第二章 航空飛行器基本飛行原理 第一節(jié) 飛行環(huán)境概述

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1、第二章航空飛行器基本飛行原理第一節(jié)飛行環(huán)境概述第二節(jié)流動(dòng)流體的基本規(guī)律（2課時(shí)）飛行環(huán)境（20min.）飛行器飛行時(shí)所處的環(huán)境條件，稱(chēng)為飛行環(huán)境。飛行環(huán)境對(duì)飛行器的飛行軌跡、結(jié)構(gòu)、元件、材料、飛行性能以及作戰(zhàn)效率等都有十分明顯的影響。只有熟悉環(huán)境，利用環(huán)境，并設(shè)法克服或減小飛行環(huán)境的不利影響，才能保證飛行器飛行的準(zhǔn)確性/可靠性。橢球體；自轉(zhuǎn)；公轉(zhuǎn)。垂直方向上特性變化顯著以大氣中溫度隨高度的分布為主要依據(jù)分層：1.對(duì)流層空氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)很明顯，全部大氣約3/4質(zhì)量，幾乎全部的水汽，天氣變化最復(fù)雜，對(duì)飛行影響最重要。各種天氣現(xiàn)象

2、幾乎都出現(xiàn)在這一層中，如雷暴、濃霧、低云幕、雨、雪、大氣湍流、風(fēng)切變等。2.平流層氣流比較平穩(wěn)，垂直運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比對(duì)流層弱，能見(jiàn)度較佳平流層的下部——同溫層3.中間層從平流層頂（大約50～55km）伸展到80km高度。特點(diǎn)：氣溫隨高度增加而下降，空氣有相當(dāng)強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)。在這一層的頂部氣溫可低至160～190K。4.熱層從中間層頂伸展到約800km高度?？諝饷芏群苄?，聲波也難以傳播。氣溫隨高度增加而上升。另一個(gè)重要特征是空氣處于高度電離狀態(tài)。（極光。影響無(wú)線電通信。）5.散逸層又稱(chēng)逃逸層、外大氣層。是地球大氣的最外層，位于熱層之

3、上。空氣極其稀??；遠(yuǎn)離地面，受地球的引力作用較小，大氣分子不斷地向星際空間逃逸。航天器脫離這一層后便進(jìn)入太空飛行。原因：大氣的密度、溫度、壓強(qiáng)等項(xiàng)參數(shù)隨著地理位置、離地面的高度和季節(jié)等變化。同一架飛機(jī)在不同地點(diǎn)或不同時(shí)間飛行，所顯示的飛行性能是不一樣的。為了適應(yīng)飛行器設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和分析的需要，由國(guó)際權(quán)威性機(jī)構(gòu)組織頒布了一種“模式大氣”，它依據(jù)實(shí)測(cè)資料，用簡(jiǎn)化方式近似地表示大氣溫度、壓力和密度等參數(shù)的平均值，這就是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣。主要內(nèi)容：(1)基本假設(shè)：大氣靜止，空氣是干燥潔凈的理想氣體。(2)海平面大氣物理屬性等主要參數(shù)：海

4、平面溫度t0＝15℃；海平面絕對(duì)溫度T0＝288.15K；海平面空氣密度ρ0＝1.225kg/m3；海平面空氣壓力p0＝101325Pa；海平面音速a0＝340.294m/s；標(biāo)準(zhǔn)重力加速度g0＝9.80665m/s2；干燥空氣的氣體常數(shù)R＝287.05278J/(kg·K)。(3)大氣溫度隨高度變化的計(jì)算公式。(4)大氣壓力隨高度變化的計(jì)算公式。(5)空氣密度隨高度變化的計(jì)算公式。此外，還有粘性系數(shù)、分子碰撞頻率、分子量等。根據(jù)這些公式計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)排列成表即為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣。流體的基本規(guī)律（1.5學(xué)時(shí)，70min.）基于

5、相對(duì)性原理建立簡(jiǎn)化研究工作（例如：機(jī)在空中等速平飛時(shí)，可認(rèn)為飛機(jī)是靜止的，周?chē)目諝庀鄬?duì)其運(yùn)動(dòng)；風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，模型固定不動(dòng)，讓氣流吹過(guò)）限制：等速直線運(yùn)動(dòng)（不改變慣性坐標(biāo)系）將空氣看作連續(xù)介質(zhì)?？諝夥肿拥淖杂尚谐檀蠹s為6×10-6cm。飛行器的外形尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣分子的自由行程，故在研究飛行器和大氣之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，空氣分子之間的距離完全可以忽略不計(jì)，即把空氣看成是連續(xù)的介質(zhì)。這就是空氣動(dòng)力學(xué)研究中常說(shuō)的連續(xù)性假設(shè)。隨著海拔高度的增加，空氣密度變小，空氣分子的自由行程越來(lái)越大。當(dāng)飛行器在40km以下高度飛行時(shí)，可以認(rèn)為是在稠

6、密大氣層內(nèi)飛行，這時(shí)空氣可看成連續(xù)的。在120~150km高度上，空氣分子的自由行程大約與飛行器的外形尺寸在同一個(gè)量級(jí)范圍之內(nèi)；在200km高度以上，氣體分子的自由行程有好幾千米。在這種情況下，大氣就不能看成是連續(xù)介質(zhì)了。大氣的狀態(tài)參數(shù)：密度ρ（kg/m3）、溫度T（K）、壓強(qiáng)p（Pa）。狀態(tài)方程：式中R——?dú)怏w常數(shù)，空氣為287.05287J/(kg·K)?？諝獾奈锢硇再|(zhì)：(i)粘性空氣自身相互粘滯或牽扯的特性。本質(zhì)上，粘性是流體內(nèi)相鄰兩層間的內(nèi)摩擦。粘性主要是由于氣體分子作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。和溫度有關(guān)，溫度高，空氣分子

7、的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)加劇，空氣的粘性大，反之就小（與液體相反）。(ii)壓縮性在壓力(壓強(qiáng))的作用下或溫度改變的情況下，空氣改變自己的密度和體積的一種特性。低速時(shí)(Ma<0.3)，可以認(rèn)為空氣是不可壓縮的。音波與音速：音波--疏密波(壓縮波、膨脹波相間)音波對(duì)流體來(lái)說(shuō)是一種擾動(dòng)，這種振動(dòng)引起流體壓強(qiáng)變化很微弱，是一種弱擾動(dòng)。音速（聲速）--音波在流體中傳播速度。水中：1440m/s；海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下空氣中：340m/s；12km高空標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下空氣中：295m/s。流體的可壓縮性越大，音速越?。欢黧w的可壓縮性越小，音速越大

8、；在不可壓縮流體中，音速將趨于無(wú)窮大。即音速a可以作為壓縮性的指標(biāo)。理論上推知，在絕熱過(guò)程中，大氣中的音速為T(mén)是空氣的熱力學(xué)溫度。隨著飛行高度的增加，空氣的溫度是變化的，音速a也將隨之變化，空氣的壓縮性也是變化的。馬赫數(shù)M流場(chǎng)中某點(diǎn)的速度和該點(diǎn)的當(dāng)?shù)匾羲僦?，稱(chēng)為馬赫數(shù)，用符號(hào)M或Ma表示。即M=v/a