大氣環境2大氣層的構造01國際標準大氣02大氣物理參數03主要內容所有的航空活動都與大氣密切相關包圍地球并隨地球一起運轉的空氣層大氣(大氣層的簡稱)什么是大氣？飛機、直升機等航空器都在大氣層中飛行，大氣在與之有相對運動的航空器上產生空氣動力，大氣的狀況又直接影響航空器發動機的工作性能和航空器中飛行人員的生活條件。因此，飛機、直升機等航空器的飛行是與大氣層密切相關的。為什么要學？氮氣、氧氣二氧化碳氬、氖、氦、氫等氣體水蒸氣和塵埃顆粒。大氣里有什么？大氣組成大氣層航空器唯一的活動環境就是大氣層。大氣特性在鉛垂方向變化非常明顯：隨著高度的升高，密度、壓力都隨之降低以溫度變化為基準可以將大氣層分為五層：散逸層電離層（熱層）中間層平流層（下層為同溫層）對流層對流層

對流層是靠近地表的大氣最底層，它的厚度隨緯度和季節的不同而有變化。

低緯度平均為17～18km，中緯度為10～12km，高緯度只有8～9km。厚度隨季節變化是夏天比冬天高。

對流層的厚度十分薄，不及整個大氣層厚度的1%，但大氣質量的3/4和幾乎全部的水汽都集中在這一層。風、云、雨、雪、霧等主要大氣現象都發生在這一層中，它是天氣變化最為復雜的層次，因而也是對人類生產、生活影響最大的一層。對流層的主要特征：

（1）溫度隨高度增加而降低

（2）空氣具有強烈的對流運動

（3）氣象要素水平分布不均勻

平流層

平流層在對流層之上，頂界伸展到50~55km，空氣稀薄，占空氣總質量的1/4。

顧名思義，平流層的最大特點是大氣以平流運動為主，極少垂直方向的對流運動。

25km以下，平均溫度-56.5℃

，氣溫基本不變，所以又叫同溫層。25km以上，高度增加，氣溫上升，至0℃。

1、能見度高。地球大氣的平流層水汽、懸浮固體顆粒、雜質等極少，天氣比較晴朗，光線比較好，能見度很高，便于高空飛行。2、受力穩定。平流層的大氣上暖下涼，大氣不對流，以平流運動為主，飛機在其中受力比較穩定，便于飛行員操縱架駛。

3、噪聲污染小。平流層距地面較高（約12km～50km），飛機絕大部分時間在其中飛行，對地面的噪聲污染相對較小。4、安全系數高。飛鳥飛行的高度一般達不到平流層，飛機在平流層中飛行就比較安全．當然，在起飛和著陸時，要想方設法驅趕開飛鳥才更為安全。中間層自平流層頂到85公里左右為中間層（55—85）。

因為幾乎沒有臭氧，來自太陽輻射的大量紫外線白白地穿過了這一層大氣而未被吸收，所以，在這層大氣里，氣溫隨高度的增加而下降的很快，到頂部氣溫已下降到-83℃以下

從中間層頂部到高出海面800公里的高空，空氣處于高度電力狀態，稱為電離層，又叫暖(熱)層。電離層

該層特點：空氣密度很小，聲波無法傳播；據有很強的導電性、能吸收、反射和折射無線電波，因此對無線電通信很重要；溫度很高，并隨高度的增加而上升。

散逸層，又叫外層。它是大氣的最高層，高度最高可達到3000公里。散逸層

這一層大氣的溫度也很高，空氣十分稀薄，受地球引力場的約束很弱，一些高速運動著的空氣分子可以掙脫地球的引力和其它分子的阻力散逸到宇宙空間中去。1、飛機的飛行性能與大氣物理參數有關；2、大氣物理參數隨地理位置、高度、季節、時間等不同而變化；3、飛機試飛性能指標要有一個統一標準。為了便于計算、整理和比較飛機的試飛結果，并給出標準的飛機性能數據，必須有一個標準大氣狀態為基準，即國際標準大氣。為什么要制訂國際標準大氣呢？國際標準大氣（ISA）國際標準大氣（ISA）是由國際民航組織（ICAO）制定的，它以北半球中緯度地區大氣物理性質的平均值為依據，加以適當的修正建立的1、大氣的靜止的、相對濕度為零的、潔凈的完全氣體；

