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| 內容簡介： |
本书旨在让立志学习航空航天专业的大学一年级学生,初步了解航空航天工程的概 念、发展历程、科学基础、工程技术及能力素质要求等。全书以空天工程为导引和框架, 诠释工程理念,培育工程思维,帮助同学们学科学、学技术、学知识、学方法,提高学养和能力;促使同学们懂全局、懂集成、懂优化、懂权衡,增强工程素养。
本书可作为高等院校航空航天专业通识课程的配套教材,适用于航空航天专业的学生,也可供非航空航天专业的学生和感兴趣的读者参考。
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| 關於作者： |
张聚恩，自然科学研究员，航空科技专家。曾任中国航空学会秘书长、中国航空工业集团公司科技部长。现任中国航空学会常任理事，中国航空工业集团公司科技委顾问。
万志强，北京航空航天大学飞行器设计专业教授，博士生导师。美国航空航天学会AIAA Associate Fellow，AIAA自适应结构技术专业委员会委员。主编《认识航空》、《问天神器》、《飞机为什么会飞》，参加编写《飞行器气动弹性原理》。担任美国《AIAA Journal》期刊和英国WILEY国际出版社的审稿专家，《航空知识》杂志社编委。
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| 目錄：
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第1章 空天工程概述1
1.1 什么是工程1
1.1.1 工程的概念1
1.1.2 与工程相关的概念3
1.1.3 工程思维的产生与演进11
1.1.4 历史上的伟大工程13
1.2 什么是空天工程16
1.2.1 空天工程的概念16
1.2.2 空天工程的演进17
1.2.3 空天工程的主要产品27
1.3 空天工程的特点与发展趋势28
1.3.1 空天工程的特点28
1.3.2 空天工程的发展趋势42
第2章 空天工程的发展45
2.1 空天工程的发展脉络45
2.1.1 航空工程的发展脉络45
2.1.2 航天工程的发展脉络48
2.2 历史上的重大空天工程53
2.2.1 重大航空工程53
2.2.2 重大航天工程94
第3章 空天工程的科学基础113
3.1 概 述113
3.2 空天工程的科学基础介绍116
3.2.1 航空航天科学的范畴117
3.2.2 空天飞行的自然环境117
3.2.3 空天飞行的人造环境122
3.3 航空航天的力学与数学基础126
3.3.1 牛顿三大运动定律127
3.3.2 力学基本概念130
3.3.3 热力学定律144
3.3.4 几个重要的力学分支146
3.3.5 数学在航空航天中的应用149
3.4 航空的科学基础156
3.4.1 航空飞行三要素156
3.4.2 浮 力156
3.4.3 伯努利定理与升力的产生157
3.4.4 发动机推力的产生161
3.4.5 飞机的操纵原理162
3.4.6 飞机的飞行稳定性164
3.5 航天的科学基础165
3.5.1 开普勒三大定律与万有引力定律165
3.5.2 宇宙速度171
3.5.3 火箭推进原理177
第4章 空天工程技术180
4.1 空天工程技术概述180
4.1.1 什么是工程技术180
4.1.2 什么是空天工程技术184
4.1.3 关于空天工程技术体系185
4.2 飞行器设计191
4.2.1 飞行器设计的任务与方法191
4.2.2 飞行器设计的过程与内容197
4.2.3 飞行器设计的专门性问题210
4.3 飞行器制造215
4.3.1 飞行器制造的特点215
4.3.2 飞行器制造技术217
4.3.3 航空航天制造模式223
4.4 航空航天材料225
4.4.1 航空航天材料分类225
4.4.2 对航空航天材料的基本要求226
4.4.3 航空航天材料的沿革227
4.4.4 飞行器主要结构材料228
4.4.5 主要功能材料232
4.5 飞行器试验233
4.5.1 试验的类别与设施233
4.5.2 航空器试验235
4.5.3 航天器试验244
4.6 空天工程研发与管理247
4.6.1 空天工程的产品研发247
4.6.2 系统工程与空天工程250
4.6.3 空天工程项目管理252
4.7 空天工程技术发展255
4.7.1 航空工程技术的未来发展255
4.7.2 航天工程技术的未来发展261
4.7.3 空天科技前沿与颠覆性技术预判264
第5章 空天工程产品与产业272
5.1 空天工程产品272
5.1.1 空天工程产品的分类272
