第三章-国际标准大气及应用

附录B国际标准大气（ISA）及应用附录B附录B第2页国际标准大气及其应用1.几何高度与重力势高度–重力势高度的定义、与几何高度的区别及其计算2.国际标准大气–国际标准大气规定、海平面参数–在不同高度范围内、特别是非标准大气时δ、σ、θ的计算3.气压高度4.ＱＦＥ与ＱＮＨ5.气压高度与几何高度的换算–非标准大气气压高度与几何高度的换算–在飘降越障和确定起飞时改平加速高度方面的应用6各种空速的定义与换算–理解各种空速的定义–熟练掌握各种空速以及空速与Ｍ数之间的换算附录B附录B第3页国际标准大气及其应用§1.几何高度与重力势高度§2.国际标准大气§3.气压高度§4.ＱＦＥ与ＱＮＨ§5.气压高度与几何高度的换算§6.各种空速的定义与换算附录B附录B第4页§1.几何高度与重力势高度几何高度：用标准的长度测量工具从基准点量到测量点的垂直距离。•身高、楼高•机场标高•—基准是平均海平面，黄海高程系•海拔高度•地势的高低起伏对应的几何高度，有时又叫高程•。。。。。。附录B附录B第5页均匀引力场g0E=Mg0H实际引力场gE=Mgh§1.几何高度与重力势高度重力势高度（位势高度）–在实际引力场中某个几何高度h上的重力势能大小与均匀引力场中某高度H上重力势能相同。均匀场中的H就是位势高度。附录B附录B第6页§1.几何高度与重力势高度重力势高度（位势高度）飞机在实际引力场中5000米上的重力势能大小,与均匀引力场中4995米高度上的重力势能相同,则飞机的几何高度?重力势高度?由定义可知：HRh1hhRhRdy)y(mgHmgh00RHh重力势高度小于几何高度附录B附录B第7页§1.几何高度与重力势高度在32KM以下，H与h相差很小，认为相等–相对误差不超过5‰民航飞机飞机高度一般不超过45000ft,可以认为H=h–相对误差不超过2.2‰在飞行动力学中一般认为g为常数。附录B附录B第8页附录Ｂ、国际标准大气及其应用§1.几何高度与重力势高度§2.国际标准大气§3.气压高度§4.ＱＦＥ与ＱＮＨ§5.气压高度与几何高度的换算§6.各种空速的定义与换算附录B附录B第9页§2.国际标准大气思考：–1、国际标准大气与实际大气是否相同？–2、为什么要规定国际标准大气？实际大气国际标准大气的规定国际标准大气压强和密度的计算方法国际标准大气表附录B附录B第10页实际大气若以气温变化为基准，则可将大气分为对流层、平流层、中间层、电离层、和散逸层等五层。附录B附录B第11页实际大气–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）kg/m3hPaKftKmKg/m3对流层平流层(同温层)中间层电离层(暖层)温度附录B附录B第12页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，作为计算和试验飞机的统一标准。以北半球中纬度地区（北纬35°～60°）大气物理特性的平均值为依据，并加以适当修正而建立。附录B附录B第13页国际标准大气的规定认为空气是完全气体，即满足气体状态方程。相对湿度为0海平面高度为0，称为ISA标准海平面T0=288.15K、15C或59F。标准海压P0=1013.25hPa或29.92inHg标准大气海平面密度ρ0=1.225kg/m3标准大气海平面音速:a0=661.475knots=340.294m/s=1116.45ft/s附录B附录B第14页国际标准大气的规定•温度的变化从0到11km或36089ft（对流层顶），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：-56.5C。附录B附录B第15页国际标准大气压强和密度的计算方法P+dPdspdy由静平衡条件得:gdsdydsdpppds)(状态方程得RTP/RTgdypdp(B-4)上式对任一高度都成立附录B附录B第16页国际标准大气压强和密度的计算方法在Ｈ≤11000m时:HppyTdyRgpdpH000065.0025588.500TTppHH求解可得(B-6)000TTPpHHH25588.400TTHH由状态方程得：故:(B-8)附录B附录B第17页国际标准大气压强和密度的计算方法定义0pp00TT附录B附录B第18页国际标准大气压强和密度的计算方法在Ｈ≤11000m时:Ｔ＝288.15－0.0065×H(H－ｍ)θ＝Ｔ/Ｔ0＝1－2.25577×10－5H(H－ｍ)δ＝ｐ/ｐ0＝(1－2.25577×10－5H)5.25588(H－ｍ)σ＝ρ/ρ0＝(1－2.25577×10－5H)4.25588(H－ｍ)附录B附录B第19页国际标准大气压强和密度的计算方法在11000≤Ｈ≤20000m时:HppTdyRgpdpH110001111RTgdypdp由：积分：求解得：62.634111000exp)11000(exp1111HRTHgppH由状态方程得11111111HHHHTTpp62.634111000exp)11000(exp1111HRTHgH附录B附录B第20页国际标准大气压强和密度的计算方法在11000≤Ｈ≤20000m时:62.634111000exp2233609.00Hpp62.634111000exp2970756.00Hθ＝Ｔ/Ｔ0＝0.75186535,T＝216.65°K＝－56.5°C011110ppppppHH011110HH因:及011pp=0.2233609、011=0.2970756由前式：附录B附录B第21页国际标准大气表为了使用方便压强随高度的增加而减小，但减少得越来越慢，这说明气压式高度表在高空的灵敏度、精度随着高度的增加而降低。