空气动力学与飞行原理 课件 2.1 飞行环境

目录2.1飞行环境2.2大气运动2.3气团与锋2.4航空气象资料课程思政虽然各类天气要素和天气现象对飞行的影响看上去十分恐怖，但是不必过分担心，各种天气现象的出现都是一系列大气形式场相互配合的结果，民航气象服务预报通过技术手段，会尽早对以上这些特殊天气情况进行预警，以便航班躲避危险天气，保障飞行安全。因此，我们很有必要学习航空器的飞行环境，为将来工作和生活奠定基础。课程思政2.1飞行环境大气看做一种混合物，它主要由干洁空气、水汽和大气杂质三个部分组成。干洁空气是大气的最主要组成部分，也就是一般意义上的空气，主要由由78%的氮气、21%的氧气及1%其他气体组成。2.1.1气象要素

表示大气状态的物理量和物理现象通称为气象要素，例如气温、气压、湿度等物理量，而风、云、降水等天气现象也是气象要素，它们都能在一定程度上反映当时的大气状况。其中气温、气压和湿度称为基本的三大气象要素。练习题1.大气主要由（）组成。A.78％氮、20％氢和2％其他气体B.90％氧、6％氮和4％其他气体C.78％氮、21％氧和1％其他气体D.78％氧、21％氮和1％其他气体2.三大气象要素为（）。A.气温、风和云B.风、云和降水C.气温、气压和空气湿度D.气温、气压和降水

1.温度（1）概念：空气的温度指空气的冷热程度。（2）定理：布朗运动气体的温度越高，空气分子不规则运动的越快，分子的平均动能越大。2.1.1气象要素

1.温度（3）单位：①摄氏温度

℃②华氏温度F

③开氏温度K①和②两者之间的换算关系：

①和③两者之间的换算关系：2.1.1气象要素练习题3.59F是（）℃。A.0℃B.15℃C.27℃D.32℃4.绝对（开氏）温度的零度是（）。A.-273.15℃B.-273.15KC.-273.15℉D.-273.152.压力（1）定义

流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的静压强，简称压强。

SI制单位：N/m2，即Pa。其它常用单位有：MPa（兆帕）、hPa（百帕）、atm（标准大气压）、工程大气压kgf/cm2、bar；流体柱高度（mmH2O，mmHg等）。1atm=（）

MPa=（）hPa=（）kgf/cm2=（）bar=（）mmHg。

（1）航空上常用的气压1）本站气压是指气象台气压表直接测得的气压。由于各测站所处地理位置及海拔高度不同，本站气压常有较大差异。2）修正海平面气压是由本站气压推算到同一地点海平面高度上的气压值。运用修正海平面气压便于分析和研究气压水平分布情况，但当海拔高度大于1500m的测站不推算修正海平面气压，因为推算出的海平面气压误差可能过大，失去其意义。

（1）航空上常用的气压3）场面气压

是指着陆区（跑道入口端）最高点的气压。场面气压也是由本站气压推算出来的，也可由机场标高点处的气压代替。飞机起降时为了准确掌握其相对跑道的高度，就需要知道场面气压。4）标准海平面气压

大气处于标准状态下的海平面气压称为标准海平面气压，其值为1013.25hPa或760mmHg。海平面气压是经常变化的，而标准海平面气压是一个常数。

（2）国际标准大气压为了提供通用参照标准，国际标准化组织规定了国际标准大气（ISA），作为某些飞行仪表和航空器大部分性能数据的参照基础。国际标准大气是指在海平面上气压为1013.25hPa、气温为15℃、密度为1.225Kg/m3的大气。此时气压为一个标准大气压。

（3）气压高度无线电高度表所测量的是航空器相对于所飞越地区地表的垂直距离，能不断地指示飞机相对于所飞越地表的高度，所以对地形的任何变化都很“敏感”。它主要用于校正仪表和在复杂气象条件下着陆使用。气压式高度表是主要的航行仪表。气压式高度表实际测量的是气压，然后根据图2-2所示气压与高度的关系换算出对应的高度，并在表盘上显示出来。（3）气压高度（3）气压高度飞行中常用的气压高度有标准海平面气压高度、场面气压高度和修正海平面气压高度三种种，如下图所示。（1）航空上常用的气压(1)定义:单位体积的流体所具有的质量，ρ;SI单位kg/m3。(2)影响ρ的主要因素3.密度(3)气体密度的计算理想气体在标况下的密度为：

例如：标况下的空气，

操作条件下（T,P）下的密度：p0=1.01325×105Pa，T0=273.15K，R=8.314J/（mol·K）

由理想气体方程求得操作条件（T,P）下的密度4.湿度（1）定义表示大气中水汽含量和湿润程度的气象要素。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。在此意义下，常用绝对湿度、相对湿度、比较湿度、混合比、饱和差以及露点等物理量来表示。4.湿度绝对湿度：又称水气密度，即每立方米湿空气中实有水气量的质量。单位为克/米3

