大氣飛行環境
飛行器在大氣層內飛行時所處的環境條件。包圍地球的空氣層(即大氣)是航空器的唯一飛行活動環境,也是飛彈和太空飛行器的重要飛行環境。大氣層無明顯的上限,它的各種特性在鉛垂方向上的差異非常明顯,例如空氣密度隨高度增加而很快趨於稀薄。以大氣中溫度隨高度的分布為主要依據,可將大氣層劃分為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層(外大氣層)等5個層次(圖1)。航空器的大氣飛行環境是對流層和平流層。大氣層對飛行有很大影響,惡劣的天氣條件會危及飛行安全,大氣屬性(溫度、壓力、濕度、風向、風速等)對飛機飛行性能和飛行航跡也會產生不同程度的影響(見大氣影響)。
![飛行環境](/img/a/3b3/nBnauM3XyETOzIDN3ETNwQDO3QTM5QDM0ADM0QTNwAzMxAzLxUzLxEzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg)
![大氣飛行環境](/img/4/d20/nBnauM3XwADM1gjNyQjMxgDM5ETMwADMwADMwADMwADMxAzLyEzLwAzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg)
②對流層中層:它的底界即摩擦層頂,上界高度約為6公里,這一層受地表的影響遠小於摩擦層。大氣中雲和降水現象大都發生在這一層內。這一層的上部,氣壓通常只及地面的一半,在那裡飛行時需要使用氧氣。一般輕型運輸機、直升機等常在這一層中飛行。
③對流層上層:它的範圍從6公里高度伸展到對流層的頂部。這一層的氣溫常年都在0°C以下,水汽含量很少。各種雲都由冰晶或過冷卻水滴組成。在中緯度和副熱帶地區,這一層中常有風速等於或大於30米/秒的強風帶,即所謂的高空急流。飛機在急流附近飛行時往往會遇到強烈顛簸,使乘員不適,甚至破壞飛機結構和威脅飛行安全。
此外,在對流層和平流層之間,還有一個厚度為數百米到1~2公里的過渡層,稱為對流層頂。對流層頂對垂直氣流有很大的阻擋作用。上升的水汽、塵粒等多聚集其下,那裡的能見度往往較差。
平流層 位於對流層頂之上,頂界伸展到約50~55公里。在平流層內,隨著高度的增加氣溫最初保持不變或微有上升,到25~30公里以上氣溫升高較快,到了平流層頂氣溫約升至 270~290K。平流層的這種氣溫分布特徵同它受地面影響小和存在大量臭氧(臭氧能直接吸收太陽輻射)有關。這一層過去常被稱為同溫層,實際上指的是平流層的下部。在平流層中,空氣的垂直運動遠比對流層弱,水汽和塵粒含量也較少,因而氣流比較平緩,能見度較佳。對於飛行來說,平流層中氣流平穩、空氣阻力小是有利的一面,但因空氣稀薄,飛行器的穩定性和操縱性惡化,這又是不利的一面。高性能的現代殲擊機和偵察機都能在平流層中飛行。隨著飛機飛行上限的日益增高和火箭、飛彈的發展,對平流層的研究日趨重要。
中間層 從平流層頂大約50~55公里伸展到80~85公里高度。這一層的特點是:氣溫隨高度增加而下降,空氣有相當強烈的垂直運動。在這一層的頂部氣溫可低至160~190K。
熱層 它的範圍是從中間層頂伸展到約 800公里高度。這一層的空氣密度很小,聲波也難以傳播。熱層的一個特徵是氣溫隨高度增加而上升。另一個重要特徵是空氣處於高度電離狀態。熱層又在電離層範圍內。在電離層中各高度上空氣電離的程度是不均勻的,存在著電離強度相對較強的幾個層次,如D、E、F層。有時,在極區常可見到光彩奪目的極光。電離層的變化會影響飛行器的無線電通信。
散逸層 又稱逃逸層、外大氣層,是地球大氣的最外層,位於熱層之上。那裡的空氣極其稀薄,同時又遠離地面,受地球的引力作用較小,因而大氣分子不斷地向星際空間逃逸。太空飛行器脫離這一層後便進入太空飛行。