无人机飞行原理 第01章 大气环境

第一章大气环境大气的组成大气组成，也就是大气的化学成分是指干空气（也叫干洁大气）的化学成分。大气是多相态的体系，包含干空气、水和颗粒物，但是后两者含量太低且不稳定，故大气组成，一般是指干空气的化学成分。大气成分大气成分组成指的是干空气的化学成分，氮气占干空气的体积比最大，约为78%，其次是氧气，约占干空气体积的21%，剩下的1%由其它各种气体构成，如惰性气体、水蒸气、二氧化碳、甲烷等。大气的结构大气在垂直方向上的物理性质是有显著差异的。根据温度、成分、电荷等物理性质，同时考虑到大气的垂直运动等情况，可将大气分为五层：对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层。对流层平流层中间层热层散逸层国际标准大气(ISA)大气是指地球周围的大气层，在世界的不同地区，其特点是不同的，因此需要采用一组平均的条件，即国际标准大气(ISA)。压力(hPa)气压高度(PA)FL=PA/100(英尺)(米)2003866111784390250340001036334030030066916430050018287557418085048131467501013000风切变根据无人机相对与风矢量及其变化的各种情况，按航迹可以把风切变分为下列4种表现形式：1)顺风切变（TAILWINDSHEAR）指的是水平风的变量对无人机来说是顺风。顺风切变使无人机空速减小，升力降低。无人机下沉，这是一中比较危险的风切变形式。2)逆风切变（HEADWINDSHAEAR）指的是水平风的变量对无人机来说的逆风。逆风切变使无人机空速突然增大，升力突然增大。无人机抬升，危害相对轻些。3)侧风切变（CROSSWINDSHAEAR）指的是无人机从一种侧风或无风状态进入另一种明显不同侧风状态，它有左右之分，使无人机发生侧滑。滚转或偏转。4)垂直切变（VERTICALWINDSHEAR）指的是无人机从无明显的升降气流区进入强烈的升降气流区的情况，特别的强烈的下降气流，往往有很强的猝发性，强度大，使无人机突然下沉，危险很大。低空风切变的时空尺度特征和对飞行的危害程度类型水平尺（KM）时间尺度（H）飞行危害程度微下击暴流0.04-40.1-0.25大下击暴流4-100.3-0.7大雷暴阵风锋101中冷锋10010中暖锋10010中超低空急流0.1-11中逆温层附近风切变0.1-11中地形风切变0.1-11小水陆界面风切变0.1-11小锋面天气影响锋面云系和降水的主要因素有：锋附近的垂直运动、大气中的水汽条件和大气稳定度。由于这些因素随时间、地点而变化，所以锋面云系和降水千变万化。锋附近的垂直运动摩擦辐合作用锋面抬升作用冷暖平流的作用气象信息大气的物理状态和现象称气象。如刮风、打雷、结霜、下雪等。气象一般包括天气、气候两个主要部分。云：云是悬浮在大气中的小水滴、过冷水滴、冰晶或它们的混合物组成的可见聚合体；有时也包含一些较大的雨滴、冰晶和雪晶。其底部不接触地面。能见度能见度用气象光学视程表示。白天能见度是指视力正常的人，在当时天气条件下，能够从天空背景下看到和辨认的目标物（黑色、大小适度）的最大水平距离。天气现象天气现象是指发生在大气中、地面上的一些物理现象。它包括降水现象、地面凝结现象、视程障碍现象、雷电现象和其他现象等，这些现象都是在一定的天气条件下产生的。天气现象包括雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、冰雹、露、霜、结冰、积雪、雨凇、雾凇、雾、轻雾、霾、沙尘暴、扬沙、浮尘、雷暴、大风、龙卷等。气压气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。空气温度和湿度空气温度（简称气温）是表示空气冷热程度的物理量。空气湿度（简称湿度）是表示空气中的水汽含量和潮湿程度的物理量。地面气象观测中测定的是离地面1.50米高度处的气温和湿度。气温有：定时气温，日最高、日最低气温。以摄氏度（℃）为单位。湿度有：水汽压、相对湿度、露点温度。百叶箱是安装温、湿度仪器用的防护设备。风向和风速空气运动产生的气流，称为风。三维矢量。地面气象观测中测量的风是两维矢量（水平运动），用风向和风速表示。风的描述风速等级名称一般叙述速度（m/s）0无风静，烟直上0-0.21软风烟能表示风向，但风向标不能转动0.3-1.52轻风人面感觉有风，树叶有微响，风向标能转动1.6-3.33微风树叶及小枝摇动不息，旌旗展开3.4-5.44和风能吹起地面尘土及纸张，树的小枝微动5.5-7.95清风有叶的小树枝摇摆，内陆水面有小波8.0-10.76强风大树枝摇动，电线呼呼有声，撑伞困难10.8-13.87疾风全树摇动，迎风行走感觉困难13.9-17.18大风摧毁小树枝，迎风前行感觉阻力甚大17.2-20.79烈风建筑物有损坏（烟囱顶部及屋顶瓦片移动）20.8-24.410狂风陆上少见，见时可使树木拔起，建筑物损坏严重24.5-28.411暴风陆上少见，有则必有重大损毁28.5-32.612飓风陆上绝少见，摧毁力极大≥32.7降水降水是指从天空降落到地面上的液态或固态（经融化后）的水。降水观测包括降水量和降水强度的观测。降水量是指一定时段内的未经蒸发、渗漏、流失的降水，在水平面上累积的深度。航空气象无人航空器的大气飞行环境是对流层和平流层。大气层对飞行有很大影响，恶劣的天气条件会危及飞行安全，大气属性（温度、压力、湿度、风向、风速等）对无人机飞行性能和飞行航迹也会产生不同程度的影响。影响航拍飞行的