。相对湿度：空气中实际水气压（湿空气中水气的分压

）与同温度下的饱和水气压之比，用百分数表示。露点温度：在气压不变、水气含量也不变的情况下，空气冷却到饱和时的温度。单位为℃。气压一定时，露点的高低只与空气中的水汽含量的多少有关系，水汽含量越多，露点温度越高。练习题6.对于空气密度下面说法正确的是（）。A.空气密度正比于压力和绝对温度B.空气密度正比于压力，反比于绝对温度C.空气密度反比于压力，正比于绝对温度D.空气密度正比于压力，反比于温度7.气压一定时，露点的高低可以表示（）。A.空气中凝结核的含量B.空气的饱和程度C.空气中的水汽含量D.空气中的水蒸气温度（1）对气压高度表指示影响5.气象要素对飞行影响若飞机在飞向低压区时，飞机的实际高度将逐渐降低。（1）对气压高度表指示影响5.气象要素对飞行影响由于在较暖的空气中气压随高度降低得较慢，而在较冷的空气中气压随高度降低得较快，因而在比标准大气暖的空气中飞行时，高度表指示高度将低于实际飞行高度。练习题8.在飞向低压区时，飞机的实际高度将（）。A.保持不变B.逐渐升高C.逐渐降低D.先升高后降低9.在比标准大气冷的空气中飞行时，飞机气压高度表所示高度将比实际的飞行高度（）。A.相同B.低C.高D.无法确定（2）对空速表的影响5.气象要素对飞行影响空速表是根据海平面标准大气条件下空速与动压的关系，通过测量动压来表示空速的。空速表指示速度不仅取决于航空器的空速，也与空气密度有关。实际大气密度大于标准大气密度时，表速大于真空速；反之，则表速小于真空速。（2）对空速表的影响5.气象要素对飞行影响早晨气温偏低，空气密度与气压成正比，与气温成反比，所以，空速表的示数容易偏高，根据表速下滑着陆时，容易落在“T”字布的后面，有提前接地的危险；相反，午后气温偏高，空气密度减小，空气表的示数容易偏低，则容易落在“T”字布的前面，有冲出跑道的危险。（3）对载重量影响5.气象要素对飞行影响当航空器随气温的升高，空气密度变小，产生的升力变小，航空器载重减小，所以航空器在夏天飞行载重量小于冬天飞行载重量。高原上航空器载重量比平原上航空器载重量要（）。（4）对滑跑距离影响5.气象要素对飞行影响当航空器在暖气流中或在高原上起飞或降落时，因为气温升高或气压降低，空气密度变小，产生的升力变小，所以滑跑距离变长。（5）对于爬升率的影响5.气象要素对飞行影响当气温降低或气压升高时，实际大气密度大于标准大气密度时，一方面航空器升力增大，另一方面发动机功率增大，推力增大。因此，爬升率增大。练习题10.当气温高于标准大气温度时，航空器载重量和滑跑距离分别将（）。A.减小和变长B.不变C.增加和变长D减小和变短11.当实际大气密度高于标准大气密度时，空气作用于飞机上的升力、发动机推力及爬升率分别将（）。A.减小B.增大C.不变D.先增大再减小2.1.2大气分层以大气中温度随高度的分布为主要依据1.对流层质量占大气层的3/4；高度每升高1Km，温度下降6.5℃；高度每升高100m，气压下降12.7Pa。水汽形成雨、雪、雹、霜、露、云、雾等一系列天气现象。

在对流层内，按气流和天气现象分布的特点又可分为下层、中层和上层。1.对流层自地面到2公里高度范围为下层（扰动层或摩擦层），随季节和昼夜的不同，下层的范围也有一些变动，一般是夏季高于冬季，白天高于夜间。摩擦层顶至高度约为6公里范围为中层，它受地面影响比摩擦层小得多，气流状况基本上可表征整个对流层空气运动的趋势，且大气中的云和降水大都产生在这一层内。练习题12.大气分层的主要依据（）。A.气层中风的垂直变化特点B.气层气温的垂直分布特点C.气层气压的垂直分布特点D.气层密度的垂直分布特点13.对流层中的平均气温垂直递减率为（）。A.0.5℃/100mB.6.5℃/100mC.0.65℃/100mD.0.65℃/1000m练习题14.对流层的主要特征是（）。A.空气具有强烈的垂直混合B.气温、湿度的水平分布均匀C.气温随高度不变D.气压随高度增加而增加15.同一地区对流层上界高度（）。A.夏季高于冬季B.冬季高于夏季C.白天低于夜间D.白天与夜间相同16.对流层的中层气流的特点是（）。A.气流相对平稳B.水汽含量很少C.气流混乱D.没有云和降水2.平流层质量占大气层的1/4；<20Km，温度约-56.5℃；>20Km，温度升高，=0℃；高度每升高100m，气压下降12.7Pa。水汽，晴朗无云，很少发生天气变化，适于飞机航行。练习题17.平流层的特点是（）。A.平流层中不含有水汽B.平流层中气温随高度增高而升高C.平流层中气温不随高度变化而变化D.平流层中气温随高度增高而降低18.平流层对航空活动有利的方面是（）。A.气流平稳、能见度好、空气阻力小B.气温低、飞机载重量增加、飞机真空速增大C.气流平稳、发动机推力增大大气分层及特点大气分层高度特点与人类关系气