第三章-国际标准大气及应用
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– 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Ｍ数之间的换算
附录B第2页
附录 B
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.ＱＦＥ与ＱＮＨ §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25页
附录 B
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
– 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 ➢ 国际标准大气表
附录B第9页
附录 B
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10页
附录 B
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24页
附录 B
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
p p0
0.2233609
exp
11000
6341
H .62
0
0.2970756
exp
11000
6341
H .62
附录B第20页
Leabharlann Baidu
附录 B
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。
Km Kft hPa
Kg/m3
kg/m
3
温度
电离层(暖层)
中间层
平流层(同温层 ) 对流层
附录B第11页
附录 B
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35°～60°）大气 物理特性的平均值为依据， 并加以适当修正而建立。
➢ 在飞行动力学中一般认为g为常数。
附录B第7页
附录 B
附录Ｂ、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.ＱＦＥ与ＱＮＨ §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8页
附录 B
§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？
dy
p p0
R 0 T0 0.0065 y
求解可得
5.25588
pH p0
TH T0
(B-6)
由状态方程得：
pH H • TH
P0
0
T0
故:
H 0
TH T0
4.25588
(B-8)
附录B第16页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
➢ 定义
附录B第30页
附录 B
气压高度表
附录B第31页
附录 B
气压高度表
附录B第32页
附录 B
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33页
附录 B
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
RT11
exp116030401.62H
由状态方程得
pH H TH H
p11
11 T11
11
H 11
exp
g(H 11000)
RT11
exp116030401.62H
附录B第19页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
p T
p0
0
T0
附录B第17页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
➢ 在 Ｈ≤11000 m 时:
Ｔ＝288.15－0.0065×H θ＝Ｔ/Ｔ0＝1－2.25577×10－5H δ＝ｐ/ｐ0＝(1－2.25577×10－5H)5.25588 σ＝ρ/ρ0＝(1－2.25577×10－5H)4.25588
作业：72页，第22、23、24、25题。
附录B第27页
附录 B
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、ρ、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(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12页
附录 B
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ρ0=1.225kg/m3 标准大气海平面音速: a0=661.475knots=340.294m/s=1116.45ft/s
(H－ｍ) (H－ｍ) (H－ｍ) (H－ｍ)
附录B第18页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
➢ 在 11000≤Ｈ≤20000 m 时:
dp
由：
gdy
积分：
pH dp g
H
dy
p RT
p p11
R
T 11000 11
求解得：
pH p11
exp
g(H 11000)
HP＝1494.2－6341.62Ｌn(p/p0) ( m) ＝11000－6341.62Ｌn(δ/0.2233609) ( m)
(B-31) (B-32)
(B-33) (B-34) (B-35) (B-36)
附录B第29页
附录 B
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.ＱＦＥ与ＱＮＨ §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3页
附录 B
§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4页
附录 B
§1.几何高度与重力势高度
➢ 重力势高度（位势高度）
附录B第21页
附录 B
附录B第22页
附录 B
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23页
附录 B
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.ＱＦＥ与ＱＮＨ §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28页
附录 B
由气压P确定气压高度HP
如p≥22632帕
HP＝145442×[1－(p/p0)0.1902631] (ft) 或 HP＝44330.8×[1－(p/p0)0.1902631] ( m)
否则, 如ｐ≥5475帕
HP＝4902－20805.8Ｌn(p/p0)
(ft)
