1、國際標準大氣（ISA）及應用,附錄B第2頁,國際標準大氣及其應用,1. 幾何高度與重力勢高度 重力勢高度的定義、與幾何高度的區(qū)別及其計算 2. 國際標準大氣 國際標準大氣規(guī)定、海平面參數(shù) 在不同高度范圍內(nèi)、特別是非標準大氣時、的計算 3. 氣壓高度 4. 與 5. 氣壓高度與幾何高度的換算 非標準大氣氣壓高度與幾何高度的換算 在飄降越障和確定起飛時改平加速高度方面的應用 6 各種空速的定義與換算 理解各種空速的定義 熟練掌握各種空速以及空速與數(shù)之間的換算,附錄B第3頁,國際標準大氣及其應用,1.幾何高度與重力勢高度 2.國際標準大氣 3.氣壓高度 4.與 5.氣壓高度與幾何高度的換算 6.各種

2、空速的定義與換算,附錄B第4頁,1.幾何高度與重力勢高度,幾何高度： 用標準的長度測量工具從基準點量到測量點的垂直距離。 身高、樓高 機場標高 基準是平均海平面，黃海高程系 海拔高度 地勢的高低起伏對應的幾何高度，有時又叫高程 。,附錄B第5頁,1.幾何高度與重力勢高度,重力勢高度（位勢高度） 在實際引力場中某個幾何高度h上的重力勢能大小與均勻引力場中某高度H上重力勢能相同。均勻場中的H就是位勢高度。,附錄B第6頁,1.幾何高度與重力勢高度,重力勢高度（位勢高度） 飛機在實際引力場中5000米上的重力勢能大小,與均勻引力場中4995米高度上的重力勢能相同, 則飛機的幾何高度? 重力勢高度? 由

3、定義可知：,重力勢高度小于幾何高度,附錄B第7頁,1.幾何高度與重力勢高度,在32KM以下，H與h相差很小，認為相等 相對誤差不超過5 民航飛機飛機高度一般不超過45000ft,可以認為H=h 相對誤差不超過2.2 在飛行動力學中一般認為g為常數(shù)。,附錄B第8頁,附錄、國際標準大氣及其應用,1.幾何高度與重力勢高度 2.國際標準大氣 3.氣壓高度 4.與 5.氣壓高度與幾何高度的換算 6.各種空速的定義與換算,附錄B第9頁,2.國際標準大氣,思考： 1、國際標準大氣與實際大氣是否相同？ 2、為什么要規(guī)定國際標準大氣？ 實際大氣 國際標準大氣的規(guī)定 國際標準大氣壓強和密度的計算方法 國際標準大氣

4、表,附錄B第10頁,實際大氣,若以氣溫變化為基準，則可將大氣分為對流層、平流層、中間層、電離層、和散逸層等五層。,附錄B第11頁,實際大氣,高度增加，空氣密度減小。 隨著高度增加，空氣壓力減小。 高度增加，氣溫近似線性降低（11000米對流層內(nèi)）,附錄B第12頁,國際標準大氣,所謂國際標準大氣，簡稱ISA，就是人為地規(guī)定一個不變的大氣環(huán)境，作為計算和試驗飛機的統(tǒng)一標準。 以北半球中緯度地區(qū)（北緯3560）大氣物理特性的平均值為依據(jù)，并加以適當修正而建立。,附錄B第13頁,國際標準大氣的規(guī)定,認為空氣是完全氣體，即滿足氣體狀態(tài)方程。 相對濕度為0,海平面高度為0，稱為ISA標準海平面 T0=28

5、8.15K、15C或59F。 標準海壓P0=1013.25hPa或29.92inHg 標準大氣海平面密度0=1.225kg/m3 標準大氣海平面音速: a0=661.475knots=340.294m/s=1116.45ft/s,附錄B第14頁,國際標準大氣的規(guī)定,溫度的變化 從0到11km或36089ft（對流層頂），對流層內(nèi)標準溫度遞減率為：每增加1000m溫度遞減6.5C，或每增加1000ft溫度遞減2C。 從11km到20km之間的平流層底部氣體溫度為常值：-56.5 C 。,附錄B第15頁,國際標準大氣壓強和密度的計算方法,由靜平衡條件得:,狀態(tài)方程得,(B-4),上式對任一高度都成

