無人機概論（第2版）課件：航空氣象

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航空氣象大氣特性1.空氣密度差異的影響飛機的飛行性能主要受大氣密度的影響。如當(dāng)實際大氣密度大于標(biāo)準(zhǔn)大氣密度時,一方面空氣作用于飛機上的力要加大,另一方面發(fā)動機功率增大,推力增大。這兩方面作用的結(jié)果就會使飛機飛行性能變好,即最大平飛速度、最大爬升率和起飛載重量會增加，而飛機起飛、著陸滑跑距離會縮短。當(dāng)實際大氣密度小于標(biāo)準(zhǔn)大氣密度時，情況則相反。2

航空氣象大氣特性2.溫度對大氣影響第一，氣溫高低影響飛機滑跑距離。第二，氣溫對飛機平飛的最大速度也有影響。第三，氣溫高低影響飛機空速表和高度表的示數(shù)。第四，溫度的變化常常引起各種天氣變化,進而影響到飛行活動。3

航空氣象大氣運動1.大氣的水平運動

空氣的水平運動就是通常所說的風(fēng)?？諝獾倪\動是在力的作用下產(chǎn)生的。風(fēng)對航空器的飛行有影響，近地面的風(fēng)，對飛機起降的安全有直接影響。飛機順風(fēng)起飛、著陸會增加滑跑距離；逆風(fēng)起落可以縮短滑跑距離，故一般采用逆風(fēng)起降，但如果逆風(fēng)超過一定限度也可使飛機操縱困難，有可能使飛機在跑道頭提前接地；當(dāng)飛機在側(cè)風(fēng)中起降時，飛機除向前運動外，還順著側(cè)風(fēng)方向移動，如不及時修正就會偏離跑道方向，飛機接地后，在滑行過程中，側(cè)風(fēng)對飛機垂直尾翼的側(cè)壓力，會使機頭向側(cè)風(fēng)方向偏轉(zhuǎn)，有可能使飛機打轉(zhuǎn)等后果。4

航空氣象大氣運動2.大氣的垂直運動大氣運動除了水平運動，還存在上升下降氣流，這就是所謂的空氣的垂直運動，也稱為垂直風(fēng)。垂直風(fēng)有很多種，與多旋翼相關(guān)的兩種分別是熱力型氣流和動力型氣流。熱力型氣流是由地面熱力性質(zhì)引起的，太陽照射，空氣受熱膨脹，密度減小，形成上升氣流，太陽越強，水平風(fēng)速越小，這種作用越明顯。熱力型氣流會對多旋翼續(xù)航時間產(chǎn)生明顯影響。動力型氣流是由于空氣運動時受到機械抬升而引起的，某些特殊建筑與地形產(chǎn)生的上升氣流面積小且不規(guī)則、并不穩(wěn)定，在風(fēng)速較大時要避免進入，進入則會出現(xiàn)顛簸、碰撞、任務(wù)圖像不穩(wěn)定等問題。5

航空氣象大氣運動3.障礙物對風(fēng)的影響地面上障礙物影響風(fēng)的流向。地面的地形和大的建筑物會分散風(fēng)的流向,產(chǎn)生會快速改變方向和速度的陣風(fēng)。當(dāng)飛進或者飛離靠近這些障礙物的飛機場時,操作員需要高度警惕。如圖所示。障礙物對風(fēng)的影響6

航空氣象大氣運動3.障礙物對風(fēng)的影響和地面建筑物有關(guān)的湍流強度依賴于障礙物的大小和風(fēng)的基本速度。這會影響任何飛機的起飛和著陸性能,也會引發(fā)非常嚴(yán)重的危險。在飛行的著陸階段,飛機可能由于湍流空氣而下降,導(dǎo)致飛得太低而不能飛越進近時的障礙物。在山地區(qū)域時,這種情況甚至更加明顯。風(fēng)沿著迎風(fēng)側(cè)平穩(wěn)地向上流動,上升的氣流會幫助飛機飛越山脈的頂峰,而背風(fēng)側(cè)的效果則不一樣。當(dāng)空氣流在山的背風(fēng)側(cè)向下時,空氣順著地形的輪廓流動,湍流逐漸增加。這就趨向于把飛機推向山的一側(cè)。風(fēng)越強,向下的壓力和湍流就變得越強烈。7

