第2章 飞行环境及飞行原理.doc

第二章飞行环境及飞行原理
2.1飞行环境
飞行环境对飞行器的结构、材料、机载设备和飞行性能都有着非常重要的影响。只有了解和掌握了飞行环境的变化规律，并设法克服或减少飞行环境对飞行器的影响，才能保证飞行器准确可靠的飞行。
飞行环境包括大气飞行环境和空间飞行环境。
2.1.1大气环境
大气是地球周围的一层气态物，包围地球的大气层是航空器惟一的飞行环境。大气在地球引力作用下聚集在地球周围，大气层总质量的90％集中在离地球表面15km高度以内，总质量的99．9％集中在地球表面50km高度以内。在2000km高度以上，大气极其稀薄，并逐渐向行星际空间过渡。大气层没有明显的上限，它的各种特性沿铅垂方向上变化很大，例如空气压强和密度都随高度增加而降低，而温度则随高度变化有很大差异。在离地球表面10km高度，压强约为海平面压强的1／4，空气密度只相当于海平面空气密度的1／3。根据大气中温度随高度的变化，可将大气层划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层5个层次，大气层分布如图2-1所示。
1.对流层
大气中最低的一层为对流层，其气温随高度增加而逐渐降低。对流层的上界随地球纬度、季节的不同而变化。就纬度而言，对流层上界在赤道地区平均为16—18km；在中纬度地区平均为9～12km；在南北极地区平均为7～8km。
对流层的主要气象特点为：气温随高度升高而降低；风向、风速经常变化；空气上下对流激烈；有云、雨、雾、雪等天气现象。对流层是天气变化最复杂的一层，飞行中所遇到的各种天气变化几乎都出现在这一层中。

图2-1大气层分布
2.平流层
平流层位于对流层的上面，其顶界约为50km。在平流层大气主要是水平方向的流动，没有上下对流。随着高度的增加，起初气温基本保持不变(约为216K)；到20～32km以上，气温升高较快，到了平流层顶界，气温升至270～290K。平流层的这种气温分布特征同它受地面影响较小和存在大量臭氧有关。平流层的主要特点是空气沿铅垂方向的运动较弱，因而气流比较平稳，能见度较好。
航空器的飞行环境是对流层和平流层。
3．中间层
中间层为离地球表面50～85km的一层。在这一层内，气温随高度升高而下降，且空气有相当强烈的铅垂方向的运动。当高度升到80km左右时气温降到160～190K。
4．热层
从中间层顶界到离地平面800km之间的一层称为热层。在此层内，空气密度极小，由于空气直接受到太阳短波辐射，空气处于高度电离状态，温度又随高度增高而上升。
5．散逸层
热层顶界以上为散逸层，它是地球大气的最外层。在此层内，空气极其稀薄，又远离地面，受地球引力很小，因而大气分子不断地向星际空间逃逸。这层内的大气质量只是整个大气质量的10-11。大气外层的顶界约为2000～3000km的高度。
2．1．2空间环境
空间飞行环境主要是指真空、电磁辐射、高能粒子辐射、等离子体和微流星体等所形成的飞行环境，如图2—2所示。

图2-2空间环境
1．地球空间环境
地球空间环境包括地球高层大气环境、电离层环境和磁环境。高层大气密度和压强随高度的增加按指数规律下降，最后接近真空。电离层离地球表面60～1000km，在这里大气中的原子在太阳辐射作用下，电离成自由电子和正离子，电子浓度不但随高度变化，还随昼夜、季节、纬度和太阳的活动而变化。
地球本身具有较强的磁场，它从距地球表面600～1000km处开始向远处空间延伸，影响范围向上可达数万千米。磁层中还存在着密集的高能带电粒子辐射带，又称“范爱伦辐射带”，可能会引起航天器材料、器件和人体的辐射损伤。
2.行星际空间环境
行星际空间是一个真空度极高的环境，存在着太阳连续发射的电磁辐射、爆发性的高能粒子辐射和稳定的等离子体流(太阳风)。这里的环境除了主要受太阳活动的影响外，还受来自银河系的宇宙线和微流星体等的影响。太阳向空间辐射各种波长的电磁波，除可见光外，还有红外线、紫外线和X射线等。当太阳耀斑发生大爆炸时，可以使宇宙射线增强一万倍，其时间可延续好几个小时，此时可导致地球上的短波无线电通讯中断，要想防护或避开都是很困难的。来自银河系的高能带电粒子强度很小，对航天器影响不大。
2．1．3国际标准大气
飞行器的飞行性能与大气的物理状态(密度、温度和压强等)有密切关系，而大气物理状态是随其所在地理位置、季节和高度而变化的。为了准确描述飞行器的飞行性能，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（如表2—1所列)。
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°～6