第三讲-中低空飞行的大气环境

1.1飞行的大气环境1.1.1大气的基本状况飞机在大气中飞行，大气的温度、压强、密度对飞机的飞行性能有重要影响。

在不同的经度、纬度、高度（三维空间位置）、在不同的季节和时刻（时间位置），大气的温度、压强、密度会有差别，会有改变。

了解这些参数的差别和改变，对于分析飞机的飞行性能具有重要的意义。

大气的组成空气由多种气体分子组成。

按体积计算，氮气约占78%，氧气约占21%，其余为二氧化碳、水汽、氢、氩、氖、氦等气体。

大气中水汽的含量对飞机的飞行有重要影响。

大气层大气层的底界是地表，顶界没有明显的自然界限。

如果以空气密度接近于星际气体密度的高度作为顶界，高度约为2000~3000km。

沿重力方向，大气层中空气的密度、压力、温度等，差异非常显著。

通常把大气分为5层:：对流层、平流层、中间层、电离层、散逸层。

对流层高度范围：底界是地面，顶界随纬度和季节而变化。

对流层的厚度，在低纬度地区平均为16~18km，中纬度地区平均为10~12km，高纬度地区平均为8~9km。

温度变化：气温随高度的增加而降低。

气温影响对流层厚度。

夏季由于气温高，厚度要比冬季大。

每天早午晚的气温变化也同样影响对流层的厚度。

大气密度：受地球引力作用影响，对流层集中了全部大气质量的3/4和几乎全部的水汽，是天气变化最复杂的层次。

平流层高度范围：位于对流层之上，顶界扩展到50~55km。

温度分布：平流层下部常称为“同温层”。

随着高度的增加，气温保持不变（为190K）或略有升高；到20~30km以上，气温升高很快，到平流层顶，气温升至270~290K。

平流层的这种气温分布特征同它受地面影响较小和存在大量臭氧有关。

大气密度：平流层的空气稀薄，所包含的大气质量约占整个大气质量的1/4左右。

水汽：水蒸汽极少，通常没有雨、云、雾、雪、雹等天气现象。

风：空气没有上下对流，空气沿铅垂方向运动较弱，所以没有垂直方向的风，只有水平方向的风，而且风向稳定。

这是因为高空的空气稀薄，运动时摩擦力小，当大气层的空气随着地球自传时，上层的空气会出现滞后现象，这样相对地面来说，就形成水平方向的风。

低空飞行对生态环境的潜在影响分析随着科技的不断发展，低空飞行逐渐成为一种常见的活动。

低空飞行一般指距离地面 100 米到 1000 米之间的飞行活动，常见于通用航空、航拍、救援等领域。

然而，这种看似便捷和有趣的活动，却可能对生态环境产生一系列潜在的影响。

首先，低空飞行会对鸟类造成直接的干扰。

鸟类在飞行中依靠敏锐的视觉和听觉来感知周围环境，避免碰撞和寻找食物、栖息地。

低空飞行的飞行器产生的噪音会干扰鸟类的交流、导航和觅食行为。

特别是在鸟类的繁殖季节，噪音可能导致鸟类弃巢，影响繁殖成功率。

此外，飞行器的快速移动和外形可能会使鸟类产生误判，导致碰撞事故，直接威胁到鸟类的生命安全。

其次，低空飞行对大气环境也有一定的影响。

飞行器的发动机燃烧燃料会排放出废气，包括二氧化碳、氮氧化物和颗粒物等。

虽然单个飞行器的排放量相对较小，但随着低空飞行活动的增加，总体排放量不容忽视。

这些污染物会对空气质量产生负面影响，加剧温室效应和雾霾问题，对生态系统的平衡和人类的健康构成威胁。

再者，低空飞行可能影响植物的生长和繁殖。

飞行器产生的气流和噪音可能会对植物的花粉传播、种子散播产生干扰。

一些依赖风力传播花粉和种子的植物，可能会因为低空飞行带来的气流变化而影响繁殖成功率。

此外，飞行器的频繁低空飞行可能会对植物造成物理损伤，例如折断树枝、破坏花朵等，影响植物的生长和发育。

低空飞行还可能对野生动物的栖息地造成破坏。

许多野生动物依赖特定的生态环境作为栖息地，如湿地、森林和草原等。

低空飞行的噪音和干扰可能会改变这些栖息地的宁静，迫使野生动物离开原本的栖息地，寻找新的生存空间。

这可能导致野生动物的活动范围缩小，种群之间的交流减少，进而影响物种的多样性和生态系统的稳定性。

另外，低空飞行对于水生生态系统也存在潜在威胁。

在靠近水域的低空飞行可能会惊扰水鸟、鱼类和其他水生生物。

飞行器产生的噪音在水中传播的速度和距离都比在空气中更大，对水生生物的听觉系统和行为模式造成干扰。

大气飞行环境大气飞行环境飞行器在大气层内飞行所处的环境条件。

包围地球的空气层（大气）是飞行器的唯一飞行活动环境，也是导弹和航天器的重要飞行环境。

大气层无明显的上限，它的各种特性在铅垂方向上的差异非常明显，例如空气密度随高度增加而很快趋于稀薄。

以大气层中温度随高度的分布为主要依据，可将大气层划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层（外大气层）等５个层次（图１３）。

