空氣動力學(xué)與飛行原理

大氣的基本知識大氣飛行環(huán)境，主要指飛行器在大氣層內(nèi)飛行時所處的環(huán)境條件。包圍地球的空氣層(即大氣)是航空器的唯一飛行活動環(huán)境，也是導(dǎo)彈和航天器的重要飛行環(huán)境。大氣的基本知識第二節(jié)一、二、大氣的基本要素大氣層劃分學(xué)習(xí)大綱目錄頁第二節(jié)一、二、大氣的基本要素大氣層劃分目錄頁壹氣溫是表示空氣冷熱程度的物理量，它實質(zhì)上是空氣分子平均動能大小的宏觀表現(xiàn)，一般情況下，我們可將空氣看作理想氣體。這樣空氣分子的平均動能就是空氣內(nèi)能。因此氣溫的升高或降低，也就是空氣內(nèi)能的增加或減少。在實際大氣中，氣溫變化的基本方式有非絕熱變化和絕熱變化兩種。而對某一地點的氣溫(又稱局地氣溫)來說，其變化除了與那里的氣塊溫度的絕熱和非絕熱變化有關(guān)外，還與不同溫度氣塊的移動有關(guān)表示大氣狀態(tài)的物理量和物理現(xiàn)象通稱為氣象要素。氣溫、氣壓、濕度等物理量是氣象要素，風(fēng)、云、降水等天氣現(xiàn)象也是氣象要素，它們都能在一定程度上反映當(dāng)時的大氣狀況。其中，氣溫、氣壓和空氣濕度稱為三大氣象要求。大氣的基本要素(一)氣溫壹氣壓即大氣壓強，是指與大氣相接觸的面上，空氣分子作用在每單位面積上的力。這個力是由空氣分子對接觸面的碰撞而引起的，也是空氣分子運動所產(chǎn)生的壓力。常用的量度單位有百帕(hPa)和毫米汞柱(mmHg)，其換算關(guān)系為1hPa=100N/㎡=0.75mmHg。大氣的基本要素壹(二)氣壓12氣壓隨高度的變化

在大氣處于靜止?fàn)顟B(tài)時，某一高度上的氣壓值等于其單位水平面積上所承受的上部大氣柱的重力，隨著高度增加，其上部大氣柱越來越短，且氣柱中空氣密度越來越小，氣柱重力也就越來越小。航空上常用的氣壓

(1)本站氣壓：指氣象臺氣壓表直接測得的氣壓。由于各測站所處地理位置及海拔高度不同，本站氣壓常有較大差異。(2)修正海平面氣壓：是由本站氣壓推算到同一地點海平面高度上的氣壓值。運用修正海平面氣壓便于分析和研究氣壓水平分布情況，海拔高度大于1500m的測站不推算修正海平面氣壓，因為推算出的海平面氣壓誤差可能過大，失去意義。(3)場面氣壓：指著陸區(qū)(跑道入口端)最高點的氣壓。場面氣壓也是由本站氣壓推算出來的。飛機起降時為了準(zhǔn)確掌握其相對跑道的高度,就需要知道場面氣壓。場面氣壓也可由機場標(biāo)高點處的氣壓代替。(4)標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓：大氣處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的海平面氣壓稱為標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓,其值為1013.25hPa或760mmHg.海平面氣壓是經(jīng)常變化的，而標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓是一個常數(shù)。大氣的基本要素壹氣壓與高度