＝36089－20805.8Ｌn(δ/0.2233609) (ft) 或
附录B第36页
附录 B
修正海压QNH
附录B第37页
附录 B
由机场标高和QNH求机场的气压高度
附录B第38页
附录 B
由机场标高和QNH求机场的气压高度
附录B第39页
附录 B
由机场标高和QNH求机场的气压高度
Hp＝ELE＋145442×[1－(QNH/p0)0.1902631 ]
(ft) ............ (B-37）
表的读数是什么？起飞后是什么？
附录B第34页
附录 B
场面气压QFE
附录B第35页
附录 B
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26页
附录 B
非标准大气的计算
1. 由气压高度求出压强、温度
➢ （查表或用公式计算）
2. 进行温度修正：T T T ;
3. 求出其他参数：
P RT ;
T / T0;
P / P0; / 0;
例: 已知某处气压高度为43000ft, 该处温度为ISA＋15, 求该处的δ、P、σ、ρ、θ、T。
h
H
mg0H
mg(y)dy
0
R
R h h H R h 1 h R h
重力势高度小于几何高度
附录B第6页
附录 B
§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。
g g g 均匀引力场 0 E=M 0H
实际引力场
E=Mgh
附录B第5页
附录 B
§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? 重力势高度? 由定义可知：
P121，表B-3用于确定机场气压高度
附录B第40页
附录 B
QFE、QNH和QNE
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)。
➢ 在 11000≤Ｈ≤20000 m 时:
因:
pH pH p11 p0 p11 p0
及
由前式：pp101 =0.2233609 、
H H 11 0 11 0
11 =0.2970756 0
θ＝Ｔ/Ｔ0＝0.75186535, T＝216.65°K＝－56.5°C
Hp＝ELE＋44330.8×[1－(QNH/p0)0.1902631 ] (m)
机场标高
修正海面的气压
当QNH＜P0＝1013.25百帕(29.92126英寸汞柱)时, 机场气 压高度Hp＞标高ELE;
当QNH＞P0＝1013.25百帕(29.92126英寸汞柱)时, 机场气 压高度Hp＜标高ELE。
由静平衡条件得:
pds ( p dp)ds gdsdy
状态方程得 P / RT
ds
dp gdy (B-4) p RT
P+dP dy
上式对任一高度都成立
p
附录B第15页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
➢ 在 Ｈ≤11000 m 时:
pH dp g H
附录B第13页
附录 B
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14页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
附录 B
国际标准大气（ISA）及应用
附录 B
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δ、σ、θ的计算
➢ 3. 气压高度 ➢ 4. ＱＦＥ与ＱＮＨ ➢ 5. 气压高度与几何高度的换算
➢ 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Ｍ数之间的换算
附录B第2页
附录 B
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.ＱＦＥ与ＱＮＨ §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25页
附录 B
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
– 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 ➢ 国际标准大气表
附录B第9页
附录 B
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10页
附录 B
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24页
附录 B
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
p p0
0.2233609
exp
11000
6341
H .62
0
0.2970756
exp
11000
6341
H .62
附录B第20页
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附录 B
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。
Km Kft hPa
Kg/m3
kg/m
3
温度
电离层(暖层)
中间层
平流层(同温层 ) 对流层
附录B第11页
附录 B
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35°～60°）大气 物理特性的平均值为依据， 并加以适当修正而建立。
➢ 在飞行动力学中一般认为g为常数。
附录B第7页
附录 B
附录Ｂ、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.ＱＦＥ与ＱＮＨ §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8页
附录 B
§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？
dy
p p0
R 0 T0 0.0065 y
求解可得
5.25588
pH p0
TH T0
(B-6)
由状态方程得：
pH H • TH
P0
0
T0
故:
H 0
TH T0
4.25588
(B-8)
附录B第16页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
➢ 定义
附录B第30页
附录 B
气压高度表
附录B第31页
附录 B
气压高度表
附录B第32页
附录 B
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33页
附录 B
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
RT11
exp116030401.62H
由状态方程得
pH H TH H
p11
11 T11
11
