|
3.2.2. Международная стандартная атмосфера (МСА)
|
Рис. 3.5.
Параметры МСА |
Необходимость сравнения результатов летных испытаний ЛА в различных
условиях привела к созданию математической модели условной атмосферы. В
соответствии с этой моделью по высоте атмосфера делится на несколько слоев,
внутри которых температура изменяется по определенному закону, довольно
близко совпадающему со среднегодовыми значениями на средних широтах в
летнее время (рис. 3.5). Это тропосфера (от греч. tropos – поворот, изменение),
стратосфера (от лат. stratum – слой), мезосфера (от греч. mesos – средний,
промежуточный), термосфера (от греч. – теплота, жар),
экзосфера (от греч.
– вне, наружу).
Сравнительно тонкие слои атмосферы, толщина которых измеряется
десятками и сотнями метров, отделяющие друг от друга основные слои
атмосферы, называются соответственно тропопаузой,
стратопаузой,
мезопаузой.
Единая для всех государств международная стандартная атмосфера –
условная атмосфера, в которой распределение давления по высоте в поле
силы тяжести получается при определенных предположениях о распределении
температуры по вертикали из барометрической формулы
где
|
pH
|
–
|
давление на высоте;
|
|
p0
|
–
|
давление на уровне Мирового океана;
|
|
M
|
–
|
молярная масса газа;
|
|
g
|
–
|
ускорение свободного падения;
|
| R
|
–
|
универсальная газовая постоянная;
|
|
T
|
–
|
температура;
|
| h |
–
|
постоянная Больцмана (по имени австр.
физика Л. Больцмана). |
|
Рис. 3.6. Параметры МСА
для малых высот |
В МСА за начало отсчета высоты принят уровень Мирового океана при
следующих нормальных условиях: ускорение свободного падения
g0=9,807 м/с2;
давление p0=101325 Па (760 мм рт. ст.); плотность
r0=1,2257 кг/м3 ; температура
T0=288 К (t0 =15°C); скорость звука
a0 = 340 м/с.
Подробные таблицы параметров стандартной атмосферы приводятся в
литературе. В специальном математическом обеспечении ЭВМ есть стандартные
программы, позволяющие рассчитывать параметры МСА.
Параметры МСА (изменение температуры и давления воздуха) для малых
высот, на которых летают вертолеты и самолеты, приведены на рис. 3.6.
Здесь же приведены данные о распределении среднегодовых значений
температуры t(H)max и t(H)min.
В первом приближении для тропосферы
(H = 0 -11 км) можно считать
где
| tH |
– |
температура воздуха на высоте H, °C; |
|
aH |
– |
скорость звука на высоте H, м/с;
|
| a0 |
– |
скорость звука на уровне Мирового океана,
м/с;
|
| rH |
– |
плотность воздуха на высоте H, кг/м3;
|
| r0 |
– |
плотность воздуха на
уровне Мирового океана,
кг/м3; |
| H
|
– |
расчетная высота, км.
|
В стратосфере (до высоты 20 км) в первом приближении
где
| r11 |
–
|
плотность воздуха на высоте 11 км, кг/м3;
|
| rH |
–
|
плотность воздуха на расчетной высоте H,
кг/м3;
|
|
H
|
–
|
расчетная высота, км.
|
Все расчеты при проектировании ЛА проводятся для условий МСА, что
позволяет сравнить результаты расчетов и летных испытаний нескольких ЛА,
проводимых в различных климатических поясах, путем пересчета результатов
испытаний на параметры международной стандартной атмосферы, «поместив»
все ЛА в одинаковые условия – условия МСА.
|