飛機飛行時，測量高度多采用無線電高度表和氣壓式高度表。無線電高度表所測量的是飛機相對于所飛越地區(qū)地表的重直距離。無線電高度表能不斷地指示飛機相對于所飛越地表的高度，并對地形的任何變化都很“敏感”.氣壓式高度表是主要的航行儀表。它是一個高度靈敏的空盒氣壓表，但刻度盤上標(biāo)出的是高度，另外有一個輔助刻度盤可顯示氣壓，高度和氣壓都可通過旋鈕調(diào)定。高度表刻度盤是在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下按氣壓隨高度的變化規(guī)律而確定的，即氣壓式高度表所測量的是氣壓，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大氣中氣壓與高度的關(guān)系，就可以表示高度。飛行中常用的氣壓高度有以下幾種:(1)場面氣壓高度(QFE)：它是飛機相對于起飛或著陸機場跑道的高度。為使氣壓式高度表指示場面氣壓高度飛行員需按場壓來撥正氣壓式高度表.將氣壓式高度表的氣壓刻度撥正到場壓值上。（2）標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓高度（QNE）：它是指相對于標(biāo)準(zhǔn)海平面（氣壓為760mmhg或1013.25hpa）的高度。飛機在航線上飛行時,都要按標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓調(diào)整高度表，目的是使所有在航線上飛行的飛機都有相同的“零點”高度，并按此保持規(guī)定的航線儀表高度飛行，以避免飛機在空中相撞(3)修正海平面氣壓高度(QNH)，如果按修正海平面氣壓撥正氣壓式高度表，則高度表將顯示出修正海平面氣壓高度。在飛機著陸時，將高度表指示高度減去機場標(biāo)高就等于飛機距機場跑道面的高度。大氣的基本要素壹我們已經(jīng)知道，大氣中含有水汽.大氣中的水汽含量是隨時間、地點、高度、天氣條件而不斷變化的?？諝鉂穸染褪怯脕砹慷瓤諝庵械乃炕蛘呖諝獬睗癯潭鹊奈锢砹?。大氣的基本要素壹(三)空氣濕度一、二、大氣的基本要素大氣層劃分目錄貳大氣層無明顯的上限，它的各種特性在鉛垂方向上的差異非常明顯，例如空氣密度隨高度增加而很快趨于稀薄。以大氣中溫度隨高度的分布為主要依據(jù)，可將大氣層劃分為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層(外大氣層)等5個層次(圖1.24)。航空器的大氣飛行環(huán)境是對流層和平流層。大氣層對飛行有很大影響，惡劣的天氣條件會危及飛行安全，大氣屬性(溫度、壓力、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等)對飛機飛行性能和飛行航跡也會產(chǎn)生不同程度的影響。大氣層劃分貳地球大氣中最低的一層。對流層中氣溫隨高度增加而降低，空氣的對流運動極為明顯，空氣溫度和濕度的水平分布也很不均勻。對流層的厚度隨緯度和季節(jié)變化，一般低緯度地區(qū)平均為16-18公里；中緯度地區(qū)平均為10-12公里；高緯度地區(qū)平均為8-9公里。就季節(jié)而言，中國絕大部分地區(qū)一般都是夏季對流層厚，冬季對流層薄。對流層集中了全部大氣約四分之三的質(zhì)量和幾乎全部的水汽，是天氣變化最復(fù)雜的層次，也是對飛行影響最重要的層次。飛行中所遇到的各種重要天氣現(xiàn)象幾乎都出現(xiàn)在這一層中，如雷暴、濃霧、低云幕、雨、雪、大氣湍流、風(fēng)切變等。在對流層內(nèi)，按氣流和天氣現(xiàn)象分布的特點，又可分為下層、中層和上層3個層次。（一）對流層大氣層劃分貳21對流層下層又稱摩擦層。它的范圍自地面到1~2公里高度。但在各地的實際高度又與地表性質(zhì)、季節(jié)等因素有關(guān)一般說來，其高度在粗糙地表上高于平整地表上，夏季高于冬季(北半球)，晝間高于夜間。在下層中，氣流受地面摩擦作用很大，風(fēng)速通常隨高度增加而增大。在復(fù)雜的地形和惡劣天氣條件下，常存在劇烈的氣流擾動，威脅著飛行安全。突發(fā)的下沖氣流和強烈的低空風(fēng)切變常會引起飛機失事。另外，充沛的水汽和塵埃往往導(dǎo)致濃霧和其他惡化能見度的現(xiàn)象，對飛機的起飛和著陸構(gòu)成嚴(yán)重的障礙。為了確保飛行安全，每個機場都規(guī)定有各類飛機的起降氣象條件。另外，對流層下層中氣溫的日變化極為明顯，晝夜溫差可達10-40°C。對流層中層它的底界即摩擦層頂，上界高度約為6公里，這一層受地表的影響遠小于摩擦層。大氣中云和降水現(xiàn)象大都發(fā)生在這一層內(nèi)。這一層的上部，氣壓通常只及地面的一半，在那里飛行時需要使用氧氣。一般輕型運輸機、直升機等常在這一層中飛行。人事管理與人力資源管理貳34對流層上層

