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中国直升机设计研究所中国直升机设计研究所位于江西省景德镇市,创建于1969年12月,隶属于中国航空工业第二集团公司,是中国唯一的以直升机型号研制和直升机技术预先研究为使命的大型综合性科研单位。研究所现有职工2000余人,其中各类专业技术人员1400余人,高级工程师300多人,国家级、部级专家8人,入选国家“百千万人才”2人、“511人才”14人,研究员90余人。研究所拥有总体气动、结构强度、旋翼设计、航电火控、飞行控制、液压传动、环境控制、信息技术等40多个专业和系统设计试验研究室16个;具有覆盖13吨级以下军、民用直升机常规设计、试验的手段和设施,设计研究手段先进,技术开发力量雄厚。其中,直升机旋翼试验塔、工程模拟器、地面联合试验台等设施填补了国内行业空白,达到国际先进水平,直升机旋翼试验能力跻身世界先进行列。能够进行并行工程设计以及总体、系统仿真以及静强度、振动、疲劳、航电系统、非航电系统、电气系统、燃滑油系统、武器系统、飞机地面动力等多种试验。2002年通过了GJB9001A-2001质量体系认证。南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室直升机旋翼动力学国家级重点实验室是国家重点投资兴建的重点实验室,于1995年底建成并通过国家验收。主要从事直升机科技领域的基础性研究以及高层次人才的培养。实验室实行主任负责制。由国内高水平的同行专家组成的学术委员会保证本实验室的开放性,并为科研工作的高水平、提高学术活动的权威性创造良好条件。本实验室主要研究方向有三:旋翼涡系、流场及高性能旋翼探索;旋翼非定常气动及直升机机动飞行力学;旋翼气动弹性耦合动力学。本实验室坚持"开放、联合、流动"的方针,以创新为己任,鼓励开展交叉型研究。本实验室具有旋翼试验台、旋臂机、反扭矩试验系统、立式水洞、结构振动试验系统共五套大型试验,并配备有计算机仿真工作站以及先进的测力、测速、测压设备。试验厂房、计算机房及研究人员工作室合计建筑面积2815M2,具有良好的研究条件和学术环境。本实验室已形成一支稳定的、梯队配置合理的研究队伍,承担着多项国家科研任务,并建立了广泛的国内外学术联系与合作关系。作为中国直升机行业的一个基础性研究基地,本实验室热忱欢迎同行专家学者,特别是青年科技人员前来进行合作研究。

中国的竹蜻蜓中国的竹蜻蜓和意大利人达芬奇的直升机草图,为现代直升机的发明提供了启示,指出了正确的思维方向,它们被公认是直升机发展史的起点。竹蜻蜓又叫飞螺旋和“中国陀螺”,这是我们祖先的奇特发明。有人认为,中国在公元前400年就有了竹蜻蜓,另一种比较保守的估计是在明代(公元1400年左右)。这种叫竹蜻蜓的民间玩具,一直流传到如今。现代直升机尽管比竹蜻蜓复杂千万倍,但其飞行原理却与竹蜻蜓有相似之处。现代直升机的旋翼就好像竹蜻蜓的叶片,旋翼轴就像竹蜻蜓的那根细竹棍儿,带动旋翼的发动机就好像我们用力搓竹棍儿的双手。竹蜻蜓的叶片前面圆钝,后面尖锐,上表面比较圆拱,下表面比较平直。当气流经过圆拱的上表面时,其流速快而压力小;当气流经过平直的下表面时,其流速慢而压力大。于是上下表面之间形成了一个压力差,便产生了向上的升力。当升力大于它本身的重量时,竹蜻蜓就会腾空而起。直升机旋翼产生升力的道理与竹蜻蜓是相同的。《大英百科全书》记载道:这种称为“中国陀螺”的“直升机玩具”在15世纪中叶,也就是在达芬奇绘制带螺丝旋翼的直升机设计图之前,就已经传入了欧洲。《简明不列颠百科全书》第9卷写道:“直升机是人类最早的飞行设想之一,多年来人们一直相信最早提出这一想法的是达·芬奇,但现在都知道,中国人比中世纪的欧洲人更早做出了直升机玩具。” 