无人机系统理论基础 课件 第六课时 无人机飞行的大气环境

第六课时无人机飞行的大气环境BU

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AVIATION目录/CONTENTS§2大气的物理特性§4流场的概念§3标准大气§1大气层的划分§1大气层的划分大气层的划分大气飞行环境：飞行器在大气层内飞行时所处的环境条件大气层是因重力关系而围绕着地球的一层混合气体，其空气密度随高度而减小以大气层中温度随高度的分布变化为主要依据，可将大气层分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层大气层的划分对流层位于大气的最低层，从地球表面开始向高空伸展，直至平流层的起点为止气温随高度的增加而降低冷热空气发生垂直对流形成了空气的水平运动化学过程十分活跃大气层的划分平流层距地表约10～50千米处的大气层中高温层置于顶部，低温层置于底部气流主要表现为水平方向运动，对流现象减弱很少发生天气变化，适于飞机航行保护着地球上的生物免受太阳紫外线及高能粒子的袭击大气层的划分中间层自平流层顶到85千米之间的大气层温度垂直递减率大，垂直对流运动强盛空气分子吸收太阳紫外辐射后可发生电离，高纬度地区夏季黄昏时可能出现夜光云现象大气层的划分热层范围从中间层顶部伸展到800千米高度存在大量自由电子和离子，能使无线电波改变传播速度，发生折射、反射和散射空气密度很小，声波也难以传播气温随高度增加而上升空气处于高度电离状态热层的变化会影响飞行器的无线电通信大气层的划分散逸层地球大气的最外层空气极其稀薄受地球的引力作用较小大气分子不断地向星际空间散逸航天器脱离这一层后进入太空飞行大气层的划分卡门线人为设定的外地球大气层与太空的分界线，位于海拔100千米（330,000英尺）处因大气稀薄，空气密度只有海平面的0.0000004（百万分之零点四），难以产生足够支持航空飞行的升力可以被视作正好处在或接近热层的底端§2大气层的物理特性大气的物理特性连续性连续性假说：研究飞行器和大气运动时，可以忽略气体分子之间的距离，即把气体看成是连续的介质大气的物理特性压强大气的压强：物体在单位面积上所承受的大气的法向作用力的大小通过马德堡半球实验人们开始相信真空的存在大气的物理特性黏性空气在流动过程中表现出的一种物流性质相邻大气层之间相互运动时产生的牵扯作用力大气的物理特性可压缩性当气体的压强改变时，其密度和体积也随之发生改变不同状态的物质可压缩性也不同大气的物理特性声速声速：声波在物体中传播的速度声波：振动的声源在介质中传播时产生的疏密波§3标准大气标准大气标准大气：为防止大气物理参数因地而异而建立的统一的标准标准大气国际标准大气的规定大气被看成理想气体海平面的高度为零压强：P0N=1.01325×105Pa温度：t0N=15℃=288.2K密度：ρ0N=1.225kg/m3§4流场的概念流场的概念流动中空气的压强、密度、温度以及流管粗细与气流流速之间相互变化的关系流场的概念流体气体和液体统称为流体气体和液体的共同点是不能保持一定形状，具有流动性；不同点表现在液体具有一定的体积，不可压缩，而气体可以压缩当气体的压力和温度变化不大，气流速度远小于声速时，可把气体视为不可压缩的流体流场的概念流体所占据的空间分布流体的运动参数的场流场流场的概念定常流动与非定常流动根据运动参数是否随时间变化，可以将流体分为定常流动与非定常流动非定常流动：流场中液体的运动参数不仅随位置变化而变化，还随时间变化而变化定常流动：流场中流体的运动参数只随位置改变而与时间无关流场的概念同一质点在不同时刻形成的轨迹用拉格朗日法描述流体运动的方法迹线流场的概念不同质点的速度方向在同一时刻形成的曲线流线上各点的流体质点所具有的速度方向与曲线在该点的切线方向重合流线流场的概念流线流线的特征：非定常流动时，经过同一点的流线的空间方向和形状是随时间改变的定常流动时，同一点的流线始终保持不变，且流线与迹线重合流线不能相交，也不能转折流场中的每一点都有流线通过，这些流线构成流场的总体，称为流线谱，简称流谱流场的概念流管:在流场中任意画一封闭曲线，在该曲线上每一点做流线，由这些流线所围成的管状曲面流束:充满在流管内的流体流管和流束流场的概念层流：流体的一种流动状态，作层状的流动紊流（扰流、湍流、涡流）：不稳定的、扰动着流过物体表面的流体层流和紊流流场的概念湍流：流体的一种流动状态，江河急流、空气流动、烟囱排烟等都是湍流只在大雷诺数下发生（雷诺数：用来表征流体流动情况的无量纲数）湍流的概念流场的概念基本特征：流体微团运动的随机性流体微团的轨迹极其紊乱，随时间变化很快，引起动量、热量和质量的传递湍流的基本特征流场的概念湍流的优点：强化传递和反应过程湍流的缺点：大幅增加摩擦阻力和能量损耗湍流的优缺点流场的概念研究湍流的基本问题1.阐明湍流是如何发生的？2.了解湍流特性步云登月

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