Аэрокосмическая техника -Aerospace engineering
Занятие | |
---|---|
Имена | Аэрокосмический инженер Инженер |
Род занятий |
Профессия |
Сферы деятельности |
Аэронавтика , космонавтика , наука |
Описание | |
Компетенции | Технические знания, управленческие навыки (см. также глоссарий аэрокосмической техники ) |
Требуется образование |
Степень бакалавра |
Сферы занятости |
Технологии , наука , освоение космоса , военные |
Часть серии о |
Астродинамика |
---|
Аэрокосмическая техника является основной областью техники , связанной с разработкой самолетов и космических кораблей . У него есть две основные и пересекающиеся ветви: авиационная техника и космонавтика . Инженерия авионики аналогична, но связана с электронной стороной аэрокосмической техники.
«Авиационная техника» было первоначальным термином для этой области. По мере того, как летные технологии развивались и включали транспортные средства, работающие в космосе , в обиход вошел более широкий термин « аэрокосмическая техника». Аэрокосмическую технику, особенно отрасль космонавтики, часто в просторечии называют «ракетостроением».
Обзор
Летательные аппараты работают в сложных условиях, таких как изменения атмосферного давления и температуры , при которых на компоненты транспортного средства воздействуют структурные нагрузки . Следовательно, они обычно являются продуктами различных технологических и инженерных дисциплин, включая аэродинамику , двигательную установку , 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, каждая из которых имеет свою специализированную область знаний.
История
Происхождение аэрокосмической техники можно проследить до пионеров авиации примерно в конце 19 - начале 20 веков, хотя работа сэра Джорджа Кейли датируется последним десятилетием 18 - серединой 19 века. Один из самых важных людей в истории аэронавтики и пионер авиационной техники, Кейли считается первым человеком, который разделил силы подъемной силы и сопротивления , которые воздействуют на любой атмосферный летательный аппарат.
Ранние знания в области авиационной техники были в значительной степени эмпирическими, а некоторые концепции и навыки были заимствованы из других областей техники. Некоторые ключевые элементы, такие как гидродинамика , были понятны ученым 18-го века.
В декабре 1903 года братья Райт совершили первый устойчивый управляемый полет самолета тяжелее воздуха с двигателем продолжительностью 12 секунд. В 1910-х годах авиационная техника развивалась за счет проектирования военных самолетов времен Первой мировой войны .
В период 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. Значительное развитие в аэрокосмической технике произошло с первым действующим самолетом с реактивным двигателем , Messerschmitt Me 262 , который поступил на вооружение в 1944 году ближе к концу Второй мировой войны.
Первое определение аэрокосмической техники появилось в феврале 1958 года, рассматривая атмосферу Земли и космическое пространство как единую область, тем самым охватывая как самолеты ( аэро ), так и космические корабли ( космос ) под недавно придуманным термином аэрокосмос .
В ответ на запуск СССР первого спутника в космос 4 октября 1957 года аэрокосмические инженеры США запустили первый американский спутник 31 января 1958 года. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства было основано в 1958 году в ответ на холодную Война. В 1969 году « Аполлон-11 » состоялся первый полет человека на Луну. 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.
Важное нововведение произошло 30 января 1970 года, когда Boeing 747 совершил свой первый коммерческий рейс из Нью-Йорка в Лондон. Этот самолет вошел в историю и стал известен как «Jumbo Jet» или «Whale» из-за его способности вмещать до 480 пассажиров.
Еще одно важное событие в аэрокосмической технике произошло в 1976 году с разработкой первого пассажирского сверхзвукового самолета Concorde . Разработка этого самолета была согласована французами и англичанами 29 ноября 1962 года.
21 декабря 1988 года совершил свой первый полет грузовой самолет Ан-225 «Мрия ». Он является рекордсменом по количеству самых тяжелых самолетов в мире, самых тяжелых грузов, перевозимых по воздуху, и самых длинных грузов, перевозимых по воздуху, и имеет самый широкий размах крыльев среди всех самолетов, находящихся в эксплуатации.
25 октября 2007 года Airbus A380 совершил свой первый коммерческий рейс из Сингапура в Сидней, Австралия. Этот самолет был первым пассажирским самолетом, который превзошел Boeing 747 по пассажировместимости, максимальная вместимость которого составляла 853 человека. Хотя разработка этого самолета началась в 1988 году как конкурента 747, A380 совершил свой первый испытательный полет в апреле 2005 года.
Элементы
Некоторые из элементов аэрокосмической техники:
- Радарное поперечное сечение - изучение сигнатуры транспортного средства, видимой для дистанционного зондирования с помощью радара .