意大利人达芬奇在1483年提出了直升机的设想并绘制了草图。19世纪末,在意大利的米兰图书馆发现了达芬奇在1475年画的一张关于直升机的想象图。这是一个用上浆亚麻布制成的巨大螺旋体,看上去好像一个巨大的螺丝钉。这种飞机器由四个人操纵,在达·芬奇时代流行的旋转玩具可能引发了这位大发明家的设计灵感,他建议以旋转一绕垂直轴的螺旋面来达到垂直的飞行。它以弹簧为动力旋转,当达到一定转速时,就会把机体带到空中。驾驶员站在底盘上,拉动钢丝绳,以改变飞行方向。事实上,达·芬奇称自己的发明也只是提供一个直升动力,而不是真正能工作的飞机。西方人都说,这是最早的直升机设计蓝图。 尽管现代科学家认为达·芬奇设计的“直升机”可能永远不会起飞,但这一设计仍旧是达·芬奇最著名的发明之一。直到今天,人们还将达·芬奇视为双旋翼直升机概念的鼻祖。 20世纪50年代中期至60年代末是实用型直升机发展的第二阶段。这个阶段的典型机种有:美国的S-61、贝尔209/AH-1、贝尔204/UH-1,苏联的米-6、米-8、米-24,法国的SA321“超黄蜂”等。这个时期开始出现专用武装直升机,如AH-1和米-24。这些直升机称为称为第二代直升机。这个阶段的直升机具有以下特点:动力源开始采用第一代涡轮轴发动机。涡轮轴发动机产生的功率比活塞式发动机大得多,使直升机性能得到很大提高。第一代涡轮轴发动机的比功率约为62千瓦/千克,比容积为9千瓦/米3左右。直升机旋翼桨叶由木质和钢木混合结构发展成全金属桨叶,寿命达到1200飞行小时。桨叶翼型为非对称的,桨尖简单尖削与后掠,气动效率有所提高,旋翼升阻比达到3,旋翼效率提高到6。机体结构为全金属薄壁结构,空重与总重之比降低到5附近。已采用减振的吸能起落架和座椅。机体外形开始考虑流线化,以减小气动阻力。直升机座舱开始采用纵列式布置,使机身变窄。性能明显改善,最大飞行速度达到200~250千米/小时,振动水平降低到15g左右,噪声水平为100分贝,乘坐舒适性有所改善。20世纪70年代至80年代是直升机发展的第三阶段,典型机种有:美国的S-70/UH-60“黑鹰”、S-76、AH-64“阿帕奇”,苏联的卡-50、米-28,法国的SA365“海豚”,意大利的A129“猫鼬”等。在这一阶段,出现了专门的民用直升机。为了深入研究直升机的气动力学和其它问题,这时也设计制造了专用的直升机研究机(如S-72和贝尔533)。各国竞相研制专用武装直升机,促进了直升机技术的发展。 这个阶段的直升机具有以下特点:涡轮轴发动机发展到第二代,改用了自由涡轴结构,因此具有较好的转速控制特征,改善了起动性能,但加速性能没有定轴结构的好。发动机的重量和体积有所减小,寿命和可靠性均有提高。典型的发动机耗油率为36千克/千瓦小时,与活塞式发动机差不多。旋翼桨叶采用复合材料,其寿命比金属桨叶有大幅度提高,可达到3600小时左右。翼型不再借用固定翼飞机的翼型,而是为直升机专门研制的翼型,即二维曲线变化翼型。桨尖呈抛物线后掠。桨毂广泛使用弹性轴承,有的成无铰式。尾桨已开始采用效率高又安全的涵道尾桨。旋翼升阻比达5左右,旋翼效率提高到7左右。机体次结构也采用复合材料制造,复合材料占机体总重的比例通常为10%左右,直升机的空重/总重比一般为5。对于军用直升机,特别是武装直升机来说,提出了抗弹击和耐坠毁要求。美军方提出了军用直升机耐毁标准MIL-STD-1290,已成为军用直升机的设计标准。为满足这些标准,军用直升机采用了乘员装甲保护,专门设计了耐坠毁起落架、座椅和燃油系统。电子系统已发展到半集成型。直升机采用大规模集成电路通讯设备、集成的自主导航设备、集成仪表、电子式与机械式混合操纵机构等。