6、立,附錄B第16頁,國際標準大氣壓強和密度的計算方法,在 11000 m 時:,求解可得,(B-6),由狀態(tài)方程得：,故:,(B-8),附錄B第17頁,國際標準大氣壓強和密度的計算方法,定義,附錄B第18頁,國際標準大氣壓強和密度的計算方法,在 11000 m 時:,288.150.0065H (H) /012.25577105H (H) /0(12.25577105H)5.25588 (H) /0(12.25577105H)4.25588 (H),附錄B第19頁,國際標準大氣壓強和密度的計算方法,在 1100020000 m 時:,由：,積分：,求解得：,由狀態(tài)方程得,附錄B第20頁,國際標

7、準大氣壓強和密度的計算方法,在 1100020000 m 時:,/00.75186535, T216.65K56.5C,因:,及,=0.2233609 、,=0.2970756,由前式：,附錄B第21頁,國際標準大氣表,為了使用方便,壓強隨高度的增加而減小，但減少得越來越慢，這說明氣壓式高度表在高空的靈敏度、精度隨著高度的增加而降低。,附錄B第22頁,附錄B第23頁,習題：,例1 計算標準大氣下10000米上的大氣參數(shù)； 例2 計算標準大氣下37000英尺上的大氣參數(shù)；,附錄B第24頁,國際標準大氣及其應用,1.幾何高度與重力勢高度 2.國際標準大氣 3.氣壓高度 4.與 5.氣壓高度與幾何高

8、度的換算 6.各種空速的定義與換算,附錄B第25頁,氣壓高度,根據(jù)實際壓強，按照ISA中壓強與高度的關(guān)系，確定出的高度。,例：飛機在實際大氣中10000米高空飛行，外界壓強P=22631.8帕，求飛機的幾何高度、氣壓高度？ 幾何高度：10000米； 氣壓高度：11000米；,對于ISA, 氣壓高度幾何高度(嚴格說是等于位勢高度), 對于非ISA, 幾何高度氣壓高度,附錄B第26頁,ISA偏差,某處實際溫度與ISA標準溫度的差值。,例1.1：已知某機場場溫20C，機場氣壓高度2000英尺。求：機場高度處ISA偏差。 解： 在壓力高度為2000英尺的機場處，ISA標準溫度應為： T標準=15C（2

9、C/1000ft）2000ft=11C， 而實際溫度為：T實際=20C， 所以，ISA偏差即溫度差為： ISA偏差= T實際T標準=20C11C=9C， 表示為：ISA+9C,附錄B第27頁,非標準大氣的計算,由氣壓高度求出壓強、溫度 （查表或用公式計算） 進行溫度修正： 求出其他參數(shù)：,例: 已知某處氣壓高度為43000ft, 該處溫度為ISA15, 求該處的、P、T。 作業(yè)：72頁，第22、23、24、25題。,附錄B第28頁,氣壓高度的應用,性能手冊和圖表都是按氣壓高度及ISA+T形式給出的 飛機的性能都與P、T有關(guān) 座艙壓強是按氣壓高度給出的 座艙高度不得高于8000ft(為保證旅客舒

10、適) 增壓系統(tǒng)故障時不得高于15000ft 飛機飛行高度層,附錄B第29頁,由氣壓P確定氣壓高度HP,如p22632帕,HP1454421(p/p0)0.1902631 (ft) 或 (B-31) HP44330.81(p/p0)0.1902631 ( m) (B-32),否則, 如5475帕,HP490220805.8n(p/p0) (ft) (B-33) 3608920805.8n(/0.2233609) (ft) 或 (B-34) HP1494.26341.62n(p/p0) ( m) (B-35) 110006341.62n(/0.2233609) ( m) (B-36),附錄B第30

11、頁,國際標準大氣及其應用,1.幾何高度與重力勢高度 2.國際標準大氣 3.氣壓高度 4.與 5.氣壓高度與幾何高度的換算 6.各種空速的定義與換算,附錄B第31頁,氣壓高度表,附錄B第32頁,氣壓高度表,附錄B第33頁,氣壓高度的基準面,場面氣壓QFE： 修正海壓QNH： 標準氣壓面QNE,附錄B第34頁,場面氣壓QFE,QFE-場面氣壓(Station pressure), 即機場道面的大氣壓強,思考： 1、在道面上把高度表的零點調(diào)到1013(或29.92), 則高度表的讀數(shù)是什么？ 2、當飛機停在道面上時, 調(diào)整高度表小窗中的數(shù)字為QFE ，高度表的讀數(shù)是什么？起飛后是什么？,附錄B第35

