从军转民的角度浅析航空技术对人类社会生活的影响.doc

北京航空航天大学 航空航天概论课程作业从军转民的角度浅析航空技术对人类社会生活的影响航空技术对人类社会生活的影响表现在多个方面，首先，军用航空技术作为军事高技术，不但能够影响一个国家的军事实力，而且能够通过改变国家间的军事力量平衡影响一个国家在世界格局中的地位；其次，民用航空技术则能够直接参与交通运输、资源勘测、农林作业等经济活动，从而服务于一个国家的经济社会发展如（图1所示）。另外，任何科学技术的发展应用都不会局限于某一个特定的行业领域，航空技术在服务航空领域的同时，也不断开拓新的应用处女地如汽车、建筑等等，从而以各种各样的产品形式造福于人类社会。图1 航空技术对人类社会的直接影响本文从航空技术转化为民用技术的角度出发，以具体实例简要说明航空技术对人类社会生活的巨大影响。涡轮增压动力系统的新革命20世纪初期最新的工业技术往往最先应用在军事领域。尤其是两次世界大战爆发的这几十年内，工业技术得到了飞速发展，在航空领域，由于早期的螺旋桨发动机采用活塞发动机，燃烧时需要大量的空气与燃料混合形成混合气。但是高空中，随着海拔不断升高，空气变得越来越稀薄，飞机的爬升高度因“发动机缺氧”受到了制约（然而，事实是，飞机爬升得越高，越不容易被地面察觉，也越不容易被地面的防空火炮击中，高空域的动力性能是侦察机和轰炸机急需解决的主要问题之一）。这时候，工程师们就想到利用额外的机械将空气强制压入燃烧室中（如图2所示），从而解决飞机的高空动力性问题。图2 涡轮增压技术示意图早在1906年，瑞士工程师布奇便提出了涡轮增压器的概念。1916年，法国人拉托将涡轮增压器安装到了雷诺发动机上，并将其安放在了TP-1飞机之上。第一种强制增压进气的发动机诞生，不过在当时涡轮增压器还没有受到军方高层的重视，那时，各国的武器制造商还是将注意力集中在使用功率更大的发动机、火力更强的机枪上。这种先进的战机并未来得及大放异彩，战争便已经结束了。美国参战后，两国在相关领域开始合作，GE公司受NACA委托，在著名工程师莫斯（如图3所示）的领导下，开始进行研制，并第一次研发了冷却涡轮机匣技术。1918年，他首次将涡轮增压器安装在一台V12飞机发动机上，并在14.000英尺（海拔4300米）的高度上飞跃了科罗拉多州的派克峰，打破了之前的世界记录。莫斯也凭借着这项发明，入列美国航空航天名人堂，与莱特兄弟、林德伯格等航空先驱共同接受后世的礼敬。图3 美国航空工程师Sanford Alexander Moss虽然一战中，这种装备并未来得及取得辉煌的成就，然而，该技术在战后大放异彩。1920年，飞行员驾驶涡轮增压飞机，第一次飞到了万米高空。二战中，美军所有的著名飞机如B-29、P-47（如图4所示，右侧的小圈指示了涡轮增压器的安装位置）等，几乎都使用了涡轮增压器。 图4 著名的美国P-47战斗机随着喷气时代的到来，涡轮增压器飞机发动机的辉煌划上了一个句号。然而，使用尾气涡轮增压的汽车发动机因为其较低的油耗和强劲的动力，在汽车市场上受到了更为广泛的欢迎。1961年美国通用汽车公司将涡轮增压器试探性的装在其生产的某种车型上。20世纪70年代成为了涡轮增压器的一个转折点，装配增压发动机的保时捷911问世。而真正让涡轮增压技术焕发青春的是瑞典SAAB萨博公司，它于1977年推出的SAAB99车型大大促进了涡轮增压技术的传播和更广泛应用，但那时的涡轮增压器仅限于装配在小车的汽油发动机上面。一直到80年代中期，欧美的卡车制造商才将涡轮增压技术应用在各自的柴油发动机上面。图5 七十年代的保时捷911（左）和萨博99（右）玻璃钢技术把复合材料技术的应用推向高潮战争在给人类带来灾难，刺激人类神经的同时，却也刺激着科学技术的飞速发展，仅二战中催生的军事技术就不胜枚举，玻璃钢的发明就在其中。