国际标准大气及应用.ppt

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1、附录B第1页,国际标准大气（ISA）及应用,附录B第2页,国际标准大气及其应用,1. 几何高度与重力势高度 重力势高度的定义、与几何高度的区别及其计算 2. 国际标准大气 国际标准大气规定、海平面参数 在不同高度范围内、特别是非标准大气时、的计算 3. 气压高度 4. 与 5. 气压高度与几何高度的换算 非标准大气气压高度与几何高度的换算 在飘降越障和确定起飞时改平加速高度方面的应用 6 各种空速的定义与换算 理解各种空速的定义 熟练掌握各种空速以及空速与数之间的换算,附录B第3页,国际标准大气及其应用,1.几何高度与重力势高度 2.国际标准大气 3.气压高度 4.与 5.气压高度与几何高度的

2、换算 6.各种空速的定义与换算,附录B第4页,1.几何高度与重力势高度,几何高度： 用标准的长度测量工具从基准点量到测量点的垂直距离。 身高、楼高 机场标高 基准是平均海平面，黄海高程系 海拔高度 地势的高低起伏对应的几何高度，有时又叫高程 。,附录B第5页,1.几何高度与重力势高度,重力势高度（位势高度） 在实际引力场中某个几何高度h上的重力势能大小与均匀引力场中某高度H上重力势能相同。均匀场中的H就是位势高度。,附录B第6页,1.几何高度与重力势高度,重力势高度（位势高度） 飞机在实际引力场中5000米上的重力势能大小,与均匀引力场中4995米高度上的重力势能相同, 则飞机的几何高度? 重

3、力势高度? 由定义可知：,重力势高度小于几何高度,附录B第7页,1.几何高度与重力势高度,在32KM以下，H与h相差很小，认为相等 相对误差不超过5 民航飞机飞机高度一般不超过45000ft,可以认为H=h 相对误差不超过2.2 在飞行动力学中一般认为g为常数。,附录B第8页,附录、国际标准大气及其应用,1.几何高度与重力势高度 2.国际标准大气 3.气压高度 4.与 5.气压高度与几何高度的换算 6.各种空速的定义与换算,附录B第9页,2.国际标准大气,思考： 1、国际标准大气与实际大气是否相同？ 2、为什么要规定国际标准大气？ 实际大气 国际标准大气的规定 国际标准大气压强和密度的计算方法

4、 国际标准大气表,附录B第10页,实际大气,若以气温变化为基准，则可将大气分为对流层、平流层、中间层、电离层、和散逸层等五层。,附录B第11页,实际大气,高度增加，空气密度减小。 随着高度增加，空气压力减小。 高度增加，气温近似线性降低（11000米对流层内）,附录B第12页,国际标准大气,所谓国际标准大气，简称ISA，就是人为地规定一个不变的大气环境，作为计算和试验飞机的统一标准。 以北半球中纬度地区（北纬3560）大气物理特性的平均值为依据，并加以适当修正而建立。,附录B第13页,国际标准大气的规定,认为空气是完全气体，即满足气体状态方程。 相对湿度为0,海平面高度为0，称为ISA标准海平

5、面 T0=288.15K、15C或59F。 标准海压P0=1013.25hPa或29.92inHg 标准大气海平面密度0=1.225kg/m3 标准大气海平面音速: a0=661.475knots=340.294m/s=1116.45ft/s,附录B第14页,国际标准大气的规定,温度的变化 从0到11km或36089ft（对流层顶），对流层内标准温度递减率为：每增加1000m温度递减6.5C，或每增加1000ft温度递减2C。 从11km到20km之间的平流层底部气体温度为常值：-56.5 C 。,附录B第15页,国际标准大气压强和密度的计算方法,由静平衡条件得:,状态方程得,(B-4),上式

6、对任一高度都成立,附录B第16页,国际标准大气压强和密度的计算方法,在 11000 m 时:,求解可得,(B-6),由状态方程得：,故:,(B-8),附录B第17页,国际标准大气压强和密度的计算方法,定义,附录B第18页,国际标准大气压强和密度的计算方法,在 11000 m 时:,288.150.0065H (H) /012.25577105H (H) /0(12.25577105H)5.25588 (H) /0(12.25577105H)4.25588 (H),附录B第19页,国际标准大气压强和密度的计算方法,在 1100020000 m 时:,由：,积分：,求解得：,由状态方程得,附录B第

