航太科技 CHAPTER1 人類的夢想

Chapter 1 飛行的夢 『人類飛行的夢』

古以來看鳥在天上飛、雲在天上飄，星星、月亮高掛在天空中 西元前3500年的“巴比倫帝國”印章上面刻著一個牧羊人坐在天使的背上飛 中國的歷史故事“嫦娥奔月”

鳥人 航空太空的科學尚未啟蒙發展以前人類對飛行的夢想大概止於如何將自己裝上一個翅膀，變成一個會飛的“鳥人”

法國“鳥人”大賽 創意飛行器花樣多

如何飛? 「想飛」的第一個思考，如何「借力使力」來克服地球的吸引力。 1. 可升空的風箏 人類從觀察鳥類的飛行、樹葉的飄降、棉絮的飛揚，獲得了以風為動力的啟示，漸漸的有了心得與構想，於是設計出會升空的翅膀，形成可以升上天空翱翔的風箏。

「想飛」的另一個思考，利用比空氣還輕的氣體來設計飛行載具。 16世紀(物理化學為主的新科學誕生)以後有些氣體比空氣還輕 2. 比空氣輕的飛行載具 – 孔明燈、飛行船、熱氣球 「孔明燈」為什麼會升空呢？ 因為古代人觀察到生火產生的煙或熱氣上升的現象，原理上空氣因受而熱膨脹，熱空氣分子密度減低了，當然也比冷空氣輕了，因此會有上升的力量。

科學家對物理化學原子分子瞭解後，發現了氫氣(17世紀)及氦氣(19世紀)等比空氣輕的氣體，使得人類想升空的條件變得十分簡單可行。 二十世紀初期科學家與航空工程師們對大型氣球飛船甚感興趣「齊柏林」飛船

「想飛」是否設計飛行翅膀，讓比空氣重的載具能夠升空而且飛得更自由呢？ 「白努利定律」實驗得知(請準備一張紙及嘴) 古代人為何無法飛上天空？因為沒有科學基礎的支撐，去充分理解如何在地大氣中飛行 白弩力定律發現了簡單的流體力學，可以將比空氣還重的物體推向天空

.比空氣重的飛行載具 –飛機、滑翔機、直升機 - 利用氣流螺旋槳推進原理 .比空氣重的飛行載具 –飛機、滑翔機、直升機 - 利用氣流螺旋槳推進原理 「想飛」除了有翼面的升力效應外，我們還需要動力。 牛頓的反作用定理是說：某一個物體施力(作用力)於另一個物體時，同時會受到大小相等方向相反的反應力(反作用力)。牛頓的反作用運動原理，是從人類經驗力的使用所發展出來的。

人類終於飛上天了 機翼是一個特殊的造型(翼型)，能使翼面上的氣流比翼面下來得快。由於流速高的一面會有較低的壓力，特殊設計的翼面下受到向上的力，比翼面上受到向下的力來得大，即獲得「升力」。1903年萊特兄弟用工程技術讓「比空氣還重的載具」飛上天空了。

比空氣重的飛行載具 – 噴射飛機 - 利用渦輪噴射推進原理 比空氣重的飛行載具 – 噴射飛機 - 利用渦輪噴射推進原理 科學家知道燃燒的原理之後，想到將高能量單元的燃料密集地點燃，燃燒或爆炸後變成氣體產生了壓力的變化(體積變大但是容器卻堅硬不變)。

空中巴士A380 空中巴士A380是法國空中巴士公司所研發的巨型客機，也是全球載客量最高的客機，有「空中巨無霸」之稱。A380為雙層四引擎客機，採最高密度座位安排時可承載853名乘客，在典型三艙等配置（頭等艙－商務艙－經濟艙）下也可承載555名乘客。該型號的原型機於2004年中首次亮相，2005年1月18日空中巴士於土魯斯廠房為首架A380客機舉行出廠典禮並於2005年4月27日試飛成功。事隔數月，於2005年11月11日，首次跨洲試飛抵達亞洲的新加坡。空中巴士公司於2007年10月15日交付A380客機給新加坡航空公司，並於2007年10月25日首次載客從新加坡樟宜機場成功飛抵澳洲雪梨國際機場。 A380客機打破波音747統領35年的紀錄，成為目前世界上載客量最大的民用飛機，不過載重量最大的民用飛機仍是烏克蘭安托諾夫製的An-225夢想式運輸機[2]。 A380亦是歷來首架擁有四條乘客通道的客機，典型座位佈置為上層「2+4+2」形式，下層為「3+4+3」形式。

