航空航天技术概论 第四章(理24)

《航空航天概论》课程教学大纲课程编号：B2F050110课程中文名称：航空航天概论课程英文名称：Introduction to Aeronautics and Astronautics开课学期：秋/春季学分/学时：2.0/24+10°先修课程：建议后续课程：适用专业/开课对象：所有专业/全校1年级本科生团队负责人：杨超贾玉红责任教授：执笔人：贾玉红核准院长：一、课程的性质、目的和任务《航空航天概论》是各专业一年级学生的必修课程，主要向学生介绍航空航天技术所涉及学科的基本知识、基本原理及其发展概况。

本课以飞行器（航空器和航天器）为中心，分别介绍了飞行原理、动力系统、机载设备、构造以及地面设备等方面的初步知识、原理和技术，并尽量反映上述学科的最新成就和发展动态。

通过该课程的学习，学生应对航空航天技术所涉及学科的基本知识、基本原理有一个全面和系统的了解，培养学生爱航空航天、学航空航天、投身于航空航天的兴趣和爱好，进一步培养学生的航空航天工程意识，提升国际视野，并为后继课程的学习打下基础。

本课程重点支持以下毕业要求指标点：1.1掌握飞行器设计的基本理论、基本知识1.2飞行器设计的基本能力1.3熟悉航空航天飞行器设计的方针、政策和法规1.4熟悉航空航天的理论前沿、应用前景和发展动态,具备创新意识1.5良好的思想品德、社会公德和职业道德的能力二、课程内容、基本要求及学时分配第一章航空航天发展概况（6学时）1. 航空航天的基本概念（掌握）2. 飞行器的分类、组成与功用（掌握）3. 航空航天发展概况（掌握）4. 我国的航空航天工业（掌握）5. 航空航天技术现状及未来发展趋势（了解）重点支持毕业要求指标点1.3，1.4，1.5第二章飞行环境和飞行原理（8学时）1. 飞行环境（了解）2. 流动气体的基本规律（掌握）3. 飞机上的空气动力作用及原理（掌握）4. 高速飞行的特点（掌握）5. 飞机的飞行性能，操纵性和稳定性（掌握）6. 直升机的飞行原理（掌握）7. 航天器的飞行原理（了解）重点支持毕业要求指标点1.1，1.2第三章飞行器动力系统（3学时）1. 发动机的分类及特点（了解）2. 活塞式航空发动机（掌握）3. 空气喷气发动机（掌握）4. 火箭发动机（掌握）5. 组合发动机（了解）6. 非常规推进系统（了解）重点支持毕业要求指标点1.1，1.2第四章飞行器机载设备（3学时）1. 传感器、飞行器仪表与显示系统（掌握）2. 飞行器导航系统（掌握）3. 飞行器自动控制系统（掌握）4. 其他机载设备（了解）重点支持毕业要求指标点1.1，1.2第五章飞行器的构造（4学时）1. 对飞行器结构的一般要求和常用的结构材料（了解）2. 航空器的构造（掌握）3. 航天器的构造（掌握）4. 火箭和导弹的构造（了解）5. 地面设施和保障系统（了解）重点支持毕业要求指标点1.1，1.2三、教学方法本课程采用理论教学和现场教学相结合的方法，理论教学主要讲授基本原理和基础知识，大比例现场教学让学生对所学内容有更直观的认识，加深对理论知识的学习和理解。

“航空航天器技术概论”课程教学大纲英文名称：Introduction to Aeronautics & Astronautics课程编号：MACH4262学时：40（理论学时：24学时实践学时：16学时）学分：2适用对象：机械工程及其自动化专业本科四年级学生先修课程：完成机械类专业主干课程学习使用教材及参考书：[1] 谢础，航空航天技术概论(第2版)，北京航空航天大学出版社，2008.8[2] 昂海松，童明波、余雄庆，航空航天概论，科学出版社，2008.7一、课程性质和目的性质：专业基础课目的：1.了解各类飞行器的飞行原理、飞行器分类、组成、工作原理、设计制造过程，建立投身航空航天领域所必需的基本概念与知识体系。

2.激发学生投身航空航天事业的热情。

二、课程内容简介航空航天技术是高度综合的现代科学技术，是一个国家科技先进水平的重要标志，对人类社会生活影响最大的科学技术领域之一。

学生通过课堂教学、企业参观、讲座、课程实验方式，对航空航天技术的发展历程、最新成果与未来的发展趋势有一个全面了解，初步建立航空航天工程的基础概念，了解各类飞行器、动力系统、机载设备和地面设备的组成、分类和工作原理，了解航空航天设计、制造过程与相关技术，形成初步的工程意识，为今后从事相关专业的工作和学习奠定一定的基础。

