Аэрокосмическая техника
 Инженеры НАСА , отвечающие за управление полетом, обеспечивают безопасность астронавтов на борту Аполлона-13 . | |
| Занятие | |
|---|---|
| Имена | Аэрокосмический инженер |
Тип профессии | Профессия |
Секторы деятельности | Воздухоплавание , космонавтика , наука |
| Описание | |
| Компетенции | Технические знания, аналитические способности, управленческие навыки (см. также словарь аэрокосмической техники ) |
Требуется образование | степень бакалавра [1] [2] |
Области работа | Технологии , наука , освоение космоса , военные действия |
| Часть серии о |
| Астродинамика |
|---|
 |
Аэрокосмическая техника является основной областью техники, связанной с разработкой самолетов и космических аппаратов . [3] Он состоит из двух основных и пересекающихся отраслей: авиационной техники и космонавтики . Авиационная инженерия аналогична, но занимается электроникой аэрокосмической техники.
«Авиационная техника» было первоначальным термином для этой области. По мере того, как летные технологии развивались и охватывали летательные аппараты, работающие в космическом пространстве более широкий термин « аэрокосмическая техника». , вошел в употребление [4] Аэрокосмическую технику, особенно отрасль космонавтики, часто в просторечии называют «ракетной наукой». [5] [а]
Обзор
[ редактировать ]Летательные аппараты подвергаются тяжелым условиям, например, вызванным изменениями атмосферного давления и температуры , при этом на компоненты транспортного средства воздействуют структурные нагрузки . Следовательно, они обычно являются продуктами различных технологических и инженерных дисциплин, включая аэродинамику , воздушное движение , авионику , материаловедение , структурный анализ и производство . Взаимодействие между этими технологиями известно как аэрокосмическая техника. Из-за сложности и количества задействованных дисциплин аэрокосмическая инженерия выполняется группами инженеров, каждый из которых имеет свою специализированную область знаний. [7]
История
[ редактировать ]
Зарождение аэрокосмической техники можно проследить до пионеров авиации конца 19 - начала 20 веков, хотя работы сэра Джорджа Кэли датируются последним десятилетием 18 - серединой 19 века. Один из самых важных людей в истории воздухоплавания. [8] и пионер авиационной техники, [9] Кэли считается первым человеком, разделившим силы подъемной силы и сопротивления , которые действуют на любой летательный аппарат, работающий в атмосфере. [10]
Ранние знания в области авиационной техники были в основном эмпирическими, а некоторые концепции и навыки были заимствованы из других отраслей техники. [11] Некоторые ключевые элементы, такие как гидродинамика , были поняты учеными 18-го века. [12]
В декабре 1903 года братья Райт совершили первый продолжительный управляемый полет самолета тяжелее воздуха с двигателем, продолжительностью 12 секунд. В 1910-е годы произошло развитие авиационной техники благодаря проектированию военных самолетов времен Первой мировой войны .
Первая мировая война
[ редактировать ]В 1914 году Роберт Годдард получил два патента США на ракеты, использующие твердое и жидкое топливо, несколько пороховых зарядов и многоступенчатую конструкцию. [13] Это заложит основу для будущих применений в многоступенчатых двигательных установках для космического пространства.
3 марта 1915 года Конгресс США учредил первое управление авиационных исследований, известное тогда как Национальный консультативный комитет по аэронавтике или NACA. [14] Это была первая спонсируемая государством организация, которая поддерживала авиационные исследования. [15] Хотя с самого начала Аэронавигационная лаборатория Лэнгли задумывалась как консультативный совет, в 1920 году она стала первым спонсируемым исследовательским и испытательным центром. [16]
Между Первой и Второй мировыми войнами в этой области были сделаны большие скачки, ускоренные появлением основной гражданской авиации. Известные самолеты этой эпохи включают Curtiss JN 4 , Farman F.60 Goliath и Fokker Trimotor . Известные военные самолеты этого периода включают Mitsubishi A6M Zero , Supermarine Spitfire и Messerschmitt Bf 109 из Японии, Великобритании и Германии соответственно. Значительным достижением стал первый действующий реактивным двигателем самолет с Messerschmitt Me 262 , который поступил на вооружение в 1944 году, ближе к концу Второй мировой войны. [17]
Первое определение аэрокосмической техники появилось в феврале 1958 года. [4] рассматривая атмосферу Земли и космическое пространство как единую сферу, охватывая тем самым как самолеты ( аэро ), так и космические корабли ( космос ) под новым термином «аэрокосмическая промышленность» .
