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当前位置:首页 > 商业/管理/HR > 公司方案 > 《民航概论》教学课件:第三章 航空器活动的环境及导航
第三章航空器活动的环境及导航第一节航空器活动的环境i大气层对流层中间层80km平流层50km(电离层)500km热层对流层顶平流层顶中层顶O3O3O3O3一、大气层构造大气层包括:对流层、平流层、中间层、热层、外逸层对流层在大气层的最低层,紧靠地球表面,其厚度大约为10至20千米。对流层的大气受地球影响较大,云、雾、雨等现象都发生在这一层内,水蒸气也几乎都在这一层内存在。这一层的气温随高度的增加而降低,大约每升高1000米,温度下降5~6℃。动、植物的生存,人类的绝大部分活动,也在这一层内。因为这一层的空气对流很明显,故称对流层。•对流层以上是平流层,大约距地球表面20至50千米。平流层的空气比较稳定,大气是平稳流动的,故称为平流层。在平流层内水蒸气和尘埃很少,并且在30千米以下是同温层,其温度在-55℃左右。平流层以上是中间层,大约距地球表面50至85千米,这里的空气已经很稀薄,突出的特征是气温随高度增加而迅速降低,空气的垂直对流强烈。中间层以上是暖层,大约距地球表面100至800千米。暖层最突出的特征是当太阳光照射时,太阳光中的紫外线被该层中的氧原子大量吸收,因此温度升高,故称暖层。散逸层在暖层之上,为带电粒子所组成。对流层•接近地球表面的一层大气层,空气的移动是以上升气流和下降气流为主的对流运动,叫做“对流层”。它的厚度不一,其厚度在地球两极上空为8公里,在赤道上空为17公里,是大气中最稠密的一层,占大气层的四分之三还要多。大气中的水气几乎都集中于此,是展示风云变幻的“大舞台”:刮风、下雨、降雪等天气现象都是发生在对流层内。这一层是航空器活动的主要区域。对飞机的影响(1)、高度增加,温度下降,飞机结冰,改变了飞机的气动外形。包括机载设备及机上人员都要受到威胁。(空调系统的作用)(2)、风速、风向改变,空气的对流,使飞机颠簸,风切变对飞机更是有巨大的危害。(风的方向由向南瞬间变成向北)(3)、云、雨、雾、雪等影响能见度。尤其是在目视飞行时,这一点非常糟糕,即使是在现在自动导航设备如此先进,在起飞和降落的时候还是要目视协助。因此,这一点对飞机的影响也是巨大的。平流层高度:对流层以上距地面35~40Km特点:(1)、恒温受地面影响小(2)、水蒸气少,因此没有云、雨、雾、雪等气象(3)、密度小,风向稳定,没有对流,空气水平流动。思考:飞机巡航一般处于什么高度,为什么?中间层•平流层以上,到离地球表面85公里,叫做“中间层”。中间层以上,到离地球表面500公里,叫做“热层”。在这两层内,经常会出现许多有趣的天文现象,如极光、流星等。人类还借助于热层,实现短波无线电通信,使远隔重洋的人们相互沟通信息,因为热层的大气因受太阳辐射,温度较高,气体分子或原子大量电离,复合机率又少,形成电离层,能导电,反射无线电短波。暖层•又名电离层,中间层以上是暖层,大约距地球表面100至800千米。暖层最突出的特征是当太阳光照射时,太阳光中的紫外线被该层中的氧原子大量吸收,因此温度升高,故称暖层。散逸层在暖层之上,为带电粒子所组成。•暖层的特点是,气温随高度增加而增加,在300公里高度时,气温可达1000℃以上,像铅、锌、锡、锑、镁、钙、铝、银等金属,在这里也会被熔化掉。本层之所以有高温,主要是因为所有的波长小于0.175μm的太阳紫外线辐射,都被暖层气体所吸收。暖层中的氮(N2)、氧(O2)和氧原子(O)气体成分,在强烈的太阳紫外线和宇宙射线作用下,已处于高度电离状态,所以也把暖层称作“电离层”。二、大气物理参数(1)大气压力两种表示方式:mmHg毫米汞柱、百帕(hPa)大气压力随着高度的增加而减小在密度不变的条件下,大气压力还随着温度的降低而降低第三章第一节航空器活动的环境气压、温度、密度和音速。