- Гидромеханика - изучение обтекания объектов жидкостью . В частности , аэродинамика , касающаяся потока воздуха над телами, такими как крылья , или через объекты, такие как аэродинамические трубы (см. Также лифт и воздухоплавание ).
- Астродинамика - изучение орбитальной механики , включая прогнозирование элементов орбиты при задании нескольких избранных переменных. Хотя несколько школ в Соединенных Штатах преподают это на уровне бакалавриата, в некоторых есть программы для выпускников, посвященные этой теме (обычно совместно с физическим факультетом указанного колледжа или университета).
- Статика и динамика (техническая механика) – изучение движения, сил, моментов в механических системах.
- Математика – в частности, исчисление , дифференциальные уравнения и линейная алгебра .
- Электротехнология - изучение электроники в технике.
- Движущая сила — энергия для движения 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 поздним дополнением к этому модулю является электрическая двигательная установка и ионная двигательная установка .
- Техника управления - изучение математического моделирования динамического поведения систем и их проектирование, обычно с использованием сигналов обратной связи, 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 корабля, чтобы противостоять силам, возникающим во время полета. Аэрокосмическая инженерия стремится сохранить легкие и недорогие конструкции при сохранении структурной целостности.
- Материаловедение - связанное со структурами, аэрокосмическая техника 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 . Тесно связана с материаловедением 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 , дивергенцию и т. д.
- Авионика - проектирование и программирование компьютерных систем на борту самолета или космического корабля и 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 тестирования и оценки и т. д.
- Риск и надежность - изучение методов оценки риска и надежности и математики, используемой в количественных методах.
- Контроль шума - изучение механики передачи звука.
- Аэроакустика - исследование создания шума либо турбулентным движением жидкости, либо аэродинамическими силами, взаимодействующими с поверхностями.
- Летные испытания - разработка и выполнение программ летных испытаний для сбора и анализа данных о характеристиках и управляемости , чтобы определить, соответствует ли самолет своим конструктивным и эксплуатационным целям и 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 вычислительной техники позволили использовать вычислительную гидродинамику для моделирования поведения жидкости, сократив время и расходы, затрачиваемые на испытания в аэродинамической трубе. Те, кто изучает гидродинамику или гидроакустику , часто получают степень в области аэрокосмической техники.
Кроме того, аэрокосмическая техника занимается интеграцией всех компонентов, составляющих аэрокосмический аппарат (подсистемы, включая силовые, аэрокосмические подшипники , связь, терморегулирование , жизнеобеспечение и т. д .) и его жизненный цикл (конструкция, температура, давление, излучение , скорость , срок службы ). ).
Степенные программы
Аэрокосмическая инженерия может быть изучена в аспирантуре , бакалавриате , магистратуре и докторантуре. уровней на факультетах аэрокосмической техники во многих университетах и на факультетах машиностроения в других. Несколько факультетов предлагают ученые степени в области космонавтики. Некоторые учреждения проводят различие между авиационной и космонавтической инженерией. Высшие степени предлагаются в передовых или специализированных областях для аэрокосмической промышленности.
Знание химии, физики, информатики и математики важно для студентов, получающих степень в области аэрокосмической техники.
В популярной культуре
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 иронически используется в выражении «Это не ракетостроение», чтобы указать, что задача проста. Строго говоря, использование термина «наука» в «ракетостроении» 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. Более этимологически правильным вариантом этой фразы было бы «инженер-ракетчик». Однако «наука» и «инженерное дело» часто ошибочно используются как синонимы.
Смотрите также
- Американский институт аэронавтики и астронавтики
- Международное Американское вертолетное общество
- Летные испытания
- Глоссарий аэрокосмической техники
- Указатель статей по аэрокосмической технике
- Список аэрокосмических инженерных школ
- Список аэрокосмических инженеров
- Список российских аэрокосмических инженеров
- Sigma Gamma Tau - почетное общество аэрокосмической техники
- Космическая энергетическая установка
Сноски
Рекомендации
дальнейшее чтение
- Дхармахиндер Сингх Чанд. Авиационная термодинамика . Кривая знаний, 2017 г. ISBN 978-93-84389-16-1 .
Внешние ссылки
- NDTAeroTech.com, онлайн-сообщество специалистов по неразрушающему контролю в аэрокосмической отрасли
- Кроо, Илан. «Конструкция самолетов: синтез и анализ» . Стэндфордский Университет. Архивировано из оригинала 23 февраля 2001 года . Проверено 17 января 2015 г.
- Обучение авиационному обслуживанию Авиационное обслуживание, Великобритания
- Вопрос и ответ