。随着速度剧增,带来了低速飞行时不曾出现的特殊问题:一是高M数效应,一是高温对飞行介质的影响。高M数效应使得通常的Navier-Stokes方程失效。研究这方面问题,属于高速空气动力学范围。在实际问题中,高速必然伴随着产生高温,这两方面的效应交织在一起。热效应比起单纯的速度效应更本质,这使得高速高温流动现象及其介质性质的研究成为高温气体物理力学的一个最重要方面。      

电火箭在卫星控制中的应用

1968年,美空军战术通讯卫星 LES-6首次使用电火箭控制卫星姿态,在地球同步轨道上运行五年,顺利地通过了试验,标志着电火箭开始跨入航天火箭俱乐部.与化学火箭不同,电火箭喷出带电的高速气流,因而具有高"比冲"、长寿命、小推力、高精度的特点.化学火箭依靠热力膨胀,喷气速度仅有几公里/秒;电火箭依靠电磁加速,喷气速度却能大到几十公里/秒到几百公里/秒.因此,电火箭的比冲很高,能达数千到数万秒,比化学火箭高 ...     

从竹筒粽子说起——浅谈火箭回收相关的航天原理

太空探索公司(SpaceX)成功回收"猎鹰9号"火箭第一级,点燃了大众对于火箭回收的关注热情.本文试图通过简单易懂的方式向大众介绍一些与火箭回收相关的航天原理,利用竹筒粽子这一生活中常见的事物解释宇宙第一速度、多级火箭、软着陆等科学概念.     

漫话中国古代的飞行

 在美国莱特兄弟发明飞机百年之际，又有中国``神舟'五号太空飞行，人们自然想到飞行史 前阶段人类曾经有过的飞行尝试. 本文叙述古代中国人的有关飞行思想与滑翔飞行的情况， 并将原始文献展示读者，以供参读.     

外弹道学中的力学问题

<正> 提起枪支、炮弹等,似乎这是力学以外的属于兵器这一行当的概念,但是兵器的学问中没有一处能离得开力学的基础理论.无论枪支、炮弹、坦克、火箭、导弹……都与力学密切相关,不懂得力学知识的人是难     

从竹蜻蜓到直升机旋翼系统

通过对蜻蜓目昆虫的古文献记载、蜻蜓的飞行特点以及葛洪在《抱朴子》中有关"飞车"记载的分析,指出现有文献中关于"竹蜻蜓"起源说法的不当之处.在分析竹蜻蜓的直升飞行状态和倾斜飞行的进动特性的基础上,阐述了直升机旋翼系统与竹蜻蜓的不同之处.指出直升机旋翼系统的拉力产生原理虽近似于竹蜻蜓,但现今已发展成为一个非常复杂的系统,科技含量远高于竹蜻蜓.古代的发明是由生活经验促成,与现代许多发明之原理相近,但是没有及时形成知识体系,仅停留在个案层面,不易推而广之;需要把经验逻辑化、体系化,才便于指导工程实践,形成良性循环.     

0Cr18Ni9Ti-U71Mn摩擦副高速重载磨损行为的数值模拟

火箭橇是在专用轨道上利用火箭发动机作动力推动火箭滑车高速前进以获取试验测试数据的动态试验装备.火箭橇滑块在高速重载服役条件下的磨损严重威胁着火箭橇的可靠运行和服役安全,更是制约火箭橇发展和应用的技术瓶颈之一.本文作者基于Archard磨损模型和弹塑性变形理论,利用有限元开展了0Cr18Ni9Ti-U71Mn火箭橇摩擦副在高速重载下磨损行为的数值模拟. 0Cr18Ni9Ti为火箭橇滑块,U71Mn为火箭橇滑轨,在模拟速度为300、340和380 m/s以及载荷为2、3和4 kN,模拟了高速重载下滑块磨损特性的演变过程.结果表明：增加载荷或速度均出现了前端效应,致使前端区域更容易发生磨损.增加载荷不利于磨损阶段从初始磨损向稳定磨损的转变,而增加速度却能够起到促进作用.随着载荷的增加,滑块的磨损深度随平均接触压力的增大而显著上升;但随着速度的增加,平均接触压力呈现下降趋势,滑块磨损深度缓慢增大.高速重载条件下,通过控制载荷可以有效减少火箭橇滑块的磨损,延长滑块的服役寿命.     

运载火箭结构动力学模拟技术研究进展

本文首先按照火箭的不同型号, 综述了国内外全箭模态分析及试验验证的进展情况; 然后, 从蒙皮加筋圆柱壳结构动力学建模、液体推进剂动力学模拟、局部振型斜率预示三个方面, 综述了火箭动力学建模技术进展; 最后根据火箭动力学发展需求, 对后续研究提出了一些建议.      