机上的电子设备之间靠一条双向数字数据总线交连,通过这条总线可进行信息发射和接收。直升机采用混合布置的局部集成驾驶舱。第一代夜视系统的使用使直升机具备了夜间飞行能力。这种较为先进的半集成电子设备使直升机通讯距离显著增大,导航距离与精度明显提高,仪表数量有所减少,飞行员工作负荷得到减轻,也使直升机具备了机动/贴地飞行以及在不利气象/夜间条件下的飞行能力,从而提高了直升机的整体性能。动力学性能明显提高。直升机的升阻比达到4,全机振动水平约为1g,噪声水平低于95分贝,最大飞行速度达到300千米/小时。 20世纪90年代是直升机发展的第四阶段,出现了目视、声学、红外及雷达综合隐身设计的武装侦察直升机。典型机种有:美国的RAH-66和S-92,国际合作的“虎”、NH90和EH101等,称为第四代直升机。 这个阶段的直升机具有以下特点:采用第3代涡轴发动机,这种发动机虽然仍采用自由涡轴结构,但采用了先进的发动机全权数字控制系统及自动监控系统,并与机载计算机管理系统集成在一起,有了显著的技术进步和综合特性。第3代涡轴发动机的耗油率仅为28千克/千瓦小时,低于活塞式发动机的耗油率。其代表性的发动机有T800、RTM322和RTM390。桨叶采用碳纤维、凯芙拉等高级复合材料制成,桨叶寿命达到无限。新型桨尖形状繁多,较突出的有抛物线后掠形和先前掠再后掠的BERP桨尖。这些新桨尖的共同特点是可以减弱桨尖的压缩性效应,改善桨叶的气动载荷分布,降低旋翼的振动和噪声,提高旋翼的气动效率。球柔性和无轴承桨毂获得了广泛应用,桨毂壳体及桨叶的连接件采用复合材料,使结构更为紧凑,重量大为降低,阻力大大减小。旋翼升阻比达到5,旋翼效率为8。这个阶段应用了无尾桨反扭矩系统,其优点是具有良好的操纵响应特性、振动小、噪声低,不需要尾传动轴和尾减速,使零部件数量大大减小,因而提高了可维护性。复合材料在直升机上获得了前所未有的广泛应用。直升机开始采用复合材料主结构,复合材料的应用比例大幅度上升,通常占机体结构重量的30~50%。这一时期的民用型直升机的空重/总重比约为37。高度集成化的电子设备。计算机技术、信息技术及智能技术在直升机上获得应用,直升机电子设备朝着高度集成化方向发展。这一时期的直升机,采用了先进的增稳增控装置,用电传、光传操纵取代了常规的操纵系统,采用先进的捷联惯导、卫星导航设备及组合导航技术,先进的通讯、识别及信息传输设备,先进的目标识别、瞄准、武器发射等火控设备及先进的电子对抗设备,采用了总线信息传输与数据融合技术,并正向传感器融合方向发展。机上的电子、火控及飞行控制系统等通过多余度数字数据总线交连,实现了信息共享。采用了多功能集成显示技术,用少量多功能显示器代替大量的单个仪表,通过键盘控制显示直升机的飞行信息,利用中央计算机对通讯、导航、飞行控制、敌我识别、电子对抗、系统监视、武器火控的信息进行集成处理从而进行集成控制。采用这类先进的集成电子设备,大大简化了直升机座舱布局和仪表板布置,系统部件得到简化,重量大大减轻。更主要的是极大地减轻了飞行员工作负担,改善了直升机的飞机品质和使用性能。直升机的全机升阻比达到6,振动水平降到05g,噪声水平小于90分贝,最大速度可达到350千米/小时。

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以人类现有的技术将直升机的速度提至超音速几乎不可能,因为其背上巨大的螺旋浆就是最大的阻力。如果真的将速度提升到超音速,而且又是在直升机原有的技术上提高改进,那么还是属于直升机的统筹,只不过可能会加上前缀,比如超音速直升机,或者极速直升机等等。

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