2014課件大氣數(shù)據(jù)第1講概論

大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)（概論）劉瑞華中國(guó)民航大學(xué)電子信息工程學(xué)院2023/4/98:44第2/共252023/4/98:44第3/共252023/4/98:44第4/共252023/4/98:44第5/共252023/4/98:44第6/共25“大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)”課程介紹“大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)”是電子信息工程專(zhuān)業(yè)本科生的專(zhuān)業(yè)課程之一，主要介紹大氣數(shù)據(jù)基本理論、典型大氣數(shù)據(jù)儀表、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)及其輸出顯示部分。重點(diǎn)是理解氣壓高度公式的推導(dǎo)、能利用柏努里方程建立指示空速、計(jì)算空速、真空速、馬赫數(shù)公式。掌握氣壓高度表、指示空速表、馬赫數(shù)表、升降速度表等基本工作原理，基本掌握大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成、硬/軟件的分析、各種形式的監(jiān)控原理、顯示原理及大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)與其他系統(tǒng)的聯(lián)系。2023/4/98:44第7/共25“大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)”課程介紹計(jì)劃學(xué)時(shí)：12課內(nèi)學(xué)期考試性質(zhì)：閉卷筆試成績(jī)?cè)u(píng)定筆試成績(jī)85分（閉卷）平時(shí)成績(jī)占15分（依據(jù)平時(shí)作業(yè)和出勤情況評(píng)定）大氣數(shù)據(jù)占課程總成績(jī)30%選用教材：趙淑榮，羅云林：《大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)》，兵器工業(yè)出版社授課老師：劉瑞華，2023/4/98:44第8/共25“大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)”課程介紹主要教學(xué)內(nèi)容：概論飛行高度及高度變化率的測(cè)量飛行速度全靜壓系統(tǒng)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的基本計(jì)算方法大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出及顯示儀表2023/4/98:44第9/共25大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)：發(fā)展概況50年代前，分立式儀表50年代后，機(jī)載設(shè)備相繼增多模擬式中央大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)各種模擬器件,伺服系統(tǒng)70年代,混合式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)80年代,數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)（DADC）出現(xiàn)，為飛機(jī)提供更多的大氣數(shù)據(jù)參數(shù)2023/4/98:44第10/共25大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)：地球大氣層地球外圍由大氣層所包圍。按照物理性質(zhì)，大氣可分為五層：對(duì)流層（變溫層）平流層（同溫層）中間層電離層（熱層）散逸層2023/4/98:44第11/共25地球大氣層對(duì)流層距地球中緯度11km，赤道17km，兩極8km，包含了大氣質(zhì)量的3/4平流層對(duì)流層頂部到離地約30km，溫度幾乎不變，包含了大氣質(zhì)量的約1/4中間層30km到80~100km為止，大量的臭氧，大氣質(zhì)量的1/3000電離層中間層到離地500km，空氣稀薄，聽(tīng)不到聲音散逸層離地500~1600km之間，也稱(chēng)為外層大氣2023/4/98:44第12/共25大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)：大氣紊流大氣紊流（湍流）：空氣紊亂流動(dòng)的現(xiàn)象，旋渦和不規(guī)則的波動(dòng)，使得大氣中的風(fēng)向、風(fēng)速呈隨機(jī)變化。其特征是間斷性和片塊狀，會(huì)使飛機(jī)產(chǎn)生顛簸。風(fēng)切變：空間任意兩點(diǎn)之間風(fēng)矢量的變化。微下沖氣流：較強(qiáng)的下降氣流。飛機(jī)在起飛、著陸過(guò)程中遇到超過(guò)自己爬升或下降速率的下降氣流，對(duì)飛行的危害最大。2023/4/98:44第13/共25大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)：大氣參數(shù)靜壓(ps)：飛機(jī)周?chē)杂煽諝獾膲毫?dòng)壓(pd)：氣流的定向運(yùn)動(dòng)具有動(dòng)能，當(dāng)氣流到達(dá)駐點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能變?yōu)閴毫δ芎蜔崮?。單位面積上升高的壓力稱(chēng)為動(dòng)壓