Холодная война
[ редактировать ]В ответ на запуск СССР первого спутника «Спутник » в космос 4 октября 1957 года американские аэрокосмические инженеры запустили первый американский спутник 31 января 1958 года . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства было основано в 1958 году после кризиса со спутником . В 1969 году «Аполлон-11» — первая космическая миссия человека на Луну состоялся . Он видел, как три астронавта вышли на орбиту вокруг Луны, а двое, Нил Армстронг и Базз Олдрин , посетили лунную поверхность. Третий астронавт, Майкл Коллинз , остался на орбите, чтобы встретиться с Армстронгом и Олдрином после их визита. [18]
Важное нововведение произошло 30 января 1970 года, когда Боинг 747 совершил свой первый коммерческий рейс из Нью-Йорка в Лондон. Этот самолет вошел в историю и стал известен как «Джамбо Джет» или «Кит». [19] благодаря своей способности вместить до 480 пассажиров. [20]
1976: Первый пассажирский сверхзвуковой самолет.
[ редактировать ]Еще одно важное событие произошло в 1976 году с разработкой первого пассажирского сверхзвукового самолета « Конкорд» . Разработка этого самолета была согласована французами и англичанами 29 ноября 1962 года. [21]
21 декабря 1988 года грузовой самолет Ан-225 «Мрия» совершил свой первый полет. Он является рекордсменом по количеству самых тяжелых самолетов в мире, самого тяжелого груза, перевозимого по воздуху, и самого длинного груза, перевозимого по воздуху, а также имеет самый широкий размах крыльев среди всех самолетов, находящихся в эксплуатации. [22]
25 октября 2007 года Airbus A380 совершил свой первый коммерческий рейс из Сингапура в Сидней, Австралия. Этот самолет был первым пассажирским самолетом, превзошедшим Боинг 747 по пассажировместимости - 853 пассажира. Хотя разработка этого самолета началась в 1988 году как конкурента 747, А380 совершил свой первый испытательный полет в апреле 2005 года. [23]
Элементы
[ редактировать ]
Некоторые из элементов аэрокосмической техники: [24] [25]
- Радарное поперечное сечение - исследование сигнатуры транспортного средства, видимой для дистанционного зондирования с помощью радара .
- Механика жидкости - изучение течения жидкости вокруг объектов. В частности, аэродинамика, касающаяся потока воздуха над телами, такими как крылья , или через объекты, такие как аэродинамические трубы (см. Также подъемная сила и воздухоплавание ).
- Астродинамика - изучение орбитальной механики , включая предсказание элементов орбиты при наличии нескольких избранных переменных. Хотя немногие школы в Соединенных Штатах преподают это на уровне бакалавриата, в некоторых есть программы последипломного образования, охватывающие эту тему (обычно совместно с физическим факультетом указанного колледжа или университета).
- Статика и динамика (инженерная механика) – изучение движения, сил, моментов в механических системах.
- Математика – в частности, исчисление , дифференциальные уравнения и линейная алгебра .
- Электротехнология - исследование электроники в технике.
- Движение — энергия для перемещения транспортного средства по воздуху (или в космическом пространстве) обеспечивается двигателями внутреннего сгорания , реактивными двигателями и турбомашинами или ракетами (см. также пропеллер и двигательная установка космического корабля ). Более недавнее дополнение к этому модулю — электрическая и ионная тяга .
- Техника управления - изучение математического моделирования динамического . поведения систем и их проектирование, обычно с использованием сигналов обратной связи, так, чтобы их динамическое поведение было желательным (стабильным, без больших отклонений, с минимальной ошибкой) Это относится к динамическому поведению самолетов, космических аппаратов, двигательных установок и подсистем, существующих на аэрокосмических аппаратах.