5.1.2 空天工程产品的发展274
5.2 空天产业281
5.2.1 空天产业的特点282
5.2.2 空天产业的构成284
5.3 空天产业的世界格局286
35.3.1 美国空天产业格局286
5.3.2 俄罗斯空天产业格局292
5.3.3 欧洲空天产业格局296
5.3.4 其他国家和地区空天产业格局302
5.4 中国空天产业的发展与布局309
5.4.1 中国航空产业的发展309
5.4.2 中国航天产业的发展311
5.4.3 中国空天产业的布局313
第6章 空天工程教育322
6.1 空天工程教育概述322
6.1.1 什么是空天工程教育322
6.1.2 空天工程教育的发展历程323
6.1.3 空天工程教育的专业设置327
6.2 空天工程教育的现状与未来329
6.2.1 国内外空天工程教育资源329
6.2.2 空天工程教育的现状331
6.2.3 空天工程教育的未来333
6.3 空天工程从业者的使命与素养335
6.3.1 我国空天事业发展进入新的历史阶段335
6.3.2 空天工程从业者的职业准备341
6.3.3 做合格的航空航天工程师347
附录 国内外空天教育资源349
参考文献358
后 记361
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| 內容試閱：
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序 言 一
学以致用,以学明志。在人类文明几千年的历史长河里,在人 类改造世界的长期实践活动中,伟大的工程为人类社会的发展竖 立起一座座辉煌壮丽的里程碑,工程师们用智慧和汗水为社会生产力的发展和推动社会文明进步创造出一个个永不磨灭的奇迹。 航空航天工程是迄今人类创造的所有工程中对社会发展影响极为 深刻和广泛,同时盈溢幻想、富有朝气、具有巨大挑战性的工程门 类之一,业已成为当今世界富国、强国的重要标志。《空天工程通识》一书,深入浅出,以丰富的成果展现、素描了航空航天的历史轨迹;简明扼要,以清晰的原理阐释,勾勒出科技工程的发展脉络;循序引导,以宽阔的视野诠释工程理念,教导工程思维
格物致知,道心惟微。张聚恩先生拥有50多年航空航天科技 工作的经验,由他领衔主编的《空天工程通识》,在介绍航空航天发 展的逻辑与规律的同时,为读者正确认识工程内涵、客观看待工程师职业、理性认识专业方向,提供了一条新的途径指引。通过学习此书,作为学者,有助于摆脱单一专业的束缚,而从系统工程的角度去认识空天工程;作为学生,可以知晓各种专业在一项宏大工程里所起的作用,明晰个人在其中应担当的使命,从而更好地把握进一步学习和研究的方向,并为之终生不懈努力。
掩卷浮想,似在入梦,似觉醒梦,似于追梦。作为从业航空几十年的工程师,还是第一次读到这样新颖而富有感触的专业通识,豁然自觉献身事业之无悔,更以所从事的工程师职业而自豪。想必读者经过研读此书,也一定会激发空天热情,树立空天情结,启迪工程智慧。我愿向大家推荐此书。
唐长红中国工程院院士,歼轰7A歼击轰炸机、 运2大型运输机总设计师
序 言 二
我很高兴地阅读了《空天工程通识》书稿,这是一本具有探索意义、也很有价值的教材。我愿向广大读者推荐此书。
该书是北航新开课程航空航天科技与工程通识的配套教材,是为适应新工科教育改革,为航空航天大类招生、大类培养而开发的通识读本。编写者们付出了艰辛的劳动,力求从工程视角,介绍航空航天工程的内涵及其科学基础与技术体系,以帮助航空航天专业的学生们尽早知晓工程概念,建构航空航天知识体系的认知,初步确立科学逻辑和技术思维,为成为一名优秀航空航天工程师打好基础。这个立意很好,很值得称道。
世界航空航天领域正进入创新发展的新阶段,空天一体、奔向更高远的空间是人类在新世纪的共同使命。改革开放以来,我国航空航天事业取得了伟大的历史进步,正处在从航天大国迈向航天强国的豪迈进军中。热望更多的学子树立远大理想,刻苦学习,掌握本领,投身祖国的航天事业,也在为人类航天事业奉献更多中国智慧和中国能量的努力中做出自己的贡献。
吴伟仁中国工程院院士,中国探月工程总设计师
序 言 三
《空天工程通识》是北航施行大类招生、大类培养后,为航空航天大类学生量身定制的第一本通识课程配套教材。该书从工程视角,系统全面地描述各类学科在航空航天工程中所扮演的角色,帮助同学们认识专业、合理选择。读者通过学习这本书,可以更加深入地了解并掌握各个专业解决问题的核心思维方式;当面对实际工程问题时,不会被自身专业所限制,能够站在工程整体的角度看待与分析之,并创新性地予以解决。这也是大类培养、通识教育的核心目标所在。