它的范圍從6公里高度伸展到對流層的頂部。這一層的氣溫常年都在0°C以下，水汽含量很少。各種云都由冰晶或過冷卻水滴組成。在中緯度和副熱帶地區(qū)，這一層中常有風(fēng)速等于或大于30米/秒的強風(fēng)帶，即所謂的高空急流。飛機在急流附近飛行時往往會遇到強烈顛簸，使乘員不適，甚至破壞飛機結(jié)構(gòu)和威脅飛行安全。對流層頂

在對流層和平流層之間，還有一個厚度為數(shù)百米到1~2公里的過渡層，稱為對流層頂。對流層頂對垂直氣流有很大的阻擋作用。上升的水汽、塵粒等多聚集其下，那里的能見度往往較差。人事管理與人力資源管理貳平流層位于對流層頂之上，頂界伸展到約50-55公里。在平流層內(nèi)，隨著高度的增加氣溫最初保持不變或微有上升，到25-30公里以上氣溫升高較快，到了平流層頂氣溫約升至270-290K。平流層的這種氣溫分布特征同它受地面影響小和存在大量臭氧(臭氧能直接吸收太陽輻射)有關(guān)。這一層過去常被稱為同溫層，實際上指的是平流層的下部。在平流層中，空氣的垂直運動遠比對流層弱，水汽和塵粒含量也較少，因而氣流比較平緩，能見度較佳。對于飛行來說，平流層中氣流平穩(wěn)、空氣阻力小是有利的一面，但因空氣稀薄，飛行器的穩(wěn)定性和操縱性惡化，這又是不利的一面。高性能的現(xiàn)代殲擊機和偵察機都能在平流層中飛行。隨著飛機飛行上限的日益增高和火箭、導(dǎo)彈的發(fā)展，對平流層的研究日趨重要。（二）平流層大氣層劃分貳（三）中間層（四）熱層（五）散逸層從平流層頂大約50-55公里伸展到80-85公里高度。這一層的特點是:氣溫隨高度增加而下降，空氣有相當(dāng)強烈的垂直運動。在這一層的頂部氣溫可低至160-190K。電離層又稱暖層或熱層，中層之上，整個層是電離的。熱層的范圍是從中間層頂伸展到約800公里高度。這一層的空氣密度很小，聲波也難以傳播。熱層的一個特征是氣溫隨高度增加而上升。另一個重要特征是空氣處于高度電離狀態(tài)。熱層又在電離層范圍內(nèi)。在電離層中各高度上空氣電離的程度是不均勻的，存在著電離強度相對較強的幾個層次，如D、E、F層。有時，在極區(qū)?？梢姷焦獠蕣Z目的極光。電離層的變化會影響飛行器的無線電通信。又稱逃逸層、外大氣層，是地球大氣的最外層，位于熱層之上。那里的空氣極其稀薄，同時又遠離地面，受地球的引力作用較小，因而大氣分子不斷地向星際空間逃逸。航天器脫離這一層后便進入太空飛行。大氣層劃分貳空氣動力學(xué)與飛行原理無人機與大氣基本知識