7、20页,国际标准大气压强和密度的计算方法,在 1100020000 m 时:,/00.75186535, T216.65K56.5C,因:,及,=0.2233609 、,=0.2970756,由前式：,附录B第21页,国际标准大气表,为了使用方便,压强随高度的增加而减小，但减少得越来越慢，这说明气压式高度表在高空的灵敏度、精度随着高度的增加而降低。,附录B第22页,附录B第23页,习题：,例1 计算标准大气下10000米上的大气参数； 例2 计算标准大气下37000英尺上的大气参数；,附录B第24页,国际标准大气及其应用,1.几何高度与重力势高度 2.国际标准大气 3.气压高度 4.与 5.气

8、压高度与几何高度的换算 6.各种空速的定义与换算,附录B第25页,气压高度,根据实际压强，按照ISA中压强与高度的关系，确定出的高度。,例：飞机在实际大气中10000米高空飞行，外界压强P=22631.8帕，求飞机的几何高度、气压高度？ 几何高度：10000米； 气压高度：11000米；,对于ISA, 气压高度几何高度(严格说是等于位势高度), 对于非ISA, 几何高度气压高度,附录B第26页,ISA偏差,某处实际温度与ISA标准温度的差值。,例1.1：已知某机场场温20C，机场气压高度2000英尺。求：机场高度处ISA偏差。 解： 在压力高度为2000英尺的机场处，ISA标准温度应为： T标

9、准=15C（2C/1000ft）2000ft=11C， 而实际温度为：T实际=20C， 所以，ISA偏差即温度差为： ISA偏差= T实际T标准=20C11C=9C， 表示为：ISA+9C,附录B第27页,非标准大气的计算,由气压高度求出压强、温度 （查表或用公式计算） 进行温度修正： 求出其他参数：,例: 已知某处气压高度为43000ft, 该处温度为ISA15, 求该处的、P、T。 作业：72页，第22、23、24、25题。,附录B第28页,气压高度的应用,性能手册和图表都是按气压高度及ISA+T形式给出的 飞机的性能都与P、T有关 座舱压强是按气压高度给出的 座舱高度不得高于8000ft

10、(为保证旅客舒适) 增压系统故障时不得高于15000ft 飞机飞行高度层,附录B第29页,由气压P确定气压高度HP,如p22632帕,HP1454421(p/p0)0.1902631 (ft) 或 (B-31) HP44330.81(p/p0)0.1902631 ( m) (B-32),否则, 如5475帕,HP490220805.8n(p/p0) (ft) (B-33) 3608920805.8n(/0.2233609) (ft) 或 (B-34) HP1494.26341.62n(p/p0) ( m) (B-35) 110006341.62n(/0.2233609) ( m) (B-36)

11、,附录B第30页,国际标准大气及其应用,1.几何高度与重力势高度 2.国际标准大气 3.气压高度 4.与 5.气压高度与几何高度的换算 6.各种空速的定义与换算,附录B第31页,气压高度表,附录B第32页,气压高度表,附录B第33页,气压高度的基准面,场面气压QFE： 修正海压QNH： 标准气压面QNE,附录B第34页,场面气压QFE,QFE-场面气压(Station pressure), 即机场道面的大气压强,思考： 1、在道面上把高度表的零点调到1013(或29.92), 则高度表的读数是什么？ 2、当飞机停在道面上时, 调整高度表小窗中的数字为QFE ，高度表的读数是什么？起飞后是什么？

12、,附录B第35页,场面气压QFE,附录B第36页,修正海压QNH,QNH -为使高度表在跑道道面上指示机场标高的高度表的零点拨正值。,思考： 1、飞机起飞前按QNH调整高度表小窗中的数字为QNH时, 高度表指示什么？离地后指示什么？ 2、计算起飞性能、着陆性能时应该使用机场气压高度而不是机场标高 ，机场标高与机场的气压高度有什么不同？怎么测得机场的气压高度？,附录B第37页,修正海压QNH,附录B第38页,由机场标高和QNH求机场的气压高度,附录B第39页,由机场标高和QNH求机场的气压高度,附录B第40页,由机场标高和QNH求机场的气压高度,当QNHP01013.25百帕(29.92126英

