大气:
有个十分装逼的词,叫ISA,国际标准大气,是航空领域的基础标准.具体的不用讲太多啦,只需要记住大概是怎么样就行了
我们的大气层基本上长这样,大气中最关键的三个值是压力,密度和温度,上图1中从左到右三条曲线分别为压力,密度,温度与ISA海平面值的比值,你肯定会想咦温度变成海平面大约0.8倍?高空16度?
这个温度是指绝对温度啦,单位是K, 比如海平面20摄氏度度=293K. 看上图2就更直观了。
咱们研究航空问题,先暂时看20km以下的高度, 压力和密度以类似的曲线随着温度升高而降低,温度则是在10km一下以一条固定斜率降低,平流层里温度基本不变. 因为平流层受地面影响小, 又有臭氧层吸收紫外线升温, 所以平流层下半部分温度几乎不变, 上半部分反而逐渐升温.
密度
密度是第一个要考虑的问题,密度越大,阻力越大,升力也越大,发动机的进气也越多,这不用说啦. 所以低空阻力大,飞机想飞得快也要飞高点大家也明白.这个跟我们速度关系太大了所以我们肯定感兴趣.
压力：
数学公式又一次拯救了世界:
总压 = 静压+动压: Pt=P∞+1/2ρ*V^2
动压即Q=1/2*ρ*V^2, 之后还要用到.
高度表
怎么理解呢? 大家记得坐飞机或者爬高山快速下山的时候耳朵会疼吗?因为你耳内和耳外压力不平衡了. 这个静态的压力便是静压.假设你的耳朵足够精密到能测量这个内外压差, 同时屏住呼吸保持耳朵内部有地面的一个标准大气压, 这样在不同高度你就可以根据你耳朵鼓膜的变形(痛感程度)来估算出你的静压差(高度)啦.... (在憋死之前)恭喜你学会了高度表的原理.....
速度表
真空速和相对空速同时,假设你张开嘴巴迎风潇洒的裸奔(误), 大气的静压一样会对你的嘴巴里施加压力,你向前奔跑速度带来的相对气涌入你的嘴造成了动压,所以你张嘴得到的是总压力.耳朵因为跟你前进方向平行只能得到静压, 内耳跟嘴巴想通所以得到的是总压. 恭喜你, 耳膜的内外压差便是我们的动压了 (因为总压(内)-静压(外)=动压，因为动压公式Q=1/2*ρ*V^2, 我们知道动压又知道密度(密度ρ = P/RT, * R是常数,T是温度)那么那么就可以求出我们的速度V了!
当然飞机上不会让飞行员把头伸出去测量速度和高度这些功能是由相同原理的仪器来测量的。如果我们的仪器没问题,那么我们就得到了我们的真空速,True Air Speed, TAS. (注意是真~空速, 不是真空的速度)如果没风的话,那么这个TAS=GS(地速). 我们至少知道还有多久能回家吃完饭了....
尼玛但是还是没解决我们看着地速把飞机飞炸的问题好嘛!别急, 咱们再看看动压的概念 Q=1/2*ρ*V^2,慢慢来~
你看哦,这个密度ρ我在海平面测速的时候就是用了海平面的密度,可是在高空还要换算成高空的密度,麻烦死了.咦, 我如果把密度一直固定用海平面密度就计算起来简单多了! 但那么得出来的速度V,就是另一个值了.
除了在海平面是跟TAS一样的, 飞得越高, V就会跟TAS不一样啊摔! 没法计算相对地面的速度啊摔! 不知道几点能飞回家吃饭了啊摔!
但是等等! 换句话说, 因为我的密度不变, 只要我Q是不变的, 那么岂不是V也总是不变了! V忠实的反应着动压哦!! 这个是相当相当的重要呢! 留个伏笔咱们一会儿讲.
因为我们用了海平面的密度来计算速度, 那么这个速度就是一个相对于海平面状况的速度咯. 所以咱们叫它相对速度, Equivalent Air Speed EAS.
EAS表达动压就是: Q = 1/2*ρ(SL)*V(EAS)^2 --SL指sealevel海平面
为啥我在视频里各种强调用EAS? 为啥我说丫特别重要呢? 下面我们想想升力系数和阻力系数的概念:
升力系数 Cl= L/ (1/2*ρ*V^2*S);
阻力系数 Cd= D/ (1/2*ρ*V^2*S);
咦? 中间有奇怪的东西额....好眼熟.... 岂不是Cl= L/(Q*S) 和 Cd = D/(Q*S) ????
反过来说我飞机受到的升力,或阻力就是:
L = Cl*S*Q. ; D = Cd*S*Q 或者: L = Cl*S*1/2*ρ(SL)*V(EAS)^2, D = Cd*S*1/2*ρ(SL)*V(EAS)^2
假设飞行中在同样的迎角(也即是升力系数和阻力系数下), 翼面积S又不变,
那么我的受力就完全跟动压Q成正比啊!!! 跟相对空速EAS成正比啊!!!
好像知道了很不得了的东西哦.... 假设我在试(zuo)飞(si)中知道飞机在平飞中超过250m/s的相对速度(EAS)会解体, 那么不管在什么高度,我只要保证自己不超过250m/s的EAS就没事哇!!
我管他几点回家吃饭,我至少能活着回去了好嘛!
声速
很多人会说声速不就340m/s嘛有啥说的? 你也许知道声速其实随着高度增加在降低. 但声速怎么算呢? 其实丫跟压力没直接关系, 跟密度也没直接关系....
这个要让你跌眼镜了,声速的计算只跟温度有关..... 知道真相的我眼泪流了下来....
记住: 声速 a = sqrt(γ*R*T) --sqrt指根号; γ是常数, 空气是1.4, R是气体常数, 前面讲过, 空气是287.05;
马赫数
马赫数更简单, M = V(TAS)/a ,当地真空速与当地音速的比值。你想了一下又要摔了! 同样的地速在不同高度下马赫数压根不一样好吗! 马赫数更高不代表可以更快回家吃饭好嘛!!
的确是这样,但马赫数告诉你你的飞机是否进入了超音速状态, 超音速后你的气动特性, 操纵特性, 升阻比都会变化的,还要考虑激波问题. 而且高超音速之后你的气动加热问题也会很严重.
