第1章 航空航天外界环境条件

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1.2.2 湿空气的焓湿图
湿空气的状态参数：
湿空气的压力P，温度t，含湿量d 相对湿度 —— 基本参数
，焓h，水蒸气分压力Pv
湿空气的状态参数及其变化可以用焓湿图表示，该图是在湿空气压力P为 一定条件下绘制的。
在h-d 图上，若已知任意两个参数，就可在图上确定一个状态点，即可 确定该点的湿空气的全部状态。
产生机理
2. 人和恒温动物的体温均为37度，而在19000m时， 水沸腾的温度是34度，因此，超过19000m，体液就会 沸腾。 1. 缺氧，引起循环停止，乃至死亡。
对人体的影响 2. 人的救援允许暴露时间为1.5~2.5min。
3. 减压前吸氧排氮可以减轻此类损伤。
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4. 肺损伤
g 1 R
H 0 1 44300
4.256
单位：kg/m3
11km<H<30km时,
PH 22.6e

H 11000 6340
单位：kPa 单位：K
TH 216.65
H 0.3636 e

H 11000 6340
单位：kg/m3
H —以海平面为零点的计算高度
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第一章 航空航天外界环境条件
1.1 外界大气条件 外大气层
1.1.1 地球大气的分层 中间层 （电离层）
平流层
对流层
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图1.1 地球大气分层图
大气各层的特点：
（1）对流层：高度随地区、季节和昼夜等变化而变化，18Km以内 ①气温随高度线性下降； ②空气沿垂直和水平方向对流运动激烈； ③可以形成云、雾、雨、雪。 （2）平流层：平流层顶到60~80km ①同温层和暖层； ②空气沿水平方向对流，无垂直方向； ③层内水汽Байду номын сангаас少，几乎无云、雾、雨、雪。 （3）电离层：80~700km
适宜的温度环境可以使人保持正常的热平衡和舒适感，还能够保证正常 的人-机功效。设计和控制乘员舱的温度环境，当发生应急情况时，能够提 供行之有效的防护措施，是航空航天工程中的关键技术之一。
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环境温度的3种表示方法。
1. 是考虑了实际环境温度、湿度和风速三者的影响，将 人体的温度转化为无风或微风、半饱和水蒸汽气压时的 气温。
1.减压症
指由于环境压力的降低，使溶解在肌体中的氮气过饱和游离出来形成的气 泡所导致的综合症状。
1. 环境压力低于某个值。5500m以下的高度是安全的； 6000m~7000m少数人会出现减压症，8000m多数人会出现。 氮气过饱和容许系数 R 2. 环境压力降低过快。 1.皮肤型：瘙痒感，冷热感，蚁走感。最轻 2.关节型：屈肢痛，头痛。60%~70% 3.呼吸型：胸骨下不适，压迫感，干燥感，灼热感，咳嗽 ，刺痛。发生率较低 4.中枢神经型： 头痛，视觉机能障碍，神经麻痹，肌肉 抽搐，甚至休克。很少发生，最严重
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h c p,dr t d ( c p,v t )
③湿空气的密度 湿空气由干空气和水蒸气两个成分组成，其密度为两个和值：
dr v
pdr p v RdrT RvT
kg/m3
0.00349
( pv ) s p 0.00134 T T
T H=0~11km 时，PH ，H ， H ，呈一定的线性规律变化。
H PH P0 1 R
g R
H P0 1 44300
5.256
单位：Pa
TH T0 H
单位：K
H 0 1
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H
R
p pdr pv
湿空气压力=干空气分压力+水蒸气分压力 （2）湿空气的含湿量表示
①湿空气的含湿量 d：湿空气中所含水蒸气的质量mv与其中所含干空
气的质量mdr之比。
d mv mdr
若将湿空气当成理想气体，经过计算：
d 0.622 pv p pv
kg/kg
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②湿空气的相对湿度 ：湿空气水蒸气分压力 pV 和同一温度下饱 和水蒸气分压力 ( pV ) s 之比。表明湿空气接近饱和的程度。
①能反射无限电波，具有良好的导电性能；
②极高和极低温度并存。 （4）外大气层：700km 大气极为稀薄
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1.1.2 地球大气的组成 从保障人的生命条件角度来看，可采用化学成分、密度、压力、温度和 太阳、宇宙的辐射情况等来反应大气特征。 1.化学成分
气体名称 氮气 氧气 氩气 二氧化碳 氖气
表1.1 大气的化学成分
化学符号 N2 O2 Ar CO2 Ne
占大气中的 体积分数% 78.09 20.94 0.93 0.03 0.0018
相对分子 质量 28.016 32.000 39.944 44.944 20.183
氦气
氪气
He
Kr
0.000528
0.001
4.003
83.800
氢气
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H2
X2
5×10-5
8×10-6
2.016
131.800
氙气
2.压力、温度和密度 一般以海平面的标准大气条件为基准值， H= 0 km 时，取： p0 101325 Pa
T0 288.15K
0 1.225kg / m3
假设： ①空气气体常数在各高度不变； ②理想气体的状态方程在各高度 上均适用； ③各高度上，空气湿度为0； ④H=0~11km时，空气的年平均温 度梯度不变
—年平均温度梯度， 0.0065
G — 重力加速度， g=9.81m/s2
K/m
R — 空气气体常数，在各高度上不变 R=287J/（kg.k）
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PH /kPa
101.3
8.00
53.3
26.66
0
10
20
