院士专家校园行｜从跟跑向并跑迈进的航空科技

飞机为什么能够在天空中飞行？

4月10日，2023年广州“院士专家校园行”番禺区教师专场活动由这样一个问题开场。北京航空航天大学教授、北航老教授报告团副团长陈志英，走进广州市番禺区华南碧桂园学校中学部，为番禺区各中小学科技教师代表，带来一场主题为《从跟跑向并跑迈进的航空科技》的科普讲座。

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歼-20真的能隐身吗？

在与会教师期待的掌声中，陈教授拿出了一架精致的歼-20航模。

歼-20战斗机，作为解放军最新一代隐形战斗机，是近些年来的“明星飞机”。

那么大的飞机，真的能隐形、消失吗？

实际上，歼-20的“隐形”不是针对我们的眼睛，而是针对战场指挥员的眼睛——雷达。

雷达能够发射电磁波。电磁波遇到飞机被反射回来，又被雷达接收，于是雷达就“看见”了经过的飞机。

为了从雷达的眼里消失，歼-20改变了机身结构和材料。陈教授用手中的航模向大家演示，飞机的结构是如何吸收和散射雷达的电磁波，减少反馈给雷达的信号量的。

陈志英教授正在用航模进行讲解

02

作为世界顶尖的战斗机，要有“隐身斗篷”，更要有一颗强劲的心脏——航空发动机。

讲起自己的专业领域，陈教授可谓是口若悬河。他先用哪吒的形象打比方：发动机就是哪吒脚下的风火轮。有了它，飞机才能腾云驾雾。风越大，火越猛，“风火轮”产生的推力就越大，飞机才能飞得更高、更快、更远。这就是发动机工作的核心原理：牛顿第二运动定律。

加大火力——提高气流加速度

增加喷气流速的方法可以采用高温燃气产生膨胀气体喷射，燃烧产生的温度越高，气流喷出的速度就越快，推力也就越强。陈教授幽默地说：“这是每个初中生都知道的物理原理，热胀冷缩嘛！”

这种“大火力”的发动机体积小，动力足，很适合用在军用飞机，特别是战斗机上。

不过，高温燃烧导致发动机热端机件长时间处在“炼丹炉”里，金属零件性能退化，甚至烧蚀融化。陈教授结合北京航空航天大学的宣传资料，讲解为了保护发动机叶片套上的“金钟罩”——耐高温材料和涂层的隔热原理。

正在修复的航空发动机叶片

加大风量——增大气流流量

说完了提高加速度的发动机技术，陈教授开始讲解另一个方向：增加通过的空气质量，也就是发动机内的气流流量。

坐飞机时，能看到机翼下面挂着几个巨大的“风扇”，那就是发动机的入风口。这类发动机会做尽量大的风扇，尽可能多容纳空气，从而增加推动力。大体积带来的是“稳重”，数个发动机一同开启，就能稳稳托起一架大型客运飞机。

国产大客机C919

一般来说，军用航空发动机会往“加大火力”的方向研究，商用航空发动机则向“加大风量”的方向发展。陈教授提到，虽然我国的军用飞机技术已经和世界前沿发展“并跑”了，民用飞机却还缺少关键的“中国心”——国产商用航空发动机。

03

火力越猛、风力越大

发动机就越好？

陈教授又举起了那架歼-20航模作为例子。作为世界最先进的战斗机之一，需要飞得快、飞得高，使用的是火力强劲、体积更小，可以藏进肚子里的发动机。

歼-20战斗机

而它的“姐妹”，同属20系列的“胖妞”运-20大型多用途运输机，机翼下面挂载了四个“大酒桶”。这些“酒桶”气流流量大，出力稳定，耗油量低，适合执行“飞得远”的长途运输任务。

运-20大型多用途运输机

陈教授介绍了航空发动机的种类，以及不同的动力特性：“飞得高、飞得快、飞得远”。

新的型号飞机不能也不宜采用所有最先进的技术，除了增加成本，还会导致维护十分困难。教授强调，根据不同类型飞机的功能，选择合适的发动机类型，才能因地制宜，满足多种任务场景。

04

除了军机、民机，还有一个闪闪发光的航空航天产业：无人机。

正在给田地施肥的无人机

陈教授介绍，无人机是未来航空航天发展的主要方向。

侦察无人机能够长时间、高专注地执行空中侦察；小型无人机能够灵活进入各种地形，行动更加精准。上到探索危险的宇宙深空，下到给田地施肥杀虫，无人机的应用囊括人类生产发展的方方面面。

我国的无人机产业量产和价格优势明显，军用、民用无人机都有突出成就。无人机产业将是今后科研的关注点。

陈志英教授正在讲解我国无人机产业

讲座的最后，陈教授总结了我国的航空领域在国际上的地位，简单回顾了我国航空科技从“跟跑”向“并跑”的发展进程。

作为培养学生科学兴趣的角色，来自番禺区各个中小学的科技教师们反响热烈，互相交流、分享教学经验，和陈教授一同展望我国航空科技走向“领跑”的未来。

讲座结束后，中国航空协会航模表演队副队长彭涛协同培训团队教员，带领各位教师体验了无人机课程和实操飞行。

与会老师看到了中国科技崭新的一面，纷纷感叹科技创新所带来的成就，决心投身丰富校园科技教育的潮流。

与会教师学习无人机编程

团队成员向老师讲解无人机实操

陈志英教授简介

北京航空航天大学教授、博士生导师、北航老教授报告团副团长，曾获国家教学成果二等奖1项（2009 排名5）、北京市教学成果一等奖1项（2008 排名5），北京市教育委员会评为“2013年北京高等学校继续教育优秀教学团队”，1993年被评为航空航天部优秀青年教师。编著国家“十二五”规划教材《航空发动机维修性工程》（第1作者），获得部级科技进步奖三等奖3项，1项排名第一、2项第三。累计授课40年，讲授过14门课程，培养了108名硕博研究生，指导42名本科生参加冯如杯科技创意论文竞赛，2人获得一等奖。

广州“院士专家校园行”简介

科技是国之利器，教育是国之重器，少年是国之未来。青少年科普教育是提升科学素养和创新精神的打底工程，对国家发展和民族复兴具有非常重要的战略意义。广州“院士专家校园行”项目是广州市科学技术协会、广州市教育局和中国科学院广州分院专门为广州市中小学生精心策划、量身打造的年度科普活动，通过邀请优秀科学家深入广州地区中小学校开展科普讲座，让青少年与科学大师亲密接触，收获知识的同时感受科学家的人格魅力和不断探索、勇于创新的科学精神。

自2017年3月活动开展以来，该项目先后邀请了来自中国科学院、中国工程院及世界科学院的欧阳自远、张景中、陈新滋、刘人怀、钟世镇、黄乃正（香港）、方滨兴、杜如虚、林浩然、叶玉如（香港）、吴硕贤、刘焕彬、徐义刚、张培震、罗锡文、苏国辉等16名院士在内的110多名不同领域的科技工作者，为18万多中小学生开展科普讲座604场，深受学校和广大师生的欢迎。

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