高中物理 1.4《反冲运动》素材 粤教版选修3-5

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1、钱学森在交大时期对航空与火箭的探索钱学森是我国航天科技事业的奠基人，也是世界航天事业的重要开拓者之一。那么，他何时开始涉足航天领域呢？一般认为，1937年钱学森在加州理工学院加入F.马林纳等人组织的火箭研究小组，后来还担任火箭小组的理论研究工作。学术界也将此视为钱学森从事火箭等航天活动的起点。笔者最新的研究表明，钱学森航空航天之路始于交通大学，最直接的证据是他在从交大毕业到出国留学这段时间内发表了两篇关于航空、火箭的论文。本文以介绍这两篇文章的内容来展现钱学森在交大求学时期对航空、火箭的探索活动，并探讨他转移专业方向的心路历程与内外因素。一、两篇论文的主要内容

2、钱学森1934年以优异的成绩从交大毕业，并考取第二届庚款留美公费生，专业为航空工程，1935年8月东渡北美深造。在出国前不久，他发表了“气船与飞机之比较及气船将来发展之途径”[1]与“火箭”[2]两文。鉴于这两篇论文鲜为人知，笔者对两文内容作扼要介绍。1、“气船与飞机之比较及气船将来发展之途径”一文该文于1935年1月发表于航空委员会主办的《航空杂志》第5卷第1期，主要对飞艇和飞机的性能做了分析比较，并讨论了飞艇的改进途径与未来发展前景，这里的“气船”即飞艇。飞艇是一种轻于空气，自身带有推进及操作系统的飞行器，主要由艇体、尾翼、短舱组成，它是比飞机整整早了半个

3、世纪的人类智慧的结晶。1852年，法国人吉法尔试飞成功人类第一艘具有动力设备的实验氢气载人飞艇。1900年，德国人齐柏林设计和研制成功全世界第一艘可实用的硬式军用飞艇。一战中，德国军队多次利用飞艇空袭英国。一战后，飞艇曾一度成为科技进步和国家实力的象征。但到了1920－30年代，飞机性能日益提高，飞艇“已为飞机所制，而失去其军事上之价值”。另外，世界上发生了几次损失惨重的飞艇飞行事故。这一切使人们对飞艇的发展前景产生了怀疑，认为飞艇在航空上的地位将渐渐式微，飞机将取而代之。面对这种观点，非常关注航空事业的钱学森却很冷静，说：“飞艇之历史过短，吾人所制之气船过少

4、，尚不能断言其果否能致诸实用”，应“以正确制目光，比较其长短，然后更研究其改进之途径。”如其所言，他在这篇文章中对飞机与飞艇的长短优劣做了比较，并对飞艇的改进提出了一些方向性设想。关于飞机与飞艇的长短优劣，钱学森从飞行效率、最经济的吨位与旅客的舒适程度三方面做了分析对比。飞行器飞行速度的决定因素在于L/D（升力与阻力之比），L/D愈大，飞行效率愈高。当时，如不计入机身的阻力，飞机各种翼面的L/D平均最大值不过20。而飞艇的L/D值与其速度和排空量有关，飞艇愈大，效率愈高。在研究中，他发现：“以效率而论，则气船直于大型，必三百吨以上，始能见其长，故今日所造气船，

5、决不能为优劣之评判”。关于最经济的吨位，他认为：“飞机之总重如大于廿吨即不经济，其最有效之限度为十吨以下。故今日飞机在吨位上，已与其限度不远”。而飞艇最高效率当在300－2000吨之间，故发展未可限量。然后，他还从飞机与飞艇的客舱大小、增大客舱的方法，以及二者在左右摆动、俯仰运动、升降运动、震动对旅客舒适程度的影响等方面做了对比，认为大飞艇胜于飞机。但是，飞艇自身也存在很多问题。为了提高性能，他认为应从两大方面对飞艇加以改进：一是减轻艇身重量，即从结构上加以改进；二是节省动力，即改进飞行效率。飞行效率的改进，即增加L/D值，这可以通过增加升力或减小阻力的方式来

6、实现。而当时飞艇的外形已接近理想中的流线形，在减小阻力方面希望渺茫。所以，改进飞行效率的唯一方法只有增加飞艇的升力，可以采用的方法有利用飞艇的速度所产生的升力，或加热气袋中的气体以减小比重，或利用氢气来增加升力。当时，除著名的齐柏林式之外，飞艇还有英国的R100式与R101式、德国的GrafZepplin式及美国的Akron式四种类似结构。他比较了这四种结构的特点，发现美式结构最佳，主张飞艇在结构上应向此途发展。而在材料方面，他认为主要部分可仿英国式，应用不锈钢以免锈蚀。至于次要部分，因其负力不大，用坚铝为宜。他还预测：随着冶金技术日新月异，将来会有更多的新材

7、料如镁合金等用于飞艇零件的制造，以减轻重量。通过综合分析，作者认为：“飞艇改进的余地尚多，而又以大飞艇为有希望。飞机则在吨位方面似已达一限度”，气艇作长途飞行，“其安全性必不亚于飞机”，“吾人终在不远之将来，见世界航空线上，满布伟大之气船”。毫无疑问，这个结论被后来航空事业发展的事实否定。不过，作者在文中所选用的数据均来自当时的科技文献，分析方法也是科学严谨、周全细致的。他的结论正是当时航空工业基本状况的反映，道出了飞机设计中的瓶颈问题。当时，飞艇发展已较为成熟，而由于缺乏科学理论的支持，飞机设计主要靠经验，性能的提升受到很大限制。后来，应用力学飞速发展，使飞

8、机的设计水平与性能突飞猛进，飞机取代飞