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称为玻璃纤维增强塑料或玻璃钢。玻璃钢是近五十多年来发展迅速的一种复合材料。1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机雷达罩，其后不久，美国来特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机，并于1944年3月来特伯特空军基地试飞成功。从此，纤维增强复合材料开始受到军界和工程界的注意。第二次世界大战以后这种材料迅速扩展到民用，风靡一时，发展很快。1946年纤维缠绕技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术储备。 图6 飞机雷达罩和压力容器1949年研究成功玻璃纤维预混料，并成功制造了表面光洁、尺寸、形状准确的复合材料模压件。1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制成直升机的螺旋桨。六十年代，美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。在此期间，玻璃纤维聚酯树脂喷射成型技术得到了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。1961年，片状模塑料（Sheet Moulding Compound简称SMC）在法国问世，利用这种技术可制成大幅表面光洁、尺寸、形状稳定的制品，如汽车、船的壳体以及卫生洁具等大型制件，从而将复合材料技术的应用推向了高潮。由于玻璃钢是一种复合材料，其性能的适应范围非常广泛，因此它的市场开发前景十分广阔。据有关统计资料，世界各国开发的玻璃钢产品的种类已达4万种左右。虽然各国均根据本国的经济发展情况，开发的方向各有侧重，但基本上均已涉及到各个工业部门。我国玻璃钢工业经过四十多年来的发展，也已在国民经济各个领域中取得了成功的应用，在经济建设中发挥了重要的作用。现将玻璃钢主要的应用领域，粗略地概括如下：1、建筑行业：冷却塔、建筑结构、围护结构、室内设备及装饰件、玻璃钢平板、波形瓦、卫生洁具及整体卫生间、桑拿浴室、冲浪浴室，建筑施工模板、储仓建筑、混凝土模板、筋材，以及太阳能利用装置等等。2、化工行业：耐腐蚀管道、贮罐贮槽、耐腐蚀输送泵、耐腐阀门、格栅、通风设施，以及污水和废水的处理设备及其附件等等。3、汽车行业：汽车壳体及其他部件，全塑微型汽车，大型客车的车体外壳、车门、内板、主柱、地板、底梁、保险杠、仪表屏，以及消防罐车、冷藏车、拖拉机的驾驶室及机器罩等。4、电气工业及通讯工程：有灭弧设备、电缆保护管，发电机定子线圈和支撑环及锥壳，绝缘管、绝缘杆，电动机护环，高压绝缘子，标准电容器外壳，电机冷却用套管，发电机挡风板等强电设备；配电箱及配电盘，绝缘轴，玻璃钢罩等电器设备；印刷线路板、天线等电子工程应用。5、铁路运输方面：火车窗框、车内顶弯板、车顶水箱、厕所地板、行李车车门、车顶通风器、冷藏车门、储水箱，以及某些铁路通讯设施等。6、公路建设方面：有交通路标、隔离墩、标志桩、标志牌、公路护栏等等。7、内河运输：客货运船、捕渔船、气垫船、各类游艇、赛艇、高速艇、救生艇、交通艇，以及玻璃钢航标浮鼓及系船浮筒等等。图7 生产生活中无处不在的玻璃钢制品随着科学技术的发展，以及人民生活水平的提高，许多民用玻璃钢产品大量地被开发，例如许多城市雕塑、工艺美术造型，快餐桌椅、摩托车部件、玻璃钢花盆、安全帽、高级游乐设备、家用电器外壳等，都成功地被大量应用。