- Конструкции самолета - проектирование физической конфигурации летательного аппарата, позволяющей противостоять силам, возникающим во время полета. Аэрокосмическая инженерия стремится сделать конструкции легкими и дешевыми, сохраняя при этом структурную целостность. [26]
- Материаловедение - связанное с конструкциями, аэрокосмическая инженерия также изучает материалы, из которых должны быть построены аэрокосмические конструкции. Изобретаются новые материалы с очень специфическими свойствами или модифицируются существующие для улучшения их характеристик.
- Механика твердого тела . С материаловедением тесно связана механика твердого тела, которая занимается анализом напряжений и деформаций компонентов транспортного средства. В настоящее время существует несколько программ конечных элементов, таких как MSC Patran/Nastran, которые помогают инженерам в аналитическом процессе.
- Аэроупругость – взаимодействие аэродинамических сил и гибкости конструкции, потенциально вызывающее флаттер , расхождение и т. д.
- Авионика - проектирование и программирование компьютерных систем на борту самолета или космического корабля, а также моделирование систем.
- Программное обеспечение — спецификация, проектирование, разработка, тестирование и внедрение компьютерного программного обеспечения для аэрокосмических приложений, включая программное обеспечение для полетов , программное обеспечение для наземного управления , программное обеспечение для испытаний и оценки и т. д.
- Риск и надежность - изучение методов оценки риска и надежности, а также математики, используемой в количественных методах.
- Шумоконтроль – изучение механики передачи звука.
- Аэроакустика - исследование генерации шума за счет турбулентного движения жидкости или аэродинамических сил, взаимодействующих с поверхностями.
- Летные испытания - разработка и выполнение программ летных испытаний с целью сбора и анализа данных о характеристиках и управляемости , чтобы определить, соответствует ли самолет своим проектным и эксплуатационным целям, а также сертификационным требованиям.
Основа большинства этих элементов лежит в теоретической физике , такой как гидродинамика для аэродинамики или уравнения движения для динамики полета . Существует также большая эмпирическая составляющая. Исторически этот эмпирический компонент был получен в результате испытаний масштабных моделей и прототипов либо в аэродинамических трубах , либо в свободной атмосфере. Совсем недавно достижения в области вычислений позволили использовать вычислительную гидродинамику для моделирования поведения жидкости, сокращая время и затраты, затрачиваемые на испытания в аэродинамической трубе. Те, кто изучает гидродинамику или гидроакустику, часто получают степень в области аэрокосмической техники.
Кроме того, аэрокосмическая инженерия занимается интеграцией всех компонентов, составляющих аэрокосмический аппарат (подсистемы, включая мощность, аэрокосмические подшипники , связь, термоконтроль , систему жизнеобеспечения и т. д.) и его жизненный цикл (конструкция, температура, давление, излучение , скорость , продолжительность жизни ).
Дипломные программы
[ редактировать ]Аэрокосмическую технику можно изучать на высшем уровне , бакалавриате , магистратуре и докторантуре. уровни на факультетах аэрокосмической техники во многих университетах и на факультетах машиностроения в других. Несколько факультетов предлагают степени в области космонавтики, ориентированной на космос. Некоторые учреждения проводят различие между авиационной и космонавтической техникой. Ученые степени предлагаются в передовых или специальных областях аэрокосмической промышленности.