北航学院在该课程的建设和教材编写中,积极与航空工业集团公司等航空航天企业合作,邀请长期工作于我国航空航天科研 生产管理一线的专家张聚恩等加入。他们对航空航天工程技术的发展和航空航天人才培养具有丰富的阅历和深入的理解,对课程教学和教材的高质量编写起到了重要作用。这是一次很好的校企合作开展工科教育、探索人才培养之路的模式创新。
我愿意向读者们,特别是航空航天大类各专业的青年学子以及关心航空航天事业发展的读者们推荐这本书。
房建成中国科学院院士,北京航空航天大学常务副校长
前 言
经过艰辛而高效的编写工作,《空天工程通识》一书终于问世了。
本书的编写起因于2017年北京航空航天大学简称北航以 大类招生、大类培养、书院管理为核心的人才培养模式供给侧 改革。这轮被称为北航建校65年来最大的人才培养模式改革, 以学生为中心,致力于扩大学生自主选择权,一年级不分专业,一 年后学生根据意愿进行专业选择,促进个性化发展;推行和加强通识教育,实行宽口径、大平台的专业设置与教学,强调通识与专业并重,提升跨学科交叉创新能力和全方位综合素质。
航空航天大类包含北航10个专业学院的近30个专业和专业类,几乎包含了北航所有的空天相关优势工科专业。在大类培养课程体系中,迫切需要补充建设航空航天专业通识课程,以帮助大类培养的一年级学生初步了解大类专业的工程专业背景,即航空航天工程的概念、发展历程、科学基础、工程技术及能力素质要求等;使学生熟悉并理解大类各专业在航空航天系统工程中所处的位置,以及各个专业解决问题的核心思维方式。这些是原有细分专业的课程体系中所缺乏的。
空天工程也称航空航天工程,是迄今人类创造的所有工程类别中,对社会发展影响极为深刻、广泛,同时又非常富有朝气、具有挑战性的门类之一。立志学习航空航天专业的学生,应尽早知晓工程概念,树立工程思维,建构起合理的知识体系,既不甘平庸,又务实精进,为将来成为浩大空天工程项目中的合格一员,成为一名优秀的航空航天工程师做好准备。因此,北京航空航天大学冯如书院,特别邀请我们研讨建设这样一门专业通识课,并编写《空天工程通识》一书作为课程配套教材。
编写组成员有：张聚恩、万志强、高静、王亚男、武瑾媛、梁伟涛、王耀坤。具体分工如下：张聚恩、万志强担任主编,确定全书结
构,并对全书统稿;高静担任副主编。王亚男和张聚恩负责第1章的编写,王耀坤和万志强负责第2章的编写,万志强负责第3章的编写,张聚恩负责第4章的编写,武瑾媛和张聚恩负责第5章的编写,梁伟涛和高静负责第6章的编写。编写组历时近一年,数易其稿,终于完成了编写工作。本书的出版得到了北京航空航天大学双一流建设通识课程专项经费的资助与支持。
本书以工程为导引和框架,诠释工程理念,培育工程思维,帮助同学们学科学、学技术、学知识、学方法,提高学养和能力;促使同学们懂全局、懂集成、懂优化、懂权衡,增强工程素养。全书共分6章。第1章空天工程概述,从探讨工程和与工程密切关联的科学、技术、产品、产业等概念及其相互关系出发,导出空天工程的含义、演进、特点和发展趋势,并力求以工程和空天工程的伟大实践来说明,以帮助读者理解和建立工程思维。第2章空天工程的发展,综述空天工程的发展历程,评析历史上的重大空天工程,介绍当代空天工程,用图文结合的方式,梳理出空天工程的发展脉络,并通过对具有里程碑意义的伟大工程的介绍,进一步揭示空天工程的特点及其引起的科学技术进步。第3章空天工程的科学基础,对空天工程所涉及的科学进行简明介绍,探究空天工程恢宏巨建的科学基石,主要包括航空航天共用性力学与数学基础、航空的科学基础、航天的科学基础等。第4章空天工程技术,从工程技术的概念出发,对空天工程技术及其体系进行诠释,概要介绍设计、制造、材料、试验及系统工程等技术,并对空天工程技术的未来发展做出前瞻。第5章空天工程产品与产业,从空天工程的产品及其发展趋势入手,阐释空天产业的概念、构成与特点,介绍世界航空航天强国的产业状况,以及详析中国空天产业的布局。第6 章空天工程教育,从空天工程教育的基本含义与责任出发,回顾其发展历程,对国内外著名相关高等学府的专业设置情况和专业培养水平进行简要介绍,对航空航天从业者的素质要求和时代使命进行阐述,并从专业和职业关系的角度,对当代航空航天类高等院校学生的专业选择和职业规划提出建议。
本书的编写是大类培养方案中航空航天专业工程通识课程及其教材的首次尝试。航空航天大类专业的学生使用本书,有助于建立空天工程理念,坚定空天报国志向,启迪和培养工程思维能力,增强对空天工程及其相关科技门类的认知,正确理解专业与职业的关系,理性选择专业。非航空航天专业的学生和感兴趣的读者,也可以通过本书,了解中国及世界航空航天工程发展的历史、现状及未来。本书可以作为大学航空航天概论课程和教材的有益补充。
编写组
2019年8月
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