3.3.1 状态参数及方程
大气的状态参数是指它的压强p、温度T和密度ρ三个参数。对一定数量的气体,压强p、温度T和密度ρ三个参数就可以决定它的状态。它们之间的关系可以用气体状态方程表示,即
式中,T为大气的绝对温度(单位K),R为大气气体常数,其值为287.05 J/(kg·K),M为摩尔质量。
大气的状态参数是随飞行高度的变化而变化的,它们不仅对作用在飞机上的空气动力的大小有影响,还对飞机喷气发动机产生的推力大小有很大的影响。
一般来说,气温越高、气压越低、空气密度越小,则机翼产生的升力越小,起飞滑跑的距离越长。例如,空气密度减小10%,滑跑距离要延长20%;如果某飞机在0℃时起飞滑跑距离是1 500 m,而在气温30℃时就需要滑跑2 000 m。
大气密度对飞机飞行性能的影响也很大,当大气密度大于标准大气密度时,飞机飞行时产生的空气动力会增加,发动机产生的推力也会增大,因此,会使飞机的飞行性能变好,飞机的起飞和着陆距离也会缩短。当大气密度低于标准大气密度时,情况正好相反。因此,在进行起降操作时应充分考虑到大气的状态参数对飞行的影响。
大气物理状态是随其所在地理位置、季节和高度而变化的。为了准确描述飞机的飞行性能,就必须建立一个统一的标准,即标准大气。目前,我国采用的是国际标准大气,它是由国际性组织(如国际民用航空组织、国际标准化组织)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,并排列成表,形成国际标准大气表,见表3-3。应当注意,各地的实际大气参数与国际标准大气之间是存在差别的。国际标准大气所得的数据与地球北纬36°~60°(主要是欧洲)地区的平均数值相近,与我国的情况有一定的差距。
国际标准大气有如下规定:大气被看成完全气体,服从气体的状态方程。在海平面上,大气的标准状态:气温为15℃,压强为一个标准大气压,密度为1.225 0 kg/m3,声速为341 m/s。根据这些规定,通过理论计算即可以确定不同高度的大气物理状态参数。
表3-3 国际标准大气表(部分数据)