航空氣象嚴(yán)重影響飛行的氣象1.雷暴由對流旺盛的積雨云引起的,伴有電閃雷鳴的局地風(fēng)暴,稱為雷暴。雷暴是一種極具危險性的天氣現(xiàn)象,盡管現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)已經(jīng)創(chuàng)造了相當(dāng)成熟的避雷裝置和雷擊防護措施,然而全球每年仍然由雷暴造成大量的災(zāi)禍,在這些災(zāi)禍中,航行于雷暴天氣里的飛機,船舶遭到雷電襲擊是最易發(fā)生的。2.風(fēng)切變（1）定義風(fēng)矢量（風(fēng)向、風(fēng)速）在空中水平和垂直方向上的變化稱為風(fēng)切變。對飛機起飛和安全著陸威脅最大的是低空風(fēng)切變，即發(fā)生在著陸進場或起飛爬升階段的風(fēng)切變。它不僅能使飛機航跡偏離，而且可能使飛機失去穩(wěn)定，如果處置不當(dāng)，常會產(chǎn)生嚴(yán)重后果。8

航空氣象嚴(yán)重影響飛行的氣象2.風(fēng)切變（2）低空風(fēng)切變所謂低空風(fēng)切變是在近地面層附近的每一高度上或不同高度上很短距離內(nèi)風(fēng)向風(fēng)速發(fā)生較大的變化，或短距離上升、下沉氣流突然變化的現(xiàn)象。氣象學(xué)根據(jù)風(fēng)場的空間結(jié)構(gòu)把低空風(fēng)切變分為三種類型：

1）水平風(fēng)的垂直切變

這是指水平風(fēng)在垂直方向上兩個不同高度點之間的風(fēng)向和風(fēng)速的變化。

2）水平風(fēng)的水平切變這是指水平風(fēng)在水平方向上兩個不同距離點之間的風(fēng)向和風(fēng)速的變化。

3）垂直風(fēng)的切變這是指上升或下降氣流在水平方向上的變化。9

航空氣象嚴(yán)重影響飛行的氣象2.風(fēng)切變（3）對飛行有影響的風(fēng)切變根據(jù)飛機相對于風(fēng)矢量的方位不同，把風(fēng)切變區(qū)分為順風(fēng)切變、逆風(fēng)切變、側(cè)風(fēng)切變和下沖氣流等四種形式。

1）順風(fēng)切變在這種情形下飛行，由于順風(fēng)矢量增大，機體與空氣的相對速度減少，升力隨之減少，飛機從正常軌道下跌。如果目測高度低，不及時修正，飛機在著陸過程中將會提前觸地。順風(fēng)切變對飛行的影響10

航空氣象嚴(yán)重影響飛行的氣象2.風(fēng)切變（3）對飛行有影響的風(fēng)切變2）逆風(fēng)切變在這種情況下飛行，由于順風(fēng)矢量減少，逆風(fēng)矢量增大，機體與空氣的相對速度增加，升力隨之增大，飛機將高于正常軌跡。在著陸過程中，如果目測過高，不及時修正，就會造成飛機著陸速度過大，滑跑距離增長，甚至?xí)_出跑道。逆風(fēng)切變對飛行的影響11

航空氣象嚴(yán)重影響飛行的氣象2.風(fēng)切變（3）對飛行有影響的風(fēng)切變3）側(cè)風(fēng)切變側(cè)風(fēng)切變是指飛機從一種側(cè)風(fēng)或無側(cè)風(fēng)狀態(tài)進入另一種明顯不同的側(cè)風(fēng)狀態(tài)的情況。在著陸過程中，使飛機向左或向右偏航，發(fā)生側(cè)滑、滾轉(zhuǎn)或偏轉(zhuǎn)而對不準(zhǔn)跑道。