2、以海平面作為計算高度的起點，即海平面處；大氣參數值：P=760mmHg、T=15℃、ρ=1.225kg/m3；a=340.29m/s3、根據海平面大氣物理參數值，計算出各個高度上的標準大氣的物理參數表（P11表1-2）。高度溫度壓力密度H(m)T(K)t(℃)p(kPa)p(mmHg)p/p0(kg/m3)/0-1000294.6521.50113.93854.551.12441.34701.0996-500291.4018.25107.47806.151.06071.28491.04890288.1515.00101.325760.001.00001.22501.00001000281.658.5089.876674.120.88701.11170.90752000275.152.0079.501596.300.78461.00660.82173000268.66-4.4970.121525.950.69200.90930.74234000262.17-10.9861.660462.490.60850.81940.66895000255.28-17.4754.048405.390.53340.73640.60126000249.19-23.9647.217354.160.46600.66010.53897000242.70-30.4541.105308.310.40570.59000.48178000236.22-36.9335.651267.400.35190.52580.42929000229.73-43.4230.800231.020.30400.46710.381310000223.25-49.9026.499198.760.26150.41350.337611000216.77-56.3822.699170.260.22400.36480.297812000216.65-56.5019.399145.500.19150.31190.254613000216.65-56.5016.579124.350.16360.26660.217614000216.65-56.5014.170106.280.14000.22790.186015000216.65-56.5012.11190.850.11950.19480.1590高度溫度壓力密度H(m)T(K)t(℃)p(kPa)p(mmHg)p/p0(kg/m3)/0-1000294.6521.50113.93854.551.12441.34701.0996-500291.4018.25107.47806.151.06071.28491.04890288.1515.00101.325760.001.00001.22501.00001000281.658.5089.876674.120.88701.11170.90752000275.152.0079.501596.300.78461.00660.82173000268.66-4.4970.121525.950.69200.90930.74234000262.17-10.9861.660462.490.60850.81940.66895000255.28-17.4754.048405.390.53340.73640.60126000249.19-23.9647.217354.160.46600.66010.53897000242.70-30.4541.105308.310.40570.59000.48178000236.22-36.9335.651267.400.35190.52580.42929000229.73-43.4230.800231.020.30400.46710.381310000223.25-49.9026.499198.760.26150.41350.337611000216.77-56.3822.699170.260.22400.36480.297812000216.65-56.5019.399145.500.19150.31190.254613000216.65-56.5016.579124.350.16360.26660.217614000216.65-56.5014.170106.280.14000.22790.186015000216.65-56.5012.11190.850.11950.19480.1590從前面的分析可以得出：隨著高度的增加，大氣的密度和壓力都在減小。溫度的變化卻比較復雜，在11km以下的對流層內，每上升1km，溫度下降6.5℃。在平流層的底部（11km＜h＜20km），大氣的溫度為常值-56.5℃，在平流層的上部，溫度又開始回升。音速的變化隨溫度的變化而變化國際標準大氣的應用1、提供一個不隨地理位置、季節和時間變化的標準大氣環境；2、對實際大氣物理參數進行修正；3、實際環境和標準環境之間換算需要確定偏差，即ISA偏差。課堂小結ISA海平面處大氣參數值P=760mmHgT=15℃ρ=1.225kg/m3a=340.29m/s變化規律溫度、壓力、密度對流層平流層/同溫層中間層電離層/熱層散逸層/外層大氣的重要物理參數大氣中各種氣體分子都在不停地、無規則地（以不同的運動方向和運動速度）運動著，并產生相互碰撞。空氣分子運動的動能以壓力和熱能的形式表現出來大氣物理狀態的物理參數與航空器飛行有關的物理參數密度壓力溫度1粘性2壓縮性3濕度4聲速空氣密度大，說明單位體積內的空氣分子多，比較稠密；反之相反。大氣密度單位體積內流體的空氣質量，簡單來說就是空氣稠密的程度。國際單位制中，單位為kg/m3什么是大氣密度？由于地心引力的作用，大氣的密度隨高度的增加而減少，近似按指數曲線變化。注：在6700米高度時，大氣密度僅為海平面大氣密度的一半。大氣密度如何變化？溫度高低表明了空氣分子不規則熱運動平均速度的大小。溫度高，分子的運動速度大，即平均動能大。在大約11千米高度以下的大氣層內，隨著高度的增加，大氣溫度下降，近似按線性變化大氣溫度大氣溫度是指大氣層內空氣的冷熱程度溫度單位是什么？什么是大氣溫度？溫度的三種表示方法攝氏溫度（℃）華氏溫度（°F）絕對溫度（°T）換算公式華氏度的來源華氏度（°F）是溫度的一種度量單位，以其發明者德國人華倫海特（GabrielD.Fahrenheit，1686-1736）命名的。1714年他發現液體金屬水銀比酒精更適宜制造溫度計，以水銀為測溫介質，發明了玻璃水銀溫度計，選取氯化銨和冰水的混合物的冰點溫度為溫度計的零度，人體溫度為溫度計的100度。在標準大氣壓下，冰的熔點為32℉，水的沸點為212℉，中間有180等分，每等分為華氏1度，記作“1℉”。“華氏溫標”是經驗溫標之一。在美國的日常生活中，多采用這種溫標，用字母“℉”表示。上層空氣的重力對下層空氣造成了壓力。空氣分子不規則的熱運動。大氣壓力大氣層內空氣的壓強，即物體單位面積上承受的空氣的垂直作用力。什么是大氣壓力？氣體對物體表面產生壓力的原因：所以同一高度上，由于空氣溫度不同，空氣的壓力也是不均勻的。33毫米汞柱（mmHg）帕（Pa）每平方英寸磅（psi）每平方厘米千克力（kgf/cm2）大氣壓力的單位