Знания в области химии, физики, информатики и математики важны для студентов, получающих степень в области аэрокосмической инженерии. [27]
В популярной культуре
[ редактировать ]Термин « ученый-ракетчик » иногда используется для описания человека с большим интеллектом , поскольку ракетостроение рассматривается как практика, требующая больших умственных способностей, особенно технических и математических. Этот термин по иронии судьбы используется в выражении «Это не ракетостроение», чтобы указать, что задача проста. [28] Строго говоря, использование слова «наука» в термине «ракетостроение» является неправильным, поскольку наука занимается пониманием происхождения, природы и поведения Вселенной; инженерия – это использование научных и инженерных принципов для решения проблем и разработки новых технологий. [5] [6] Более этимологически правильным вариантом этой фразы будет «инженер-ракетостроитель». Однако слова «наука» и «техника» часто неправильно используются как синонимы. [5] [6] [29]
См. также
[ редактировать ]- Американский институт аэронавтики и астронавтики
- Международное Американское вертолетное общество
- Летные испытания
- Глоссарий аэрокосмической техники
- Указатель статей по аэрокосмической технике
- Список школ аэрокосмической техники
- Список аэрокосмических инженеров
- Список российских аэрокосмических инженеров
- Сигма Гамма Тау - общество чести аэрокосмической техники
- Космическая энергетическая установка
Сноски
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Обязательное образование» . исследование.com . Проверено 22 июня 2015 г.
- ^ «Образование аэрокосмических инженеров» . myfuture.com. Архивировано из оригинала 22 июня 2015 г. Проверено 22 июня 2015 г.
- ^ Энциклопедия аэрокосмической техники . Джон Уайли и сыновья , 2010. ISBN 978-0-470-75440-5 .
- ^ Перейти обратно: а б Станционе, Кейдон Эл (1989). «Инжиниринг». Британская энциклопедия . Том 18 (15 изд.). Чикаго. п. 563.
{{cite encyclopedia}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б с д НАСА (2008). Стивен Дж. Дик (ред.). Вспоминая космическую эпоху: материалы конференции, посвященной 50-летию (PDF) . п. 92.
Термин «ученый-ракетчик» является неправильным употреблением в средствах массовой информации и в массовой культуре и применяется к большинству инженеров и техников, которые работали над разработкой ракет вместе с фон Брауном. Это отражает культурную оценку огромных достижений команды, но, тем не менее, неверно. ...
- ^ Перейти обратно: а б с Петроски, Генри (23 ноября 2010 г.). «Инженерия – это не наука» . IEEE-спектр . Проверено 21 июня 2015 г.
Наука занимается пониманием происхождения, природы и поведения Вселенной и всего, что она содержит; инженерия – это решение проблем путем переустройства вещей в мире для создания новых вещей.
- ^ «Профессия: авиационно-космический инженер» . Карьерные профили . Принстонское обозрение. Архивировано из оригинала 9 мая 2006 г. Проверено 8 октября 2006 г.
Из-за сложности конечного продукта необходимо поддерживать сложную и жесткую организационную структуру производства, что серьезно ограничивает способность любого отдельного инженера понимать свою роль в конечном проекте.
- ^ «Сэр Джордж Кэли» . www.flyingmachines.org . Проверено 26 июля 2009 г.
Сэр Джордж Кэли — один из самых важных людей в истории воздухоплавания. Многие считают его первым настоящим научным исследователем с воздуха и первым человеком, который понял основные принципы и силы полета.
- ^ «Сэр Джордж Кэли (британский изобретатель и учёный)» . Британика. нд . Проверено 26 июля 2009 г.
Английский пионер воздушной навигации и авиационной техники и конструктор первого успешного планера, способного поднять человека в воздух.
- ^ «Сэр Джордж Кэли» . Комиссия по столетию полетов США. Архивировано из оригинала 24 февраля 2014 года . Проверено 31 января 2016 г.
Богатый землевладелец, Кэли считается отцом воздушной навигации и пионером науки аэродинамики. Он установил научные принципы полета на самолетах тяжелее воздуха и использовал для своих исследований модели планеров. Он был первым, кто определил четыре силы полета — тягу, подъемную силу, сопротивление и вес — и описал взаимосвязь каждой из них с другой.
- ^ Кермит Ван Эвери (1988). «Авиационная техника». Американская энциклопедия . Том. 1. Гролье Инкорпорейтед.
- ^ Джон Д. Андерсон младший (2010). «Краткая история раннего развития теоретической и экспериментальной гидродинамики» . Энциклопедия аэрокосмической техники . Проверено 2 апреля 2023 г.