培养学生对航空航天的兴趣和国防意识。

三、教学基本要求1．了解航空器和航天器的分类，航天、航空技术发展历史、现状与未来方向。

2．掌握航空航天的基础概念，了解各类飞行器、动力系统、机载设备和地面设备的组成、工作原理。

3．了解飞机设计、制造总体流程。

四、教学内容及安排 (24学时)第一章：绪论1.1 航空航天的基本概念与范围1.2 航空飞行器发展简史1.3 航空飞行器的主要种类1.4 火箭、导弹与航天器发展简史1.5 航天飞行器的主要种类1.6 火箭与导弹的主要种类1.7 我国的航空航天工业1.8 航空航天技术现状及未来发展趋势教学安排及教学方式第二章：飞机环境与飞行原理2.1 飞行环境2.2 流动气体的基本规律2.3 飞机上的空气动力作用及原理2.4 风洞的功用和典型构造2.5 飞机的飞行性能、稳定性和操纵性2.6 航天器飞行原理作业题目：PPT，飞行器的发展趋势第三章：飞机的主要组成部分及其功能3.1 机翼3.2 机身、尾翼和起落架3.3 飞机的动力装置3.4 飞机飞行控制系统3.5 航空仪表3.6 航空电子系统3.7 其它系统作业题目：参观航空设计、制造企业的感受（3000字左右）。

航天技术概论复习提纲第⼀章绪论1、19世纪末，⽕箭运动的基本数学⽅程，并且从理论上证明，⽤多级⽕箭可以推动⼀定的载荷进⼊空间的是前苏联⽕箭之⽗——齐奥尔科夫斯基。

2、开展了⼈类第⼀次液体⽕箭飞⾏试验的是美国的⼽达德博⼠。

3、领导设计了世界上最⼤的⽕箭——⼟星五号⽕箭是冯·布劳恩4、1957年10⽉4⽇，前苏联发射了世界上第⼀颗⼈造卫星。

5、前苏联的尤⾥·加加林是第⼀位进⼊太空并成功返回地球的航天员6、1965年，前苏联的宇航员列昂诺夫乘坐“上升号”载⼈飞船，第⼀次进⾏了⼈类太空⾏⾛。

7、1969年，美国开展了“阿波罗”登⽉计划。

7⽉份，美国阿波罗11号飞船成功登⽉球——静海。

阿姆斯特朗、奥尔德林成为⼈类第⼀个踏上⽉球。

8、1971，前苏联发射了“礼炮⼀号”空间站，“礼炮⼀号”空间站是⼈类第⼀个空间站9、1981年4⽉，美国⼈开创了另外⼀种新型的航天器——航天飞机。

10、1970年4⽉24⽇发射了我国⾸颗卫星——东⽅红⼀号11、2003年10⽉15号，我国神⾈五号飞船第⼀次把宇航员杨利伟送⼊太空。

第⼆章近地空间环境1、深空探测主要包括⼏个⽅⾯？答：深空探测是指脱离地球引⼒场，进⼊太阳系空间和宇宙空间的探测。

主要有两⽅⾯的内容：⼀是对太阳系的各个⾏星进⾏深⼊探测，⼆是天⽂观测。

2、什么是近地空间？近地空间环境包括哪些？答：⼀般指距离地⾯90～65000km（约为10个地球半径）的地球外围空间。

近地空间环境由多种环境要素组成，其中对航天活动存在较⼤影响的环境要素主要包括：太阳电磁辐射、地球辐射带、地⽓辐射、地球电离层、地球磁场、地球引⼒场、地球反照、银河宇宙线、太阳宇宙线、磁层等离⼦体、空间碎⽚、流星体、⾼层⼤⽓、原⼦氧。

（14）第三章航天飞⾏⼒学1、简述卫星有哪些轨道要素及其物理意义，并在下图中标⽰出轨道要素。

卫星轨道6要素：①轨道长半轴(a)：轨道长半轴②轨道偏⼼率(e)：椭圆两焦点之间的距离与长轴的⽐值③轨道倾⾓(i)：轨道平⾯与地球⾚道平⾯的夹⾓④升交点⾚经(Ω)：从春分点到升交点的⾓距⑤近地点⾓距()：在轨道平⾯上，升交点和近地点⽮径的夹⾓⑥真近点⾓(f)：近地点和卫星所在位置⽮径之间的夹⾓升交点是卫星由南向北运⾏时其轨道⾯与地球⾚道⾯的交点。

