第1章 航空航天外界环境条件

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
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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。
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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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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层内水汽极少，几乎无云、雾、雨、雪。 （3）电离层：80~700km
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
—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
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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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。
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。
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。
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
？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
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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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
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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。
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K
H 0 1
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H
R

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：
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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。
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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
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