航概飛行環(huán)境及飛行原理

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1、主講人：韓非非航空工程系航空概論2.1飛行環(huán)境2.2流動氣體的基本規(guī)律2.3飛機上的空氣動力作用及原理2.4高速飛行的特點2.5飛機的飛行性能及穩(wěn)定性和操縱性2.6直升機的飛行原理第2章飛行環(huán)境及飛行原理2.1飛行環(huán)境飛行環(huán)境對飛行器的結構、材料、機載設備和飛行性能都有著非常重要的影響。飛行環(huán)境包括大氣飛行環(huán)境和空間飛行環(huán)境。2.1.1大氣環(huán)境根據(jù)大氣中溫度隨高度的變化可將大氣層劃分為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。航空器的飛行環(huán)境是對流層和平流層。1.對流層大氣中最低的一層，特點是其溫度隨高度增加而逐漸降低，空

2、氣對流運動極為明顯。對流層的厚度隨緯度和季節(jié)而變化。（0～18公里）2.平流層位于對流層的上面，特點是該層中的大氣主要是水平方向流動，沒有上下對流，能見度較好。（18～50公里）平流層的氣溫分布特征同它受地面影響較小和存在大量臭氧有關。3.中間層在該層內，氣溫隨高度升高而下降，且空氣有相當強烈的鉛垂方向的運動。（50～80公里）4.熱層該層空氣密度極小，由于空氣直接受到太陽短波輻射，空氣處于高度電離狀態(tài)，溫度隨高度增加而上升。（80～800公里）5.散逸層散逸層是大氣層的最外層。在此層內，空氣極其稀薄，又遠離地面，受地

3、球引力很小，因而大氣分子不斷向星際空間逃逸。（800～2000、3000公里）2.1.2空間環(huán)境空間飛行環(huán)境包括自然環(huán)境和誘導環(huán)境。誘導環(huán)境指航天器或某些系統(tǒng)工作時誘發(fā)的環(huán)境，如失重、振動、沖擊等?？臻g飛行環(huán)境主要是指真空、電磁輻射、高能粒子輻射、等離子和微流星體等所形成的飛行環(huán)境。地球空間環(huán)境包括地球高層大氣環(huán)境、電離層環(huán)境和磁環(huán)境。從距離地表600km~1000km向外空間延伸，有一個磁層，磁層中存在著密集的高能帶電粒子輻射帶，稱“范艾倫輻射帶”，可引起航天器材料、器件和人體輻射損傷。行星際空間是一個真空度極高的環(huán)

4、境，存在著太陽連續(xù)發(fā)射的電磁輻射、爆發(fā)性的高能粒子輻射和穩(wěn)定的等離子體流（太陽風）?？臻g飛行器處于地球磁場之外，因此容易受到太陽風等因素的影響。這里的環(huán)境除了主要受到太陽活動的影響外，還受來自銀河系的宇宙線和微流星體等的影響。2.1.3國際標準大氣為了準確描述飛行器的飛行性能，必須建立一個統(tǒng)一的標準，即標準大氣。國際標準大氣，是由國際性組織頒布的一種“模式大氣”。它依據(jù)實測資料，用簡化方程近似地表示大氣溫度、密度和壓強等參數(shù)的平均鉛垂分布，并將計算結果排列成表，形成國際標準大氣表。大氣被看成完全氣體，服從氣體的狀態(tài)方程

5、；以海平面的高度為零高度。在海平面上，大氣的標準狀態(tài)為：氣溫為15℃，壓強為一個標準大氣壓，密度：1.225kg/m3，聲速為341m/s。2.1.4大氣的物理性質1.大氣的狀態(tài)參數(shù)和狀態(tài)方程大氣的狀態(tài)參數(shù)包括壓強P、溫度T和密度p這三個參數(shù)。它們之間的關系可以用氣體狀態(tài)方程表示，即R是大氣氣體常數(shù)，287.05J/kg·K。大氣狀態(tài)參數(shù)隨飛行高度變化而變化，不僅對作用在飛機上的空氣動力的大小有影響，還對發(fā)動機的推力大小有影響。2.連續(xù)性飛行器在空氣介質中運動時，飛行器的外形尺寸遠遠大于氣體分子的自由行程故在研究飛行器

6、和大氣之間的相對運動時，氣體分子之間的距離完全可以忽略不計，即把氣體看成是連續(xù)的介質。這就是在空氣動力學研究中常說的連續(xù)性假設。在航天器的飛行環(huán)境中，大氣就不能看成是連續(xù)介質了。3.粘性大氣的粘性力是相鄰大氣層之間相互運動時產(chǎn)生的牽扯作用力，即大氣相鄰流動層間出現(xiàn)滑動時產(chǎn)生的摩擦力，也稱大氣的內摩擦力。不同流體的粘性不同，流體的粘性可以用內摩擦系數(shù)來衡量，空氣內摩擦系數(shù)的僅為水的1.81%。流體的粘性和溫度有一定關系，隨流體溫度的升高，氣體粘性增加，而液體的粘性則減小。4.可壓縮性流體可壓縮性是指流體的壓強改變時其密度

7、和體積也改變的性質。當氣流速度較小時，壓強和密度變化很小，可以不考慮大氣可壓縮性的影響。當大氣流動的速度較高時，壓強和速度的變化很明顯，就必須考慮大氣可壓縮性。5.聲速聲速是指聲波在物體中傳播的速度。聲波是一個振動的聲源在介質中傳播時產(chǎn)生的疏密波。飛機或物體在空氣中運動時，在圍繞它的空氣中也會產(chǎn)生一直振動著的疏密波，這種疏密波在物理本質上和聲波是一樣的。聲速的大小和傳播介質有關。在水中的聲速大約為1440米/秒；而在海平面標準狀態(tài)下，在空氣中的聲速僅為341米/秒。由此可知：介質的可壓縮性越大，聲速越?。ㄈ缈諝猓?；介質

8、的可壓縮性越小，聲速越大（如水）聲速不但和介質有關，而且在同一介質中，也隨溫度的變化而變化。6.馬赫數(shù)聲速越大，空氣越難壓縮；飛行速度越大，空氣被壓縮的越厲害。馬赫數(shù)Ma的定義為飛行器飛行速度越大，Ma就越大，飛行器前面的空氣就壓縮得越厲害。因此，Ma的大小可作為判斷空氣受到壓縮程度的指標。Ma與飛行器飛行速度的關系Ma<0.4,