航空航天技术概论范例随着全球经济的不断发展，民众对物质需求的快速增长，航空业的持续发展需要越来越大的空域容量，因此“最优化可利用空域”的重要性凸显。

在世界航空这样的大背景下，中国民航在经过六十多年的发展，安全水平稳步提高，运输总量快速增长，航路航线不断丰富，保障能力逐渐完善，因此从其中一种意义上来讲中国民航更迫切地需要引进和掌握新航行技术使我国的民航事业更上一个台阶，使我国真正向民航强国迈进。

而把基于性能导航（PBN）这项全球瞩目的航行技术系统化、中国化以及普及化正是当前我国民航推动和发展新技术的一项重要课题。

1 概念介绍传统导航是指航空器依靠地面导航设施（如VOR、NDB、VOR/DME等）所发射的信号进行引导和定位，通过向背台航迹指引进行飞行的一种导航方式。

在这种导航方式下，航空器沿固定的航路飞行（因为传统的航路正是基于地面导航设施位置、逐个连接各导航台点而成的），受地面导航台布局与导航设施性能的制约，传统导航呈现出飞行航迹的精度不高、约束性和局限性日益彰显的现实情况。

基于性能导航（PBN-Performance Based Navigation）是国际民航组织（ICAO）建立在区域导航（RNAV）与所需导航性能（RNP）的基础概念之上，以新航行系统（CNS/ATM）为基本架构，并且参考整合了空域概念后所提出的一种航空运行概念。