Atsealevel,atmosphericpressureis1013.25hPaItdecreaseby1hPaevery28ft(8.3m)or1mmHgevery11m1013hPa1012hPa1011hPa1010hPa1009hPa1008hPa1hPa/28ft=1hpa/8.3mStandardICAOatmosphere温度随高度的变化图15°C-56°C11Z(km)t(°C)0-0.65℃/100m(2)大气温度第三章第一节航空器活动的环境•表示方式:绝对温度K、摄氏温度℃•在对流层,大气的温度随高度的增加而线性下降,大约每升高1000米温度下降6.5℃(3)空气密度气态方程:P=ρRT空气密度随高度的增加而下降密度直接影响飞行的升力和阻力受大气的温度和密度的影响,温度高音速大,密度高音速也大。在对流层音速随高度升高而减小,在同温层音速基本保持不变。高速和高高度飞行时,用马赫数表示。马赫数——飞机真空速与相同大气条件下音速的比值。第三章第一节航空器活动的环境标准温度(15°C)状况下,海平面的音速为661节。四万英尺高度上,温度为–55°C,音速为574节。(4)音速ddpa2rTaaVM音速音速马赫数马赫数ddpa2rTaaVM音速音速马赫数马赫数二、国际标准大气ISAQ地球上地理位置不同大气的物理参数不同Q飞机的性能和大气物理参数有直接关系Q国际标准大气:航空器设计与制造的标准大气物理参数气压温度密度高度hPa°Ckg/m³feet1013151.225msl100014.31.21236495011.51.16317739008.61.11332438505.51.06347818002.31.0126394750-1.00.9608091700-4.60.9089882650-8.30.85511780600-12.30.80213801550-16.60.74715962500-21.20.69218289450-26.20.63520812400-31.70.57723574350-37.70.51826631300-44.50.45730065250-52.30.39533999200-56.50.32238662150-56.50.24144647100-56.50.16153083Q国际标准大气是以北半球中纬度地区的大气物理性质的平均值作为基础建立的,并假设空气是理想气体,满足理想气体方程:P0=RρTQ标准大气的基准是海平面高度,温度15℃,压强为1013.25hPa(760mmHg),密度为1.225kg/m3,音速为340.294m/s第三章第一节航空器活动的环境规定温度随高度变化:0~1100m(对流层内),每升高1000m,温度降低6.5℃;1100m~2000m,温度为-56.5℃;2000m~3200m,每升高1000m,温度升高1℃。飞行高度场压高度HQFE;修正海平面气压高度HQNH;标准气压高度HQNE第三章第一节航空器活动的环境三、航空气象(1)云:空气中水汽凝结成的可见形态Q按形态分为:积云和层云Q按高度分为:高云、中云和低云Q对飞行影响最大的是积雨云第三章第一节航空器活动的环境云的类型Q能见度:指观察者在白天辨认物体,在夜间辨认灯光的距离,用公里或米表示。Q当能见度在1500米以下时,提供跑道视程RVR(RunwayVisibilityRange)。Q跑道视程:指飞行员在位于跑道中线的飞机上观测起飞方向或着陆方向,能看到跑道道面上的标志或能看到跑道边灯或中线灯的最大距离。Q影响能见度的有:雾、烟、风沙、雨、雪。Q空中能见度分为水平能见度、垂直能见度、倾斜能见度。能见度1.低云妨碍飞机起降2.云中能见度很坏,影响目视飞行3.云中飞行可能发生飞机积冰4.云中飞行可能发生飞机颠簸5.云中飞行可能遭闪电击6.云中飞行可能会产生错觉云对飞行的影响:Cb(积雨云)(2)雾Q雾:悬浮于近地面气层中的大量水滴或冰晶,使水平能见度小于1千米的现象。Q轻雾:能见度大于1千米而小于10千米的,称为轻雾。Q根据形成条件,雾可分为四种形式:辐射雾、平流雾、锋面雾、上坡雾等。