空中巴士A380

作業#1 請每位同學針對現役民航機一種機型作報告，並網路尋相關影片來介紹。(下星期上課報告)

火箭 - 利用噴射推進原理 沖天爆竹使用的火藥，即近代所謂固態火箭燃料，在點燃只需少量氧氣助燃即可發生爆炸燃燒，並迅速產生極大倍率的氣體膨脹開來。將膨脹高壓的氣體從一個細小的噴嘴極速噴出，這就是我們俗稱的固體火箭引擎。 在固體燃料火箭之後，又發展出以液化氫與氧為燃料的液體燃料火箭，兩者採用完全不同的燃燒理論，但是產生噴射推力的原理是相同的。

人造衛星 - 牛頓萬有引力定律之應用 人造衛星為什麼會乖乖的在特定的軌道上運行呢？ 環繞地球飛行速度所產生的離心力，與地球引力對此衛星所產生的吸引力，兩者平衡的話，人造衛星將在此一特定高度(或與地心的距離)之軌道上運行，這就是牛頓所發現的萬有引力定律。

星際太空船 - 太空旅遊的夢想

飛碟 - 你相信它存在嗎？

航太概論教材 本課程使用教材都是來自各方資料的收 集後，重新邊整歸類，讓選課同學容易 接受，本課程所討論的學理部分均為敘 述性，同學不需去理解理論背景，課程 中的航太數據，僅供參考，不需記憶

波音公司 波音公司（英文：The Boeing Company）是美國一家開發及生產飛機的公司，在全球航空業市場上擁有頗高的佔有率。其總部設於伊利諾伊州的芝加哥。

歷史 波音公司成立於1916年7月1日，由威廉·愛德華·波音（William Edward Boeing）創建，並於1917年改名波音公司。1929年更名為聯合飛機及空運公司。1934年按政府法規要求拆分成三個獨立的公司：聯合飛機公司（現聯合技術公司）、波音飛機公司、聯合航空公司。1961年，原波音飛機公司改名為波音公司。 波音公司建立初期以生產軍用飛機為主，並涉足民用運輸機。其中，P-26驅逐機以及波音247型民用客機比較出名。1938年研製開發的波音307型是第一種帶增壓客艙的民用客機。

波音247

波音307

三十年代中期 三十年代中期，波音公司開始研製大型轟炸機，包括在第二次世界大戰中赫赫有名的B-17（綽號「空中堡壘」）、B-29轟炸機，以及東西方冷戰時期著名的B-47和B-52（綽號「同溫層堡壘」）戰略轟炸機，B-52服役後30多年中一直是美國戰略轟炸力量的主力。美國空軍中比較出名KC-135空中加油機以及E-3（綽號「望樓」）預警機也是由波音公司生產。

B-17

B-29

B-47

B-52

KC-135加油機

E-3

六十年代以後 六十年代以後，波音公司的主要業務由軍用飛機轉向商用飛機。1957年在KC-135空中加油機的基礎上研製成功的波音707是該公司的首架噴氣式民用客機，共獲得上千架訂貨。從此在噴氣式商用飛機領域內舉足輕重，先後發展了波音727、波音737、波音747、波音757、波音767等一系列型號，逐步確立了全球主要的商用飛機製造商的地位。其中，波音737是在全世界被廣泛使用的中短程民航客機。波音747一經問世就長期佔據世界最大的遠程民航客機的頭把交椅。 美國總統的專機「空軍一號」也由該公司出產的波音707以及波音747改裝而成。

1997年，波音公司宣布，原波音公司與麥克唐納·道格拉斯公司（簡稱：麥道公司）完成合併，新的波音公司正式營運。麥道公司曾經是美國最大的軍用飛機生產商之一，著名的F-4「幽靈」、F-15「鷹」、C-17「全球霸王III」軍用運輸機、MD系列商用飛機就產自該公司。

F-4

F-15

C-17

現狀 與麥道公司完成合併後的波音公司已經成為世界上航空航天領域規模最大的公司。波音公司由四個主要的業務集團組成,波音公司目前在全世界開設有50多個代表處，僱員20餘萬人。 波音民用飛機集團（Boeing Commercial Airplanes），主要生產民用運輸機，主要產品包括：波音707、717、727、737、747、757、767、777、787系列飛機，提供從100座級別到500多座級別以及貨運型號在內的各種民用運輸機。全球同時在現役運營波音民用飛機有上萬架之多。目前，波音民用飛機集團正在全力開發大量使用複合材料的波音787和波音747-8系列飛機。