12、頁,場面氣壓QFE,附錄B第36頁,修正海壓QNH,QNH -為使高度表在跑道道面上指示機場標高的高度表的零點撥正值。,思考： 1、飛機起飛前按QNH調(diào)整高度表小窗中的數(shù)字為QNH時, 高度表指示什么？離地后指示什么？ 2、計算起飛性能、著陸性能時應該使用機場氣壓高度而不是機場標高 ，機場標高與機場的氣壓高度有什么不同？怎么測得機場的氣壓高度？,附錄B第37頁,修正海壓QNH,附錄B第38頁,由機場標高和QNH求機場的氣壓高度,附錄B第39頁,由機場標高和QNH求機場的氣壓高度,附錄B第40頁,由機場標高和QNH求機場的氣壓高度,當QNHP01013.25百帕(29.92126英寸汞柱)時,

13、機場氣壓高度Hp標高ELE; 當QNHP01013.25百帕(29.92126英寸汞柱)時, 機場氣壓高度Hp標高ELE。,P121，表B-3用于確定機場氣壓高度,附錄B第41頁,在起飛、著陸階段之所以用QFE或QNH調(diào)整高度表，是因為需要知道飛機距機場道面的高度。 在航線飛行時所有飛機都應使用QNE來調(diào)整高度表，即都把高度表零點調(diào)為1013.2MB(29.92英寸Hg)。,QFE、QNH和QNE,附錄B第42頁,QFE、QNH和QNE,附錄B第43頁,國際標準大氣及其應用,1.幾何高度與重力勢高度 2.國際標準大氣 3.氣壓高度 4.與 5.氣壓高度與幾何高度的換算 6.各種空速的定義與換算

14、,附錄B第44頁,5.氣壓高度與幾何高度的關(guān)系,思考 1、相同基準點，氣壓高度與幾何高度在什么情況下相同？在什么情況下不同？ 2、為什么需要考慮氣壓高度和幾何高度的關(guān)系？,飛機的越障高度、爬升梯度、爬升率、爬升加速度使用幾何高度。 手冊給出的飛機、發(fā)動機性能數(shù)據(jù)時都以氣壓高度及ISAT形式給出的。 應把軌跡的氣壓高度換算為幾何高度來比較。,同基準點，在非標準大氣情況下，氣壓高度不等于實際高度。,附錄B第45頁,5.氣壓高度與幾何高度的關(guān)系,幾何高度與氣壓高度微增量之間的關(guān)系，對任意高度都成立：,當實際大氣的溫度高(低)于標準大氣的溫度時, 幾何高度增量大(小) 于氣壓高度增量。,附錄B第46頁

15、,附錄B第47頁,應 用,在計算飛機起飛越障性能時，需要將障礙物幾何高度轉(zhuǎn)換為氣壓高度。否則： 在冬天起飛時，比較危險，安全余量不夠； 在夏天起飛時，經(jīng)濟性變差；,附錄B第48頁,5.氣壓高度與幾何高度的關(guān)系,設(shè)各高度上T是一樣的, 幾何高度O點與氣壓高度O點重合, 利用(B-44)式積分可得出幾何高度與氣壓高度的關(guān)系。,ZZp153.846Tn(12.2557710-5Zp) (m) ZZp504.745Tn(16.8755910-6Zp) (ft) 與Zp11000 m36089ft對應的幾何高度Z11: Z111100043.876T (m) 或 Z1136089143.95T (ft)

16、,(B-45),在11000米(36089ft)20000 m(65617ft)之間,在11000米(36089ft)以下：,Z(1T216.65)Zp6.8971T (m) Z(1T216.65)Zp22.628T (ft),(B-46),圖B-10、表B-4A、B-4B 圖B-10或表B-4可用來把飄降軌跡的氣壓高度轉(zhuǎn)成幾何高度,附錄B第49頁,5.氣壓高度與幾何高度的關(guān)系,當實際大氣的溫度高(低)于標準大氣溫度時，幾何高度大(小)于氣壓高度。 高度越高或|T|越大，則幾何高度與氣壓高度相差越大。,附錄B第50頁,5.氣壓高度與幾何高度的關(guān)系,改平總高度GLOH(Gross Level-O

