Величина аэродинамических сил зависит от многих факторов, одним из которых является состояние воздушной среды (атмосферы).
Атмосферой называется воздушная оболочка, окружающая земной шар. Толщина атмосферы равна нескольким тысячам километров.
Воздух, составляющий атмосферу, представляет собой механическую смесь газов, содержание которых в нижних слоях следующее (по объему): азот ~78%, кислород ~ 21, аргон ~ 93, другие газы (углекислый газ, водород, неон, гелий и т. д.) ~ 0,07%. Относительный состав постоянных компонентов атмосферы остается практически неизменным до высоты ~ 90 км. На больших высотах состав атмосферы претерпевает значительные изменения под влиянием диссоциации молекул атмосферных газов ультрафиолетовым излучением Солнца.
Многочисленные наблюдения показывают, что атмосфера имеет четко выраженное слоистое строение. В слоях атмосферы изменяется не только состав воздуха, но главным образом температура (рис. 2).
Нижний слой атмосферы, простирающийся до высоты 8 км у полюса и 18 км на экваторе, называется тропосферой. Этот слой атмосферы характеризуется интенсивным перемешиванием воздуха, наличием облачности, осадков, постепенным уменьшением температуры воздуха с увеличением высоты (на каждые 1 000 м температура уменьшается на 6,5°С). В верхнем слое тропосферы температура воздуха стабилизируется. Для средних широт высота, на которой температура воздуха практически остается неизменной, равна 11 км. В связи с тем что плотность воздуха быстро убывает с высотой, в тропосфере сосредоточено около 80% всей массы атмосферы.
Выше слоя тропосферы, примерно до высоты 55 км, простирается стратосфера. Стратосфера в нижних слоях (до 25 км) характеризуется постоянной температурой воздуха. На больших высотах температура повышается, достигая максимума ~270°К.
В верхней тропосфере и нижней стратосфере встречаются струйные течения шириной в сотни километров, в пределах которых ветер достигает скоростей 100—150 м/сек.
На высотах 55—80 км расположена мезосфера, в которой происходит постепенное понижение температуры воздуха. В мезосфере содержится примерно 0,3% всей массы воздуха атмосферы.
Вышележащий слой — термосфера простирается до высоты примерно 800 км. В этом слое под воздействием излучения солнца происходит диссоциация и ионизация молекул воздуха, что приводит к повышению его температуры до 1000° К. Однако из-за большой разреженности воздуха находящиеся в нем тела нагреваются крайне медленно, причем большая часть тепла, сообщаемого телу, рассеивается излучением.
На высоте выше 800 км находится экзосфера, которая является переходной зоной к космическому пространству.
Вследствие сильной ионизации воздуха, начиная с высот 80— 90 км, вся верхняя область атмосферы получила название ионосферы.
Переходные зоны между основными слоями атмосферы называются паузами. Наибольший интерес для авиации представляет тропопауза, отделяющая тропосферу от стратосферы, так как эта зона является основной областью полета современных самолетов. Толщина тропопаузы на различных широтах колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч метров.
Основными параметрами, характеризующими состояние воздуха, являются давление, температура и плотность. Эти параметры значительно изменяются не только по высоте, но и колеблются в зависимости от широты и долготы места наблюдения, времени года и суток. Для удобства аэродинамических расчетов и сравнения результатов испытаний летательных аппаратов, проведенных в различных местах и в разное время, была введена стандартная атмосфера (СА) —условная атмосфера, которая дает осредненные значения параметров воздуха по высотам. Стандартная атмосфера, принятая в СССР, была получена в результате многолетних наблюдений атмосферы, осреднения ее параметров и находится в соответствии с международной стандартной атмосферой (MCA), принятой в других странах.
Стандартная атмосфера характеризуется следующими параметрами на нулевом уровне (уровне моря): температура t0 = 15°С; давление p0=760 мм рт. ст.; массовая плотность ρ0 = = 0,125 кг сек2 /m4.
Для тропосферы, толщина которой в стандартной атмосфере составляет 11 км, характерные параметры воздуха на различных высотах можно подсчитать по следующим формулам:
где tH и tO — температура воздуха соответственно на расчетной высоте и на уровне моря; ρн и ρро — массовая плотность воздуха соответственно на расчетной высоте и на уровне моря; H — высота в километрах.
На величину аэродинамических сил большое влияние оказывают вязкость, а при больших скоростях полета и сжимаемость воздуха. Под вязкостью понимают способность воздуха оказывать сопротивление относительному сдвигу его слоев. Сжимаемость воздуха определяется его свойством изменять свой первоначальный объем и плотность при изменении температуры и внешнего давления.
При полете самолета сжатие воздуха зависит от скорости полета и будет тем больше, чем больше скорость.
Критерием оценки сжимаемости воздуха может служить число М, которое представляет собой отношение скорости полета V к скорости звука а,
Звук представляет собой колебательные движения среды (в данном случае воздуха). Величину скорости звука в зависимости от температуры воздуха можно приближенно определить по формуле
где Т — абсолютная температура воздуха в °К (Т=t °С + 273°). В связи с уменьшением температуры воздуха с увеличением высоты (до H=11 км) скорость звука тоже будет уменьшаться.
Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com