第二章-航空飞行器基本飞行原理-第一节-飞行环境概述

第二章 航空飞行器基本飞行原理第一节 飞行环境概述 第二节 流动流体的基本规律 （2课时） 飞行环境（20 min.） 飞行器飞行时所处的环境条件，称为飞行环境。 飞行环境对飞行器的飞行轨迹、结构、元件、材料、飞行性能以及作战效率等都有十分明显的影响。只有熟悉环境，利用环境，并设法克服或减小飞行环境的不利影响，才能保证飞行器飞行的准确性/可靠性。 椭球体；自转；公转。 垂直方向上特性变化显著 以大气中温度随高度的分布为主要依据分层： 1. 对流层 空气的对流运动很明显， 全部大气约3/4质量，几乎全部的水汽， 天气变化最复杂，对飞行影响最重要。 各种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。 2. 平流层 气流比较平稳，垂直运动远比对流层弱，能见度较佳 平流层的下部——同温层 3. 中间层 从平流层顶（大约50～55km）伸展到80km高度。 特点：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 从中间层顶伸展到约800km高度。 空气密度很小，声波也难以传播。 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。 （极光。影响无线电通信。） 5. 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。 空气极其稀薄；远离地面，受地球的引力作用较小，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。 原因： 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变化。同一架飞机在不同地点或不同时间飞行，所显示的飞行性能是不一样的。 为了适应飞行器设计、试验和分析的需要，由国际权威性机构组织颁布了一种“模式大气”，它依据实测资料，用简化方式近似地表示大气温度、压力和密度等参数的平均值，这就是国际标准大气。 主要内容： (1) 基本假设：大气静止，空气是干燥洁净的理想气体。 (2) 海平面大气物理属性等主要参数： 海平面温度t0＝15℃； 海平面绝对温度T0＝288.15 K； 海平面空气密度ρ0＝1.225 kg/m3； 海平面空气压力p0＝101325 Pa； 海平面音速a0＝340.294 m/s； 标准重力加速度g0＝9.80665 m/s2； 干燥空气的气体常数R＝287.05278 J/(kg·K)。 (3) 大气温度随高度变化的计算公式。 (4) 大气压力随高度变化的计算公式。 (5) 空气密度随高度变化的计算公式。 此外，还有粘性系数、分子碰撞频率、分子量等。 根据这些公式计算出来的数据排列成表即为国际标准大气。 流体的基本规律（1.5学时，70 min.） 基于相对性原理建立 简化研究工作（例如：机在空中等速平飞时，可认为飞机是静止的，周围的空气相对其运动；风洞试验时，模型固定不动，让气流吹过） 限制：等速直线运动（不改变惯性坐标系） 将空气看作连续介质。 空气分子的自由行程大约为6×10-6cm。 飞行器的外形尺寸远远大于空气分子的自由行程，故在研究飞行器和大气之间的相对运动时，空气分子之间的距离完全可以忽略不计，即把空气看成是连续的介质。这就是空气动力学研究中常说的连续性假设。 随着海拔高度的增加，空气密度变小，空气分子的自由行程越来越大。 当飞行器在40km以下高度飞行时，可以认为是在稠密大气层内飞行，这时空气可看成连续的。 在120~150km高度上，空气分子的自由行程大约与飞行器的外形尺寸在同一个量级范围之内； 在200km高度以上，气体分子的自由行程有好几千米。在这种情况下，大气就不能看成是连续介质了。 大气的状态参数： 密度ρ（kg/m3）、 温度T（K）、 压强p （Pa）。 状态方程： p??RT 式中 R —— 气体常数，空气为287.05287 J/(kg·K)。 空气的物理性质： (i) 粘性 空气自身相互粘滞或牵扯的特性。 本质上，粘性是流体内相邻两层间的内摩擦。 粘性主要是由于气体分子作不规则运动的结果。和温度有关，温度高，空气分子的不规则运动加剧，空气的粘性大，反之就小（与液体相反）。 (ii) 压缩性 在压力 (压强)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。 低速时(Ma<0.3)，可以认为空气