化学在航空航天中的应用作者：北京航空航天大学152721应用化学班摘要：灌注氢气的飞艇正是第一种能够真正由人进行操作的飞行器；在航空制造发展的过程中，材料的更新换代呈现出高速的更迭变换，材料和飞机一直在相互推动下不断发展。“一代材料，一代飞机”正是世界航空发展史的一个真实写照；航空器、航天器往往要承受剧烈的温度变化，并被要求适应一个很宽的温度区间，这便严格要求了材料的使用。航天工程要求我们对航天器内的能量进行精密的调配，并构建物质循环系统。关键词：气球飞艇、填充气体、航空航天材料、航空燃料、火箭燃料、电池、隔热、循环系统1.气球飞艇：氢气到氦气的历程。不论在哪个时代，在哪个文明中，人类对天空的向往从未停止过。在1783年，人类制造出了在确切可考的历史中出现的第一个真正意义上的飞行器——热气球之后，紧接着在1784年，罗伯特兄弟便制造并试飞了人类历史上的第二种飞行器——飞艇。而飞艇正是第一种能够真正由人进行操作的飞行器。而飞艇的出现，则与世界上最轻的气体——氢气的发现与制造收集密不可分。氢气于1766年被卡文迪许（H.Cavendish）在英国发现。而在1780年，法国化学家布莱克(J.Black)把氢气灌入猪膀胱中，制得世界上第一个氢气球。由于氢气球无需外界提供能量，能够近乎无限的进行漂浮，布莱克的氢气球为人所知后，人们马上就开始想方设法地将之扩大规模，推进并驾驶气球。罗伯特兄弟便是先行者。1784年，罗伯特兄弟制造了人类历史上第一艘人力飞艇，它长15.6米，最大直径9.6米，充氢气后可产生1000多公斤的升力。罗伯特兄弟认为，飞艇在空中飞行和鱼在水中游动差不多，因此，把它制成鱼形，艇上装上了桨，而桨是用绸子绷在直径2米的框子上制成的。（齐柏林飞艇）二十世纪初，齐柏林飞艇的出现标志着飞艇的初步成熟，飞艇开始被大量应用于民用和军用领域，在20世纪20至30年代，美国建造了86艘，英国建造了72艘，德国建造了188艘，法国建造了100艘，意大利建造了38艘，苏联建造了24艘，日本也建造了12艘。这是飞艇的鼎盛时期，所以人们把这期间称作飞艇的“黄金时代”。在这个时代，绝大多数的飞艇灌装的是氢气这一易燃易爆气体，很不安全。在1937年，“兴登堡”号在着陆时因静电火花引起氢气爆炸，35人遇难。英、美也有多艘大型飞艇大都相继失事，此后飞艇的发展陷于停滞状态。70年代以来，随着压缩空气技术与分馏技术的进步，成规模地制取氦气（He）成为了可能，飞艇改用安全的氦气，其发展又呈活跃。采用多种新技术的新型飞艇被用于空中摄影摄像、巡逻等方面，HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/7731.htm"\t"_blank"洛杉矶、HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/60891.htm"\t"_blank"汉城和HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/404329.htm"\t"_blank"巴塞罗那奥运会和HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/672839.htm"\t"_blank"北京亚运会都可在会场上空看见它的身影。2.飞机时代：机体材料的革新解放了飞机性能提升的枷锁，航空燃料的发展得以满足喷气式发动机的需求。2.1机体材料的革新在航空制造发展的过程中，材料的更新换代呈现出高速的更迭变换，材料和飞机一直在相互推动下不断发展。“一代材料，一代飞机”正是世界航空发展史的一个真实写照。自莱特兄弟于1903试飞了飞行者1号之后，飞机在机体材料方面的革新与进步便从未停止过。第一架飞机由木材、帆布和金属构件组成，气动效率低，需要较大面积的机翼，固最早的飞机主体结构为木质双翼。此后飞机迅速地升级为钢管骨架，硬铝蒙皮的材料形式，提高了结构强度，优化了气动效率并发展出了单翼机。随着金属材料的发展，钢管骨架和铝皮的强度一步步提升，然而，随着喷气式飞机突破音障，飞机出现了热障问题，铝合金耐高温性能差的弱点越发凸显，限制了飞机的提速，需要选用HYPERLINK"http://baike.baidu.com/subview/1271232/1271232.htm"\t"_blank"耐热性更好的钛或钢。70年代以后，随着化学的发展，高强度的轻质材料涌现，飞机越来越多地使用以HYPERLINK"http://baike.baidu.com/subview/119978/119978.htm"\t"_blank"硼纤维或HYPERLINK"http://baike.baidu.com/subview/82595/82595.htm"\t"_blank"碳纤维