Фундаментальные достижения в области гидродинамики, произошедшие в XVIII веке, начались с работ Даниэля Бернулли (1700–1782).
- ^ Американский институт аэронавтики и астронавтики. «Хронология истории». AIAA, 5. По состоянию на 15 июля 2024 г.
- ^ https://www.nasa.gov/aeronautics/from-the-naca-to-nasa-95-years-of-innovation-in-flight/
- ^ Американский институт аэронавтики и астронавтики. «Хронология истории». AIAA, 5. По состоянию на 15 июля 2024 г.
- ^ «Обзор NACA». НАСА, НАСА, www.nasa.gov/history/naca/overview.html#:~:text=NACA%20officially%20turned%20over%20operations,as%20well%20as%20aeronautical%20research. По состоянию на 20 июля 2024 г.
- ^ «Мессершмитт Ме 262 А-1а Швальбе (Ласточка)» . Проверено 20 ноября 2022 г.
- ^ «Краткая история НАСА» . НАСА. Архивировано из оригинала 18 ноября 2010 г. Проверено 20 марта 2012 г.
- ^ Герман, Кент. «Боинг 747: королева неба на протяжении 50 лет» . CNET . Проверено 11 сентября 2019 г.
- ^ «Боинг 747–100 – Технические характеристики – Технические данные/описание» . www.flugzeuginfo.net . Проверено 11 сентября 2019 г.
- ^ Чжан, Бенджамин. «Конкорд совершил свой последний полет 15 лет назад, а сверхзвуковые авиаперевозки еще не восстановились — вот взгляд на его удивительную историю» . Бизнес-инсайдер . Проверено 10 сентября 2019 г.
- ^ Гай, Джек (28 февраля 2022 г.). «Самый большой в мире самолет уничтожен в Украине» . CNN . Проверено 20 ноября 2022 г.
- ^ «История Airbus A380» . Интересный инжиниринг.com . 31 марта 2019 г. Проверено 11 сентября 2019 г.
- ^ «Определение аэрокосмической техники» (PDF) . Атлантический международный университет . Проверено 30 апреля 2023 г.
- ^ Грантман, Майк (19 сентября 2007 г.). «Время академических кафедр космонавтики» . Программа конференции и выставки AIAA SPACE 2007 . Конференция и выставка AIAA SPACE 2007 . Американский институт аэронавтики и астронавтики (AIAA). Архивировано из оригинала 18 октября 2007 года.
- ^ «Конструкции летательных аппаратов в аэрокосмической технике» . Аэрокосмическая техника, Новости авиации, Зарплата, Работа и Музеи . Архивировано из оригинала 09.11.2015 . Проверено 6 ноября 2015 г.
- ^ «Начальное образование инженеров аэрокосмической отрасли» . myfuture.com. Архивировано из оригинала 22 июня 2015 г. Проверено 22 июня 2015 г.
- ^ Бейли, Шарлотта (7 ноября 2008 г.). «Оксфорд составил список десяти самых раздражающих фраз» . «Дейли телеграф» . Архивировано из оригинала 11 января 2022 г. Проверено 18 ноября 2008 г.
10 – Это не ракетостроение
- ^ Нойфельд, Майкл. Фон Браун: Космический мечтатель, военный инженер (Первое изд.). Винтажные книги. стр. xv.
Англоязычные средства массовой информации и массовая культура глубоко укоренились в неспособности разобраться в различии между наукой и инженерией.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Дхармахиндер Сингх Чанд. Аэротехническая термодинамика . Кривая знаний, 2017. ISBN 978-93-84389-16-1 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- NDTAeroTech.com, Интернет-сообщество специалистов по аэрокосмическому неразрушающему контролю.
- Кроо, Илан. «Проектирование самолетов: синтез и анализ» . Стэнфордский университет. Архивировано из оригинала 23 февраля 2001 года . Проверено 17 января 2015 г.
- Обучение воздушному обслуживанию Авиационное обслуживание Великобритании
- Вопросы и ответы. Архивировано 14 ноября 2021 г. в Wayback Machine.
- DTIC ADA032206: Китайско-английский авиационно-космический словарь
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
