空气动力学基础01大气物理学

空气动力学与飞行原理第1章大气物理学知识要求掌握大气物理学基本概念熟记大气物理相关常用参数的定义、概念和单位了解气象活动对飞行的影响、大气成分对机体腐蚀的影响大气包围地球并随地球一起运转的空气层航空器的飞行与大气层密切相关1.1大气的重要物理参数大气的成分氮气78%氧气21%其他1%大气分子的运动压力、热能物理参数温度、压力、密度粘性、压缩性、湿度、音速1.1.1大气密度大气密度单位体积内的空气质量Vm1.1.2大气温度大气温度大气层内空气的冷热程度单位摄氏温度℃、华氏温度℉、绝对温度°K三种温度的换算关系1.1.3大气压力大气压力大气层内空气的压强，即物体单位面积上承受的空气的垂直作用力。产生原因上层空气的重力对下层空气造成了压力空气分子不规则的热运动因为大气压力随高度和温度变化，所以规定在海平面温度为15℃时的大气压力为一个标准大气压1.1.4粘性粘性流体内两相邻流层的流速不同时，或流体与物体间发生相对运动时，两个流层接触面上或流体和物体接触面上便产生相互粘滞和相互牵扯的力，这种特性就是流体的粘性。气体的粘度系数随温度升高而增大；液体的粘度系数随温度升高而减小。影响空气粘性的两个重要因素是速度梯度和温度1.1.5可压缩性可压缩性空气的可压缩性是指一定量的空气在压力或温度变化时，其体积和密度发生变化的特性。在相同的压力变化量的作用下，密度的变化量越大的物质，可压缩性就越大。液体的密度变化量极小，可以看作是不可压缩的。空气由于分子之间距离较大、分子之间吸引力较小，它的可压缩性表现得十分明显。当大气流过飞行器表面时，在一些部位气流速度增加，气流的压力会减小，密度也会随之下降Ma0.4Ma0.41.1.6湿度湿度指大气的潮湿程度，通常用相对湿度来表示。相对温度是指大气中所含水蒸气的量与同温度下大气能含有的水蒸气最大量之比水蒸气的密度约等于干空气的5/8，含有水蒸气的空气比干空气密度小、重量轻飞机在潮湿天气起飞时，需要的跑道长度要比在干燥天气起飞时的跑道长。1.1.7音速音速小扰动在介质中的传播速度。不同介质下：相同介质下：pa2Ta1.201.2大气层的构造大气分为五层对流层平流层中间层电离层（热层）散逸层1.3国际标准大气（ISA）1.3.1国际标准大气的制定大气的物理性质是变化的，使航空器上产生的空气动力也发生变化，影响飞行性能；为便于设计、试验和分析航空器性能，需要建立一个统一的标准，即标准大气。国际民航组织（ICAO）根据对北纬40°～50°区域的地球大气多年观测的结果，加以模型化，给出的一种假想的大气模型。国际标准大气包括以下内容：1.完全气体状态方程：压力不变：密度和温度成反比。温度不变：密度和压力成正比。密度不变：压力与温度成正比。2.海平面处H=0。该处的物理参数：3.根据海平面大气物理参数，计算出各个高度上标准大气的物理参数。RTp高度温度压力密度H(m)T(K)t(℃)p(kPa)p(mmHg)p/p0(kg/m3)/0-1000294.6521.50113.93854.551.12441.34701.0996-500291.4018.25107.47806.151.06071.28491.04890288.1515.00101.325760.001.00001.22501.00001000281.658.5089.876674.120.88701.11170.90752000275.152.0079.501596.300.78461.00660.82173000268.66-4.4970.121525.950.69200.90930.74234000262.17-10.9861.660462.490.60850.81940.66895000255.28-17.4754.048405.390.53340.73640.60126000249.19-23.9647.217354.160.46600.66010.53897000242.70-30.4541.105308.310.40570.59000.48178000236.22-36.9335.651267.400.35190.52580.42929000229.73-43.4230.800231.020.30400.46710.381310000223.25-49.9026.499198.760.26150.41350.337611000216.77-56.3822.699170.260.22400.36480.297812000216.65-56.5019.399145.500.19150.31190.254613000216.65-56.5016.579124.350.16360.26660.217614000216.65-56.5014.170106.280.14000.22790.186015000216.65-56.5012.11190.850.11950.19480.15901.3.2标准大气的应用标准大气排除了地理坐标、季节和昼夜对大气特性的影响，因而可用于比较飞机飞行性能的计算结果和试飞结果。把实际飞行性能换算到标准大气状态，必须进行各种修正。推算实际大气情况下的飞行性能，将基于温度偏差基准，对飞行手册查出的性能数据进行换算。1.4气象对飞行活动的影响1.4.1阵风对飞机飞行的影响阵风大气层中空气短时间强烈对流产生的扰动阵风的影响主要是垂直阵风，使飞机产生颠簸、较大的气动载荷和失速。水平阵风迎头或从飞机后面吹来的与飞机飞行方向平行的阵风只改变相对气流的速度对飞行所影响较小垂直阵风由下向上或由上向下吹来的垂直飞行方向的阵风改变相对速度和迎角垂直阵风的危害1、颠簸。2、受载过大：高速飞行（小迎角状态）遇到垂直向上突风时应使飞机减速（加大迎角），避免产生过大的气动载荷。3、飞机失速：低速飞行（大迎角状态）遇到垂直向上突风时应使飞机速度提高（减小迎角），避免飞机大迎角失速。侧向阵风从飞机侧面吹来的阵风危害破坏飞机侧向气动力平衡，造成飞机摇晃、摆头危害不大1.4.2稳定风场对飞机飞行的影响主要影响飞机的起飞和着陆1、逆风起飞和着陆，以减小起飞和着陆速度及滑跑距离。2、侧风起飞后应进行航向修正。侧风着陆前应进行侧滑修正（操纵副翼和方向舵）。3、低空风切变（风向和风速在特定方向上发生变化）对正在起飞和着陆过程的飞机的安全性具有严重影响。1.4.3云对飞行的影响1、影响视线。2、飞机穿过积雨云可能受到闪电、冰雹的袭击或遇到强烈风切变。3、飞机穿过零度以下低温云层时，在飞机表面可能结冰。1.5大气状况对机体腐蚀的影响1.5.1大气的湿度临界湿度：在大气中使金属的腐蚀速度急剧增大对应的大气的相对湿度。不同金属有不同的临界相对湿度。影响临界湿度的因素：机体构件的材料性质；污染物的性质和数量；金属表面的粗糙、裂纹状态等。1.5.2温度和温差的影响温差过大使水分在金属表面凝聚，溶解大气中的有害污染物。温度升高会使腐蚀加快。1.5.3污染物的影响有害气体：硫化物、氯化物及氮化物等。最有害的气体是二氧化硫和氯化氢。三类粉尘颗粒：本身具有腐蚀性。吸收水分或腐蚀物。落在金属上与金属表面之间形成缝隙产生氧浓差腐蚀条件。