13、寸汞柱)时, 机场气压高度Hp标高ELE; 当QNHP01013.25百帕(29.92126英寸汞柱)时, 机场气压高度Hp标高ELE。,P121，表B-3用于确定机场气压高度,附录B第41页,在起飞、着陆阶段之所以用QFE或QNH调整高度表，是因为需要知道飞机距机场道面的高度。 在航线飞行时所有飞机都应使用QNE来调整高度表，即都把高度表零点调为1013.2MB(29.92英寸Hg)。,QFE、QNH和QNE,附录B第42页,QFE、QNH和QNE,附录B第43页,国际标准大气及其应用,1.几何高度与重力势高度 2.国际标准大气 3.气压高度 4.与 5.气压高度与几何高度的换算 6.各种空

14、速的定义与换算,附录B第44页,5.气压高度与几何高度的关系,思考 1、相同基准点，气压高度与几何高度在什么情况下相同？在什么情况下不同？ 2、为什么需要考虑气压高度和几何高度的关系？,飞机的越障高度、爬升梯度、爬升率、爬升加速度使用几何高度。 手册给出的飞机、发动机性能数据时都以气压高度及ISAT形式给出的。 应把轨迹的气压高度换算为几何高度来比较。,同基准点，在非标准大气情况下，气压高度不等于实际高度。,附录B第45页,5.气压高度与几何高度的关系,几何高度与气压高度微增量之间的关系，对任意高度都成立：,当实际大气的温度高(低)于标准大气的温度时, 几何高度增量大(小) 于气压高度增量。,

15、附录B第46页,附录B第47页,应 用,在计算飞机起飞越障性能时，需要将障碍物几何高度转换为气压高度。否则： 在冬天起飞时，比较危险，安全余量不够； 在夏天起飞时，经济性变差；,附录B第48页,5.气压高度与几何高度的关系,设各高度上T是一样的, 几何高度O点与气压高度O点重合, 利用(B-44)式积分可得出几何高度与气压高度的关系。,ZZp153.846Tn(12.2557710-5Zp) (m) ZZp504.745Tn(16.8755910-6Zp) (ft) 与Zp11000 m36089ft对应的几何高度Z11: Z111100043.876T (m) 或 Z1136089143.9

16、5T (ft),(B-45),在11000米(36089ft)20000 m(65617ft)之间,在11000米(36089ft)以下：,Z(1T216.65)Zp6.8971T (m) Z(1T216.65)Zp22.628T (ft),(B-46),图B-10、表B-4A、B-4B 图B-10或表B-4可用来把飘降轨迹的气压高度转成几何高度,附录B第49页,5.气压高度与几何高度的关系,当实际大气的温度高(低)于标准大气温度时，几何高度大(小)于气压高度。 高度越高或|T|越大，则几何高度与气压高度相差越大。,附录B第50页,5.气压高度与几何高度的关系,改平总高度GLOH(Gross

17、Level-Off Height)是相对道面的几何高度。 应当把GLOH换算为气压高度增量, 使飞行员可根据高度表的示数来掌握改平时机。 如使用QFE, 则当高度表的读数等于此气压高度增量时改平； 如使用QNH，则当高度表的读数等于机场标高加此气压高度增量时改平加速。,图B-12和B-13,附录B第51页,国际标准大气及其应用,1.几何高度与重力势高度 2.国际标准大气 3.气压高度 4.与 5.气压高度与几何高度的换算 6.各种空速的定义与换算,附录B第52页,6.各种空速的定义与换算,飞机上的静压系统 空速表的刻度方法 指示空速的 修正空速的定义 当量空速的定义 转换高度的计算方法 课本中

18、的图表的读法和用处,附录B第53页,全静压系统,附录B第54页,全静压系统,附录B第55页,全静压系统,空客飞机的皮托总压管和静压孔示意图,附录B第56页,全静压系统,用Pitot总-静压管测总压和静压的示意图,用Pitot管测总压、由平贴机身的静压孔测静压的示意图,附录B第57页,全静压系统,空速表工作原理示意图,附录B第58页,空速表的刻度方法,空速表测量空速的方法和原理,在不同的飞行高度上P、不同, 当PtP相同时, 指针偏转角度相同， 都偏转到同一位置，然而对应的V是不同的。,附录B第59页,空速表的刻度方法,一般按海平面标准大气条件来刻度: PP0760 mmHg,=0=1.225

