1. Состав воздуха

Воздух представляет собой механическую смесь различных га­зов и водяных паров.

Сухой воздух состоит (по объему) из следующих газов (в %):

Азот ................................................................................78,09

Кислород ........................................................................20,95

Аргон ................................................................................0,93

Углекислый газ .................................................................0,03

Неон ..................................................................................0,0018

Гелий .................................................................................0,000524

Криптон ............................................................................0,0001

Водород ............................................................................0,00005

Ксенон ...............................................................................0,000008

Озон ...................................................................................0,000001

Рис. 2. Изменение температуры атмосферного воздуха по высотам

Каждый из газов, входящих в атмосферу, не соединяется с другим и полностью сохраняет свои свойства. Состав воздуха в нижних слоях атмосферы, на высотах до 22 км, неизменен. Коли­чество водяных паров (по объему) в. нижних слоях атмосферы менее 4%, в среднем на поверхности земли объемное количество водяных паров принимается равным 1,2%.

2. Стандартная атмосфера

Параметры, характеризующие состояние атмосферы, − давление, температура, плотность и др. − изменяются в довольно широких пределах в зависимости от географических координат места, вы­соты над уровнем моря, времени суток и года и других факторов. Эти изменения создают большие трудности при сравнении резуль­татов испытаний самолетов, двигателей, высотной и другой аппара­туры, проведенных в разное время и в различных условиях. Для того чтобы обеспечить возможность сравнения между собой техни­ческих данных различных авиационных приборов, систем и самих самолетов, полученных при испытаниях, условились приводить ре­зультаты испытаний к единообразным, стандартным условиям. Для этой цели введена стандартная атмосфера − СА, в которой в каче­стве нормальных условий приняты следующие значения основных параметров воздуха на уровне моря:

• температура t₀ = +5°С;

• давление P₀ = 760 мм рт. ст.

• весовая плотность воздуха γ₀ = 1,225 кг/м³.

Законы изменения каждого из приведенных параметров в зави­симости от высоты приняты в СА постоянными для любого вре­мени года и любого пункта земного шара. Для установления та­ких законов были использованы выведенные из многочисленных из­мерений среднегодовые значения параметров атмосферы; они до­вольно близко совпадают со значениями этих параметров на сред­них широтах в летнее время.

В тропосфере изменение с высотой температуры, давления и плотности воздуха по стандартной атмосфере определяется следую­щими формулами:

(1)

(2)

(3)

где h – высота в метрах, отсчитываемая от уровня моря;

t_h – температура на высоте h в градусах шкалы Цельсия (С);

α – среднегодовой температурный градиент, равный 0,0065 град/м;

p_h – давление на высоте h, мм рт. ст.;

γ_h – весовая плотность воздуха на высоте h, кг/м³;

R – газовая постоянная, кг·м/кг·град;

Для стратосферы (т.е. для высот более 11 000 м) законы изменения этих же параметров имеют вид:

(4)

(5)

Здесь e – основание натуральных логарифмоф.

Рис. 3. Изменение по СА давления атмосферного воздуха по высотам

При выводе вышеприведенных формул сделаны следующие до­пущения:

1. Значение газовой постоянной R воздуха принято постоянным для всех высот, так как процентное содержание газов, входящих в состав воздуха, на всех высотах принимается неизменным.

2. Считается справедливым для всех высот характеристическое уравнение идеального газа

(6)

3. На всех высотах влажность воздуха принята равной нулю.

4. До высоты 11 км температурный градиент α=0,0065 град/м принят постоянным.

Изменение по стандартной атмосфере давления атмосферного воздуха по высотам приведено на рис. 3.