无人机技术基础与技能训练课件：航空气象

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航空气象大气环境1.大气的分层（1）对流层大气中最低的一层为对流层，其中气温随高度增加而降低，空气对流运动极为明显。（2）平流层平流层位于对流层之上，顶界扩展到50~55km。在平流层内，随着高度的增加，起初气温保持不变或者略有升高。平流层中的空气沿铅垂方向的运动较弱，因而气流比较平稳，能见度较好。2

航空气象1.大气的分层（3）中间层中间层从50—55km伸展到80~85km的高度。这一层的特点是，随着高度的增加，气温下降，空气有相当强烈的沿铅垂方向的运动。（4）电离层电离层从中间层顶延伸到800km高空，这一层的空气密度极小，声波已难以传播。热层的一个特征是气温随高度的增加而上升，另一个特征是空气处于高度的电离状态。（5）散逸层散逸层又称外大气层，位于热层之上，是地球大气的最外层。空气极其稀薄，又远离地面，受地球引力较小，因而大气分子不断地向星际空间逃逸。大气环境3

航空气象2.大气的特性高度增加，空气密度减小。随着高度增加，空气压力减小。高度增加，气温近似线性降低（11000米对流层内）。空气的湿度越大，空气的密度越小。大气环境4

航空气象2.大气的特性高度增加，空气密度减小。随着高度增加，空气压力减小。高度增加，气温近似线性降低（11000米对流层内）。空气的湿度越大，空气的密度越小。大气环境5

航空气象3.国际标准大气所谓国际标准大气，简称ISA，就是人为地规定一个不变的大气环境，作为计算和试验飞行器的统一标准。国际标准大气规定如图所示。大气环境6

航空气象4.国际标准大气参数（1）海平面高度为0，气温为288.15°K、15°C或59°F。（2）海平面气压为1013.2mBar(毫帕)或1013.2hPa(百帕)或29.92inHg(英寸汞柱)。（3）对流层高度为11km或36089ft，对流层内标准温度递减率为每增加1000m温度递减6.5°C，或每增加1000ft温度递减2°C。从11km到20km之间的平流层底部气体温度为常值。大气环境7

航空气象5.飞行高度飞行高度是指飞机的重心在空中距离某一基准平面的垂直距离。根据所选基准平面的不同，飞行高度可以分为以下4种：绝对高度：地面海拔高度，相对海平面的高度。真实高度：相对地面的高度，又称为相对高度。压力高度：相对标准气压平面的高度。标准气压高度：相对海平面的高度。大气环境8

航空气象6.空气的物理参数空气的密度、温度和压力是确定空气状态的三个主要参数，飞行器空气动力的大小和飞行器飞行性能的好坏，都与这三个参数有关。（1）压力对密度的影响如果压力增倍，密度也就增倍，如果压力降低，密度也就相应的降低。（2）温度对密度的影响空气密度就和绝对温度成反比例关系。（3）湿度对密度的影响在给定的一组条件下，空气包含最多的水蒸气则其密度就最小。大气环境9

航空气象大气运动1.大气的水平运动

空气的水平运动就是通常所说的风。空气的运动是在力的作用下产生的。风对航空器的飞行有影响，近地面的风，对飞机起降的安全有直接影响。飞机顺风起飞、着陆会增加滑跑距离；逆风起落可以缩短滑跑距离，故一般采用逆风起降，但如果逆风超过一定限度也可使飞机操纵困难，有可能使飞机在跑道头提前接地；当飞机在侧风中起降时，飞机除向前运动外，还顺着侧风方向移动，如不及时修正就会偏离跑道方向，飞机接地后，在滑行过程中，侧风对飞机垂直尾翼的侧压力，会使机头向侧风方向偏转，有可能使飞机打转等后果。10

航空气象2.大气的垂直运动大气运动除了水平运动，还存在上升下降气流，这就是所谓的空气的垂直运动，也称为垂直风。垂直风有很多种，与多旋翼相关的两种分别是热力型气流和动力型气流。热力型气流是由地面热力性质引起的，太阳照射，空气受热膨胀，密度减小，形成上升气流，太阳越强，水平风速越小，这种作用越明显。热力型气流会对多旋翼续航时间产生明显影响。动力型气流是由于空气运动时受到机械抬升而引起的，某些特殊建筑与地形产生的上升气流面积小且不规则、并不稳定，在风速较大时要避免进入，进入则会出现颠簸、碰撞、任务图像不稳定等问题。大气运动11

航空气象大气运动3.障碍物对风的影响地面上障碍物影响风的流向。地面的地形和大的建筑物会分散风的流向,产生会快速改变方向和速度的阵风。当飞进或者飞离靠近这些障碍物的飞机场时,操作员需要高度警惕。如图所示。障碍物对风的影响12

航空气象大气运动3.障碍物对风的影响和地面建筑物有关的湍流强度依赖于障碍物的大小和风的基本速度。这会影响任何飞机的起飞和着陆性能,也会引发非常严重的危险。在飞行的着陆阶段,飞机可能由于湍流空气而下降,导致飞得太低而不能飞越进近时的障碍物。在山地区域时,这种情况甚至更加明显。风沿着迎风侧平稳地向上流动,上升的气流会帮助飞机飞越山脉的顶峰,而背风侧的效果则不一样。当空气流在山的背风侧向下时,空气顺着地形的轮廓流动,湍流逐渐增加。这就趋向于把飞机推向山的一侧。风越强,向下的压力和湍流就变得越强烈。13

