在平流層下部,氣溫不隨高度而變,音速也不變,為295.2米/秒?諝饬鲃(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(shuō)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(méi)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(wàn)米左右的高空巡航,因?yàn)檫@里是平流層的底部,可以避開(kāi)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(lái)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(guò)音速,那么這些波動(dòng)無(wú)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(guò)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(guò),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,?lái)衡量當(dāng)前速度的。
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