H 11
exp
g(H 11000)
RT11
exp116030401.62H
附录B第19页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
p T
p0
0
T0
附录B第17页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
➢ 在 Ｈ≤11000 m 时:
Ｔ＝288.15－0.0065×H θ＝Ｔ/Ｔ0＝1－2.25577×10－5H δ＝ｐ/ｐ0＝(1－2.25577×10－5H)5.25588 σ＝ρ/ρ0＝(1－2.25577×10－5H)4.25588
作业：72页，第22、23、24、25题。
附录B第27页
附录 B
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、ρ、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(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12页
附录 B
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ρ0=1.225kg/m3 标准大气海平面音速: a0=661.475knots=340.294m/s=1116.45ft/s
(H－ｍ) (H－ｍ) (H－ｍ) (H－ｍ)
附录B第18页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
➢ 在 11000≤Ｈ≤20000 m 时:
dp
由：
gdy
积分：
pH dp g
H
dy
p RT
p p11
R
T 11000 11
求解得：
pH p11
exp
g(H 11000)
HP＝1494.2－6341.62Ｌn(p/p0) ( m) ＝11000－6341.62Ｌn(δ/0.2233609) ( m)
(B-31) (B-32)
(B-33) (B-34) (B-35) (B-36)
附录B第29页
附录 B
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.ＱＦＥ与ＱＮＨ §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3页
附录 B
§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4页
附录 B
§1.几何高度与重力势高度
➢ 重力势高度（位势高度）
附录B第21页
附录 B
附录B第22页
附录 B
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23页
附录 B
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.ＱＦＥ与ＱＮＨ §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28页
附录 B
由气压P确定气压高度HP
如p≥22632帕
HP＝145442×[1－(p/p0)0.1902631] (ft) 或 HP＝44330.8×[1－(p/p0)0.1902631] ( m)
否则, 如ｐ≥5475帕
HP＝4902－20805.8Ｌn(p/p0)
(ft)
＝36089－20805.8Ｌn(δ/0.2233609) (ft) 或
附录B第36页
附录 B
修正海压QNH
附录B第37页
附录 B
由机场标高和QNH求机场的气压高度
附录B第38页
附录 B
由机场标高和QNH求机场的气压高度
附录B第39页
附录 B
由机场标高和QNH求机场的气压高度
Hp＝ELE＋145442×[1－(QNH/p0)0.1902631 ]
(ft) ............ (B-37）
表的读数是什么？起飞后是什么？
附录B第34页
附录 B
场面气压QFE
附录B第35页
附录 B
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26页
附录 B
非标准大气的计算
1. 由气压高度求出压强、温度
➢ （查表或用公式计算）
2. 进行温度修正：T T T ;
3. 求出其他参数：
P RT ;
T / T0;
P / P0; / 0;
例: 已知某处气压高度为43000ft, 该处温度为ISA＋15, 求该处的δ、P、σ、ρ、θ、T。
h
H
mg0H
mg(y)dy
0
R
R h h H R h 1 h R h
重力势高度小于几何高度
附录B第6页
附录 B
§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。
g g g 均匀引力场 0 E=M 0H
实际引力场
E=Mgh
附录B第5页
附录 B
§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? 重力势高度? 由定义可知：
P121，表B-3用于确定机场气压高度
附录B第40页
附录 B
QFE、QNH和QNE
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)。
➢ 在 11000≤Ｈ≤20000 m 时:
因:
pH pH p11 p0 p11 p0
及
由前式：pp101 =0.2233609 、
H H 11 0 11 0
11 =0.2970756 0
θ＝Ｔ/Ｔ0＝0.75186535, T＝216.65°K＝－56.5°C
Hp＝ELE＋44330.8×[1－(QNH/p0)0.1902631 ] (m)
机场标高
修正海面的气压
当QNH＜P0＝1013.25百帕(29.92126英寸汞柱)时, 机场气 压高度Hp＞标高ELE;
当QNH＞P0＝1013.25百帕(29.92126英寸汞柱)时, 机场气 压高度Hp＜标高ELE。
由静平衡条件得:
pds ( p dp)ds gdsdy
状态方程得 P / RT
ds
dp gdy (B-4) p RT
P+dP dy
上式对任一高度都成立
p
附录B第15页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
➢ 在 Ｈ≤11000 m 时:
pH dp g H
附录B第13页
附录 B
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14页
附录 B
国际标准大气压强和密度的计算方法
附录 B
国际标准大气（ISA）及应用
附录 B
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δ、σ、θ的计算
➢ 3. 气压高度 ➢ 4. ＱＦＥ与ＱＮＨ ➢ 5. 气压高度与几何高度的换算