Стандартная атмосфера

С подъемом на высоту параметры воздуха изменяются: давление и плотность уменьшаются, а температура вначале падает, затем остается постоянной.

Изменение основных параметров воздуха (давления, температуры и плотности) влияет на величину сил, возникающих при движении самолета в воздушном потоке. Поэтому при полетах в разных метеорологических и климатических условиях изменяются летные и аэродинамические характеристики самолетов.

Чтобы можно было сравнивать летные характеристики самолетов и вертолетов по результатам полетов, проведенных в разных местах и в разное время, эти результаты приводят к так называемым стандартным атмосферным условиям. Эти условия соответствуют средним значениям параметров воздуха по высотам на средних широтах северного полушария в весенний или осенний период:

барометрическое давление В =760 мм рт. ст. (Р_о= 10330 кгс/м²);

температура t=+15°C (Т_о=288 К);

массовая плотность _о=0,125 кгс с²/м⁴.

Всеми странами мира принята единая Стандартная атмосфера (СА) – таблица усредненных значений параметров воздуха в зависимости от высоты (см. таблицу):

Таблица стандартной атмосферы

В стандартных условиях атмосферы температура воздуха в тропосфере по мере увеличения высоты понижается на 6,5° на каждый километр и может быть рассчитана по формуле:

,

где - температура воздуха на высотеН км;

Н- высота, км.

Плотность воздуха и давление на высотеН км (до высоты 15 км) изменяются по стандартному закону и приближенно могут быть определены по формуле, предложенной В.П. Ветчинкиным:

,

где : - плотность воздуха у земли,

P₀ -давление воздуха.

Задача Определить температура воздуха в условиях стандартной атмосферы на высоте Н=2500м.

Решение: =15⁰ -6,5⁰ 2,5= -1,25⁰.

Занятие №2

Тема 1.2. Основные законы движения газов Понятие воздушного потока

У твердых тел расстояния между молекулами очень малы и силы взаимного притяжения молекул велики. Молекулы совершают незначительные колебательные движения.

У газообразных веществ расстояния между молекулами значительно больше самих молекул, взаимное притяжение очень мало, молекулы движутся в различных направлениях и с различной скоростью. Энергия всех молекул вместе рассматривается как внутренняя энергия вещества.

Воздух рассматривается как совокупность большого количества молекул, как сплошная среда, в которой отдельные частицы соприкасаются друг с другом. Представление о сплошности среды позволяет существенно упростить исследование жидкости и газа.

Кроме этого в аэродинамике широкое применение нашел принцип обратимости движения. Согласно этому принципу вместо того, чтобы рассматривать движение тела в неподвижной среде, можно рассматривать движение среды относительно неподвижного тела.

Скорость набегающего невозмущенного потока в обращенном движении равна скорости самого тела в неподвижном воздухе.

Аэродинамические силы будут одинаковыми как для тела, движущегося в неподвижном воздухе, так и для неподвижного тела, обтекаемого воздухом, если скорость движения тела относительно воздуха будет одна и та же.

Обращение движения широко применяется при проведении опытов в аэродинамических трубах, а также в теоретических исследованиях, где используется понятие воздушного потока.

Воздушным потоком называется направленное движение хаотически движущихся частиц.

Если в любой точке пространства, занимаемой потоком жидкости или газа, давление, плотность, величина и направление скорости потока с течением времени не изменяются, движение этого потока называется установившимся. Если эти параметры в данной точке пространства с течением времени изменяются, то движение называется неустановившимся.

Существуют различные методы изучения движения жидкостей и газов. Один из них заключается в том, что движение отдельных частиц рассматривают в каждой точке пространства в данной момент времени. При этом исследуются так называемые линии тока.

Линией тока называется линия, касательная в каждой точке которой совпадает с вектором скорости в этой точке. Совокупность линий тока заключена в некоторой трубке тока и образует элементарную струйку тока. Каждую выделенную струйку можно представить текущей изолированно от общей массы газа.

Разделение потока на струйки дает наглядное представление о сложном течении газа в пространстве. К отдельной струйке можно применить основные законы движения – сохранения массы и сохранения энергии. При помощи уравнений, выражающих эти законы, можно проводить физический анализ взаимодействия твердого тела с газом (воздухом).

По характеру течения воздушный поток может быть ламинарным и турбулентным.

Ламинарный - это воздушный поток, в котором струйки воздуха движутся в одном направлении и параллельны друг другу.

При увеличении скорости частицы воздуха кроме поступательной скорости приобретают быстро меняющиеся скорости, перпендикулярные к направлению поступательного движения. Образуется поток, который называется турбулентным, т. е. беспорядочным.