沈　元

雖然人類祖先很早以前就有學著鳥飛、翱翔天空的愿望，甚至還有飛到月亮、飛到星辰上去的幻想，但是人類真正的飛行歷史主要是廿世紀的事情。在這六十年，特別是最近三十年的時期中，航空技術進展的速度是其他科學技術部門所少有的。從飛機速度提高的經過來看，廿世紀卅年代飛機最高速度才不過每小時四百公里左右；到了四十年代后期已經接近六百公里了。第二次大戰(zhàn)中間出現了噴氣式發(fā)動機，飛機速度從而躍進到每小時一千公里左右；到了六十年代前期則已經跨進了超音速飛行的時代。今天人們已在研究和試驗三倍、四倍于聲音速度以至更高速度的飛機。如果我們聯(lián)想一下火車的最大速度和十級大風的速度都不過聲音速度的十分之一左右，就不難想象超音速飛行的復雜情況。

在第二次大戰(zhàn)末期還出現了作為武器使用的無人駕駛飛行器，這就是當時希特勒德國用來從歐洲大陸發(fā)射轟炸英國的V－1型飛彈和V－2型火箭。第二次大戰(zhàn)后火箭技術有著比飛機的發(fā)展更快的進展，直到1957年蘇聯(lián)成功地發(fā)射了洲際彈道火箭并在其后接連著發(fā)射了三顆人造地球衛(wèi)星和三支宇宙火箭，揭開了航空史新的一章，開辟了宇宙航行的新紀元。現在，根據蘇聯(lián)已經掌握的大推力火箭技術和人造衛(wèi)星及宇宙火箭所探得的高空資料，人類飛到宇宙中去將不是很遠的事情。為了挽救在宇宙飛行競賽中的失敗，美國除了準備在今年發(fā)射一些相形見拙的小型人造衛(wèi)星和月球火箭外，還吹噓要在1960年前，將一架帶人的研究飛機，飛到地球大氣層的邊緣，作為研究宇宙飛行和重新進入大氣層的嘗試。但是連美國人自己也不能不承認要趕上蘇聯(lián)在航空技術方面的優(yōu)勢絕不是很短時間的事情。

航空科學技術在發(fā)展中不斷擴大自己的領域。今天的航空動力已不限于從空氣中吸取氧氣的活塞式或各種噴氣式發(fā)動機，還包括自帶氧化劑的各種化學燃料火箭發(fā)動機和原子能發(fā)動機。雖然光子火箭目前還只是一個可能性，離子火箭則已經是實驗室中的現實了。飛行器的種類也不只限于有人駕駛的在空氣中飛行的各種飛機，還包括各種自動控制或遠距離操縱的導彈以及星際航行的器械。因此今天航空的涵義不只限于“在空氣中航行”的意義，而且還包含有“在太空中航行”的意義。

飛行器的速度、高度、航程和載重量的不斷提高；從由人駕駛的飛機到半自動化的飛機以至完全自動化或遙控的導彈的轉變；飛行范圍從大氣層內部擴展到宇宙空間；這一切航空技術上的新進展不斷提出新的科學技術問題。這里我們可以就最近發(fā)展的趨勢舉幾個例子。

隨著飛行速度的增加，在研究飛行器的空氣動力性能上，一般流體力學所能處理問題的范圍已大受限制?？紤]空氣壓縮性影響的高速氣動力學近十幾年有著很大的發(fā)展，在某些情況下甚至還要同時考慮空氣粘性的影響。不僅如此，高超音速飛行時由于靠近飛行器表面的氣體分子受熱而離子化，這些帶電粒子又在地球磁場中運動，這就又增加了電磁力的作用。磁性氣動力學目前還是一門很年輕的學科，但是它的發(fā)展將對高速飛行起很大的作用。高速氣流的氣動加熱作用在三、四倍聲音速度時就可以達到攝氏300度以上。因此不但引起了材料強度性能的變化，同時由于飛行器表皮里外及各點溫度不同還產生了熱應力。這里不僅提出了飛機強度計算上的新問題，也提出了尋找新材料的問題，鋁合金將要被鈦合金、不銹鋼這一類高強度合金所代替。在更高速度時還要尋找其他對付這些在表皮上產生的大量熱量的辦法。

在一般機械振動中只需要考慮慣性力和彈性力的交互作用，在飛機中還要加上空氣動力的作用。機翼和尾翼的顫振就是這三種力交互作用的結果。在近音速的飛機上由于空氣動力加大了，同時翼型變薄了，機身更細長了，顫振問題已經引起了很大的技術困難，而在更高的速度下除了上述三種力的作用外，還要考慮空氣動力加熱對材料性能和應力分布的影響。因此在高速飛行器的設計中還必須考慮這些屬于空氣熱彈性力學(一門新興學科)研究范圍的現象。

高速飛機的動力裝置，趨向于使用渦輪發(fā)動機和沖壓發(fā)動機組合起來或火箭發(fā)動機和沖壓發(fā)動機組合起來，甚至渦輪，火箭，沖壓三種發(fā)動機組合起來的組合式發(fā)動機。在燃料里加上鋁，鎂，硼，鈹等金屬粉狀懸浮物或金屬氫化物，以增加含能量的研究工作已有很大成果。這里都包含著復雜的管道氣流問題，燃燒問題和冷卻問題。蘇聯(lián)洲際導彈，人造衛(wèi)星及宇宙火箭上所用的火箭發(fā)動機估計有幾百噸的推力。這樣大發(fā)動機的燃燒問題，冷卻問題以及燃燒系統(tǒng)的自動調節(jié)問題都有很多新的技術困難要解決。原子能動力在飛機或火箭上的應用將使繞地球的不著陸飛行以及帶人的宇宙火箭成為現實。這種動力裝置的屏蔽方法和重量問題目前正在大力解決。

