航技02飞行环境及飞行原理-1.ppt

2.1 飞行环境 2.2 流动气体的基本规律 2.3 飞机上的空气动力作用及原理 2.4 高速飞行的特点 2.5 飞机的飞行性能及稳定性和操纵性 2.6 直升机的飞行原理 2.1 飞行环境 飞行环境对飞行器的结构、材料、机载设备和飞行性能都有着非常重要的影响。 飞行环境包括大气飞行环境和空间飞行环境。 2.1.1 大气环境 根据大气中温度随高度的变化可将大气层划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。 航空器的飞行环境是对流层和平流层。 1. 对流层 　　大气中最低的一层，特点是其温度随高度增加而逐渐降低，空气对流运动极为明显。 　　对流层的厚度随纬度和季节而变化。（0 ～18公里） 2. 平流层 　　位于对流层的上面，特点是该层中的大气主要是水平方向流动，没有上下对流，能见度较好。 （18～50公里） 　　平流层的气温分布特征同它受地面影响较小和存在大量臭氧有关。 3. 中间层 　　在该层内，气温随高度升高而下降，且空气有相当强烈的铅垂方向的运动。 （50 ～ 80公里） 4. 热层 　　该层空气密度极小，由于空气直接受到太阳短波辐射，空气处于高度电离状态，温度随高度增加而上升。（80～800公里） 5. 散逸层 　　散逸层是大气层的最外层。在此层内，空气极其稀薄，又远离地面，受地球引力很小，因而大气分子不断向星际空间逃逸。 （800～2000、3000公里） 2.1.2 空间环境 空间飞行环境包括自然环境和诱导环境。 诱导环境指航天器或某些系统工作时诱发的环境，如失重、振动、冲击等。 空间飞行环境主要是指真空、电磁辐射、高能粒子辐射、等离子和微流星体等所形成的飞行环境。 地球空间环境包括地球高层大气环境、电离层环境和磁环境。 从距离地表600km~1 000km向外空间延伸，有一个磁层，磁层中存在着密集的高能带电粒子辐射带，称“范艾伦辐射带”，可引起航天器材料、器件和人体辐射损伤。 行星际空间是一个真空度极高的环境，存在着太阳连续发射的电磁辐射、爆发性的高能粒子辐射和稳定的等离子体流 （太阳风）。 空间飞行器处于地球磁场之外，因此容易受到太阳风等因素的影响。 这里的环境除了主要受到太阳活动的影响外，还受来自银河系的宇宙线和微流星体等的影响。 2.1.3 国际标准大气 为了准确描述飞行器的飞行性能，必须建立一个统一的标准，即标准大气。 国际标准大气，是由国际性组织颁布的一种“模式大气”。 它依据实测资料，用简化方程近似地表示大气温度、密度和压强等参数的平均铅垂分布，并将计算结果排列成表，形成国际标准大气表。 大气被看成完全气体，服从气体的状态方程；以海平面的高度为零高度。 在海平面上，大气的标准状态为： 气温为 15℃， 压强为一个标准大气压， 密度：1.225kg/m3， 声速为341m/s。 2.1.4 大气的物理性质 1. 大气的状态参数和状态方程 大气的状态参数包括压强P、温度T和密度 p这三个参数。 它们之间的关系可以用气体状态方程表示， 即 R是大气气体常数，287.05J/kg·K。 大气状态参数随飞行高度变化而变化，不仅对作用在飞机上的空气动力的大小有影响，还对发动机的推力大小有影响。 2. 连续性 飞行器在空气介质中运动时，飞行器的外形尺寸远远大于气体分子的自由行程 故在研究飞行器和大气之间的相对运动时，气体分子之间的距离完全可以忽略不计，即把气体看成是连续的介质。 这就是在空气动力学研究中常说的连续性假设。 在航天器的飞行环境中，大气就不能看成是连续介质了。 3. 粘性 大气的粘性力是相邻大气层之间相互运动时产生的牵扯作用力，即大气相邻流动层间出现滑动时产生的摩擦力，也称大气的内摩擦力。 不同流体的粘性不同，流体的粘性可以用内摩擦系数来衡量，空气内摩擦系数的仅为水的1.81%。 流体的粘性和温度有一定关系，随流体温度的升高，气体粘性增加，而液体的粘性则减小。 4. 可压缩性 流体可压缩性是指流体的压强改变时其密度和体积也改变的性质。 当气流速度较小时，压强和密度变化很小，可以不考虑大气可压缩性的影响。 当大气流动的速度较高时，压强和速度的变化很明显，就必须考虑大气可压缩性。 5. 声速 声速是指声波在物体中传播的速度。 声波是一个振动的声源在介质中传播时产生的疏密波。 飞机或物体在空气中运动时，在围绕它的空气中也会产生一直振动着的疏密波，这种疏密波在物理本质上和声波是一样的。 声速的大小和传播介质有关。 在水中的声速大约为1440米/秒；而在海平面标准状态下，在空气中的声速仅为341米/秒。 由此可知：介质的可压缩性越大，声速越小（如空气）；介质的可压缩性越小，声速越大（如水） 声速不但和介质有关，而且在同一介质中，也随温度的变化而变化。 6. 马赫