4. Влияние метеорологических элементов и условий погоды на полеты воздушных судов

4.1. Влияние температуры и атмосферного давления на полеты воздушных судов Стандартная атмосфера и ее назначение

Движение воздушного судна в атмосфере сопровождается сложным взаимодействием его с окружающей физической средой. От физического состояния атмосферы зависят возникающие в полете аэродинамические силы, сила тяги, создаваемая двигателем, расход топлива, скорость и предельно допустимая высота полета, показания некоторых аэронавигационных приборов. Например, показания барометрического высотомера зависят от вертикального распределения температуры воздуха, потолок самолета – от температуры воздуха на высоте полета; подъемная сила самолета, лобовое сопротивление, а также тяга двигателей определяются плотностью воздуха.

Все параметры атмосферы значительно изменяются в пространстве и вре­мени. Действительно, при производстве наблюдений на земном шаре зафикси­рованы температуры воздуха у земли от 50° тепла до 85° мороза, а атмосфер­ное давление - от 890 до 1080 гПа.

В связи с этим при конструировании воздушных судов, их оборудования и приборов, при приведении результатов летных испытаний исходят из заранее заданного, постоянного распределения физических характеристик состояния атмосферы по высоте, т.е. используется стандартная атмосфера. Стандартной атмосферой (СА) называется характеристика некоторого, не зависящего от времени суток и года постоянного состояния атмосферы, рассматриваемого в предположении, что воздух представляет собой идеальный газ, и основные его параметры на уровне моря имеют определенные исходные значения.

Стандартная атмосфера представляет собой осредненные значения метеорологических величин у земли и на высотах, которые приняты во всем мире.

В настоящее время в нашей стране принята стандартная атмосфера (СА-81), которая соответствует международной. Данные стандартной атмосферы являются осредненными величинами многолетних наблюдений и соответству­ют летнему периоду на широте примерно 45°.

На практике наиболее широкое распространение и применение получили следующие параметры стандартной атмосферы:

• атмосферное давление у земли (р - 760 мм рт. ст. - 1013,2 гПа);

• температура воздуха у земли (Т₀ =15 °С = 288 К);

• ускорение свободного падения (g = 9,80665 м/с²);

• плотность воздуха у земли (ρ = 1,2255 г/см");

• относительная влажность воздуха на всех высотах (R = 0);

• ветер на всех высотах - штиль;

• вертикальный градиент температуры в слое 0-11 км ( _0-11 = 0,65 К/100 м);

• вертикальный градиент температуры в слое 11-20 км ( _11-20 = 0);

- температура нижней и средней стратосферы (Т_11-20 ⁼ -56,5 ⁰С = 216,5 К = const);

- скорость звука а = 20,05 Т^0,5(м/с), где Т - температура воздуха (К).

Изменение атмосферного давления с высотой в стандартной атмосфере от земли до высоты 11 км происходит по закону политропной атмосферы (темпе­ратура воздуха с высотой убывает по линейному закону Т_н - Т₀ -  Н), а выше, до высоты 20 км - по закону изотермической атмосферы (Т = const).

В табл. 6,1 приведены значения трех основных параметров стандартной атмосферы от земли до высоты 20 км.

Таблица 6.1

ПАРАМЕТРЫ СТАНДАРТНОЙ АТМОСФЕРЫ

(сокращенные данные)

Высота, м	Температура воздуха )а воздуха		Атмосферное давление		Скорость звука, м/с
	К	°с	гПа	мм рт. ст.
!	2	3	4	5	6
0	288,15	15,0	1013,2	760,0	340,3
500	284,90	11,8	954,6	716,0	338,4
1000	281,65	8,5	898,8	674,1	336,4
2000	275,15	2,0	795,0	596,3	332,5
3000	268,65	-4,5	701,1	525,9	328,6
4000	262,15	-11,0	616,4	462,3	324,6
5000	255,65	-17,5	540,2	405,2	320,5
6000	249,15	~24,0	471,8	353,9	316,4
7000	242,65	-30,5	410,6	308,0	312,3
8000	236, 1 5	-37,0	356,0	267,0	308,1
9000	229,65	-43,5	307,4	230,6	303,8
10000	223,15	-50,0	264,4	198,3	299,5
12000	216,5	-56,5	193,3	145,0	295,1
14000	216,5	-56,5	141,0	105,8	295,1
16000	216,5	-56,5	102,9	77,2	295,1
18000	216,5	-56,5	75,0	56,3	295,1
20000	216,5	-56,5	54,8	41,1	295,1