產品 民航機 707：一款非常早期的中至長程、150至250人座級距之四發動機噴射客機系列。 717：原名MD-95，是由麥道在與波音合併之前所開發的中短程百人座級距單走道噴射客機系列。 727：一款較為早期的100至200人座級距之三發動機噴射客機系列。 737：生產歷史悠久、衍生型眾多且使用廣泛的100至200人座雙發動機單走道噴射客機系列，根據機種差異適合營運的範圍介於短至中程航線。 747：世界上第一架配置有雙層甲板的客機，採四發動機配置，根據機種與艙等設計差異載客量介於200至500人不等的長程廣體客機系列。 757：為了取代727而開發出的中短程雙發動機噴射客機系列，載客量介於200至250人之間，單走道設計。 767：中型雙發動機廣體客機系列，因為機身大小適中，也經常被改造為政府或軍事用途的特殊機種。 777：世界上第一款大型雙發動機長程廣體客機，其中的777-300版本是世界上機身最長的量產民航機。 787：用以取代767的中型廣體客機系列，根據機種的不同，適用範圍介於短途的區域性航線至中長程的越洋航線不等。

波音707 波音707是美國波音公司在1950年代發展的首部四噴射引擎發動民航客機。這亦是世界第一部在商業上取得成功的噴射民航客機，憑著707的成功，波音公司執掌民航機生產牛耳接近半個世紀，之後發展出各型號7x7噴射客機。707是能夠橫越大西洋的大型客機。今天所有民航機都有的後掠翼、下掛引擎都最先在707上出現。707操作成本比當時的活塞引擎飛機低數倍，這是它之所以成功的最主要原因。

型號 707-120 707-120B 707-220 707-320 707-320B 707-320B改良型（Advanced） 707-420 707-700 720 720B

波音717 波音717是波音公司最小型的雙引擎噴射客機，原名為MD-95，設計給100人座級距的市場。波音在1995年接到第一張訂單，在1999年9月正式投入服務。717是道格拉斯DC-9的第三世代後繼機種。 波音在2006年5月停止了717的生產，結束波音長灘工廠組裝客機的長久歷史。

波音727 波音727是美國波音公司繼707後的第二款噴氣式客機，1963年試飛。乘客量為145人（經濟、商務兩級）或189人（一級），由三台渦輪噴氣式發動機驅動，部分零件如機身組件與707相同，主要市場是美國內陸主幹線。波音727採用類似三叉戟的設計，3台發動機全部裝置在飛機尾部。最後一架727 在1984年交付使用。總產量為1,832架。

衍生型 727-100C客貨轉換型 727-200基本型 727-200先進型

波音737 波音737是美國波音公司生產的一個短途客機系列，它是目前世界上民航機中生產壽命最長、交付量最多的系列，至今訂單已達7,000架，當中5,009架已交付。737計劃在1964年展開，到今天經歷了三代的產品：737-100/-200最早期的型號，是用低旁通比的渦輪噴射發動機；其後第二代的737-300/-400/-500確保了737成爲目前爲止世界上最成功的單走道民航客機系列，高旁通比的渦輪風扇發動機提高了經濟性和降低了噪音水平；最新一代的737（也是正在生產中的系列）為737-NG（NG是「Next Generation」的縮寫，意指「次世代」之意），機身從短到長分別是-600/-700/-800及-900型。

波音737系列 第一代737 737-100 737-200 第二代737 737-300 737-400 737-500 第三代737 737-600 737-700/737-700ER 737-800 737-900/737-900ER

