空氣動力學(xué)基本理論-大氣物理參數(shù)

空氣動力學(xué)基礎(chǔ)及飛行原理所有的航空活動都與大氣密切相關(guān)第一章大氣物理學(xué)2023/12/15包圍地球并隨地球一起運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣層大氣(大氣層的簡稱)飛機(jī)、直升機(jī)等航空器都在大氣層中飛行，大氣在與之有相對運(yùn)動的航空器上產(chǎn)生空氣動力，大氣的狀況又直接影響航空器發(fā)動機(jī)的工作性能和航空器中飛行人員的生活條件。因此，飛機(jī)、直升機(jī)等航空器的飛行是與大氣層密切相關(guān)的。2023/12/15學(xué)習(xí)目的通過學(xué)習(xí)本章內(nèi)容，掌握大氣的重要參數(shù)和構(gòu)造，掌握國際標(biāo)準(zhǔn)大氣的制定及應(yīng)用并能熟練分析氣象對飛行活動及飛機(jī)機(jī)體的影響。主要內(nèi)容1大氣的重要物理參數(shù)2大氣層的構(gòu)造3國際標(biāo)準(zhǔn)大氣4氣象對飛行活動的影響第一節(jié)大氣的重要物理參數(shù)氮?dú)?、氧氣二氧化碳?xì)?、氖、氦、氫等氣體水蒸氣和塵埃顆粒。大氣組成大氣中各種氣體分子都在不停地、無規(guī)則地（以不同的運(yùn)動方向和運(yùn)動速度）運(yùn)動著，并產(chǎn)生相互碰撞?？諝夥肿舆\(yùn)動的動能以壓力和熱能的形式表現(xiàn)出來大氣物理狀態(tài)的物理參數(shù)與航空器飛行有關(guān)的物理參數(shù)密度壓力溫度1粘性2壓縮性3濕度4聲速空氣密度大，說明單位體積內(nèi)的空氣分子多，比較稠密；反之相反。大氣密度單位體積內(nèi)流體的空氣質(zhì)量，簡單來說就是空氣稠密的程度。國際單位制中，單位為kg/m3由于地心引力的作用，大氣的密度隨高度的增加而減少，近似按指數(shù)曲線變化。注：在6700米高度時，大氣密度僅為海平面大氣密度的一半。溫度高低表明了空氣分子不規(guī)則熱運(yùn)動平均速度的大小。溫度高，分子的運(yùn)動速度大，即平均動能大。在大約11千米高度以下的大氣層內(nèi)，隨著高度的增加，大氣溫度下降，近似按線性變化大氣溫度大氣溫度是指大氣層內(nèi)空氣的冷熱程度溫度單位是什么？溫度的三種表示方法攝氏溫度（℃）華氏溫度（°F）絕對溫度（°T）換算公式課堂互動1.請計(jì)算，15℃對應(yīng)多少℉？A.70B.59C.821.請計(jì)算，15℃對應(yīng)多少℉？705982ABC課堂互動2.請計(jì)算，100℉對應(yīng)多少℃？A.37.8B.40.1C.35.52.請計(jì)算，100℉對應(yīng)多少℃？37.840.135.5ABC答案解析此處添加答案解析華氏度的來源華氏度（°F）是溫度的一種度量單位，以其發(fā)明者德國人華倫海特（GabrielD.Fahrenheit，1686-1736）命名的。1714年他發(fā)現(xiàn)液體金屬水銀比酒精更適宜制造溫度計(jì)，以水銀為測溫介質(zhì)，發(fā)明了玻璃水銀溫度計(jì)，選取氯化銨和冰水的混合物的冰點(diǎn)溫度為溫度計(jì)的零度，人體溫度為溫度計(jì)的100度。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為32℉，水的沸點(diǎn)為212℉，中間有180等分，每等分為華氏1度，記作“1℉”?！叭A氏溫標(biāo)”是經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)之一。在美國的日常生活中，多采用這種溫標(biāo)，用字母“℉”表示。上層空氣的重力對下層空氣造成了壓力?？諝夥肿硬灰?guī)則的熱運(yùn)動。大氣壓力大氣層內(nèi)空氣的壓強(qiáng)，即物體單位面積上承受的空氣的垂直作用力。氣體對物體表面產(chǎn)生壓力的原因：所以同一高度上，由于空氣溫度不同，空氣的壓力也是不均勻的。2023/12/15毫米汞柱（mmHg）帕（Pa）每平方英寸磅（psi）每平方厘米千克力（kgf/cm2）大氣壓力的單位

