空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)01大氣物理學(xué)

空氣動(dòng)力學(xué)與飛行原理第1章大氣物理學(xué)知識(shí)要求掌握大氣物理學(xué)基本概念熟記大氣物理相關(guān)常用參數(shù)的定義、概念和單位了解氣象活動(dòng)對(duì)飛行的影響、大氣成分對(duì)機(jī)體腐蝕的影響大氣包圍地球并隨地球一起運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣層航空器的飛行與大氣層密切相關(guān)1.1大氣的重要物理參數(shù)大氣的成分氮?dú)?8%氧氣21%其他1%大氣分子的運(yùn)動(dòng)壓力、熱能物理參數(shù)溫度、壓力、密度粘性、壓縮性、濕度、音速1.1.1大氣密度大氣密度單位體積內(nèi)的空氣質(zhì)量1.1.2大氣溫度大氣溫度大氣層內(nèi)空氣的冷熱程度單位攝氏溫度℃、華氏溫度℉、絕對(duì)溫度°K三種溫度的換算關(guān)系1.1.3大氣壓力大氣壓力大氣層內(nèi)空氣的壓強(qiáng)，即物體單位面積上承受的空氣的垂直作用力。產(chǎn)生原因上層空氣的重力對(duì)下層空氣造成了壓力空氣分子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)因?yàn)榇髿鈮毫﹄S高度和溫度變化，所以規(guī)定在海平面溫度為15℃時(shí)的大氣壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1.1.4粘性粘性流體內(nèi)兩相鄰流層的流速不同時(shí)，或流體與物體間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)流層接觸面上或流體和物體接觸面上便產(chǎn)生相互粘滯和相互牽扯的力，這種特性就是流體的粘性。氣體的粘度系數(shù)隨溫度升高而增大；液體的粘度系數(shù)隨溫度升高而減小。影響空氣粘性的兩個(gè)重要因素是速度梯度和溫度1.1.5可壓縮性可壓縮性空氣的可壓縮性是指一定量的空氣在壓力或溫度變化時(shí)，其體積和密度發(fā)生變化的特性。在相同的壓力變化量的作用下，密度的變化量越大的物質(zhì)，可壓縮性就越大。液體的密度變化量極小，可以看作是不可壓縮的。空氣由于分子之間距離較大、分子之間吸引力較小，它的可壓縮性表現(xiàn)得十分明顯。當(dāng)大氣流過(guò)飛行器表面時(shí)，在一些部位氣流速度增加，氣流的壓力會(huì)減小，密度也會(huì)隨之下降Ma<0.4Ma>0.41.1.6濕度濕度指大氣的潮濕程度，通常用相對(duì)濕度來(lái)表示。相對(duì)溫度是指大氣中所含水蒸氣的量與同溫度下大氣能含有的水蒸氣最大量之比水蒸氣的密度約等于干空氣的5/8，含有水蒸氣的空氣比干空氣密度小、重量輕飛機(jī)在潮濕天氣起飛時(shí)，需要的跑道長(zhǎng)度要比在干燥天氣起飛時(shí)的跑道長(zhǎng)。1.1.7音速音速小擾動(dòng)在介質(zhì)中的傳播速度。不同介質(zhì)下：相同介質(zhì)下：1.2大氣層的構(gòu)造大氣分為五層對(duì)流層平流層中間層電離層（熱層）散逸層1.3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣（ISA）1.3.1國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的制定大氣的物理性質(zhì)是變化的，使航空器上產(chǎn)生的空氣動(dòng)力也發(fā)生變化，影響飛行性能；為便于設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和分析航空器性能，需要建立一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，即標(biāo)準(zhǔn)大氣。國(guó)際民航組織（ICAO）根據(jù)對(duì)北緯40°～50°區(qū)域的地球大氣多年觀測(cè)的結(jié)果，加以模型化，給出的一種假想的大氣模型。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣包括以下內(nèi)容：1.完全氣體狀態(tài)方程：壓力不變：密度和溫度成反比。溫度不變：密度和壓力成正比。密度不變：壓力與溫度成正比。2.海平面處H=0。該處的物理參數(shù)：3.根據(jù)海平面大氣物理參數(shù)，計(jì)算出各個(gè)高度上標(biāo)準(zhǔn)大氣的物理參數(shù)。