2014课件大气数据第1讲概论

大气数据系统（概论）刘瑞华中国民航大学电子信息工程学院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“大气数据系统”课程介绍“大气数据系统”是电子信息工程专业本科生的专业课程之一，主要介绍大气数据基本理论、典型大气数据仪表、大气数据计算机及其输出显示部分。重点是理解气压高度公式的推导、能利用柏努里方程建立指示空速、计算空速、真空速、马赫数公式。掌握气压高度表、指示空速表、马赫数表、升降速度表等基本工作原理，基本掌握大气数据计算机系统的组成、硬/软件的分析、各种形式的监控原理、显示原理及大气数据计算机与其他系统的联系。2023/4/98:44第7/共25“大气数据系统”课程介绍计划学时：12课内学期考试性质：闭卷笔试成绩评定笔试成绩85分（闭卷）平时成绩占15分（依据平时作业和出勤情况评定）大气数据占课程总成绩30%选用教材：赵淑荣，罗云林：《大气数据系统》，兵器工业出版社授课老师：刘瑞华，2023/4/98:44第8/共25“大气数据系统”课程介绍主要教学内容：概论飞行高度及高度变化率的测量飞行速度全静压系统大气数据计算机系统大气数据计算机的基本计算方法大气数据计算机系统输出及显示仪表2023/4/98:44第9/共25大气数据系统：发展概况50年代前，分立式仪表50年代后，机载设备相继增多模拟式中央大气数据计算机各种模拟器件,伺服系统70年代,混合式大气数据计算机80年代,数字式大气数据计算机（DADC）出现，为飞机提供更多的大气数据参数2023/4/98:44第10/共25大气数据系统：地球大气层地球外围由大气层所包围。按照物理性质，大气可分为五层：对流层（变温层）平流层（同温层）中间层电离层（热层）散逸层2023/4/98:44第11/共25地球大气层对流层距地球中纬度11km，赤道17km，两极8km，包含了大气质量的3/4平流层对流层顶部到离地约30km，温度几乎不变，包含了大气质量的约1/4中间层30km到80~100km为止，大量的臭氧，大气质量的1/3000电离层中间层到离地500km，空气稀薄，听不到声音散逸层离地500~1600km之间，也称为外层大气2023/4/98:44第12/共25大气数据系统：大气紊流大气紊流（湍流）：空气紊乱流动的现象，旋涡和不规则的波动，使得大气中的风向、风速呈随机变化。其特征是间断性和片块状，会使飞机产生颠簸。风切变：空间任意两点之间风矢量的变化。微下冲气流：较强的下降气流。飞机在起飞、着陆过程中遇到超过自己爬升或下降速率的下降气流，对飞行的危害最大。2023/4/98:44第13/共25大气数据系统：大气参数静压(ps)：飞机周围自由空气的压力动压(pd)：气流的定向运动具有动能，当气流到达驻点时，动能变为压力能和热能。单位面积上升高的压力称为动压

pd=1/2ρHV2

ρH为标准大气H高度上的空气密度，v为空速。

冲压(pc)：定义与动压相同。区别是：动压是不可压缩的流体的理想定义，而冲压是考虑了空气的可压缩性。Ma数小于0.3时，冲压与动压似相等。2023/4/98:44第14/共25与大气数据有关的参数全压(pt)：动压和静压之和，即气流到达驻点时，单位面积上的总压力总温(Tt)：气流到达驻点时获得的气温叫总温静温(Ts)：飞机周围自由空气所具有的温度攻角(AOA)：飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴之间的夹角（飞机竖轴和纵轴所在平面内测量的角度）侧滑角(SSA)：飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴之间的夹角（飞机横轴和纵轴所在平面内测量的角度）2023/4/98:44第15/共25大气数据系统：国际标准大气1972年，由航空航天器技术委员会起草，国际民航组织、国际气象组织讨论，世界各主要国家同意，国际标准化组织编写《国际标准ISO-2533—标准大气》。标准规定了2000—8000米高度范围内大气参数与高度的关系。2023/4/98:44第16/共25大气数据系统：国际标准大气国际标准大气的规定空气为干燥清洁的理想气体，并遵循理想气体方程所确立的关系式中，p：气体压强，ρ：空气密度，R：空气气体常数，T：气体温度2023/4/98:44第17/共25国际标准大气国际标准大气以平均海平面作为零高度气压为1个标准大气压，气温15º，密度为0.125kg.s2/m4为便于探讨大气中的压力分布，国际标准大气引用了重力势高度的概念。重力势表示地球大气层内某一给定点上空气微粒的势能。重力势高度以平均海平面作为重力势高度和几何高度的共同基准。重力势高度又称为标准气压高度。2023/4/98:44第18/共25国际标准大气当空气微粒沿地球法线移动，单位质量所做的功为：dΦ=ghdz=ghdh重力势高度：H=Φ/gn重力加速度随地理纬度的变化：重力势高度与几何高度的关系为：H=rh/(r+h)2023/4/98:44第19/共25国际标准大气国际标准大气规定的高度分层、大气温度及气温垂直梯度的关系式中，Hb和Tb分别为相应层的重力势和大气温度的下界面值，β为气温的垂直变化率(β=dT/dH)2023/4/98:44第20/共25国际标准大气国际标准大气条件，气压与温度的关系取截面积为dF、高度为dh的微气柱，其上下压差为dp分析：dpdFρgdhdFdh2023/4/98:44第21/共25国际标准大气从而得到国际标准大气条件下，气压与高度的关系为2023/4/98:44第22/共25大气数据系统：大气参数的测量单位压力单位帕斯卡[Pa]：每平方米的面积上作用有1牛顿的力1[Pa]=1[N/m2]标准大气[atm]：标准海平面的气压1[atm]=101325[Pa]工程大气压[at]：1[at]=1[Kgf/cm2]=9.80665×104[Pa]2023/4/98:44第23/共25大气参数的测量单位巴[bar]：1[bar]=106[dyn/cm2]=105[Pa]毫米液柱：以液柱高度来表示压力的大小

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大气参数的测量单位温标作为温标的条件：可重复出现的固定点温度，标准温度计，相邻温度点的内插公式。三相点：可使一种物质三相（气相，液相，固相）共存的一个温度和压力的数值。如水的三相点在0.01℃（273.16K）及