第三章飛行原理與飛行性能主講人：裴娟Flightprincipleandflightperformance地球大氣第一節(jié)大氣的組成1、純干空氣（Dryair）大氣中唯一能發(fā)生相變的成分，來源于地面，含量變化。2、水蒸汽（Watervapor）3、塵埃顆粒（大氣雜質(zhì)）（Aerosols）水汽凝結(jié)物水滴和冰晶，懸浮的固體煙粒、鹽粒、塵粒、各種凝結(jié)核以及帶電離子等。1、純干空氣純干空氣的成分2、水蒸汽水汽變化產(chǎn)生云、霧、露、霜、雨、雪、雹等天氣現(xiàn)象。3、塵埃顆粒指懸浮在大氣中的固體和液體粒子。大氣垂直分層垂直分層依據(jù)－溫度隨高度的分布大氣層狀結(jié)構(gòu)：散逸層/外大氣層暖層/電離層中間層/高空對流層平流層/同溫層對流層大氣的各種特性在垂直方向上的差異非常明顯，大氣屬性對飛機(jī)性能和空氣動力有不同程度的影響。飛機(jī)的飛行環(huán)境是對流層和平流層。垂直分層的高度（1）對流層

對流層是緊貼地面的一層，它受地面的影響最大。因?yàn)榈孛娓浇目諝馐軣嵘仙挥谏厦娴睦淇諝庀鲁粒l(fā)生對流運(yùn)動，故得名對流層。對流層集中了約75%的大氣質(zhì)量和90%以上的水汽，是天氣變化最復(fù)雜的一層。（2）平流層在對流層的頂部，直到55公里的這一層，氣流運(yùn)動相當(dāng)平衡，而且主要以水平運(yùn)動為主，故稱為平流層，沒有云霧雨雪等天氣現(xiàn)象。

平流層的下半部氣溫幾乎不變,平均在-56.5℃左右。當(dāng)高度達(dá)到20km以上氣溫又開始增加直到0℃附近,這是因?yàn)槠搅鲗由喜看嬖诔粞鯇樱粞跷仗栕贤廨椛涫勾髿鉁囟仍黾印Ｆ搅鲗訉︼w行的影響有利方面氣流平穩(wěn)、空氣干潔、能見度好、飛行阻力小，有利于大型飛機(jī)飛行。不利方面發(fā)動機(jī)效率降低，飛機(jī)對操縱的反應(yīng)遲緩。（2）平流層大氣的特性1.大氣密度2.大氣壓強(qiáng)3.大氣溫度4.大氣濕度1.大氣密度由于低層大氣是被上面空氣所大大擠壓，因此，隨著海拔高度的增加，大氣密度顯著減少。空氣的密度單位kg/m3。（1）定義：單位體積內(nèi)的空氣質(zhì)量。其中p為大氣的壓強(qiáng)(N/㎡)；T為絕對溫度（K）；R為氣體常數(shù)（對空氣R=287J/kg·K)P=ρRT（2）空氣的密度、溫度、壓強(qiáng)三者的關(guān)系一般空氣可以看作是完全氣體，其狀態(tài)參數(shù)滿足方程由式P=ρRT