另外，自从有撑竿跳高这项运动以来，运动员使用木制撑竿创造的最高纪录是3.05米。后来使用了竹竿。到一九四二年，把纪录提高到了4.77米。竹竿的优点是轻而富有弹性，欠缺之处是下端粗而上端细，再要提高记录有很大困难 ，于是人们又用铝合金竿代替竹竿，它虽然轻而牢固，但弹性不足。这样，从一九四二年到一九五七年，十五年时间，撑竿跳高的最高纪录仅仅提高了1厘米。但自从新的玻璃钢撑竿出现以后，由于它轻而富于弹性，纪录飞速上升，如今的撑杆跳高纪录已经超过了6米大关。图8 撑杆跳高运动在今天，玻璃钢也被大量应用在人们的生活方面，人们亲切地把它叫“玻璃钢”，由于它的某些特殊品种仍能保留许多玻璃的优点，如透明性 ，于是人们用它作为窗户玻璃，既能遮挡阳光中的紫外线，又能使居室明亮。人们还把它用来制作各种坚固耐用的生活日常用品。如浴具、厨房用具、梳洗用具等。从军事侦查摄影到航拍产业和遥感科学航空在战争中最早的用途是敌情侦察与炮兵校正。早在飞机发明之前百年，人们便已经利用热气球、飞艇进行军事侦查活动。一战前夕迅速发展的科学技术令航空军事侦查迈入了一个新的纪元。有军事专家认为，正是因为协约国侦察机的出色表现，使其得以挽回马恩河会战初期的颓势，从而最终逆转一战战局。1918年，协约国反攻前夕，每晚显影处理的航拍照片多达12000张，可以看出航空侦察摄影技术此时已经受到了极大的重视。 图9 一战中的航空侦察摄影同盟国在利用飞机进行侦察方面可以说走在了协约国前面。1912年，意大利航空队长皮亚扎上尉第一次利用一台蔡司相机进行了从飞机上拍摄敌军阵地的尝试。1913年，德国的高茨公司便成功研制了世界上第一台航空用相机。后来高茨公司并入蔡司公司。由于军事领域的旺盛需求，一战期间蔡司公司便已经成为世界最大的相机生产商。一直到今天，这家公司依旧以出产全世界最优秀的镜头而闻名，德国的光学工业也藉此一直保持着领先优势。第一台真正意义上的用于航空侦察的可见光照相机是由英国皇家空军传奇人物布拉巴宗中校在桑顿-皮卡德公司支持下研制成功的。正是他们将相机安放于飞机腹部由飞行员操控拍照，而这种形式也一直延续至今。这台相机采用的立体成像技术不但使得分析更为准确，更被后世广泛的应用于军用地图的校正。1918年，英军阿兰比将军派飞行员拍摄了巴勒斯坦土耳其军前线51公里纵深将近1620的地域，用于校正已有的军用地图，这也开辟了将航空拍照用于地图绘制的先河。但也有军事史专家指出，1915年，奥匈帝国航空队便已经通过航空照相绘制军事地图。图10 军事航拍照片现如今，军事侦察摄影技术已被广泛地应用于测绘行业、地理学研究、救难、特工监视活动、警方追踪疑犯、电视台现场直播等等。在中国，由于旺盛的需求市场，航拍已经成为一个新兴产业。图11 航拍测绘 图12 赛事直播而现代意义上的遥感科学，也正是在一战快速发展的航空侦察科学基础之上发展起来的。今天我们畅快地使用手机提供的地图服务时，或许很少想到，如此神奇的技术竟来源于百年前的世界大战。当然，现代遥感科学技术已经不仅仅是航空摄影的延伸了，专用的遥感卫星、资源卫星提供了极大的便利。图13 遥感技术和卫星照片众所周知，先进的科学技术往往率先被应用于军事领域，为保护国家安全提供强有力的利剑和后盾。但是，在人类文明的演进过程中，和平和发展永远是主旋律。因此，军用技术只有转化为民用技术才能够直接服务社会经济发展，提高人民生活质量，真正转化为社会利益和价值。本文就是以具体实例说明航空技术在从军事领域走向民用领域的过程中，对人类的社会生活产生的巨大影响。航空作为工业上的王冠，高新科技的实验田，也将继续为人类文明的进步注入新活力。引用自：