机械系统动力学发展史

中国机械动力学发展史 人类成为“现代人”的标志是制造工具。石器时代的各种石斧、石锤和木质、皮质的简单粗糙的工具是后来出现的机械的先驱。从制造简单工具演进到制造由多个零件、部件组成的现代机械,经历了漫长的过程。几千年前,人类已创制了例如用于谷物脱壳和粉碎的臼和磨,用来提水的桔槔和辘轳,装有轮子的车,航行于江河的船及其桨、橹、舵等。所用的动力,从人自身的体力,发展到利用畜力、水力和风力。所用从天然的石、木、土、皮革,发展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。制造陶瓷器皿的陶车,已是具有动力、传动和工作三个部分的完整机械。 人类从石器时代进入青铜时代,再进而到铁器时代,用以吹旺炉火的鼓风器的发展起了重要作用。有足够强大的鼓风器,才能使冶金炉获得足够高的炉温,才能从矿石中炼得金属。在中国,公元前1000~前900年就已有了冶铸用的鼓风器,并渐从人力鼓风发展到畜力和水力鼓风。早在公元前,中国已在指南车上应用复杂的齿轮系统,在被中香炉中应用了能永保水平位置的十字转架等机件。古希腊已有圆柱齿轮、圆锥齿轮和蜗杆传动的记载。但是,关于齿轮传动瞬时速比与齿形的关系和齿形曲线的选择,直到17世纪之后方有理论阐述。手摇把和踏板机构是曲柄连杆机构的先驱,在各文明古国都有悠久历史,但是曲柄 连杆机构的形式、运动和动力的确切和综合,则是近代机构学的成就。 动力是发展生产的重要因素。17世纪后期,随着各种机械的改进和发展,随着煤和金属矿石的需要量的逐年增加,人们感到依靠人力和畜力不能将生产提高到一个新的阶段。在英国,纺织、磨粉等产业越来越多地将工场设在河边,利用水轮来驱动工作机械。但当时已有一定规模的煤矿、锡矿、铜矿矿井中的地下水,仍只能用大量畜力来提升和排除。在这样的生产需要下,18世纪初出现了纽科门,T.的大气式蒸汽机,用以驱动矿井排水泵。但是这种蒸汽机的燃料消耗率很高,基本上只应用于煤矿。 1765年瓦特发明了有分开的凝汽器的蒸汽机,降低了燃料消耗率。 1781年瓦特又创制出提供回转动力的蒸汽机,扩大了蒸汽机的应用范围。蒸汽机的发明和发展,使矿业和工业生产、铁路和航运都得以机械动力化。蒸汽机几乎是19世纪唯一的动力源。但蒸汽机及其锅炉、凝汽器、冷却水系统等体积庞大、笨重,应用很不方便。19世纪末,电力供应系统和电动机开始发展和推广。20世纪初,电动机已在工业生产中取代了蒸汽机,成为驱动各种工作机械的基本动力。生产的机械化已离不开电气化,而电气化则通过机械化才对生产发挥作用。 发电站初期应用蒸汽机为原动机。20世纪初期,出现了高效率、高转速、大功率的汽轮机,也出现了适应各种水力资源的大、小功率的水轮机,促进了电力供应系统的蓬勃发展。19世纪后期发明的内燃机经过逐年改进,成为轻而小、效率高、易于操纵、并可随时启动的原动机。它先被 fuq u用以驱动没有电力供应的陆上工作机械,以后又用于汽车、移动机械(如拖拉机、挖掘机械等)和轮船,到20世纪中期开始用于铁路机车。蒸汽机在汽轮机和内燃机的排挤下,已不再是重要的动力机械。内燃机和以后发明的燃气涡轮发动机、喷气发动机的发展,还是飞机、航天器等成功发展的基础技术因素之一。 在古代,以水为动力的简单机械也有了长足的发展,例如用水轮提水,或通过简单的机械传动去碾米、磨面等。东汉杜诗任南阳太守时(公元37年)曾创造水排(水力鼓风机),利用水力,通过传动机械,使皮制鼓风囊连续开合,将空气送入冶金炉,较西欧约早了一千一百年。 古代的铜壶滴漏(铜壶刻漏)--计时工具,就是利用孔口出流使铜壶的水位变化来计算时间的。说明当时对孔口出流已有相当的认识。 北宋(960-1126)时期,在运河上修建的真州船闸与十四世纪末荷兰的同类船闸相比,约早三百多年。 明朝的水利家潘季顺(1521-1595)提出了"筑堤防溢,建坝减水,以堤束水,以水攻沙"和"借清刷黄"的治黄原则,并著有《两河管见》、《两河经略》和《河防一揽》。 清朝雍正年间,何梦瑶在《算迪》一中提出流量等于过水断面面积乘以断面平均流速的计算方法。 20世纪中业以来,大工业的形成,高新技术工业的出现和发展,特别是电子计算机的出现、发展和广泛应用,大大地推动了科学技术的发展。由于工业生产和尖端技术的发展需要,促使流体力学和其他学科相互浸透,形成了许多边缘学科,使这一古老的学科发展成包括多个学科分支的全新的学科体系,焕发出强盛的生机和活力。这一全新的学科体系,目前已包括:(普通)流体力学,粘性流体力学,流变学,气体动力学,稀薄气体动力学,水动力学,渗流力学,非牛顿流体力学,多相流体力学,磁流体力学,化学流体力学,生物流体力学,地球流体力学,计算流体力学等。