ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2024
Просмотров: 57
Скачиваний: 0
повышение температуры и на высотах 50—60 км темпе ратура приближается к 0°, несмотря на большую разре женность воздуха.
Далее идет слой атмосферы, |
который называется м е- |
з ос фе ро й . Он расположен на |
высоте примерно 50— |
80 км. |
|
Затем идет слой т е р м о с ф е р ы (80— 1000 км) и |
|
э к з о с ф е р ы (от 1000 км и выше). Эти слои характери зуются дальнейшим уменьшением плотности воздуха и изменением температуры. На высоте примерно 1100 км наблюдаются полярные сияния. Слои атмосферы от 60 до 400 км сильно ионизированы.
На высотах 80— 120 км разрежение воздуха настоль ко велико, что он уже не может считаться сплошной сре дой и поэтому методы аэродинамических расчетов и их результаты иные, чем в нижних слоях атмосферы.
Для того чтобы произвести расчет аэродинамических характеристик летательного аппарата, необходимо знать параметры воздуха: давление, плотность, температуру, которые в основном н определяют его физические свой ства, влияющие иа величины аэродинамических сил, воз никающих при полете. Но это еще не все. На аэродина мические характеристики влияет сила и направление вет ра, влажность воздуха. Эти данные дают метеорологи по результатам показаний метеорологических приборов.
Параметры воздуха непрерывно изменяются во вре мени. Их изменение происходит не только в течение дли тельного времени от зимы к лету, но и в течение корот кого времени — днем и ночью. Параметры изменяются п
вболее короткие промежутки времени: часы и минуты.
Вверхних слоях тропосферы часто наблюдаются струнные течения воздуха, которые определенным обра зом влияют на аэродинамические характеристики лета тельного аппарата. Сильные порывы ветра над поверхно стью земли могут изменять силу и направление потока воздуха в течение секунд.
Как же учесть влияние атмосферных условий на по лет летательного аппарата?
Для этого составляют таблицы так называемой стан дартной атмосферы с осредиенными значениями пара метров атмосферы для каждой высоты. Получаются как бы идеальные значения параметров атмосферы, которые
28
не изменяются во времени, остаются постоянными, неза висимыми от времени года, суток.
Параметры воздуха на различных высотах определя ются теоретически и опытным путем. Для опытного оп ределения параметров применяются шары-пилоты, метео рологические ракеты, искусственные спутники Земли.
На практике применяется несколько стандартных ат мосфер.
Международная стандартная атмосфера (MCA). Па раметры этой атмосферы (давление, плотность, темпера тура и др.) считаются независимыми от времени года :: суток, от широты местности и являются результатом ос
реднения и теоретического обобщения |
опытных данных |
|
(в том числе и искусственных спутников). |
|
|
В качестве наземных условий в MCA |
приняты: дав |
|
ление ро — 760 мм рт. ст., плотность q0 = |
0,125 и температу |
|
ра Т= 288 К (15° С ). |
|
|
Нормальная артиллерийская атмосфера |
(НАА). Из |
|
менение температуры воздуха с высотой в нормальной |
||
артиллерийской атмосфере примерно соответствует средиелетиему изменению температуры в средних шпротах нашей страны. НАА в отличие от MCA учитывает влаж ность воздуха и поэтому более удобна при расчетах.
Временная стандартная атмосфера 1960 г. (ВСА-60). Таблицы временной стандартной атмосферы содержат значения плотности, давления, температуры 'и другие данные, необходимые для расчетов. Такие таблицы для ВСА-60 составлены до высоты 200 км, для других стан дартных атмосфер — значительно ниже. Во временной стандартной атмосфере температура с высотой делится на десять слоев, в каждом таком слое температура изме няется под линейному закону.
В настоящее время действует с т а н д а р т н а я атмо- с ф е.р а, утвержденная ГОСТом 4401—64, как наиболее отвечающая современному уровню знаний об атмосфере.
Некоторые ее величины приведены в табл. |
1. |
||
Поясним таблицу стандартной атмосферы. В первой |
|||
графе таблицы указана высота |
над уровнем моря до |
||
40 000 |
м. |
|
|
Во |
второй графе приведено |
барометрическое давле |
|
ние, пересчитанное в н/м2. |
|
|
|
В третьей графе приведена температура в градусах |
|||
Кельвина на данной высоте. Нормальной |
температурой |
||
29
воздуха |
на уровне моря (т. е. при # = О м) считается |
7*0 = 288, |
16 |
Из третьей графы видно, что до высоты 25 000 м тем пература воздуха повышается примерно на 3° на каждый километр подъема, а затем понижается.
Вчетвертой графе указана плотность воздуха рп на данной высоте, а в пятой графе отношение плотности на данной высоте к плотности воздуха при нормальных ус ловиях.
Вшестой графе дана скорость звука на этих высотах.
Озвуке
Что такое звук и почему он интересует аэродинами кой?
Натянем струну какого-либо музыкального инстру мента, а затем отпустим ее. Струна начнет колебаться и передавать свои колебания прилегающим к ней частицам воздуха. Частицы в свою очередь передадут колебания соседним. И так далее. Когда колеблющиеся частицы воздуха достигнут нашего уха, они вызовут колебания барабанной перепонки. Мы услышим звук, издаваемый музыкальным инструментом.
Эти колебания или, как их называют ученые, слабые возмущения воздуха, есть не что иное, как небольшие из менения плотности п давления воздуха в пространстве. Мы ощущаем их как звук и называем звуковыми волна ми. Следовательно, звук — это колебательное движение частиц, распространяющееся в виде волн в газообразной жидкой или твердой среде.