因?yàn)榇髿鈮毫﹄S高度和溫度變化，所以規(guī)定在海平面溫度15℃時的大氣壓力為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力。一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力具體數(shù)值

760mmHg、29.92inHg、101325Pa、

14.6959psi（poud/inch2）、1.03323kgf/cm2注：1英尺=12英寸；1英寸=25.4毫米；1磅=454克一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力的規(guī)定課堂互動3.在大氣層內(nèi)，大氣壓強(qiáng)()A.隨高度增加而增加B.隨高度增加而減小C.在同溫層內(nèi)隨高度增加保持不變D.隨高度增加可能增加，也可能減小3.在大氣層內(nèi)，大氣壓強(qiáng)()隨高度增加而增加隨高度增加而減小在同溫層內(nèi)隨高度增加保持不變隨高度增加可能增加，也可能減小ABCD課堂互動4.飛行高度約5000米時，大氣壓力為50kPa，此時為多少psi？A.7.25B.14.8C.504.飛行高度約5000米時，大氣壓力為500kPa，此時為多少psi？7.2514.850ABC2023/12/15粘性是流體固有的屬性。當(dāng)流體內(nèi)兩相鄰流層的流速不同時，或流體與物體間發(fā)生相對運(yùn)動時，兩個流層接觸面上便產(chǎn)生相互粘滯和相互牽扯的力，這種特性就是流體的粘性。氣體的粘性比較小，不容易被察覺，但對航空器飛行的影響卻不能忽略。粘性

式中：

F—流體的粘性力；

—在層流的垂直方向上，每單位長度速度變化量，叫做橫向速度梯度；

△S—接觸面的面積；

μ—橫向速度梯度為1時，在流層單位接觸面上產(chǎn)生的粘性力，稱為流體的黏度系數(shù)（動力黏度系數(shù)）；單位是Pa·s（帕·秒）流體的粘性力與相鄰流層的速度差、接觸面的面積成正比，和相鄰流層的距離成反比。定義式：不同流體具有不同的粘度系數(shù)，同一流體的粘度系數(shù)又隨溫度而變化；流體黏度隨著溫度變化的特性又稱為流體的黏溫特性氣體的粘度系數(shù)隨溫度的升高而增大液體的粘度系數(shù)隨溫度的升高而減小氣體產(chǎn)生黏性的物理原因，主要是氣體分子不規(guī)則運(yùn)動造成各流層分子交換而帶來的動量交換。溫度升高時，氣體分子不規(guī)則運(yùn)動加劇，各流層之間交換的分子數(shù)量增加，造成交換的動量也増加.所以，氣體的黏性系數(shù)隨溫度升高而増大；而液體產(chǎn)生黏性的物理原因，主要是各流層分子之間的內(nèi)聚力.溫度升高時，液體分子的不規(guī)則運(yùn)動加劇，分子之間的距離加大，內(nèi)聚力也隨之減小.所以，液體的黏性系數(shù)隨溫度升高而成小為何二者相反？氣體的粘度系數(shù)隨溫度的升高而增大液體的粘度系數(shù)隨溫度的升高而減小當(dāng)大氣流過物體時，只有緊貼物體表面的氣流層中橫向速度梯度較大，粘性力比較大，空氣的粘性表現(xiàn)得比較明顯；在離開物體表面較遠(yuǎn)的外部區(qū)域，氣流層中橫向速度梯度很小，粘性力也很小一般情況下可以忽略空氣的粘性作用。沒有粘性的流體稱為理想流體，當(dāng)不考慮粘性作用時，可以把空氣當(dāng)作理想流體來處理。2023/12/15粘性流體和理想流體實(shí)際流體（粘性流體）實(shí)際中的流體都具有粘性，因?yàn)槎际怯煞肿咏M成，都存在分子間的引力和分子的熱運(yùn)動，故都具有粘性，所以，粘性流體也稱實(shí)際流體。理想流體假想沒有黏性的流體。2023/12/15具有實(shí)際意義：

