航空概论第二节.docVIP

第 2 章 飞 行 原 理  2.1 空气的基本性质 2.1.1 大气飞行环境 飞行器在大气层内飞行时所处的环境条件，称为大气飞行环境。 包围地球的空气层(即大气)是航空器的唯一飞行活动环境，也是导弹和航天器的重要飞行环境。大气层无明显的上限，它的各种特性在铅垂方向上的差异非常明显。以大气中温度随高度的分布为主要依据，可将大气层划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层(外大气层)等5个层次。 航空器的大气飞行环境是对流层和平流层。 1. 对流层 对流层是地球大气中最低的一层。其厚度随纬度和季节变化，一般低纬度地区平均为16～18公里；中纬度地区平均为10～12公里；高纬度地区平均为8～9公里。 (1) 对流层中气温随高度增加而降低。平均每增高100米，气温下降0.65K。 (2) 对流层集中了几乎全部的水汽，是天气变化最复杂的层次，也是对飞行影响最重要的层次。飞行中所遇到的各种重要天气现象几乎都出现在这一层中，如雷暴、浓雾、低云幕、雨、雪、大气湍流、风切变等。 (3) 由于受地面情况和地形的影响，对流层中有水平风和垂直风，而垂直风对飞机的飞行不利。 (4) 对流层集中了全部大气约四分之三的质量 2. 平流层 平流层位于对流层顶之上，顶界伸展到约50～55公里。 (1)在平流层内，随着高度的增加气温最初保持不变或微有上升，到25～30公里以上气温升高较快，到了平流层顶气温约升至270～290K。平流层的这种气温分布特征同它受地面影响小和存在大量臭氧有关。 (2)在平流层中，空气的垂直运动远比对流层弱，基本上只有水平风而无垂直风，飞机飞行平稳。 (3)平流层水汽含量也较少，天气变化小，对飞行有利。 (4)平流层大气质量约占整个大气的四分之一。 3. 中间层 中间层从平流层顶大约50～55公里伸展到80公里高度。 这一层的特点是：气温随高度增加而下降，空气有相当强烈的垂直运动。在这一层的顶部气温可低至160～190K。 4. 热层 热层的范围是从中间层顶伸展到约800公里高度。 热层的一个特征是气温随高度增加而上升。另一个重要特征是空气处于高度电离状态。 5. 散逸层 散逸层又称逃逸层、外大气层，是地球大气的最外层，位于热层之上。那里的空气极其稀薄，同时又远离地面，受地球的引力作用较小，因而大气分子不断地向星际空间逃逸。航天器脱离这一层后便进入太空飞行。 2.1.2 大气的物理性质和理想气体 1. 大气的物理性质 大气的物理性质包括大气的温度、压强(也常常称为压力)、密度(或比重)、音速、粘性和压缩性等方面。 空气的粘性，是空气自身相互粘滞或牵扯的特性。从本质上讲，粘性是流体内相邻两层间的内摩擦。空气的粘性很小，不易觉察。把手浸入水中，抽出时就会有水珠粘附在手上，这表明水有粘性；把手浸入甘油或蜂蜜中间，附着的就更多，这表明它们的粘性比水大得多。空气的粘性比水的要小。空气的粘性和温度有关，温度高，空气的粘性大，反之就小。空气的粘性对飞机飞行的影响主要表现在其与飞行的摩擦阻力有关。 空气的压缩性，是指在压强(压力)的作用下或温度改变的情况下，空气改变自己的密度和体积的一种特性。空气的压缩性比水要大得多，水几乎很难压缩。在低速(低速指流动速度小于0.3倍的音速)时，空气压强的变化一般不大，空气密度的变化很小，空气的压缩性对于飞机的飞行影响很小。所以在低速飞行时，可以认为空气是不可压缩的，即可以认为密度是一个不变的数值。这样就使问题简单多了。但在高速(超音速)飞行时，就必须考虑空气的压缩性。 2. 理想气体 空气的密度()、温度()和压强()是说明空气状态的主要参数。三者之间不是独立的，而是相互联系的。它们之间的关系可用下式表示其规律： 凡变化规律符合此式的气体称为理想气体。在飞行速度不高时，空气的性质与理想气体差别不大，可近似按理想气体对待。只有在航速超过音速5倍时，才有必要考虑真实气体的状态方程。 2.1.3 国际标准大气 由大气飞行环境可知，大气的密度、温度、压强等项参数随着地理位置、离地面的高度和季节等的变化而变化，因而使飞机上的空气动力和飞行性能随之变化。因此，同一架飞机在不同的地点飞行，所显示的飞行性能是不一样的。就是同一架飞机在同一地点飞行，只要季节或时间不同，所得的飞行性能也会不同。至于不同的飞机，所得的结果就更不同了。这就为比较飞机的飞行性能带来困难。为了有一个研究空气动力和飞行性能的统一标准，国际航空界协议，人为地规定了大气温度、密度、压强等随高度变化的关系，这就是