30
H/km 图1.2 大气压力随高度的变化情况
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图1.3 大气温度随高度的变化情况
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1.2 湿空气的简要介绍 2. 湿空气的几个概念 干球温度 t：将温度计感温包直接裸露在空气中测得的温度值，也为空气 的实际温度，此时的温度计为干球温度计。 湿球温度 t s：同样的温度计，将其感温包裹上纱布，纱布的下端浸入盛有 水的容器中，纱布处于湿润状态，此时的温度为湿球温度。 露点温度 t d：温度下降到td,相对湿度 100% ，空气处于饱和状态，温 度继续下降，将会有水分凝结出来，此温度为露点温度。
1. 减压时间过短：快速减压和爆炸减压，在几十毫秒至一 秒之间。 产生条件 2. 减压幅度过大：减压前后压差越大，对肺的损伤越大 3. 肺脏和呼吸道的机能状态欠佳：肺容积越大，呼吸道越 窄，越容易受到损伤
1.3.2 压力波动对人体的影响 座舱的压力存在上升和下降的现象，即压力波动。这种压力变化对肌体 最重要的影响是造成中耳内压的变化。 在压力波动的过程中，中耳损伤的程度取决于压力变化的速度和耳压的 调节能力。
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4.高氧对人体的影响
高氧：氧分压和氧浓度远远超过海平面大气水平的情况。高氧生理反应为 高氧症，严重者为氧中毒。
症状：暴露部位粘膜刺激症状，可引起口干、喉痛、鼻出血、眼结膜充血、 红细胞减少，咳嗽和肺组织病变。
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1.3.2 低气压对人体的影响 低气压对人体的影响主要有：减压症，高空胃肠胀气，体液沸腾，肺损伤。
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2.人体的急性缺氧反应 0~1500m 无反应区 无任何缺氧反应 3000m以上 功效保证区 适应能力下降，但是无缺氧反应 4000m以上 功效保证区 部分人轻度缺氧，各种症状发生率增加 5000m以上 缺氧耐限区 各症状加剧，功效明显降低，缺氧反应明显， 为人体难以忍受的生理界限值，但不危及生命 7000~7500m 缺氧极限区 缺氧的生理极限，人出现意识障碍，甚至意 识丧失。
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1.2.3 在h-d 图上几种典型的湿空气状态变化过程
B D
A
C
G
d=常值
1. 湿空气等含湿量加温或冷却—湿 空气通过热交换器 加热线 A-B，冷却线 A-C 2. 湿空气的变含湿量冷却—湿空气 通过表面式冷却器 t=常值 冷却减湿线 A-G 3. 湿空气的等焓减湿—湿空气通流 φ=常值 过固体吸湿器 E 等焓减湿线 A-D 4. 湿空气的绝热加湿—用循环水 h=常值 喷淋空气 绝热加湿线 A-E
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发生条件
症 状
2.高空肠胃胀气
发生条件
1.胃肠气体膨胀：根据气体状态方程，温度不变，气体 体积和压力的乘积恒定，当外界环境压力下降时，胃肠 内的气体体积扩大。 2.胃肠机能差 3.食物产气 1.腹痛
症状
2.影响呼吸循环功能
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3.体液沸腾
1. 任何液体的蒸汽压力与作用于其表面的外界环境 压力相等时，就会发生沸腾。
？为什么飞机下降的时候建议张嘴，或吃东西 ？
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1.4 高空温度环境对人体的影响
1. 4.1 环境温度和温度环境
环境温度
1. 环境的冷热程度；
温度环境
1. 直接参与或影响人与环境间热交 换的有关环境物理变量的综合，通常 包括：气温、气湿、风速和辐射。
2. 用气温表示，考虑多个变量的综 合效应，用有效温度，作用温度，三 2. 航空活动还涉及气压，航天活动 球温度等复合指标来精确表示。 考虑气体的成分
h 常值
t
ts td
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A
B
C
100%
A—B 典型的绝热加湿过程 A—C 典型的等湿降温过程
d 常值
1.3 低气压对人体的影响 低压对人力的影响主要表现： ① 大气压力的降低引起氧分压下降，造成缺氧综合征； ② 低压因素本身对肌体造成的影响。 1.3.1 低氧、高氧对人体的影响 1.缺氧原因分析
1.2 湿空气的物理特性和焓湿图
1.2.1 湿空气的物理特性 湿空气：地球表面一定高度范围内的空气实际上是干空气和水蒸气的混合 物，即湿空气。
地表环境不同，导致各地区湿度不同； 夏季往往湿度高，冬季低； 海拔高度低，含湿量较大，海拔高度高，含湿量较小。一般认为H >=8000m 时，空气是干燥的。
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3.应急救生的时间概念 （1）有效意识时间 人暴露于缺氧环境后能保持意识活动的时间，即能采取自救的时间。
近真空 18000 m 7500 m 7000 m 不足10s 12~15 s 2~10min 7~27min
（2）安全暴露时间 人暴露于严重缺氧环境中个，为避免丧失意识，加压供氧允许延误的时 间。 5~6 s 应保证5s内加压供氧，才能避免丧失意识。 （3）总营救时间 人暴露于近真空环境中可以生还的最长持续时间。90s
一定高度H下的空气湿度：
d H d0 10 xH
d H ， 0 分别表示高度H和地面（H=0）上的含湿量（g/kg）； d x 为经验系数 x 2 104 ，
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湿空气中水蒸气的变化会引起湿空气中干、湿程度的改变 及物理性质的改变。
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湿空气物理性质的表示方法： （1）湿空气的分压力表示 道尔顿定律： 混合气体的压力等于该气体个组成成分的分压力之和。

