注冊(cè)化工工程師

在平流層下部，氣溫不隨高度而變，音速也不變，為295.2米/秒。空氣流動(dòng)的規(guī)律和飛機(jī)的空氣動(dòng)力特性，在飛行速度小于音速和大于音速的情況下，具有質(zhì)的差別，因此，研究航空器在大氣中的運(yùn)動(dòng)，音速是一個(gè)非常重要的基準(zhǔn)值。

音速不是一個(gè)固定的值. 在干燥空氣中, 音速的經(jīng)驗(yàn)公式是:

音速 u=331.3+(0.606c)m/s (c=攝氏氣溫)

常溫下(15℃), 音速為 u=331.3+(0.606x15)= 340.4m/s, 這就是為什么都說音速是 340m/s (1225km/h)的緣故. 潮濕空氣的音速略有增加, 但是幅度不到0.5%, 大多數(shù)場(chǎng)合可以忽略不計(jì). 對(duì)于華氏氣溫, 可以用公式換算: F=9C/5+32(C=攝氏氣溫).

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣ISA規(guī)定: 在對(duì)流層中(0~11000m), 海平面的氣溫為 15℃, 氣壓 101325Pa, 空氣密度1.226kg/m3; 海拔每升高1000m, 氣溫下降 6.5℃.

利用上面的公式計(jì)算不同海拔的氣溫, 再綜合前面的音速經(jīng)驗(yàn)公式, 就可以推算不同海拔的音速了.

在11000~20000m的高空(屬平流層, 氣溫基本沒有變化, 所以又叫"同溫層"), 溫度下降到零下57℃(15-11x6.5= -56.5℃), 這里的音速是 u= 331.3+[0.606x(-57)]= 296.7m/s (約1068km/h). 噴氣式飛機(jī)都喜歡在 1萬米左右的高空巡航, 因?yàn)檫@里是平流層的底部, 可以避開對(duì)流層因?qū)α骰顒?dòng)而產(chǎn)生的氣流. 在11000~20000m的同溫層內(nèi), 音速的標(biāo)準(zhǔn)值是1062km/h, 而且基本穩(wěn)定.

噴氣式飛機(jī)都用馬赫數(shù) Ma來表示速度, 而不用對(duì)地速度. 這是因?yàn)槲矬w在空氣中飛行時(shí), 前端會(huì)壓縮空氣形成波動(dòng), 這個(gè)波動(dòng)是以音速傳播的(因?yàn)槁暡ㄒ彩遣▌?dòng)的一種). 如果物體的飛行速度超過音速, 那么這些波動(dòng)無法從前端傳播, 而在物體前端堆積, 壓力增大, 最終形成激波. 激波是超音速飛行的主要阻力源.

物體飛行速度一旦超過音速, 必然產(chǎn)生激波. 激波會(huì)極大地增加飛行阻力, 影響到整個(gè)飛行狀態(tài)以及燃料的消耗. 在不同的空氣環(huán)境中, 盡管飛行器的 Ma數(shù)相同, 但他們的對(duì)地速度是不相等的; 不過, 他們受到的阻力卻大致相當(dāng). 所以, 飛行器都是用當(dāng)?shù)氐囊羲? 來衡量當(dāng)前速度的。

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