Q对航空的最大影响:使能见度降低Q雾形成的三个条件:空气湿度、空气中有一定数量的微粒作为核心、温度下降。(3)降水Q形式:雨、雪、雹,取决于上空云层的垂直温度和地面温度分布情况。降水对飞行的影响1.降水使能见度减小2.过冷雨滴会造成飞机积冰3.降水产生的碎雨云影响飞机起降4.大雨下方容易出现较强的下降气流5.大雨和暴雨能使发动机熄火6.大雨恶化飞机的空气动力7.降水影响跑道的使用(4)风:空气在地面的运动风对航空运行的影响:常年风向影响跑道方向起降:顺风不利,逆风适当有利,侧风不利巡航时:顺风时会使地速增加、影响航向、航迹静态循环受地球自转影响的循环–大尺度天气现象:全球大气的运动决定了地球上不同纬度地区的盛行风向,三个空气循环区中尺度天气现象:气团,在中等范围内,我们遇到的空气运动是由相同温度和湿度的空气组成一个整体的运动锋面:冷气团和暖气团相交。暖锋:热气团进入冷气团,移动较慢,持续时间较长,在这一带中会形成很大的雾区和雨区。冷锋:冷气团进入热气团,移动较快,持续时间较短,会带来大风,同时热空气的上升会带来雷雨天气和气流的颠簸。在小范围内遇到的危险现象:Q雷暴:在空气中有大量水汽,上下温差很大时出现,它首先形成积云,然后在云中的水汽形成雨滴下降,下降的雨和上升的热气流相撞击,产生雷电。Q颠簸:指大气中空气有不稳定气流的上下运动.Q常见的颠簸:表面湍流、风切变、晴空湍流、飞机后面的尾流雷暴中起飞晴空湍流风切变表面湍流常见的颠簸尾流尾流对后机的影响第二节地球的有关知识一、地球的地理坐标磁北极(74.9ºN,101ºW)磁南极(67.1ºS,142.7ºE)地球磁极的位置不是固定的,是由东向西有规律的缓慢的移动。地球磁场航线:飞机从地球表面一点(起点)飞到地球表面另一点(终点)的预定路线,也称为预计航迹。二、飞行航线航线角:从航线(航段)起点经线北端顺时针量到航线(航段)去向的夹角。航线距离:航线起点到终点间的地面长度。1ft=0.3048m;1m=3.281ft;1mile=1.609km1kn=1nmile/h=1.852km/h=1.15mile/h赤道上1º的弧长为60nmile(约为111km),1’的弧长为1nmile(约1.852km或1.15mile)。大圆和小圆大圆航线:通过两航路点的大圆圈线建立的航线。大圆航线所有的经线圈和赤道均为大圆航线。地球上任意两点之间都有一条大圆航线大圆圈线是球面上距离最短的曲线,所以大圆航线的距离最短。一般情况下,大圆航线与经线夹角都不相同,(除了经线圈和赤道)跨大西洋的大圆航线等角航线:通过两航路点间的等角线建立的航线。(飞行航线与航线经过各点的经线夹角都相等的航线。)等角航线等角航线是一条盘向两极的螺旋曲线等角航线上各点的航线角相等,但等角航线的距离一般都比大圆航线大。(只有沿经线或沿赤道时相等)。赤道、纬线、经线都是等角航线地球上任意两点间都有一条等角航线海拉尔至哈尔滨的等角航线第三节地球运动与时间1.地球的自转与公转换算:时间差=区号差东早西晚东加西减2.时间系统(1)地方时:以当地经线正背太阳为0点,正对太阳为12点所确定的时刻。同一经度外,任何经度不同的地方其地方时是不同的。(2)区时1884年国际经度会议提出采用区时制。时区的划分:以0º经线为基准,以与0º经线每差15º的经线确定一条主经线。以主经线左右各7.5º的范围定义一个时区,以主经线的地方时作为全时区共同使用的时间,称为该时区的区时。全球共24个区时。(3)北京时间我国地跨东5到东9共5个时区,为了全国使用统一的时间,规定用北京所在的东8区的区时为我国标准时间,称为北京时间。(4)世界时也叫格林尼治平时(GMT),国际上统一规定以0区的区时作为标准时,称为世界时。在同一时刻,世界各地的世界时都是相同的。第三章第三节地球运动与时间(5)协调世界时(UTC)世界时由于地球公转速度不均匀,且存在着长期变慢的趋势,每年大约要比原子时慢1秒钟。UT
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