4）下沖氣流切變下沖氣流切變是指飛機從無明顯的升降氣流區(qū)域進入到強烈的下沖氣流區(qū)域的情形。在這種情形下對飛行的危害最大。12

航空氣象嚴(yán)重影響飛行的氣象2.風(fēng)切變（4）低空風(fēng)切變產(chǎn)生的原因產(chǎn)生低空風(fēng)切變的原因主要有兩大類，一類是大氣運動本身的變化所造成的，另一類則是地理、環(huán)境因素所造成的，有時由兩者綜合而成。1）強對流天氣強對流天氣通常指雷暴、積雨云等天氣。在這種天氣條件影響下的一定空間范圍內(nèi)，均可產(chǎn)生較強的風(fēng)切變。2）鋒面天氣無論是冷鋒或暖鋒均可產(chǎn)生低空風(fēng)切變。這種天氣的風(fēng)切變多以水平風(fēng)的水平和垂直切變?yōu)橹鳌?）輻射逆溫型的低空急流天氣在秋冬季節(jié)晴空的夜間，由于強烈的地面輻射降溫而形成低空逆溫層的存在，該逆溫層上面有動量堆積，風(fēng)速較大形成急流，而逆溫層下面風(fēng)速較小，近地面往往是靜風(fēng)，所以產(chǎn)生逆溫風(fēng)切變。13

航空氣象嚴(yán)重影響飛行的氣象2.風(fēng)切變（4）低空風(fēng)切變產(chǎn)生的原因4）地形地物當(dāng)機場周圍山脈較多或地形比較復(fù)雜時，常會遇到由于地形造成的低空風(fēng)切變。當(dāng)盛行風(fēng)橫越山脈時，在其迎風(fēng)面會形成上升氣流，飛機會上升高度，而在背風(fēng)面出現(xiàn)下降氣流時，飛機會掉高度，在山頂附近的風(fēng)速將會增大。3.積冰（1）積冰的定義積冰是指飛機機體表面某些部位聚集冰層的現(xiàn)象。積冰主要是由于過冷水滴或降水中的過冷雨滴碰到飛機機體后凍結(jié)形成的，也可由水汽直接在機體表面直接凝華而成。14

航空氣象嚴(yán)重影響飛行的氣象3.積冰（2）積冰的類型飛機積冰主要分為三類：明冰、毛冰、霧凇和霜。

1）明冰明冰的形狀像冬季地面上常見的薄冰，透明，表面光滑，在飛機上凍結(jié)牢固。明冰對飛機飛行的危害較大，除了會改變飛機的氣動特性外，積冰較厚時，還可能使飛機的重心改變，產(chǎn)生俯仰力矩，使飛機的安全性能變差，冰層破碎后的冰塊可能還會打壞發(fā)動機。

2）毛冰毛冰表面粗糙不平，凍結(jié)的比較牢固，色澤像白瓷，又稱瓷冰。毛冰對飛機的氣動特性的改變比明冰大，所以，毛冰對飛機飛行的危害不亞于明冰。15

航空氣象嚴(yán)重影響飛行的氣象3.積冰（2）積冰的類型飛機積冰主要分為三類：明冰、毛冰、霧凇和霜。3）霧凇和霜霧凇是由許多顆粒狀冰晶組成的表面粗糙的不透明冰層，它是最常見的積冰類型，危害比較小，因為它多在機體突出部位的前緣發(fā)生，而飛機的防冰除冰裝置也在這個位置；霜是在晴空飛行時出現(xiàn)的一種積冰，它是水汽在寒冷的機體表面直接凝華而成，原來在寒冷的空域中飛行的飛機，突然進入暖濕空氣中，就會有霜出現(xiàn)，但不久后，機體增溫，霜就會消失。16

航空氣象嚴(yán)重影響飛行的氣象3.積冰（3）影響積冰的因素影響積冰強度的因素主要有以下三種：

1）云中過冷水滴含量和大小過冷水滴越多，積冰越強，水滴越大，積冰越強。

2）飛機飛行速度當(dāng)機體表面溫度低于0℃時，飛行速度越大單位時間碰到機體表面的過冷水滴越多，積冰強度越大，如果動力增溫使機體表面溫度升高到0℃以上，則不繼續(xù)積冰，而且已積的冰會融化。

3）飛機部位的曲率半徑飛機部位的曲率半