区域导航（RNAV）是一种导航方法，允许航空器在相关导航设施的信号覆盖范围内、或在机载自主领航设备能力限度内、或在二者结合下沿所需航路飞行。

从理论上来讲，实行区域导航的航空器，只要能在导航信号覆盖范围内，可以沿任意期望的航迹飞行。

所需导航性能（RNP）的定义为航空器在一个确定的空域、航路或终端区域内运行时所必需的导航性能精度。

RNP不仅对航空器机载导航设备（如FMS）有运行方面的相关要求，还对支持相应RNP类型空域的导航系统（如GPS）也有相应的要求。

在ICAO对RNAV与RNP概念的整合管理之后，我们可以这样来理解：RNP除了具备RNAV的能力外，还增加了自主监视与告警功能。

航空航天概论《航空航天概论》是1997年10月北京航空航天大学出版社出版的图书，作者是何庆芝。

该书以航空器和航天器为中心，对其学科和各系统进行了全面介绍。

航空航天科学技术是一门高度综合的尖端科学技术，近几十年来发展迅速，对人类社会的影响巨大。

本书是为航空航天院校低年级学生编写的入门教材，使学生初步了解航空航天领域所涉及学科的基本知识、基本原理及其发展概况。

全书共六章。

第一章绪论是一般概述，第二章是飞行器飞行原理，第三章是飞行器的动力系统，第四章是飞行器机载设备，第五章是飞行器构造，第六章是地面设备和保障系统。

原理论述由浅入深、循序渐进，内容丰富、翔实，文字通顺易懂、可读性强。

本书是航空航天院校教材，适合低年级学生学习，也可供相关专业的教学、科技人员参考。

以下是目录参考前言第一章绪论第一节航空与航天的基本内涵第二节飞行器的分类一、航空器二、航天器三、火箭和导弹第三节航空航天发展简史一、航空发展简史二、火箭、导弹发展简史三、航天发展简史第四节飞行环境一、大气飞行环境二、空间飞行环境三、标准大气第二章飞行器飞行原理第一节流体流动的基本知识一、流体流动的基本概念二、流体流动的基本规律三、空气动力学的实验设备――风洞第二节作用在飞机上的空气动力一、飞机的几何外形和参数二、低、亚声速时飞机上的空气动力三、跨声速时飞机上的空气动力四、超声速时飞机上的空气动力第三节飞机的飞行性能，稳定性和操纵性一、飞机的飞行性能二、飞机的稳定性与操纵性第四节直升机的飞行原理一、直升机概况二、直升机旋翼的工作原理第五节航天器飞行原理一、Kepler轨道的性质和轨道要素二、轨道摄动三、几种特殊的轨道四、星下点和星下点轨迹五、航空器姿态的稳定和控制思考题第三章飞行器的动力系统第一节概述第二节发动机分类第三节活塞式航空发动机一、发动机主要机件和工作原理二、发动机辅助系统三、航空活塞式发动机主要性能参数第四节空气喷气发动机一、涡轮喷气发动机二、其他类型的燃气涡轮发动机三、无压气机的空气喷气发动机第五节火箭发动机一、发动机主要性能参数二、液体火箭发动机三、固体火箭发动机四、固－液混合火箭发动机第六节组合式和特殊发动机一、火箭发动机与冲压发动机组合二、涡轮喷气发动机与冲压发动机组合三、特殊发动机思考题第四章飞行器机载设备第一节飞行器仪表、传感器与显示系统一、发动机工作状态参数测量二、飞行状态参数测量三、电子综合显示器第二节飞行器的导航技术一、无线电导航二、卫星导航系统三、惯性导航四、图像匹配导航（制导）技术五、天文导航六、组合导航第三节飞行器自动控制一、自动驾驶仪二、飞行轨迹控制三、自动着陆系统与设备四、电传操纵五、空中交通管理第四节其他机载设备一、电气设备二、通信设备三、雷达设备四、高空防护救生设备思考题第五章飞行器构造和发展概况第一节对飞行器结构的一般要求和所采用的主要材料一、对飞行器结构的一般要求二、飞行器结构所采用的主要材料第二节飞机和直升机构造一、飞机的基本构造二、军用飞机的构造特点和发展概况三、民用飞机的构造特点和发展概况四、特殊飞机五、直升机第三节导弹一、有翼导弹二、弹道导弹三、反弹道导弹导弹系统第四节航天器一、航天器的基本系统二、卫星结构三、空间探测器结构四、载人飞船五、空间站第五节火箭一、探空火箭二、运载火箭第六节航天飞机和空天飞机一、航天飞机二、空天飞机思考题第六章地面设施和保障系统第一节机场及地面保障设施一、机场二、地面保障系统第二节导弹的发射装置和地面设备一、组成和功用二、战略弹道导弹的发射方式三、战略弹道导弹的发射装置和地面设备第三节运载火箭的地面设备与保障系统一、航天基地二、航天器发射场三、中国的航天器发射场和测控中心四、发射窗口思考题。

第四章 控制系统4.1 概述控制系统是航天器、运载火箭和导弹等飞行器的重要组成部分，是飞行器运动的指挥中枢。

要求飞行器完成飞行任务，就必须对它的运动实施影响。

飞行器的运动包括其质心的运动和绕其质心的角运动两部分。

对这两种运动的影响包括稳定和控制两方面的要求，稳定是指保持原有的状态（位置和姿态），控制是指按预定的目标改变状态。

一般说来，飞行器控制系统的任务就是对飞行器质心运动的轨迹和绕质心角运动的姿态实施控制和稳定。

比如在运载火箭发射和飞行过程中，控制系统的主要任务是控制火箭按预定的轨迹飞行，使有效载荷精确入轨；同时对火箭进行姿态控制，保证在各种干扰条件下稳定飞行；还要控制飞行过程各分系统工作状态变化和信息传递；发射前要对火箭进行检查测试，实施发射控制（简称发控）。

而对于在空间飞行的航天器，控制系统的主要任务包含对航天器姿态的稳定和控制，以及对航天器轨道的控制；还包括温度控制和生命保障系统的控制等。

显然，对于不同种类的飞行器，控制系统的任务是不完全相同的。

它们的作用原理、构成也有相当大的差别。

本章将分别介绍运载火箭、航天器和导弹的控制系统4.2 运载火箭的控制系统前面已经提到，运载火箭控制系统的主要任务是控制火箭按预定的轨迹飞行，使有效载荷精确入轨。

当有效载荷是打击地面固定目标的战斗部时，运载火箭就成为弹道式导弹。

因此，弹道式导弹的控制系统与运载火箭的控制系统有许多相同之处。

为避免重复，本节在介绍运载火箭控制系统的同时，也穿插介绍弹道式导弹的控制系统。

4.2.1 运载火箭控制系统的组成和功能运载火箭的控制系统由制导系统、姿态控制系统、配电系统和测试发控系统等分系统组成。

制导系统的功能是控制火箭的质心沿预定的弹道飞行，并保证卫星、飞船等有效载荷准确入轨。

对弹道式导弹来说，就是控制弹头落点的精度。

姿态控制系统则是控制火箭绕质心的运动，并保证飞行姿态的稳定。

配电系统除完成控制仪器设备的供电外，还根据飞行程序发出时序指令控制各分系统工作状态变化的协调。

航空航天概论课后习题及答案第一章3．国内外第一架飞机为何人何时所制造？1903年美国的莱特兄弟制成世界上第一架动力飞机试飞成功。

1909年中国的冯如自行制成第一架飞机试飞成功。

4.我国第一架飞机,第一架喷气飞机，第一架超声速飞机，第一架自行设计飞机是什么飞机？何时制成？第一架飞机: 初教5 1953年制成第一架喷气飞机：歼5 1956第一架超声速飞机：歼6 1958第一架自行设计飞机：歼教1 19586 活塞式飞机为什么不能实现超声速飞行？A．增加功率就要增加发动机的气缸的容积和数量，导致发动机本身的重力和体积成倍增长，这样不仅会使飞机阻力猛增，还会因为发动机重力过重而使机内部结构无法安排。