航空气象严重影响飞行的气象1.雷暴由对流旺盛的积雨云引起的,伴有电闪雷鸣的局地风暴,称为雷暴。雷暴是一种极具危险性的天气现象,尽管现代科学技术已经创造了相当成熟的避雷装置和雷击防护措施,然而全球每年仍然由雷暴造成大量的灾祸,在这些灾祸中,航行于雷暴天气里的飞机,船舶遭到雷电袭击是最易发生的。2.风切变（1）定义风矢量（风向、风速）在空中水平和垂直方向上的变化称为风切变。对飞机起飞和安全着陆威胁最大的是低空风切变，即发生在着陆进场或起飞爬升阶段的风切变。它不仅能使飞机航迹偏离，而且可能使飞机失去稳定，如果处置不当，常会产生严重后果。14

航空气象严重影响飞行的气象2.风切变（2）低空风切变所谓低空风切变是在近地面层附近的每一高度上或不同高度上很短距离内风向风速发生较大的变化，或短距离上升、下沉气流突然变化的现象。气象学根据风场的空间结构把低空风切变分为三种类型：

1）水平风的垂直切变

这是指水平风在垂直方向上两个不同高度点之间的风向和风速的变化。

2）水平风的水平切变这是指水平风在水平方向上两个不同距离点之间的风向和风速的变化。

3）垂直风的切变这是指上升或下降气流在水平方向上的变化。15

航空气象严重影响飞行的气象2.风切变（3）对飞行有影响的风切变根据飞机相对于风矢量的方位不同，把风切变区分为顺风切变、逆风切变、侧风切变和下冲气流等四种形式。

1）顺风切变在这种情形下飞行，由于顺风矢量增大，机体与空气的相对速度减少，升力随之减少，飞机从正常轨道下跌。如果目测高度低，不及时修正，飞机在着陆过程中将会提前触地。顺风切变对飞行的影响16

航空气象严重影响飞行的气象2.风切变（3）对飞行有影响的风切变:2）逆风切变在这种情况下飞行，由于顺风矢量减少，逆风矢量增大，机体与空气的相对速度增加，升力随之增大，飞机将高于正常轨迹。在着陆过程中，如果目测过高，不及时修正，就会造成飞机着陆速度过大，滑跑距离增长，甚至会冲出跑道。逆风切变对飞行的影响17

航空气象严重影响飞行的气象2.风切变（3）对飞行有影响的风切变:3）侧风切变侧风切变是指飞机从一种侧风或无侧风状态进入另一种明显不同的侧风状态的情况。在着陆过程中，使飞机向左或向右偏航，发生侧滑、滚转或偏转而对不准跑道。

4）下冲气流切变下冲气流切变是指飞机从无明显的升降气流区域进入到强烈的下冲气流区域的情形。在这种情形下对飞行的危害最大。18

航空气象严重影响飞行的气象2.风切变（4）低空风切变产生的原因:产生低空风切变的原因主要有两大类，一类是大气运动本身的变化所造成的，另一类则是地理、环境因素所造成的，有时由两者综合而成。1）强对流天气强对流天气通常指雷暴、积雨云等天气。在这种天气条件影响下的一定空间范围内，均可产生较强的风切变。2）锋面天气无论是冷锋或暖锋均可产生低空风切变。这种天气的风切变多以水平风的水平和垂直切变为主。3）辐射逆温型的低空急流天气在秋冬季节晴空的夜间，由于强烈的地面辐射降温而形成低空逆温层的存在，该逆温层上面有动量堆积，风速较大形成急流，而逆温层下面风速较小，近地面往往是静风，所以产生逆温风切变。19

航空气象严重影响飞行的气象2.风切变（4）低空风切变产生的原因4）地形地物当机场周围山脉较多或地形比较复杂时，常会遇到由于地形造成的低空风切变。当盛行风横越山脉时，在其迎风面会形成上升气流，飞机会上升高度，而在背风面出现下降气流时，飞机会掉高度，在山顶附近的风速将会增大。3.积冰（1）积冰的定义积冰是指飞机机体表面某些部位聚集冰层的现象。积冰主要是由于过冷水滴或降水中的过冷雨滴碰到飞机机体后冻结形成的，也可由水汽直接在机体表面直接凝华而成。20

航空气象严重影响飞行的气象3.积冰（2）积冰的类型飞机积冰主要分为三类：明冰、毛冰、雾凇和霜。

1）明冰明冰的形状像冬季地面上常见的薄冰，透明，表面光滑，在飞机上冻结牢固。明冰对飞机飞行的危害较大，除了会改变飞机的气动特性外，积冰较厚时，还可能使飞机的重心改变，产生俯仰力矩，使飞机的安全性能变差，冰层破碎后的冰块可能还会打坏发动机。

2）毛冰毛冰表面粗糙不平，冻结的比较牢固，色泽像白瓷，又称瓷冰。毛冰对飞机的气动特性的改变比明冰大，所以，毛冰对飞机飞行的危害不亚于明冰。21

航空气象严重影响飞行的气象3.积冰（2）积冰的类型飞机积冰主要分为三类：明冰、毛冰、雾凇和霜。

3）雾凇和霜雾凇是由许多颗粒状冰晶组成的表面粗糙的不透明冰层，它是最常见的积冰类型，危害比较小，因为它多在机体突出部位的前缘发生，而飞机的防冰除冰装置也在这个位置；霜是在晴空飞行时出现的一种积冰，它是水汽在寒冷的机体表面直接凝华而成，原来在寒冷的空域中飞行的飞机，突然进入暖湿空气中，就会有霜出现，但不久后，机体增温，霜就会消失。22

航空气象严重影响飞行的气象3.积冰（3）影响积冰的因素影响积冰强度的因素主要有以下三种：

云中过冷水滴含量和大小：过冷水滴越多，积冰越强，水滴越大，积冰越强。飞机飞行速度：当机体表面温度低于0℃时，飞行速度越大单位时间碰到机体表面的过冷水滴越多，积冰强度越大，如果动力增温使