19、kg/m3, 这样一个(PtP)只有一个唯一的速度相对应, 就刻上这个速度。,如果Pt、P测量的准确, 仪表本身没有制造误差, 在海平面标准大气条件下空速表反映的是真空速(这要求大气的压强、密度、温度都要等于标准大气海平面的P0、0、T0),空速表刻度时考虑的仅是海平面标准大气条件下空气的压缩性, 而同样的总、静压之差(PTP)在不同高度上对应的压缩程度是不同的(即空速表的刻度不能反映各高度的压缩性),附录B第60页,空速表的刻度方法,没有任何误差时，真空速计算方法：,附录B第61页,常见的几个空速,指示空速（表速）IAS： 飞行 校正空速CAS： 试飞 当量空速EAS： 结构、强度 真空速T

20、AS： 飞行计划、性能分析 马赫数M： 飞行、性能分析 地速GAS： ATC、导航,附录B第62页,指示空速（表速）IAS,如空速表的刻度未做过仪表误差修正，则空速表给出的速度称为仪表空速, 用Vi表示 对仪表空速Vi修正仪表误差Vi后得到的空速称为指示空速(常称为表速)，用VI表示, 即： VIViVi (B-48) 现在制造的空速表本身已经修正过仪表误差, 所以空速表的读数即指示空速。,附录B第63页,校正空速CAS,总压的测量误差不大, 可以忽略不计 静压的测量误差较大，应修正,只有当静压孔(管)处的气流速度V时, 测出的才是来流静压,由静压测量误差造成的速度示数的误差叫位置误差（pos

21、ition error）, 意思是由于静压孔位置造成的误差, 用VP表示，通过试飞测出。,由指示空速VI修正位置误差VP后得到的空速称为修正空速(Calibrated Air Speed，缩写为: CAS), 用VC表示修正空速, 则： VCVIVP,附录B第64页,校正空速CAS,如果是在标准大气、海平面飞行, 经过这些修正之后得到的修正空速VC即真空速。 否则 ，还应进行压缩性修正 ，和VC相应的真空速VT是:,只要知道飞行高度上的气压（可由气压高度得出）和温度, 由上式就可由VC算出真空速VT，这是经常要用到的公式,(B-50),附录B第65页,当量空速EAS,知道VC之后本来可以直接得

22、出真空速VT，但这种修正量与气压高度、温度、VC有关, 不便于做图表示。,由VC确定VT的另一种方法：, 先定义一个当量空速(Equivalent Air Speed, 缩写为EAS), 用VE表示之，确定VE和VC 之差值VC, 即 VCVCVE , 称VC为压缩性修正量。主要通过理论计算获得 再由VE VT,附录B第66页,当量空速EAS,量空速VE是按在海平面标准大气下飞行的速度头(动压)与给定飞行状态的速度头相同(相当)的原则所确定的在海平面标准大气下飞行的真空速。,或,(B-51),注意: 在海平面即气压高度为0处, VC，VEVC。,附录B第67页,空速小结,飞机的空速有四种表示方

23、法: 指示空速(IAS, 又称表速)VI，由空速表读得 修正空速(CAS或称校正空速) VC, 当量空速(EAS) VE, 真空速(TAS) VT,附录B第68页,空速小结,由表速VI得到真空速VT的方法有二种：,方法一 1) 做位置误差修正，得出VCVIVP，VP由手册上的曲线可查出, 净外形VP0 2) 由VC按(B-50)式直接算出VT,附录B第69页,空速小结,由表速VI得到真空速VT的方法有二种：,方法二 1) 做位置误差修正，得出VCVIVP，VP由手册上的曲线可查出, 净外形VP0 2) 由VC和气压高度从图B-19查出VC ; 3) 做压缩性修正, 得出VEVCVC ； 4) 由(B-51)式算出 VTVE /,注意：对非标准大气计算密度比时需加注意，可按/计算。,附录B第70页,附录B第71页,转换高度,一般飞机爬升是先保持一定的表速（例如Vc=280KT）爬升而后当M增大到某一值（如0.74M）后保持M数爬升，对这种爬升规律简记为280KT /0.74M。 由保持表速转换为保持给定马赫数爬升的气压高度就是转换高度,