航空器的方向环境是对流层和平流层。

?大气层对飞行有很大影响，?恶劣的天气条件会危及飞行安全。

大气属性（温度、压力、湿度、风向、风速等）对飞机飞行特性和飞行航迹也会产生不同程度的影响。

对流层：大气大气中最低的一层。

对流层中气温随高度增加而降低，空气的对流运动极为明显，空气温度和湿度的水平分布也很不均匀。

对流层的厚度随纬度和季节变化，一般低纬度地区平均为１６～１８公里，中纬度地区平均为１０～１２公里，高纬度地区平均为８～９公里。

我国绝大部分地区都是夏季对流层厚，冬季对流层薄。

对流层中集中了全部地区四分之三的质量和几乎全部水汽，是天气变化最复杂的层次，也是对飞行影响最重要的层次。

飞行中所遇到的各种重要天气现象几乎度出现在这一层中，如雷暴、浓雾、低云雾、雨、雪、大气湍流、风切变等。

低速飞行的飞机一般在这一层中飞行。

平流层：位于对流层之上，顶界伸展的约５０～５５公里。

在平流层内，随高度的增加气温最初保持不变，或略有上升，到２０～３０公里以上气温升高较快，到平流层顶层气温约升至２７０～２９０Ｋ。

这一层过去常被称作同温层，实际指的是平流层的下部。

在平流层中空气的垂直运动远比对流层弱，水汽和尘粒含量也较少，因而气流比较平缓、能见度佳。

现代喷气旅客机和歼击机、轰炸机等一般都在平流层作巡航飞行。

但平流层中空气稀薄，飞行器的稳定性和操纵性恶化，这又是不利的一面。

在平流层飞行的飞机，必须使用气密增压座舱。

中间层：从平流层顶延伸到大约８０～８５公里高度。

这一层的特点是：气温随高度增加而下降，空气有相当剧烈的垂直运动，顶部气温可低至１６０～１９０Ｋ。

中低空飞行器的空气动力学特性分析中低空飞行器是一类以地面或低空为基础运行的航空器。

在这个范畴里，我们可以包括民用无人机、小型飞机以及一些轻型直升机等。

这些飞行器的使用范围广泛，包括农业喷洒、航拍摄影、产品运输等领域。

本文将从空气动力学特性的角度，分析中低空飞行器在飞行中的性能和特点。

首先，中低空飞行器相较于传统飞行器，其设计和制造过程更注重轻巧和灵活性。

由于飞行过程大多在低空进行，这类飞行器在空气动力学特性上与常规飞行器有所不同。

其中一个主要因素是升力的产生和控制。

升力是飞行器在空中保持飞行的关键。

与大型喷气式飞机相比，中低空飞行器通常采用较小的翼展和操纵面积。

这样的设计使得飞行器在低速飞行时仍能产生足够的升力。

此外，中低空飞行器通常配备了小型的推进系统，如螺旋桨或喷气发动机。

这些推进系统能够提供额外的升力和推力，帮助飞行器维持平稳飞行。

在飞行中，中低空飞行器的机动性取决于其操纵特性。

通常情况下，它们具有较小的惯性和较高的机动能力。

这使得飞行器能够更轻松地进行转弯、爬升和滚转等动作。

对于一些需要精确操作或进行空中作业的任务来说，这种机动性是非常重要的。