波音747 波音747，又稱為「珍寶客機」（Jumbo Jet）或「空中巨無霸」[5][6]，是世界上最易識別的飛機之一，[7]亦是全世界首款生產出的廣體民航機，由美國波音民用飛機集團製造。波音747雛型的大小，是1960年代被廣泛使用的波音707的兩倍[8] ，飛機翼展比萊特兄弟的首次飛行的距離還要長。自1970年投入服務後，到A380投入服務之前，波音747保持全世界載客量最高飛機的紀錄長達37年。 波音747是一款雙層四發動機飛機，能夠用來載客、載貨或其它用途，它的上層甲板設計，使波音747貨機型號能夠在機首裝設一個貨艙門，而客機型號的波音則可以增加額外座位，三級座艙設計的載客量達416人，而雙級艙設計的載客量則高達524人。波音747-400是747系列中最近投入服務的型號，其飛行速度與其它同類型飛機差不多，時速達0.85馬赫（567英里或913公里），航程達7,260海里（8,350英里或13,450公里）[9]。 當超音速客機的問世及持續發展，部份業界人士估計波音747將會慢慢退役[10]，但到了1993年，波音747訂單超過1000架使他們的期望落空了[11] 。直到2009年1月，波音747共生產了1,412架，另外有112架訂單[2]；波音747最新型號是747-8，預計會在2009年投入服務[12]。

波音747系列 747-100 747-100SR 747SP 747-200 747-300 747-400 747 LCF 747-8

波音757 波音757為美國波音公司開發的中型單通道窄體民航客機，原設計為美國東方航空及英國航空取代旗下的波音727。波音757於1983年投入服務，並於2005年11月18日停產，共生產了1,050架。最後一架757已交付上海航空[2]。波音757可被視為波音最成功的計劃之一。可是，隨著銷售量於90年代末開始下跌，最終導致波音757於2005年11月28日停產。757-300的需求主要來自美國紐約至西歐的航線。停產後產品空缺由737-900代替。據2007年1月統計，全球目前共有1006架波音757在服役中。[3]波音757系列載客量在186-279人之間，最大航程為3100-3900海里（5900-7200千米）。

波音757系列 757-100 757-200 757-300 私人及軍用型號

波音767 波音767是美國波音公司開發用的中型廣體客機，用來與空中巴士A310競爭。767與757是姊妹產品，兩者的駕駛駕駛艙設計亦相同，機組及維修人員很容易同時掌握這兩種飛機，但757是窄體客機。767在1981年投產，首個型號是-200型，之後生產較長的-300型。此外尚有長途專用的-200ER, -300ER 和-400ER。當中-400ER有新的翼尖設計。767和757是波音民航機中首先使用2人操控的駕駛艙，此外亦是波音客機中最先採用電子飛行儀表。767機艙內可作7人或8人排列。

波音767系列 767-200 767-200ER 767-300 767-300ER 767-300F 767-400ER E-767空中預警機 KC-767空中加油機

波音777 波音777是一款由美國波音公司製造的長程雙引擎廣體客機，是目前全球最大的雙引擎廣體客機，三級艙佈置的載客量由283人至368人，航程由5,235海里至9,450海里（9,695公里至17,500公里）。波音777採用圓形機身設計[3]，起落架共有12個機輪[4]，所採用的發動機直徑也是所有客機之中最大的。波音投入了大量資源以開發777，為波音史上第二次的豪賭，假如失敗，波音可能難逃破產命運，但結果證明波音777是一款成功的飛機。 波音777的直接競爭對手是A330-300、A340和仍開發中的A350XWB。直至2008年8月，共有56家公司訂購了1,092架波音777[1]。波音777有可能會被波音Y3所取代。

波音777系列 777-200 777-200ER 777-200LR 777-300 777-300ER 777F KC-777

波音787 波音787，又稱為「夢想客機」（英語：Dreamliner），是波音公司最新型號的寬體中型客機，現時由波音民用飛機集團（BCA）負責開發，預計將於2009年投入服務。787可載210至330人，視乎座位編排而定。燃料消耗方面，787比以往的產品省油，效益更高。此外在用料方面，787是首款主要使用複合材料建造的主流客機。 最早於2005年1月28日，787在擁有正式名稱之前，被稱為「7E7」。在2006年4月26日，即研發計劃推出的一年後，波音在787客機的外觀設計作出改動，包括機鼻長度被改短。

波音公司vs空中巴士工業公司 空中巴士工業公司主要製造民用運輸機。由歐盟的法國、德國、英國和西班牙四國的宇航公司共同組建，自1970年成立以來，逐步發展成為波音公司的主要競爭對手，波音公司在民用運輸機的市場額份不斷被空中巴士公司蠶食，雙方几乎在全球範圍內展開面對面的定單爭奪戰。

空中巴士工業公司 空中巴士的生產線是從A300型號開始的，它是世界上第一個雙通道、雙引擎的飛機，比A300更短的變型被稱為A310。空中巴士在A320型號上應用了創新的電控飛行操作（fly-by-wire）控制系統。A320獲得了巨大的商業成功。