Известно, что при отсутствии воздействия сил тела могут двигаться только прямолинейно и равномерно. Ко лебательное движение — это не прямолинейное и не равномерное движение. Следовательно, колебательное движение вызывается какими-то силами. Этими силами являются силы упругости. Упругостью обладают не толь ко газы, но также жидкие и твердые тела. Поэтому ко лебательное движение свойственно не только газам, но и жидкостям и твердым телам. Твердые н жидкие тела также передают звуковые волны. И чем плотнее среда, тем скорость распространения звука в ней больше. Ха
30
р&ктерйстйками колебаний среды являются перйод коле
бания и амплитуда.
Т аблица 1
Некоторые величины стандартной атмосферы (по ГОСТу 4401—64)
Г еомет- |
Барометри |
|
|
Относитель |
|
ческое j |
Темпера |
Плотность |
Скорость |
||
рическая |
давление |
тура Ти, |
ная |
звука |
|
высота |
6 я . кгс/мЗ |
плотность |
|||
Н, м |
PH- Ю-3 > |
К |
|
A=6/-//Qu |
а, м/с |
|
Н/М2 |
|
|
|
|
0 |
101,325 |
288,16 |
1,2250 |
1,0000 |
340,28 |
1000 |
89,876 |
281,65 |
1,1117 |
9,0751-10-1 336,43 |
|
2 000 |
79,498 |
275,14 |
1,0067 |
8,2171-10-1 332,52 |
|
3 000 |
70,125 |
268,64 9,0941-10-1 |
7,4237-10-1 328,56 |
||
4 000 |
61,656 |
262,13 8,1942-10-1 |
6,6891-10-1 324,56 |
||
5 000 |
54,045 |
255,63 7,3654-10-1 |
6,0125-10-1 320,51 |
||
6 000 |
47,213 |
249,13 6,6022-10-1 |
5,3895-10-1 316,41 |
||
7 000 |
41,098 |
242,63 5,9011-10-1 |
4,8171-10-1 312,25 |
||
8 000 |
35,648 |
236,14 5,2591-10-1 |
4,2931-10-1 308,05 |
||
9 000 |
30,791 |
229,64 4,6712-10-1 |
3,8132-10-1 303,78 |
||
10 000 |
26,491 |
223,15 4,1356-10-1 |
3,3761-10-1 299,45 |
||
11000 |
22,690 |
216,66 3,6485-10-1 |
2,9784-10-1 295,0 |
||
13000 |
16,572 |
216,66 2,6648-10-1 |
2,1753-10-1 295,07 |
||
15 000 |
12,107 |
216,66 1,9467-10-1 |
1,5891-10-1 295,07 |
||
20 000 |
5,5269 |
216,66 8,8871-10-2 |
7,2547-10-2 295,07 |
||
25 000 |
2,5262 |
216,66 4,0621-10-2 |
3,3160-10-2 295,07 |
||
30 000 |
1,1836 |
230,35 |
1,7901-10-2 |
1,4613-10-2 304,25 |
|
35 000 |
0,58024 |
244,01 8,2842-Ю-з |
6,7626-Ю-з 313,14 |
||
40 000 |
0,29586 |
257,66 |
4,0003-Ю-з |
3,2656-Ю-з |
321,78 |
Периодом колебания называется время одного коле
бания, например, когда маятник стенных часов из одного крайнего положения переместится в другое, а затем воз вратится в первоначальное положение.
Число полных колебаний или периодов за |
одну секун |
ду называют ч а с т о т о й к о л е б а н и й . За |
единицу ча- |
31
еТоты принимается одно колебание в секунду и называю? ее герц (сокращенно Гц).
Если в течение секунды произошло 1 0 колебании, то говорят, что частота этого процесса 10 Гц.
Второй характеристикой колебаний среды является амплитуда колебаний.
Амплитудой колебаний называется наибольшее откло нение от положения равновесия. Например, отклонение маятника часов от нейтрального положения в крайнее правое или левое положение. Амплитуда колебаний ука зывает на силу звука. Чем больше амплитуда, тем боль ше сила звука, тем звук громче.
Колебания могут быть медленными и быстрыми; они передаются с частотой и менее единицы и с частотой де
сятков тысяч колебаний в секунду и более. |
|
|
Одни колебания |
наше ухо воспринимает |
как звук, |
другие — не воспринимает. |
|
|
Ухо человека воспринимает звуковые волны с часто |
||
той от 2 0 до 2 0 0 0 0 Гц. |
|
|
Волны с частотой менее 20 Гц называются |
и н фр а |
|
з в у к а м и, а больше |
20 000 Гц — у л ь т р а з в у к а м н. |
|
Инфразвуковые и ультразвуковые колебания возника ют в природе и очень широко используются в науке, тех нике, медицине. Например, инфразвуковые колебания ча сто возникают в морях и океанах. При возникновении в океане шторма или еще более грозного явления — цуна ми, инфразвуковые волны, имеющие большую скорость распространения, принимаются специальными прибора ми и оповещают плавающие в океане корабли и жителей прибрежных районов об опасности. Инфразвуковые ко лебания распространяются па большие расстояния и в земной поверхности. Это свойство широко используется сейсмологами, изучающими землетрясения и прогнози рование их. Таким образом можно зарегистрировать ме сто подземного ядерного взрыва на очень большом рас стоянии.
Не менее широкое распространение в природе имеют и ультразвуковые колебания, которые также использу ются в науке и технике.
Ультразвуковые колебания излучают некоторые жи вотные, ультразвук им заменяет зрение. Например, лету чая мышь свободно ориентируется в темноте. Летучая мышь имеет орган— механизм эхолокации. Ультразву
32