除了机动性，中低空飞行器在飞行中的阻力和稳定性也是需要关注的因素。

阻力是抵抗物体在流体中前进的力，对于飞行器而言，阻力不仅会减缓速度，还会消耗能量。

为了降低阻力，中低空飞行器通常采用流线型的外形设计，并且减小细节上的阻力，如减小气动面的阻力和减少不必要的凸起物。

稳定性方面，飞行器的空气动力学特性需要能够提供足够的稳定性，以确保在各种飞行条件下能够保持平稳。

除了以上的空气动力学特性，中低空飞行器还需要考虑飞行中可能遇到的不确定因素，如气流、气候和飞行环境的变化等。

这些因素可能会对飞行器的性能和稳定性产生影响，因此需要在设计和飞行操作中予以考虑。

综上所述，中低空飞行器的空气动力学特性是其性能和安全性的重要因素。

通过针对特定任务和使用场景的设计，这类飞行器能够在低空进行高效的飞行操作。

大气状况对飞机飞行航迹规划的影响分析飞机飞行是一项精密而复杂的任务，而大气状况则是影响飞行的重要因素之一。

大气状况的不同会导致飞机飞行中的许多变化，包括飞机的性能、燃料消耗和飞行时间等。

因此，了解和分析大气状况对飞机飞行航迹规划的影响至关重要。

首先，大气状况对飞机的性能有着直接的影响。

气温、湿度和气压等因素会改变空气的密度，而空气密度的变化将影响到飞机的升力、阻力和推力。

例如，高温和高湿度的气候条件会导致空气密度较低，进而会影响到飞机的升力产生和发动机的推力输出。

这将给飞行员带来挑战，需要他们进行相应的修正和调整，以确保飞机的性能在正常范围内。

其次，大气状况对燃料消耗也有着重要影响。

飞机的燃油消耗是根据预定航线和预计飞行条件进行计算的，其中包括了空气密度的变化。

随着大气状况的变化，如气温的上升或下降，燃油的燃烧效率也会发生变化。

在高温条件下，由于空气稀薄，飞机需要更多的推力来保持飞行，这将导致更多的燃油消耗。

而在较低温度下，飞机则可以在相同的推力下获得更好的性能，因此燃油消耗会更低。

同时，大气状况还会影响到飞行的时间和航程等因素。

空气的湿度和风速对飞机的巡航速度和航程有着重要影响。

湿度较高的气候条件会导致飞机飞行时，空气的密度较低，这将使飞机的巡航速度减慢。

而风速的变化则会对航程的计划产生直接的影响。

当飞机面对逆风时，其航程将受到一定程度的限制，因为风速会减慢飞机的地速，导致飞行时间延长。

从以上分析可以看出，大气状况对飞机飞行航迹规划有着深远的影响。

飞行员需要根据实时的大气状况数据，进行正确的航迹规划和调整。

这包括经过仔细的性能计算，以确保飞机在各种气候条件下仍能保持稳定的飞行性能。

此外，飞行员还需要根据燃油消耗的变化和飞行时间的延长，进行合理的燃油规划和飞行计划，以保证航班的顺利进行。

针对大气状况对飞机飞行航迹规划的影响，航空公司和飞行员可以采取一些措施来降低不利影响。

首先，航空公司可以提供及时准确的气象信息和飞行性能数据，以帮助飞行员进行准确的航迹规划和飞行决策。