高度溫度壓力密度H(m)T(K)t(℃)p(kPa)p(mmHg)p/p0(kg/m3)/0-1000294.6521.50113.93854.551.12441.34701.0996-500291.4018.25107.47806.151.06071.28491.04890288.1515.00101.325760.001.00001.22501.00001000281.658.5089.876674.120.88701.11170.90752000275.152.0079.501596.300.78461.00660.82173000268.66-4.4970.121525.950.69200.90930.74234000262.17-10.9861.660462.490.60850.81940.66895000255.28-17.4754.048405.390.53340.73640.60126000249.19-23.9647.217354.160.46600.66010.53897000242.70-30.4541.105308.310.40570.59000.48178000236.22-36.9335.651267.400.35190.52580.42929000229.73-43.4230.800231.020.30400.46710.381310000223.25-49.9026.499198.760.26150.41350.337611000216.77-56.3822.699170.260.22400.36480.297812000216.65-56.5019.399145.500.19150.31190.254613000216.65-56.5016.579124.350.16360.26660.217614000216.65-56.5014.170106.280.14000.22790.186015000216.65-56.5012.11190.850.11950.19480.15901.3.2標(biāo)準(zhǔn)大氣的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)大氣排除了地理坐標(biāo)、季節(jié)和晝夜對(duì)大氣特性的影響，因而可用于比較飛機(jī)飛行性能的計(jì)算結(jié)果和試飛結(jié)果。把實(shí)際飛行性能換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)，必須進(jìn)行各種修正。推算實(shí)際大氣情況下的飛行性能，將基于溫度偏差基準(zhǔn)，對(duì)飛行手冊(cè)查出的性能數(shù)據(jù)進(jìn)行換算。1.4氣象對(duì)飛行活動(dòng)的影響1.4.1陣風(fēng)對(duì)飛機(jī)飛行的影響陣風(fēng)大氣層中空氣短時(shí)間強(qiáng)烈對(duì)流產(chǎn)生的擾動(dòng)陣風(fēng)的影響主要是垂直陣風(fēng)，使飛機(jī)產(chǎn)生顛簸、較大的氣動(dòng)載荷和失速。水平陣風(fēng)迎頭或從飛機(jī)后面吹來(lái)的與飛機(jī)飛行方向平行的陣風(fēng)只改變相對(duì)氣流的速度對(duì)飛行所影響較小垂直陣風(fēng)由下向上或由上向下吹來(lái)的垂直飛行方向的陣風(fēng)改變相對(duì)速度和迎角垂直陣風(fēng)的危害1、顛簸。2、受載過(guò)大：高速飛行（小迎角狀態(tài)）遇到垂直向上突風(fēng)時(shí)應(yīng)使飛機(jī)減速（加大迎角），避免產(chǎn)生過(guò)大的氣動(dòng)載荷。3、飛機(jī)失速：低速飛行（大迎角狀態(tài)）遇到垂直向上突風(fēng)時(shí)應(yīng)使飛機(jī)速度提高（減小迎角），避免飛機(jī)大迎角失速。側(cè)向陣風(fēng)從飛機(jī)側(cè)面吹來(lái)的陣風(fēng)危害破壞飛機(jī)側(cè)向氣動(dòng)力平衡，造成飛機(jī)搖晃、擺頭危害不大1.4.2穩(wěn)定風(fēng)場(chǎng)對(duì)飛機(jī)飛行的影響主要影響飛機(jī)的起飛和著陸1、逆風(fēng)起飛和著陸，以減小起飛和著陸速度及滑跑距離。2、側(cè)風(fēng)起飛后應(yīng)進(jìn)行航向修正。側(cè)風(fēng)著陸前應(yīng)進(jìn)行側(cè)滑修正（操縱副翼和方向舵）。3、低空風(fēng)切變（風(fēng)向和風(fēng)速在特定方向上發(fā)生變化）對(duì)正在起飛和著陸過(guò)程的飛機(jī)的安全性具有嚴(yán)重影響。1.4.3云對(duì)飛行的影響1、影響視線。2、飛機(jī)穿過(guò)積雨云可能受到閃電、冰雹的襲擊或遇到強(qiáng)烈風(fēng)切變。3、飛機(jī)穿過(guò)零度以下低溫云層時(shí)，在飛機(jī)表面可能結(jié)冰。1.5大氣狀況對(duì)機(jī)體腐蝕的影響1.5.1大氣的濕度臨界濕度：在大氣中使金屬的腐蝕速度急劇增大對(duì)應(yīng)的大氣的相對(duì)濕度。不同金屬有不同的臨界相對(duì)濕度。影響臨界濕度的因素：機(jī)體構(gòu)件的材料性質(zhì)；污染物的性質(zhì)和數(shù)量；金屬表面