附录B附录B第22页附录B附录B第23页习题：例1计算标准大气下10000米上的大气参数；例2计算标准大气下37000英尺上的大气参数；附录B附录B第24页国际标准大气及其应用§1.几何高度与重力势高度§2.国际标准大气§3.气压高度§4.ＱＦＥ与ＱＮＨ§5.气压高度与几何高度的换算§6.各种空速的定义与换算附录B附录B第25页气压高度根据实际压强，按照ISA中压强与高度的关系，确定出的高度。例：飞机在实际大气中10000米高空飞行，外界压强P=22631.8帕，求飞机的几何高度、气压高度？几何高度：10000米；气压高度：11000米；对于ISA,气压高度＝几何高度(严格说是等于位势高度),对于非ISA,几何高度≠气压高度附录B附录B第26页ISA偏差某处实际温度与ISA标准温度的差值。例1.1：已知某机场场温20C，机场气压高度2000英尺。求：机场高度处ISA偏差。解：在压力高度为2000英尺的机场处，ISA标准温度应为：T标准=15C（2C/1000ft）2000ft=11C，而实际温度为：T实际=20C，所以，ISA偏差即温度差为：ISA偏差=T实际T标准=20C11C=9C，表示为：ISA+9C附录B附录B第27页非标准大气的计算1.由气压高度求出压强、温度（查表或用公式计算）2.进行温度修正：3.求出其他参数：0/;TT;PRT0/;0/;PP;TTT例:已知某处气压高度为43000ft,该处温度为ISA＋15,求该处的δ、P、σ、ρ、θ、T。作业：72页，第22、23、24、25题。附录B附录B第28页气压高度的应用性能手册和图表都是按气压高度及ISA+△T形式给出的–飞机的性能都与P、ρ、T有关座舱压强是按气压高度给出的–座舱高度不得高于8000ft(为保证旅客舒适)–增压系统故障时不得高于15000ft飞机飞行高度层附录B附录B第29页由气压P确定气压高度HP如p≥22632帕HP＝145442×[1－(p/p0)0.1902631](ft)或(B-31)HP＝44330.8×[1－(p/p0)0.1902631](m)(B-32)否则,如ｐ≥5475帕HP＝4902－20805.8Ｌn(p/p0)(ft)(B-33)＝36089－20805.8Ｌn(δ/0.2233609)(ft)或(B-34)HP＝1494.2－6341.62Ｌn(p/p0)(m)(B-35)＝11000－6341.62Ｌn(δ/0.2233609)(m)(B-36)附录B附录B第30页国际标准大气及其应用§1.几何高度与重力势高度§2.国际标准大气§3.气压高度§4.ＱＦＥ与ＱＮＨ§5.气压高度与几何高度的换算§6.各种空速的定义与换算附录B附录B第31页气压高度表附录B附录B第32页气压高度表附录B附录B第33页气压高度的基准面场面气压QFE：修正海压QNH：标准气压面QNE附录B附录B第34页场面气压QFEQFE--场面气压(Stationpressure),即机场道面的大气压强思考：1、在道面上把高度表的零点调到1013(或29.92),则高度表的读数是什么？2、当飞机停在道面上时,调整高度表小窗中的数字为QFE，高度表的读数是什么？起飞后是什么？附录B附录B第35页场面气压QFE附录B附录B第36页修正海压QNHQNH--为使高度表在跑道道面上指示机场标高的高度表的零点拨正值。思考：1、飞机起飞前按QNH调整高度表小窗中的数字为QNH时,高度表指示什么？离地后指示什么？2、计算起飞性能、着陆性能时应该使用机场气压高度而不是机场标高，机场标高与机场的气压高度有什么不同？怎么测得机场的气压高度？附录B附录B第37页修正海压QNH附录B附录B第38页由机场标高和QNH求机场的气压高度附录B附录B第39页由机场标高和QNH求机场的气压高度附录B附录B第40页由机场标高和QNH求机场的气压高度Hp＝ELE＋145442×[1－(QNH/p0)0.1902631](ft)Hp＝ELE＋44330.8×[1－(QNH/p0)0.1902631](m)............(B-37）机场标高修正海面的气压当QNH＜P0＝1013.25百帕(29.92126英寸汞柱)时,机场气压高度Hp＞标高ELE;当QNH＞P0＝1013.25百帕(29.92126英寸汞柱)时,机场气压高度Hp＜标高ELE。P121，表B-3用于确定机场气压高度附录B附录B第41页在起飞、着陆阶段之所以用QFE或QNH调整高度表，是因为需要知道飞机距机场道面的高度。在航线飞行时所有飞机都应使用QNE来调整高度表，即都把高度表零点调为1013.2MB(29.92英寸Hg)。QFE、QNH和QNE附录B附录B第42页QFE、QNH和QNE附录B附录B第43页国际标准大气及其应用§1.几何高度与重力势高度§2.国际标准大气§3.气压高度§4.ＱＦＥ与ＱＮＨ§5.气压高度与几何高度的换算§6.各种空速的定义与换算附录B附录B第44页§5.气压高度与几何高度的关系思考1、相同基准点，气压高度与几何高度在什么情况下相同？在什么情况下不同？2、为什么需要考虑气压高度和几何高度的关系？飞机的越障高度、爬升梯度、爬升率、爬升加速度使用几何高度。手册给出的飞机、发动机性能数据时都以气压高度及ISA＋△T形式给出的。应把轨迹的气压高度换算为几何高度来比较。同基准点，在非标准大气情况下，气压高度不等于实际高度。附录B附录B第45页§5.气压高度与几何高度的关系PIdZTTdZPIIdZTTTdZ或(B-44)几何高度与气压高度微增量之间的关系，对任意高度都成立：当实际大气的温度高(低)于标准大气的温度时,几何高度增量大(小)于气压高度增量。附录B附录B第46页附录