一般飛機上所用的陀螺儀由于摩擦力矩或不平衡所引起的飄移可以允許每小時大到5°的進轉?，F代導彈中所依靠著來定向定位的陀螺儀則必須有小于每小時0.05°的飄移角速度才能滿足要求。為了追求更高精確度的超遠程慣性導航系統(tǒng)，目前各國正在研究好幾年中才飄移一轉的高精密度浮子陀螺以及采用其他原理的新型陀螺。高速飛行器接近地面目標或彼此互相接近的速度可達每秒一公里以上，因此，能從同一回答訊號中探得更多對象情況的遠程雷達和重量小的快速電子計算機以及其他電子設備在飛機和導彈上都已被或將被廣泛采用?，F代重型飛行器上所用電子管多至數千個，無線電電子設備重達數噸。因此在半導體技術基礎上的元件超小型化和裝配緊湊化是航空無線電技術不斷努力的方向。在空空導彈或地空導彈等近程導彈上這些要求更為突出，因為這里不但要求重量輕而且要求容積小?？諝鈩恿訜岬慕Y果對電子設備電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等也都提出了苛刻的要求。目前耐500℃以上的各種元件和線路已在研究中。

飛機和導彈性能的提高總是帶來了材料和工藝上的新問題。這不僅意味著尋找具有更好性能的材料，而且意味著對材料規(guī)格和加工精確度要有更加嚴格的控制以便在設計中能充分利用材料的強度而不增加重量。焊接裝配將更多地代替了鉚接裝配。蜂窠結構(將機翼內部作成蜂窠形)和化學銑切(將機翼內部不要的部分浸蝕掉)將更適合于高速的薄型機翼。

由上述這些例子，我們不難看出航空利學技術的復雜性。這些新的技術發(fā)展都有軍事上的重要意義。因此航空科學向來是綜合利用了各門科學的最新成就，而且?guī)恿撕芏嘈碌目茖W部門的發(fā)展。目前在各先進國家中航空科學研究機構組織最為龐大，涉及的專業(yè)范圍也最廣。在這些機構中同時進行著飛機和火箭導彈的研究，并由政府給以人力和物力上的巨大支持。

航空科學不但內容復雜、范圍廣、方面多，而且各個方面關系密切，互相影響。十多年以前飛機和發(fā)動機的設計還可以彼此互相獨立地進行，今天則必須彼此密切聯(lián)系配合。目前為了設計一種新飛機而專門設計新的發(fā)動機幾乎是一般的規(guī)律，并且發(fā)動機進氣道，出氣口以及附件的安排要和飛機的構造一并考慮。不但飛機和發(fā)動機的關系如此密切，飛機和儀表設備的關系以及各種設備之間的關系也是很密切的。飛機速度的增加引起了飛行操縱和炮火控制的自動化。目前在高速殲擊機或轟炸機中已把領航裝置，自動駕駛儀，射擊或轟炸瞄準雷達和電子計算機聯(lián)合運用，使飛機從進入戰(zhàn)斗到退出都不需要飛行員的動作。反過來自動化的發(fā)展又影響了飛行器的戰(zhàn)術技術要求和飛行器的具體設計及部位安排。這些總體和部件以及部件和部件之間的互相聯(lián)系配合在火箭和導彈的設計中更為突出。

材料及加工工藝和產品設計之間的相互關系在航空上也顯得特別密切。葉片渦輪材料所允許的工作溫度如果再能提高便可以從發(fā)動機得到更高的熱效率。高速飛機由于采用薄型機翼引起了新的加工方法。特別是近來航空技術的發(fā)展越來越快，為了不斷更新、保持技術上的優(yōu)勢，對于飛機和導彈的生產絕不會象第二次大戰(zhàn)以前那樣大批制造，而是產量低、批數多、設計不斷更改，同時又要求周期短、成本低。因此就要求設計人員熟悉設計對象的加工工藝，工藝人員了解加工對象的設計要求和構造，連生產組織者也要了解航空產品的設計要求和生產特點以便各方面能很好配合起來達到最高的效果。

根據以上特點可見航空工業(yè)部門需要很多種門類的技術干部，這些干部的培養(yǎng)要求最好是既具備專門知識又了解航空要求；既掌握主要專業(yè)對象的最新技術成就，也了解鄰近專業(yè)對象的發(fā)展情況；設計干部要具備一定的工藝基礎，工藝干部也要具備一定的設計知識。無疑地培養(yǎng)這樣干部的最有效方法就是把主要有關專業(yè)集中在一個航空高等工業(yè)學校里。因為(1)有關航空的主要專業(yè)既然都集中在一處，彼此輔助的各門專業(yè)課程的教學就不但能保持較高的科學水平而且都能結合其在航空技術中的最新成就和應用。畢業(yè)設計也可以在各方面得到較高水平的輔導。(2)由于集中了各方面的專業(yè)師資，在開展科學研究時就可以得到很好的聯(lián)系和配合。這種聯(lián)系和配合的全面性和密切程度就是在航空的專門科學研究機構里也不容易達到的。特別在貫徹黨的教育方針實行教學、科研、生產三結合的情況下學?？梢試@若干科學研究或生產的中心任務按專業(yè)分工，分別結合教學來進行。這樣進行科學研究收效大、質量高、結合又密切，是提高教學質量和科學水平的極為有效的方式。當然這種培養(yǎng)方法不是唯一的，但是無疑是最有效的，特別是當我們對所培養(yǎng)的干部不是著重要求數量而是著重要求質量的時候。