B．活塞发动机是靠螺旋桨产生拉力的，当飞行速度和螺旋桨转速进一步提高时，桨叶尖端将会产生激波，是螺旋桨效率大大降低，这也限制了飞机速度的提高。

第二章1. 飞机主要组成部件极其名称和功用？①机身主要用来装载人员，货物，燃油和机载设备，还将机翼，尾翼，起落架，动力装置连接在一起形成一个整体。

②机翼主要功用是产生升力；还使飞机具有横侧安定性和操作性；安装发动机，起落架；放置燃油和其他设备。

③尾翼保持纵向平衡；使飞机具有纵向和横向稳定性和操作性。

④起落架在飞机滑跑，停放和滑行过程中起支撑作用，同时吸收飞机在滑行和着陆是的震动和冲击载荷。

⑤动力装置主要用来产生拉力或推力使飞机前进；3 喷雾器的液体是怎样喷出来的？对于装有液体的喷雾器，其前端喷口是横截面积很小的孔，当向前活塞时，液体被向喷口压缩，根据连续性定理可知：在相同的时间内，流进任意截面的流体质量等于流出另一截面的流体质量，而喷雾器喷口处流体通道较喷雾器主筒小很多，故而液体必然以较大的速度向外喷出。

5 熟记机翼几何参数的符号及意义。

试比较两个翼型的几何平均弦长C G 和翼展长b.（p36）翼展长b 表征机翼左右翼稍之间的最大距离。

外露根弦c0和翼稍弦长c1几何平均弦长（c0 + c1）/ 26 升力是怎样产生的？它和迎角有何关系？产生原理：空气流到机翼前缘时分成流经沿机翼上下表面的两股气流，而在机翼后缘重新汇合后流去。

第1章绪论1、什么是航空？什么是航天？航空与航天有何联系？航空是指载人或者不载人的飞行器在地球大气层中的航行活动。

航天是指载人或者不载人的航天器在地球大气层之外的航行活动，又称空间飞行或宇宙航行。

航天不同于航空，航天器主要在宇宙空间以类似于自然天体的运动规律飞行。

但航天器的发射和回收都要经过大气层，这就使航空和航天之间产生了必然的联系。

2、飞行器是如何分类的？按照飞行器的飞行环境和工作方式的不同，可以把飞行器分为航空器、航天器及火箭和导弹三类。

3、航空器是怎样分类的？各类航空器又如何细分？根据产生升力的基本原理不同，可将航空器分为两类，即靠空气静浮力升空飞行的航空器（通常称为轻于同体积空气的航空器，又称浮空器），以及靠与空气相对运动产生升力升空飞行的航空器（通常称为重于同体积空气的航空器）。

（1）轻于同体积空气的航空器包括气球和飞艇。

（2）重于同体积空气的航空器包括固定翼航空器（包括飞机和滑翔机）、旋翼航空器（包括直升机和旋翼机）、扑翼机和倾转旋翼机。

4、航天器是怎样分类的？各类航天器又如何细分？航天器分为无人航天器和载人航天器。

根据是否环绕地球运行，无人航天器可分为人造地球卫星（可分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星）和空间探测器（包括月球探测器、行星和行星际探测器）。

载人航天器可分为载人飞船（包括卫星式载人飞船和登月式载人飞船）、空间站（又称航天站）和航天飞机。

5、熟悉航空发展史上的第一次和重大历史事件发生的时间和地点。

1810年，英国人G·凯利首先提出重于空气飞行器的基本飞行原理和飞机的结构布局，奠定了固定翼飞机和旋翼机的现代航空学理论基础。

在航空史上，对滑翔飞行贡献最大者当属德国的O·李林达尔。

从1867年开始，他与弟弟研究鸟类滑翔飞行20多年，弄清楚了许多飞行相关的理论，这些理论奠定了现代空气动力学的基础。

美国的科学家S·P·兰利博士在许多科学领域都取得巨大成就，在世界科学界久负盛名。