M

RT

V可得P=ρRT=M空氣的質(zhì)量V空氣的體積因此對于質(zhì)量一定的空氣，當(dāng)壓強(qiáng)保持不變時(shí)，溫度升高會引起空氣膨脹，體積變大，密度減小；相反，當(dāng)溫度降低時(shí)，體積變小，密度增大。2.大氣壓強(qiáng)空氣的的壓強(qiáng)，是指物體單位面積上所受空氣垂直作用力(大氣壓強(qiáng))，也就是空氣在物體單位面積上所施加的壓力，因?yàn)槭菍挝幻娣e而言，一般稱為大氣壓強(qiáng)，習(xí)慣上也稱之為大氣壓力。（1）氣壓概念大氣壓力的產(chǎn)生是地球引力作用的結(jié)果。氣壓的單位有帕斯卡Pa(N/m2)和毫米兩種：以水銀柱高度來表示氣壓高低的單位，用毫米(mm)。例如氣壓為760毫米，就是表示當(dāng)時(shí)的大氣壓強(qiáng)與760毫米高度水銀柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)相等；帕斯卡是指物體單位面積（m2）上所受大氣壓力(N)大小來表示氣壓的單位。其關(guān)系是：百帕：hPa毫米汞柱：mmHg英寸汞柱：inHg1個大氣壓=1013.25hPa=760mmHg=29.92inHg1mmHg≈1.333hPa1hPa≈0.75mmHg（2）氣壓的單位氣壓是隨大氣高度而變化的。海拔愈高，大氣壓力愈小。（3）氣壓隨高度的變化對于大氣層中任何一點(diǎn)來說，它的所有方向的氣壓都是相等的。規(guī)律：對流層高度每增加1000ft（304.8m）,氣壓降低約1inHg。3.大氣溫度表示空氣冷熱程度的物理量，實(shí)質(zhì)是空氣分子平均動能大小的宏觀表現(xiàn)。（1）氣溫的概念當(dāng)空氣獲得熱量時(shí)，分子運(yùn)動的平均速度增大，平均動能增加，氣溫也就升高；反之，當(dāng)空氣失去熱量時(shí)，分子運(yùn)動的平均速度減小，平均動能減小，氣溫也就降低。（2）氣溫的表示氣溫通常用三種溫標(biāo)：①攝氏溫標(biāo)（Celsius、centigrade）溫標(biāo)（oC）③華氏溫標(biāo)（Fahrenheit）溫標(biāo)（oF）②開氏溫標(biāo)（Kelvin）溫標(biāo)（K）規(guī)定：在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，水的冰點(diǎn)為零度，沸點(diǎn)為100度，中間為100等分，每個等分代表1度。攝氏溫度用℃表示。它是1742年由瑞典人攝爾司發(fā)明的。①攝氏溫標(biāo)：也稱“百分溫標(biāo)”100°C0°C絕對溫標(biāo)每一度的大小和攝氏溫標(biāo)完全相同，不過，它不是以水的冰點(diǎn)作為零度的，而是以理論上所說的分子熱運(yùn)動將完全停止時(shí)的溫度，即-273.15℃作為零度。用°K表示②開氏溫標(biāo)：也稱絕對溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)100°C0°C-273.15℃373.15°K273.15°K0°KKt關(guān)于開氏溫標(biāo)的說明：到目前，要物質(zhì)的熱運(yùn)動完全停止還是不可能的。-273.15℃只不過是人們可以無限接近，但永遠(yuǎn)也不可能達(dá)到的溫度。因此，才把它叫做絕對零度，意思是說，-273.15℃才是溫度的真正零度。規(guī)定在一個大氣壓下，水的冰點(diǎn)為32度，沸點(diǎn)為212度，中間分為180等分，每等分代表1度。華氏溫度用°F表示。它是1709年由德國人華倫海發(fā)明的。③華氏溫標(biāo)212°F32°FTF＝9/5+TC+32攝氏溫度與華氏溫度的換算TC＝5/9+TF-32TK＝TC+273.15開氏溫度與攝氏溫度的換算（3）氣溫隨高度的變化對流層高度平均每升高1000m，氣溫降低6.5℃4.大氣濕度空氣濕度：用來量度空氣中水汽含量多少的物理量。（1）定義相對濕度(relativehumidity)：空氣中的實(shí)際水汽與同溫度下的飽和水汽之比。（2）濕度表示法相對濕度的大小直接反映了空氣距離水分飽和狀態(tài)的程度。相對濕度等于100%時(shí)，稱為飽和狀態(tài)。相對濕度取決于：空氣中的水汽含量和溫度。溫度降低時(shí)，其相對濕度增大，當(dāng)溫度降至相對濕度為100%時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)溫度。（3）露點(diǎn)溫度(DewPoint)實(shí)際大氣通常含有水汽，水的分子量（18）小于空氣的平均分子量（29）。故水汽含量不同的空氣，其密度也不一樣。大氣濕度（水汽含量）越大，空氣密度越小。暖、濕的空氣密度比干、冷的空氣密度小。5.大氣粘性（1）大氣粘性：大氣分子相對運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的阻力的性質(zhì)。（2）大氣粘性的大小速度梯度大氣溫度氣體性質(zhì)接觸面積6.大氣的可壓縮性大氣的可壓縮性：當(dāng)空氣壓力或溫度改變時(shí)，其密度和體積發(fā)生變化的特性。高速飛行時(shí)，必須考慮大氣的壓縮性。國際標(biāo)準(zhǔn)大氣國際標(biāo)準(zhǔn)大氣（InternationalStandardAtmosphere,ISA）：人為地規(guī)定一個不變的大氣環(huán)境，包括大氣溫度、密度、氣壓等隨高度變化的關(guān)系，得出統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，作為計(jì)算和試驗(yàn)飛機(jī)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。制定目的：出于比較飛機(jī)性能和設(shè)計(jì)大氣數(shù)據(jù)儀表的需要。國際民航組織(ICAO)制定的標(biāo)準(zhǔn)大氣包括如下規(guī)定：(1)海平面高度為0，這一海平面稱為ISA標(biāo)準(zhǔn)海平面。（2)標(biāo)準(zhǔn)海平面的重力加速度為g0=9.80665m/s2（3）海平面，氣溫為T0=15oC=288.15K（4）對流層高度為11km或36089ft（5）對流層氣溫的垂直遞減率：氣壓為P0=1013.2hPa(mb)或760mmHg