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飞行与大气

时间: 2013-11-08作者: 上海市航空学会

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  包围着地球的那层空气叫做“大气层”或简称为“大气”。如果把地球比做一只苹果,那么大气层的厚度就大致相当于苹果的一层皮。飞机飞行在大气里,飞机的空气动力、发动机工作的好坏都与大气有密切关系,因此我们有必要对大气有个基本的了解。
  一、空气的密度、温度和压力
  1.空气密度——是指单位体积内的空气质量。质量为M的空气,如果其体积为V,则密度为(p) p=M/V。空气和其他物质一样,是由分子组成的。空气的密度大,说明单位体积的空气分子多,比较稠密:反之,空气密度小,空气比较稀薄。
  2.空气温度——是指空气的冷热程度。气温的高低可用温度表来测量。大多数国家是用“C”温度来表示,单位是摄氏度(℃)。少数国家和地区用华氏(F)温度表示。
摄氏温度和华氏温度 可用该公式换算:F=9/5×C+32 C=(F-32)×5/9

  3.空气压力——是指空气的压强,即物体单位面积上所承受的空气的垂直作用力。大气压力也就是物体的单位面积上所承受的大气柱的重量,气压的大小可通过各类仪表加以测量,在工程上以每平方米或每平方厘米面积上承受多少力量作为压力单位。如:1.033公斤/厘米的气压是一个大气压,近似取1公斤/厘米作一个大气压。一个大气压相当于760毫米汞柱。
  二、空气的粘性和压缩性
  **粘性和压缩性是空气的两种物理性质。在飞行中,飞机之所以会受到空气阻力,原因之一就是空气有粘性。而飞机以接近音速或超过音速飞行时,会出现阻力突增等现象,则与空气的压缩性有关。

  1.空气的粘性——把手浸入水中,抽出时就会有水珠粘在手上,这就表示水有粘性。空气和水一样也有粘性,不过空气的粘性比水小得多,我们不易察觉。空气间相互粘滞或牵扯的特性就是空气的粘性,空气分子的不规则运动,是造成空气粘性的主要原因。

  2.空气的压缩性——任何气体都是可以压缩的,空气的压缩性就是指:一定量的空气,当其压力或温度改变时,其密度或体积也要发生相应变化的一种物理性质。当飞机飞行在空气中,在其周围各处,气流速度会有增大或减小的变化,相应的,气流压力就会有下降或上升的变化,因此其气流密度也有增大或减小的变化,这就是空气具有压缩性的表现。
  三、大气分层
  **大气的底部是地面,而顶界则不明显,因为大气之外,还有极其稀薄的星际气体,大气的密度随着高度而减小,最后和星际气体连接,所以,它们之间不存在一个截然的界限。以气温变化为基准可将大气分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层等五层。
  1.对流层(变温层)——这一层是大气中最底的一层,它的底界是地面,顶界则随纬度、季节等变化。它离地面的平均高度,在地球中纬度区约11公里,在地球赤道约高17公里,在两极较底约7-8公里。其特点是:空气的温度随高度的升高而降低,平均每升高1000米,降低6.5℃,含有大量的水蒸气及其它微粒,因而有云、雨、雾、雪等天气现象。由于地形、地貌的不同和气温、气压的变化造成空气在垂直方向和水平方向的强烈的对流,会给飞机飞行带来很大的影响。
  2.平流层(同温层)——该层位于对流层之上,顶端离地面大约30公里,其特点是:温度大体不变,平均在-56.5℃左右,几乎不存在水蒸气,所以没有云、雨、雾、雪等天气现象,只有水平方向的风,没有空气的上下对流。是飞机比较理想的空间。
  3.中间层——该层在平流层之上,顶端离地面大约80到100公里。其特点是:气温先增加,然后降低,到45公里附近,气温由-56.5℃增加到40℃左右,从45公里附近开始,气温又下降到-65.5℃以下,还有水平方向的风,风速相当大,在60公里的高度,风速可达140米/秒
  4.暖层(电离层)——中间层之上是电离层。从中间层的顶端大约到140公里是第一电离层,其上是第二电离层。整个电离层顶端大约达到800公里。其特点是:含有大量的离子,空气具有很强的导电性,从100公里起,气温有开始增加,可以增加到很高的温度,在200公里处气温可达400℃,暖层由此得名,而且空气极其稀薄,传热慢。
  5.散逸层——大气层的最外层,该层内气体向星际空间散逸,故称为散逸层
  现代的飞机一般飞行在对流层和平流层.

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