pd=1/2ρHV2

ρH為標(biāo)準(zhǔn)大氣H高度上的空氣密度，v為空速。

沖壓(pc)：定義與動(dòng)壓相同。區(qū)別是：動(dòng)壓是不可壓縮的流體的理想定義，而沖壓是考慮了空氣的可壓縮性。Ma數(shù)小于0.3時(shí)，沖壓與動(dòng)壓似相等。2023/4/98:44第14/共25與大氣數(shù)據(jù)有關(guān)的參數(shù)全壓(pt)：動(dòng)壓和靜壓之和，即氣流到達(dá)駐點(diǎn)時(shí)，單位面積上的總壓力總溫(Tt)：氣流到達(dá)駐點(diǎn)時(shí)獲得的氣溫叫總溫靜溫(Ts)：飛機(jī)周?chē)杂煽諝馑哂械臏囟裙ソ?AOA)：飛機(jī)的質(zhì)量中心運(yùn)動(dòng)軌跡與飛機(jī)縱軸之間的夾角（飛機(jī)豎軸和縱軸所在平面內(nèi)測(cè)量的角度）側(cè)滑角(SSA)：飛機(jī)的質(zhì)量中心運(yùn)動(dòng)軌跡與飛機(jī)縱軸之間的夾角（飛機(jī)橫軸和縱軸所在平面內(nèi)測(cè)量的角度）2023/4/98:44第15/共25大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣1972年，由航空航天器技術(shù)委員會(huì)起草，國(guó)際民航組織、國(guó)際氣象組織討論，世界各主要國(guó)家同意，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織編寫(xiě)《國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO-2533—標(biāo)準(zhǔn)大氣》。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了2000—8000米高度范圍內(nèi)大氣參數(shù)與高度的關(guān)系。2023/4/98:44第16/共25大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣的規(guī)定空氣為干燥清潔的理想氣體，并遵循理想氣體方程所確立的關(guān)系式中，p：氣體壓強(qiáng)，ρ：空氣密度，R：空氣氣體常數(shù)，T：氣體溫度2023/4/98:44第17/共25國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣以平均海平面作為零高度氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，氣溫15o，密度為0.125kg.s2/m4為便于探討大氣中的壓力分布，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣引用了重力勢(shì)高度的概念。重力勢(shì)表示地球大氣層內(nèi)某一給定點(diǎn)上空氣微粒的勢(shì)能。重力勢(shì)高度以平均海平面作為重力勢(shì)高度和幾何高度的共同基準(zhǔn)。重力勢(shì)高度又稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度。2023/4/98:44第18/共25國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣當(dāng)空氣微粒沿地球法線移動(dòng)，單位質(zhì)量所做的功為：dΦ=ghdz=ghdh重力勢(shì)高度：H=Φ/gn重力加速度隨地理緯度的變化：重力勢(shì)高度與幾何高度的關(guān)系為：H=rh/(r+h)2023/4/98:44第19/共25國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣規(guī)定的高度分層、大氣溫度及氣溫垂直梯度的關(guān)系式中，Hb和Tb分別為相應(yīng)層的重力勢(shì)和大氣溫度的下界面值，β為氣溫的垂直變化率(β=dT/dH)2023/4/98:44第20/共25國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，氣壓與溫度的關(guān)系取截面積為dF、高度為dh的微氣柱，其上下壓差為dp分析：dpdFρgdhdFdh2023/4/98:44第21/共25國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣從而得到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，氣壓與高度的關(guān)系為2023/4/98:44第22/共25大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)：大氣參數(shù)的測(cè)量單位壓力單位帕斯卡[Pa]：每平方米的面積上作用有1牛頓的力1[Pa]=1[N/m2]標(biāo)準(zhǔn)大氣[atm]：標(biāo)準(zhǔn)海平面的氣壓1[atm]=101325[Pa]工程大氣壓[at]：1[at]=1[Kgf/cm2]=9.80665×104[Pa]2023/4/98:44第23/共25大氣參數(shù)的測(cè)量單位巴[bar]：1[bar]=106[dyn/cm2]=105[Pa]毫米液柱：以液柱高度來(lái)表示壓力的大小

1[mmHg]=1[Torr]=1/760[atm]=133.322[Pa] 1[mmH2O]=9.80665[Pa]磅/英寸2[PSi]：1[PSi]=1[bf/in2]=6.89476×103[Pa]2023/4/98:44第24/共25大氣參數(shù)的測(cè)量單位溫標(biāo)作為溫標(biāo)的條件：可重復(fù)出現(xiàn)的固定點(diǎn)溫度，標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，相鄰溫度點(diǎn)的內(nèi)插公式。三相點(diǎn)：可使一種物質(zhì)三相（氣相，液相，固相）共存的一個(gè)溫度和壓力的數(shù)值。如水的三相點(diǎn)在0.01℃（273.16K）及