Аэрокосмическая техника

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Apollo 13 Mailbox at Mission Control.jpg

Авиационно-космическая техника — основная область инженерии, занимающаяся созданием и развитием летательных и космических аппаратов. Она разделена на две основные части: авиационная техника и техника астронавтики. Авиационная техника была первоначальным термином, но технологии полета использующиеся в космическом пространстве дало шаг другому термину, более широкому «аэрокосмический инжиниринг», который используется и по сегодняшний день.[1] Аэрокосмическая промышленность, в частности, филиал космонавтики, часто называют её ракетостроением.

Обзор[править | править код]

Летательные аппараты подвергаются суровым условиям, таким как: изменения, производимые атмосферным давлением и температурой, структурные нагрузки, приложенные к летательному аппарату.[2]

История[править | править код]

First flight2.jpg

Зарождение аэрокосмической техники как науки можно наблюдать с конца XIX — начала XX веков, хотя работа сэра Джорджа Кейли датируется последним десятилетием XVIII века до середины XIX века. Один из самых важных людей в истории воздухоплавания[3], Кейли был пионером в области авиационной техники[4]. Ранее знания об авиационной технике во многом были эмпиричными, некоторые понятия и навыки были взяты из других областей инженерного дела[5]. Ученые поняли некоторые ключевые элементы аэрокосмической техники в XVIII веке. Много лет спустя, после успешных полетов братьев Райт, в 1910-е года развитие авиационной техники произошло за счёт необходимости в разработке военных самолетов для Первой мировой войны. Первое определение авиационно-космической техники появилось в феврале 1958 года[1]. Определение объединяло атмосферу Земли и космическое пространство в единую сферу и тем самым охватило оба термина: самолеты (аэро) и космические аппараты (космос). В ответ на первый запуск СССР первого спутника Земли в космос 4 октября 1957 года, инженеры аэрокосмической отрасли США запустили первый американский спутник 31 января 1958 года. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства было основано в 1958 году как ответ в результате Холодной войны[6].

Элементы[править | править код]

S-IC engines and Von Braun.jpg
Engine.f15.arp.750pix.jpg

Приведем некоторые элементы аэрокосмической техники:[7][8]

  • Механика жидкости - исследование течения жидкости вокруг объектов. В частности аэродинамики корабля относительно потока воздуха, таких как крыльев, аэродинамические трубы.
  • Аэроупругость- взаимодействие аэродинамических сил и структурная гибкость, потенциально вызывающие вибрации, дивергенцию и т.д.
  • Твердая механика - тесно связанная с материальной наукой твердая механика, которая имеет дело с напряженно-деформированным анализом компонентов аэромобиля. В настоящее время существует несколько программ , таких как MSC Nastran Patran /, которые помогают инженерам в аналитическом процессе.
  • Авиационные конструкции – моделирование физической конфигурации корабля, чтобы противостоять силам, возникающим во время полета. Авиационно-космическая техника стремится сохранить структуру легкой и недорогой, сохраняя структурную целостность.[9]
  • Астродинамика - изучение орбитальной механики, включающее прогнозирование орбитальных элементов при введении несколько переменных. В то время как несколько школ в Соединенных Штатах учат этому на университетском уровне, некоторые из аспирантов, охватывают эту тему (как правило, в сочетании с кафедрой физики колледжа или университета).
  • Статика и динамика (инженерная механика) - изучение движения, сил, моментов в механических системах.
  • Математика - в частности, исчисления, дифференциальные уравнения и линейная алгебра.
  • Электротехника - изучение электроники в пределах инженерии.
  • Привод - энергия для перемещения транспортного средства через воздух (или в космосе) обеспечивается двигателями внутреннего сгорания, реактивными двигателями и турбомашинами, или ракет. Более недавнее дополнение к этому: модуль электрический силовой и ионные двигатели.
  • Автоматика - изучение математического моделирования динамического поведения систем и их разработке, обычно с использованием сигналов обратной связи, так что их динамическое поведение является желательным.
  • Материаловедение – связанно со структурами аэрокосмической техники и изучает материалы, из которых должны быть построены аэрокосмические конструкции. Изобретены новые материалы с очень специфическими свойствами, или изменены существующие для повышения их эффективности.
  • Авионика - дизайн и программирование компьютерных систем на борту воздушного судна или корабля, и моделирование систем.
  • Программное обеспечение - спецификация, дизайн, разработка, тестирование и внедрение программного обеспечения для авиационно-космической промышленности.
  • Риск и надежность - изучение методов оценки риска и надежности, участвующих в количественных методах математики.
  • Контроль шума - изучение механики звука передачи.
  • Летные испытания - проектирование и выполнение тестовых программ полета для того, чтобы собрать и проанализировать качественные характеристики и управляемость, с целью определения, выполняет ли воздушное судно свои конструктивные и рабочие цели, согласно требованиям сертификации.