pv 100% ( pv ) s
Pa ，t 为湿空气的温度。
7.45t ( pV ) s 610 Pa 10 235 C t
含湿量的另一表达式：
d 0.622
( pv ) s p ( pv ) s
湿空气的状态变化前后的热量计算——焓值计算： 1kg干空气和含湿量为d的水蒸气组成的湿空气，0°C焓值均为0， 则湿空气的焓值为：
低氧性缺氧 吸入空气中 氧含量减少所 致。 本书主要涉 及此类缺氧

贫血性缺氧 血液中血红 细胞或其中的 血红蛋白减少 造成血液携氧 量降低造成。 贫血、胃出 血和一氧化碳 中毒者身上常 见。

缺血性缺氧

中毒性缺氧
局部器官或 肌体组织中 组织供血不足 呼吸酶中毒， 造成。 不能利用氧造 航空航天中， 成。 超重使人体血 氰化物中毒 液向下肢分布， 出现灰视和黑 视都属于此类。
航空保障技术与工程
课程安排：12-19 周 学 讲 时 师 ：32 ：刘磊
本文的主要内容
第一章 第二章 第五章 第六章 第七章 第九章 第十一章 航空航天外界环境条件 飞机环境控制系统的设计要求 座舱增压供气源 加温系统 制冷系统 座舱加湿与除湿 座舱的空气分配
第十二章
第十三章
机载电子设备的冷却
大型客机环境控制系统实例分析