第三章飞行原理与飞行性能裴娟49课件

第三章飞行原理与飞行性能主讲人：裴娟Flightprincipleandflightperformance地球大气第一节大气的组成1、纯干空气（Dryair）大气中唯一能发生相变的成分，来源于地面，含量变化。2、水蒸汽（Watervapor）3、尘埃颗粒（大气杂质）（Aerosols）水汽凝结物水滴和冰晶，悬浮的固体烟粒、盐粒、尘粒、各种凝结核以及带电离子等。1、纯干空气纯干空气的成分2、水蒸汽水汽变化产生云、雾、露、霜、雨、雪、雹等天气现象。3、尘埃颗粒指悬浮在大气中的固体和液体粒子。大气垂直分层垂直分层依据－温度随高度的分布大气层状结构：散逸层/外大气层暖层/电离层中间层/高空对流层平流层/同温层对流层大气的各种特性在垂直方向上的差异非常明显，大气属性对飞机性能和空气动力有不同程度的影响。飞机的飞行环境是对流层和平流层。垂直分层的高度（1）对流层

对流层是紧贴地面的一层，它受地面的影响最大。因为地面附近的空气受热上升，而位于上面的冷空气下沉，发生对流运动，故得名对流层。对流层集中了约75%的大气质量和90%以上的水汽，是天气变化最复杂的一层。（2）平流层在对流层的顶部，直到55公里的这一层，气流运动相当平衡，而且主要以水平运动为主，故称为平流层，没有云雾雨雪等天气现象。

平流层的下半部气温几乎不变,平均在-56.5℃左右。当高度达到20km以上气温又开始增加直到0℃附近,这是因为平流层上部存在臭氧层，臭氧吸收太阳紫外辐射使大气温度增加。平流层对飞行的影响有利方面气流平稳、空气干洁、能见度好、飞行阻力小，有利于大型飞机飞行。不利方面发动机效率降低，飞机对操纵的反应迟缓。（2）平流层大气的特性1.大气密度2.大气压强3.大气温度4.大气湿度1.大气密度由于低层大气是被上面空气所大大挤压，因此，随着海拔高度的增加，大气密度显著减少。空气的密度单位kg/m3。（1）定义：单位体积内的空气质量。其中p为大气的压强(N/㎡)；T为绝对温度（K）；R为气体常数（对空气R=287J/kg·K)P=ρRT（2）空气的密度、温度、压强三者的关系一般空气可以看作是完全气体，其状态参数满足方程由式P=ρRT

M

RT

V可得P=ρRT=M空气的质量V空气的体积因此对于质量一定的空气，当压强保持不变时，温度升高会引起空气膨胀，体积变大，密度减小；相反，当温度降低时，体积变小，密度增大。2.大气压强空气的的压强，是指物体单位面积上所受空气垂直作用力(大气压强)，也就是空气在物体单位面积上所施加的压力，因为是对单位面积而言，一般称为大气压强，习惯上也称之为大气压力。（1）气压概念大气压力的产生是地球引力作用的结果。气压的单位有帕斯卡Pa(N/m2)和毫米两种：以水银柱高度来表示气压高低的单位，用毫米(mm)。例如气压为760毫米，就是表示当时的大气压强与760毫米高度水银柱所产生的压强相等；帕斯卡是指物体单位面积（m2）上所受大气压力(N)大小来表示气压的单位。其关系是：百帕：hPa毫米汞柱：mmHg英寸汞柱：inHg1个大气压=1013.25hPa=760mmHg=29.92inHg1mmHg≈1.333hPa1hPa≈0.75mmHg（2）气压的单位气压是随大气高度而变化的。海拔愈高，大气压力愈小。（3）气压随高度的变化对于大气层中任何一点来说，它的所有方向的气压都是相等的。规律：对流层高度每增加1000ft（304.8m）,气压降低约1inHg。3.大气温度表示空气冷热程度的物理量，实质是空气分子平均动能大小的宏观表现。（1）气温的概念当空气获得热量时，分子运动的平均速度增大，平均动能增加，气温也就升高；反之，当空气失去热量时，分子运动的平均速度减小，平均动能减小，气温也就降低。（2）气温的表示气温通常用三种温标：①摄氏温标（Celsius、centigrade）温标（ºC）③华氏温标（Fahrenheit）温标（ºF）②开氏温标（Kelvin）温标（K）规定：在标准大气条件下，水的冰点为零度，沸点为100度，中间为100等分，每个等分代表1度。摄氏温度用℃表示。它是1742年由瑞典人摄尔司发明的。①摄氏温标：也称“百分温标”100°C0°C绝对温标每一度的大小和摄氏温标完全相同，不过，它不是以水的冰点作为零度的，而是以理论上所说的分子热运动将完全停止时的温度，即-273.15℃作为零度。用°K表示②开氏温标：也称绝对温标、热力学温标100°C0°C-273.15℃373.15°K273.15°K0°KKt关于开氏温标的说明：到目前，要物质的热运动完全停止还是不可能的。-273.15℃只不过是人们可以无限接近，但永远也不可能达到的温度。因此，才把它叫做绝对零度，意思是说，-273.15℃才是温度的真正零度。规定在一个大气压下，水的冰点为32度，沸点为212度，中间分为180等分，每等分代表1度。华氏温度用°F表示。它是1709年由德国人华伦海发明的。③华氏温标212°F32°FTF＝9/5+TC+32摄氏温度与华氏温度的换算TC＝5/9+TF-32TK＝TC+273.15开氏温度与摄氏温度的换算（3）气温随高度的变化对流层高度平均每升高1000m，气温降低6.5℃4.大气湿度空气湿度：用来量度空气中水汽含量多少的物理量。（1）定义相对湿度(relativehumidity)：空气中的实际水汽与同温度下的饱和水汽之比。（2）湿度表示法相对湿度的大小直接反映了空气距离水分饱和状态的程度。相对湿度等于100%时，称为饱和状态。相对湿度取决于：空气中的水汽含量和温度。温度降低时，其相对湿度增大，当温度降至相对湿度为100%时的温度称为露点温度。（3）露点温度(DewPoint)实际大气通常含有水汽，水的分子量（18）小于空气的平均分子量（29）。故水汽含量不同的空气，其密度也不一样。大气湿度（水汽含量）越大，空气密度越小。暖、湿的空气密度比干、冷的空气密度小。5.大气粘性（1）大气粘性：大气分子相对运动时产生的阻力的性质。（2）大气粘性的大小速度梯度大气温度气体性质接触面积6.大气的可压缩性大气的可压缩性：当空气压力或温度改变时，其密度和体积发生变化的特性。高速飞行时，必须考虑大气的压缩性。国际标准大气国际标准大气（InternationalStandardAtmosphere,ISA）：人为地规定一个不变的大气环境，包括大气温度、密度、气压等随高度变化的关系，得出统一的数据，作为计算和试验飞机的统一标准。制定目的：出于比较飞机性能和设计大气数据仪表的需要。国际民航组织(ICAO)制定的标准大气包括如下规定：(1)海平面高度为0，这一海平面称为ISA标准海平面。（2)标准海平面的重力加速度为g0=9.80665m/s2（3）海平面，气温为T0=15ºC=288.15K（4）对流层高度为11km或36089ft（5）对流层气温的垂直递减率：气压为P0=1013.2hPa(mb)或760mmHg