因為大氣壓力隨高度和溫度變化，所以規定在海平面溫度15℃時的大氣壓力為一個標準大氣壓力。一個標準大氣壓力具體數值

760mmHg、29.92inHg、101325Pa、

14.6959psi（poud/inch2）、1.03323kgf/cm2注：1英尺=12英寸；1英寸=25.4毫米；1磅=454克一個標準大氣壓力的規定粘性是流體固有的屬性。當流體內兩相鄰流層的流速不同時，或流體與物體間發生相對運動時，兩個流層接觸面上便產生相互粘滯和相互牽扯的力，這種特性就是流體的粘性。氣體的粘性比較小，不容易被察覺，但對航空器飛行的影響卻不能忽略。粘性

式中：

F—流體的粘性力；

—在層流的垂直方向上，每單位長度速度變化量，叫做橫向速度梯度；

△S—接觸面的面積；

μ—橫向速度梯度為1時，在流層單位接觸面上產生的粘性力，稱為流體的黏度系數（動力黏度系數）；單位是Pa·s（帕·秒）流體的粘性力與相鄰流層的速度差、接觸面的面積成正比，和相鄰流層的距離成反比。定義式：不同流體具有不同的粘度系數，同一流體的粘度系數又隨溫度而變化；流體黏度隨著溫度變化的特性又稱為流體的黏溫特性氣體的粘度系數隨溫度的升高而增大液體的粘度系數隨溫度的升高而減小氣體產生黏性的物理原因，主要是氣體分子不規則運動造成各流層分子交換而帶來的動量交換。溫度升高時，氣體分子不規則運動加劇，各流層之間交換的分子數量增加，造成交換的動量也増加.所以，氣體的黏性系數隨溫度升高而増大；而液體產生黏性的物理原因，主要是各流層分子之間的內聚力.溫度升高時，液體分子的不規則運動加劇，分子之間的距離加大，內聚力也隨之減小.所以，液體的黏性系數隨溫度升高而成小為何二者相反？氣體的粘度系數隨溫度的升高而增大液體的粘度系數隨溫度的升高而減小當大氣流過物體時，只有緊貼物體表面的氣流層中橫向速度梯度較大，粘性力比較大，空氣的粘性表現得比較明顯；在離開物體表面較遠的外部區域，氣流層中橫向速度梯度很小，粘性力也很小一般情況下可以忽略空氣的粘性作用。沒有粘性的流體稱為理想流體，當不考慮粘性作用時，可以把空氣當作理想流體來處理。粘性流體和理想流體實際流體（粘性流體）實際中的流體都具有粘性，因為都是由分子組成，都存在分子間的引力和分子的熱運動，故都具有粘性，所以，粘性流體也稱實際流體。理想流體假想沒有黏性的流體。具有實際意義：

由于實際流體存在粘性使問題的研究和分析非常復雜，甚至難以進行，為簡化起見，引入理想流體的概念。一些情況下基本上符合粘性不大的實際流體的運動規律，可用來描述實際流體的運動規律，如空氣繞流圓柱體時，邊界層以外的勢流就可以用理想流體的理論進行描述。還由于一些粘性流體力學的問題往往是根據理想流體力學的理論進行分析和研究的。再者，在有些問題中流體的粘性顯示不出來，如均勻流動、流體靜止狀態，這時實際流體可以看成理想流體。所以建立理想流體模型具有非常重要的實際意義。可壓縮性空氣的可壓縮性是指一定量的空氣，在壓力或溫度變化時，其體積和密度發生變化的特性。可壓縮流體和不可壓縮流體氣體和液體都是可壓縮的，通常將氣體視為可壓縮流體，液體視為不可壓縮流體。水下爆炸：水也要視為可壓縮流體；當氣體流速比較低時也可以視為不可壓縮流體。

在相同的壓力變化量的作用下，密度的變化量越大的物質，可壓縮性就越大。液體的密度變化量極小，可以看作是不可壓縮的；而空氣由于分子之間距離較大、分子之間吸引力較小，它的可壓縮性表現得十分明顯。當大氣流過飛行器表面時，在一些部位氣流速度增加，氣流壓力會減小，密度也會隨之下降；反之相反。這就是大氣的壓縮性在