由于實(shí)際流體存在粘性使問題的研究和分析非常復(fù)雜，甚至難以進(jìn)行，為簡化起見，引入理想流體的概念。一些情況下基本上符合粘性不大的實(shí)際流體的運(yùn)動規(guī)律，可用來描述實(shí)際流體的運(yùn)動規(guī)律，如空氣繞流圓柱體時，邊界層以外的勢流就可以用理想流體的理論進(jìn)行描述。還由于一些粘性流體力學(xué)的問題往往是根據(jù)理想流體力學(xué)的理論進(jìn)行分析和研究的。再者，在有些問題中流體的粘性顯示不出來，如均勻流動、流體靜止?fàn)顟B(tài)，這時實(shí)際流體可以看成理想流體。所以建立理想流體模型具有非常重要的實(shí)際意義。課堂互動5.影響空氣粘性力的主要因素:()A、空氣清潔度B、速度梯度

C、空氣溫度D、相對濕度5.影響空氣粘性力的主要因素:()空氣清潔度速度梯度

空氣溫度相對濕度ABCD可壓縮性空氣的可壓縮性是指一定量的空氣，在壓力或溫度變化時，其體積和密度發(fā)生變化的特性。可壓縮流體和不可壓縮流體氣體和液體都是可壓縮的，通常將氣體視為可壓縮流體，液體視為不可壓縮流體。水下爆炸：水也要視為可壓縮流體；當(dāng)氣體流速比較低時也可以視為不可壓縮流體。

2023/12/15在相同的壓力變化量的作用下，密度的變化量越大的物質(zhì)，可壓縮性就越大。液體的密度變化量極小，可以看作是不可壓縮的；而空氣由于分子之間距離較大、分子之間吸引力較小，它的可壓縮性表現(xiàn)得十分明顯。當(dāng)大氣流過飛行器表面時，在一些部位氣流速度增加，氣流壓力會減小，密度也會隨之下降；反之相反。這就是大氣的壓縮性在流動中的表現(xiàn)。2023/12/15在低速（Ma≤0.3）飛行時，大氣的壓力變化一般不大，密度的變化也很小，大氣的壓縮性對飛行器的飛行影響很小，可以忽略大氣的壓縮性，將大氣看成不可壓縮流體，從而使問題的研究簡單化。在高速（Ma>0.3）飛行時，由于速度變化引起的壓力和密度的變化比較大，大氣的壓縮性對飛行器的飛行影響不可忽略，這時，就必須考慮大氣的可壓縮性。2023/12/15大氣的濕度是指大氣的潮濕程度，通常用相對濕度來表示。相對濕度是指大氣中所含水蒸氣的量與同溫度下大氣能含有的水蒸氣最大量之比。注：當(dāng)相對濕度為100%時，說明大氣中含有的水蒸氣量已達(dá)到了最大值，水蒸氣處于飽和狀態(tài)。濕度2023/12/15不同溫度下，大氣所含有的水蒸氣最大量是不同的。溫度越高，它能含有的水蒸氣最大量越大。因此，隨著溫度的降低，大氣的相對濕度會增加。露點(diǎn)溫度是指大氣中所含水蒸氣已達(dá)到了飽和狀態(tài)并開始凝結(jié)，從而形成云、霧、降水等各種氣象，而這些都會影響飛機(jī)的飛行安全。所以，了解露點(diǎn)溫度對飛行安全十分重要。含有水蒸氣的空氣比干空氣密度小、重量輕，這對飛機(jī)的起飛性能也有影響。課堂互動6.對于露點(diǎn)溫度如下說法正確的是:()A、溫度升高，露點(diǎn)溫度也升高B、相對濕度達(dá)到100％時的溫度是露點(diǎn)溫度C、露點(diǎn)溫度下降，絕對濕度下降D、露點(diǎn)溫度下降，絕對濕度升高6.對于露點(diǎn)溫度如下說法正確的是:()溫度升高，露點(diǎn)溫度也升高相對濕度達(dá)到100％時的溫度是露點(diǎn)溫度露點(diǎn)溫度下降，絕對濕度下降露點(diǎn)溫度下降，絕對濕度升高ABCD聲速是小擾動在介質(zhì)中的傳播速度，單位：米每秒（m.S-1）聲速成因：物體的振動在介質(zhì)中引起的小擾動會以介質(zhì)不斷被壓縮（壓力和密度增大）、膨脹（壓力和密度減?。┑男问较蛩闹軅鞑?，形成介質(zhì)疏密交替變化的小擾動波。聲速

聲速大小與傳播介質(zhì)的可壓縮性有關(guān)音速大小與密度、壓力和溫度的變化關(guān)系——音速——傳播介質(zhì)的壓力變化量——傳播介質(zhì)的密度變化量在同一種介質(zhì)中，音速的大小只隨介質(zhì)的溫度而變化。課堂互動7.