大氣特性一、二、三、四、大氣壓力大氣壓力的度量海拔高度對大氣壓力、飛機性能的影響空氣密度差異的影響學(xué)習(xí)大綱目錄頁第三節(jié)一、二、三、四、大氣壓力大氣壓力的度量海拔高度對大氣壓力、飛機性能的影響空氣密度差異的影響目錄頁壹地球表面有一層厚厚的大氣層，由于地球引力的作用，大氣被“吸”向地球，雖然空氣很輕，但仍有質(zhì)量，有了質(zhì)量就產(chǎn)生了力，它作用于物體的效果就是壓力。著名的馬德堡半球?qū)嶒灳妥C明了大氣壓的存在。可以說，大氣壓力是地球引力作用的結(jié)果。大氣的基本知識第二節(jié)一、二、三、四、大氣壓力大氣壓力的度量海拔高度對大氣壓力、飛機性能的影響空氣密度差異的影響目錄貳大氣測量的基本單位為帕斯卡(Pa).除此還有百帕(hPa)、毫巴(mbar).其換算關(guān)系為1mbar=1hPa=100Pa。因此標(biāo)準(zhǔn)海平面大氣壓力也為1013.25mbar.典型的毫巴壓讀數(shù)范圍為950-1040mbar。恒定壓力表和颶風(fēng)壓力報告是使用毫巴來表示的。實際大氣狀態(tài)是不斷變化著的，而飛機的性能和某些儀表(高度表、空速表等)的示度，都與大氣狀態(tài)有關(guān)。為了便于比較飛機性能和設(shè)計儀表，必須以一定的大氣狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)。目前由國際民航組織統(tǒng)一采用的標(biāo)海平面大氣壓力為29.2mmHg(l013.25hPa)。海平面溫度為59F(15),海平面空氣標(biāo)準(zhǔn)密度為1.225g/m3.大氣壓力通常以水銀氣壓計的毫來汞柱(mmHp)來度量。如圖所示.水銀氣壓計通過測量玻璃管內(nèi)水銀柱的高度來度量大氣壓。一部分水銀暴露在大氣壓下，大氣對水銀施加一個力。壓力增加迫使管子里的水銀上升；壓力下降時，水銀柱的高度降低。此類氣壓計通常在實驗室或者天氣觀測站使用，其缺點是不易運輸讀數(shù)困難。大氣壓力的度量貳34521干潔大氣,且成分不隨高度改變，平均分子量為28.9644;具有理想氣體性質(zhì)；標(biāo)準(zhǔn)海平面重力加速度g=9.80665/s2；海平面絕對溫度T=288.150K=15℃,海平面空氣密度ρ=1.2250kg/m3；海平面壓力P。=1013.25hPa=760mmHg=1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；在海拔11000以下,氣溫直減率為0.65℃/100m；在11000-20000，氣溫不變，為-56.5℃；在20000-30000m，氣溫直減率為

氣溫直減率為-0.1℃/100m。大氣壓力的度量貳國際標(biāo)準(zhǔn)與我國46oN地區(qū)的大氣十分接近，低緯度則有較大偏差。國家標(biāo)準(zhǔn)GB1920-80標(biāo)準(zhǔn)大氣規(guī)定。取其30km以下部分作為國家標(biāo)準(zhǔn),其特性規(guī)定如下:第一章第二章第三章第四章大氣壓力大氣壓力的度量海拔高度對大氣壓力、飛機性能的影響空氣密度差異的影響目錄叁海拔高度對大氣壓力、飛機性能的影響叁隨著海拔升高，空氣變得稀薄，大氣壓力也隨之降低。一般來說，高度每增加1000ft,大氣壓力就會降低1mmHg。分布于全球的氣象站，為了提供一個記錄和報告的標(biāo)準(zhǔn)，都會按照海拔高度每增加1000m就近似增加1mmHg的規(guī)則將當(dāng)?shù)卮髿鈮恨D(zhuǎn)化為海平面壓力。使用公共的海平面壓力讀數(shù)可以確保基于當(dāng)前壓力讀數(shù)的飛機高度計的設(shè)定是準(zhǔn)確的。大氣壓力的降低對飛機性能有顯著影響。在較高的高度，伴隨著降低的大氣壓力，起飛和著陸距離會增加，爬升率也會減小。當(dāng)一架飛機起飛時，升力必須通