В основе большинства из этих элементов лежит теоретическая физика, например, гидродинамика для аэродинамики или уравнений движения для динамики полета. Существует также большие эмпирические компоненты. Исторически сложилось так, что эмпирический компонент был получен из испытаний масштабных моделей и прототипов, либо в аэродинамических трубах или в свободной атмосфере. Совсем недавно достижения в вычислительной технике позволили использовать вычислительную гидродинамику для моделирования поведения жидкости, уменьшая время и счет, потраченный на аэродинамической трубе тестирования. Кроме того, аэрокосмическая техника решает интеграцию всех компонентов, которые составляют воздушно-космическое транспортное средство (в том числе подсистемы питания , аэрокосмические подшипники , связь, тепловой контроль, жизнеобеспечение и т.д.) и его жизненный цикл (проектирование, температура, давление, радиация, скорость, время жизни ).

Степень программ[править | править код]

Авиационно-космическая техника может быть изучена в качестве дипломной работы степени бакалавра, магистра и доктора наук в аэрокосмических инженерных отделах во многих университетах, и в механических инженерных отделах. Некоторые учреждения различают авиационную технику и астронавтику. Подготовка в области химии, физики, математики, имеет большое значение для студентов, обучающихся в области авиационно-космической техники .[10]

В популярной культуре[править | править код]

В английском языке выражение «учёный в области ракетостроения» (англ. rocket scientist) иногда используется в переносном смысле, чтобы описать очень умного человека, так как ракетостроение рассматривается как практика, требующая больших умственных способностей, особенно в технической и математической областях. Термин иронически используется в выражении «это не ракетостроение» (англ. It's not rocket science), чтобы указать, что задача проста.[11]

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 Stanzione, Kaydon Al (1989), "Engineering", Encyclopædia Britannica, vol. 18 (15 ed.), Chicago, pp. 563–563 
  2. Career: Aerospace Engineer. Career Profiles. The Princeton Review. — «Due to the complexity of the final product, an intricate and rigid organizational structure for production has to be maintained, severely curtailing any single engineer's ability to understand his role as it relates to the final project.». Проверено 8 октября 2006.
  3. Sir George Cayley (British Inventor and Scientist). Britannica (n.d.). — «English pioneer of aerial navigation and aeronautical engineering and designer of the first successful glider to carry a human being aloft.». Проверено 26 июля 2009.
  4. The Pioneers: Aviation and Airmodelling.  ?. — «Sir George Cayley is sometimes called the 'Father of Aviation'. A pioneer in the field, he is credited with the first major breakthrough in heavier-than-air flight. He was the first to identify the four aerodynamic forces of flight – weight, lift, drag, and thrust – and their relationship and also the first to build a successful human carrying glider.». Проверено 26 июля 2009.
  5. Kermit Van Every (1988), "Aeronautical engineering", Encyclopedia Americana, vol. 1, Grolier Incorporated 
  6. A Brief History of NASA. Hq.nasa.gov. Проверено 20 марта 2012.
  7. "Science: Engineering: Aerospace", Open Site, <http://open-site.org/Science/Engineering/Aerospace/>. Проверено 8 октября 2006. 
  8. Gruntman, Mike (September 19, 2007). "The Time for Academic Departments in Astronautical Engineering" in AIAA SPACE 2007 Conference & Exposition. AIAA SPACE 2007 Conference & Exposition Agenda, AIAA. 
  9. Aircraft Structures in Aerospace Engineering. Aerospace Engineering, Aviation News, Salary, Jobs and Museums. Проверено 6 ноября 2015.
  10. Entry education, Aerospace Engineers. myfuture.com. Проверено 22 июня 2015.
  11. Bailey, Charlotte. Oxford compiles list of top ten irritating phrases, The Daily Telegraph (7 November 2008). Проверено 18 ноября 2008. «10 - It's not rocket science».