17、ff Height)是相對道面的幾何高度。 應當把GLOH換算為氣壓高度增量, 使飛行員可根據(jù)高度表的示數(shù)來掌握改平時機。 如使用QFE, 則當高度表的讀數(shù)等于此氣壓高度增量時改平； 如使用QNH，則當高度表的讀數(shù)等于機場標高加此氣壓高度增量時改平加速。,圖B-12和B-13,附錄B第51頁,國際標準大氣及其應用,1.幾何高度與重力勢高度 2.國際標準大氣 3.氣壓高度 4.與 5.氣壓高度與幾何高度的換算 6.各種空速的定義與換算,附錄B第52頁,6.各種空速的定義與換算,飛機上的靜壓系統(tǒng) 空速表的刻度方法 指示空速的 修正空速的定義 當量空速的定義 轉(zhuǎn)換高度的計算方法 課本中的圖表的讀法和

18、用處,附錄B第53頁,全靜壓系統(tǒng),附錄B第54頁,全靜壓系統(tǒng),附錄B第55頁,全靜壓系統(tǒng),空客飛機的皮托總壓管和靜壓孔示意圖,附錄B第56頁,全靜壓系統(tǒng),用Pitot總-靜壓管測總壓和靜壓的示意圖,用Pitot管測總壓、由平貼機身的靜壓孔測靜壓的示意圖,附錄B第57頁,全靜壓系統(tǒng),空速表工作原理示意圖,附錄B第58頁,空速表的刻度方法,空速表測量空速的方法和原理,在不同的飛行高度上P、不同, 當PtP相同時, 指針偏轉(zhuǎn)角度相同， 都偏轉(zhuǎn)到同一位置，然而對應的V是不同的。,附錄B第59頁,空速表的刻度方法,一般按海平面標準大氣條件來刻度: PP0760 mmHg,=0=1.225 kg/m3,

19、這樣一個(PtP)只有一個唯一的速度相對應, 就刻上這個速度。,如果Pt、P測量的準確, 儀表本身沒有制造誤差, 在海平面標準大氣條件下空速表反映的是真空速(這要求大氣的壓強、密度、溫度都要等于標準大氣海平面的P0、0、T0),空速表刻度時考慮的僅是海平面標準大氣條件下空氣的壓縮性, 而同樣的總、靜壓之差(PTP)在不同高度上對應的壓縮程度是不同的(即空速表的刻度不能反映各高度的壓縮性),附錄B第60頁,空速表的刻度方法,沒有任何誤差時，真空速計算方法：,附錄B第61頁,常見的幾個空速,指示空速（表速）IAS： 飛行 校正空速CAS： 試飛 當量空速EAS： 結(jié)構(gòu)、強度 真空速TAS： 飛行計

20、劃、性能分析 馬赫數(shù)M： 飛行、性能分析 地速GAS： ATC、導航,附錄B第62頁,指示空速（表速）IAS,如空速表的刻度未做過儀表誤差修正，則空速表給出的速度稱為儀表空速, 用Vi表示 對儀表空速Vi修正儀表誤差Vi后得到的空速稱為指示空速(常稱為表速)，用VI表示, 即： VIViVi (B-48) 現(xiàn)在制造的空速表本身已經(jīng)修正過儀表誤差, 所以空速表的讀數(shù)即指示空速。,附錄B第63頁,校正空速CAS,總壓的測量誤差不大, 可以忽略不計 靜壓的測量誤差較大，應修正,只有當靜壓孔(管)處的氣流速度V時, 測出的才是來流靜壓,由靜壓測量誤差造成的速度示數(shù)的誤差叫位置誤差（position e

21、rror）, 意思是由于靜壓孔位置造成的誤差, 用VP表示，通過試飛測出。,由指示空速VI修正位置誤差VP后得到的空速稱為修正空速(Calibrated Air Speed，縮寫為: CAS), 用VC表示修正空速, 則： VCVIVP,附錄B第64頁,校正空速CAS,如果是在標準大氣、海平面飛行, 經(jīng)過這些修正之后得到的修正空速VC即真空速。 否則 ，還應進行壓縮性修正 ，和VC相應的真空速VT是:,只要知道飛行高度上的氣壓（可由氣壓高度得出）和溫度, 由上式就可由VC算出真空速VT，這是經(jīng)常要用到的公式,(B-50),附錄B第65頁,當量空速EAS,知道VC之后本來可以直接得出真空速VT，但這種修正量與氣壓高度、溫度、VC有關(guān), 不便于做圖表示。,由VC確定VT的另一種方法：, 先定義一個當量空速(Equiv