真实火箭射流冲击流场中激波结构的实验研究

本文采用一种有效的激光-莫瑞光栅干涉系统首次拍摄到真实火箭燃气射流冲击流场的激波结构.解决了长期以来无法拍摄到高温、高速、强火焰光的火箭射流流场图像的问题。利用这一系统,研究了射流冲击流场中激波结构的一些变化规律,发现了一些新的激波结构。较系统地研究了欠膨胀射流冲击各种锥体的激波形态。     

钱学森先生指导下的科大力学系火箭小组

我是中国科学技术大学近代力学系第一届(即07系58级)学生.在大学一、二年级时,我担任钱学森先生亲自指导的科大力学系火箭小组秘书组的组长. 2008年9月,在科大校庆50周年之际,中国科学技术大学出版社出版了我编著的<钱学森与中国科学技术大学力学系火箭小组>一书.     

钱学森对近代力学的发展所做的贡献

钱学森先生为了研究实现高速飞机和远程火箭的可能性,在空气动力学、固体力学、稀薄气体力学和飞行力学等应用力学领域做出了杰出的贡献;并且开创了喷气推进学、工程控制论和物理力学等技术科学新分支.他对近代力学以至技术科学的内涵和发展方向,发表过全面系统的论述.在这篇文章中将介绍他的主要研究成果,并对他的科学思想作一初步的探讨.      

回顾钱学森先生居留国外时期对力学的贡献

钱学森先生离我们而去,我国失去了一位科学巨人,我们力学界失去了一位大师,我也失去一位跟随整整60年的恩师. 钱先生在美国期间在力学和火箭方面所发表的论文,对国际力学和航空航天学术界有重要而广泛的影响,这主要是由于论文的原创性、超前性、深刻性、涉及面的广泛性和实用价值.     

基于多体系统传递矩阵法的多管火箭定向器振动控制

应用多体系统传递矩阵法,建立了全新的多管火箭发射动力学控制模型,以二次型性能指标为成本函数, 设计了脉冲推力器为控制执行机构的振动主动控制律,并设计了多管火箭发射系统在燃气流冲击下定向器的振动主动控制系统,获得了最优脉冲控制力幅值和脉冲推力器工作次数. 应用设计的控制律数值仿真了某多管火箭定向器无控和受控状态下的振动响应,仿真结果表明该法可有效地降低定向器的振动.该方法易于工程实现,对控制多管火箭发射系统的振动、提高多管火箭射击的精度具有重要意义.      

地面效应影响下的高速火箭橇气动特性数值与风洞试验研究

精确预示地面效应下高速火箭橇的气动特性及流场规律对高速火箭橇的设计和评估具有重要意义。本文应用有限体积方法,研究了湍流模型对火箭橇气动特性计算精度的影响,建立了基于realizable k-ε湍流模型的火箭橇气动特性的高精度数值计算方法;结合风洞试验方法,研究了雷诺数和地面效应对高速火箭橇流场流动规律的影响,分析了火箭橇气动特性。结果表明,火箭橇阻力系数随雷诺数增大而减小,升力系数和俯仰力矩系数随雷诺数增大而增大,但雷诺数对高速火箭橇气动特性的影响较小;地面效应会使火箭橇流场发生激波-激波干扰、激波-边界层干扰和激波反复反射等复杂气动现象,大幅提升了火箭橇的升力系数和俯仰力矩系数,但对阻力系数的影响较小。研究为高速火箭橇气动外形的设计及运动稳定性的评估提供依据。     

电火箭星际航行：技术进展、轨道设计与综合优化

早在1963年, 钱学森先生在他出版的专著《星际航行概论》中阐述了星际航行研究的重要性以及电火箭技术在星际航行中的应用前景. 与传统化学推进相比, 高比冲电火箭或电推进技术有望为星际航行任务承载更多有效载荷以及实现更佳航行性能. 与此同时, 与电火箭技术应用相关的连续推力轨道分析与优化设计为航天轨道力学注入了新的研究内容, 并指导着电火箭星际航行的未来发展. 该文将依次介绍电火箭技术进展、连续推力轨道设计以及电火箭星际航行的综合优化问题, 力图描述电火箭应用于星际航行的基本内容与实现途径以及应用于载人深空飞行的设想.     

离心力和滑翔距离对于高超声速巡航飞行性能的影响

高超声速巡航飞行器(HCV)是21世纪国际空天技术竞争的焦点, 它的飞行性能可以用初始发射质量与广义有效载荷之比衡量. 文献[1]建立了该性能的耦合分析框架. 在这个框架下进一步考虑了离心力和滑翔距离两个重要因素的影响. 定量分析表明: 给定飞行距离, 对HCV飞行性能影响最大的是巡航速度, 其次是升阻比, 再次是巡航发动机比冲. 随着飞行距离的增加, 由于离心力和滑翔距离的计入, 火箭动力HCV的飞行性能大幅提高, 从近中程到远程均显著优于经典的最小能量弹道. 吸气式冲压发动机尽管比冲大幅优于火箭发动机, 但在巡航速度适用范围和飞行器升阻比方面, 均不及后者. 综合而言, 火箭动力HCV是现阶段非常有竞争力的选择.