1、大气数据系统（概论）刘瑞华中国民航大学 电子信息工程学院2022年1月24日14时34分第2/共252022年1月24日14时34分第3/共252022年1月24日14时34分第4/共252022年1月24日14时34分第5/共252022年1月24日14时34分第6/共25“大气数据系统大气数据系统”课程介绍课程介绍n“大气数据系统大气数据系统”是电子信息工程专业本科是电子信息工程专业本科生的专业课程之一，主要介绍大气数据基本生的专业课程之一，主要介绍大气数据基本理论、典型大气数据仪表、大气数据计算机理论、典型大气数据仪表、大气数据计算机及其输出显示部分。及其输出显示部分。n重点是理解气压高
2、度公式的推导、能利用柏重点是理解气压高度公式的推导、能利用柏努里方程建立指示空速、计算空速、真空速、努里方程建立指示空速、计算空速、真空速、马赫数公式。马赫数公式。n掌握气压高度表、指示空速表、马赫数表、掌握气压高度表、指示空速表、马赫数表、升降速度表等基本工作原理，基本掌握大气升降速度表等基本工作原理，基本掌握大气数据计算机系统的组成、硬数据计算机系统的组成、硬/软件的分析、各软件的分析、各种形式的监控原理、显示原理及大气数据计种形式的监控原理、显示原理及大气数据计算机与其他系统的联系。算机与其他系统的联系。2022年1月24日14时34分第7/共25“大气数据系统大气数据系统”课程介绍课程
3、介绍n计划学时计划学时：12课内学期课内学期n考试性质考试性质：闭卷笔试：闭卷笔试n成绩评定成绩评定笔试成绩笔试成绩85分（闭卷）分（闭卷）平时成绩占平时成绩占15分（依据平时作业和出勤情分（依据平时作业和出勤情况评定）况评定）大气数据占课程总成绩大气数据占课程总成绩20%n选用教材选用教材：赵淑荣，罗云林：赵淑荣，罗云林：大气数据系大气数据系统统，兵器工业出版社，兵器工业出版社n授课老师：刘瑞华，授课老师：刘瑞华，130343620882022年1月24日14时34分第8/共25“大气数据系统大气数据系统”课程介绍课程介绍n主要教学内容：主要教学内容：概论概论飞行高度及高度变化率的测量飞行高
4、度及高度变化率的测量飞行速度飞行速度全静压系统全静压系统大气数据计算机系统大气数据计算机系统大气数据计算机的基本计算方法大气数据计算机的基本计算方法大气数据计算机系统输出及显示仪表大气数据计算机系统输出及显示仪表2022年1月24日14时34分第9/共25大气数据系统：发展概况大气数据系统：发展概况n50年代前，分立式仪表年代前，分立式仪表n50年代后，机载设备相继增多年代后，机载设备相继增多n模拟式中央大气数据计算机模拟式中央大气数据计算机n各种模拟器件各种模拟器件,伺服系统伺服系统n70年代年代,混合式大气数据计算机混合式大气数据计算机n80年代年代,数字式大气数据计算机数字式大气数据计算
5、机（DADC）出现，为飞机提供更多）出现，为飞机提供更多的大气数据参数的大气数据参数2022年1月24日14时34分第10/共25大气数据系统：地球大气层大气数据系统：地球大气层n地球外围由大气层所包围。地球外围由大气层所包围。n按照物理性质，大气可分为五层：按照物理性质，大气可分为五层：对流层（变温层）对流层（变温层）平流层（同温层）平流层（同温层）中间层中间层电离层（热层）电离层（热层）散逸层散逸层2022年1月24日14时34分第11/共25地球大气层地球大气层n对流层对流层l距地球中纬度距地球中纬度11km，赤道，赤道17km，两极，两极8km，包含了大气质量的，包含了大气质量的3/4
6、n平流层平流层l对流层顶部到离地约对流层顶部到离地约30km，温度几乎不变，包含了大气质量的约，温度几乎不变，包含了大气质量的约1/4n中间层中间层l30km到到80100km为止，大量的臭氧，大气质量的为止，大量的臭氧，大气质量的1/3000n电离层电离层l中间层到离地中间层到离地500km，空气稀薄，听不到声音，空气稀薄，听不到声音n散逸层散逸层离地离地5001600km之间，也称为外层大气之间，也称为外层大气2022年1月24日14时34分第12/共25大气数据系统：大气紊流大气数据系统：大气紊流n大气紊流（湍流）：大气紊流（湍流）： 空气空气紊乱流动紊乱流动的现象，旋涡和不规则的波动，
7、使得大的现象，旋涡和不规则的波动，使得大气中的风向、风速呈随机变化。其特征是间断性和气中的风向、风速呈随机变化。其特征是间断性和片块状，会使飞机产生颠簸。片块状，会使飞机产生颠簸。n风切变：风切变： 空间任意两点之间空间任意两点之间风矢量风矢量的变化。的变化。n微下冲气流：微下冲气流： 较强的较强的下降气流下降气流。飞机在起飞、着陆过程中遇到超过。飞机在起飞、着陆过程中遇到超过自己爬升或下降速率的下降气流，对飞行的危害最自己爬升或下降速率的下降气流，对飞行的危害最大。大。2022年1月24日14时34分第13/共25大气数据系统：大气参数大气数据系统：大气参数l静压静压(ps)：飞机周围自由空
8、气的压力飞机周围自由空气的压力l动压动压(pd)：气流的定向运动具有动能，当气流气流的定向运动具有动能，当气流到达驻点时，动能变为压力能和热能。单位到达驻点时，动能变为压力能和热能。单位面积上升高的压力称为动压面积上升高的压力称为动压 pd=1/2H2 H为标准大气为标准大气H高度上的空气密度，高度上的空气密度，v为空速。为空速。 l冲压冲压(pc)：定义与动压相同。：定义与动压相同。l区别是：动压是不可压缩的流体的理想定义，而区别是：动压是不可压缩的流体的理想定义，而冲压是考虑了空气的可压缩性。冲压是考虑了空气的可压缩性。lMa数小于数小于0.3时，冲压与动压似相等。时，冲压与动压似相等。2
9、022年1月24日14时34分第14/共25与大气数据有关的参数与大气数据有关的参数l全压全压(pt)：动压和静压之和，即气流到达驻点时，：动压和静压之和，即气流到达驻点时，单位面积上的总压力单位面积上的总压力l总温总温(Tt)：气流到达驻点时获得的气温叫总温：气流到达驻点时获得的气温叫总温l静温静温(Ts)：飞机周围自由空气所具有的温度：飞机周围自由空气所具有的温度l攻角攻角(AOA)：飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴：飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴之间的夹角（飞机竖轴和纵轴所在平面内测量的角之间的夹角（飞机竖轴和纵轴所在平面内测量的角度）度）l侧滑角侧滑角(SSA)：飞机的质量中心运动轨
10、迹与飞机纵：飞机的质量中心运动轨迹与飞机纵轴之间的夹角（飞机横轴和纵轴所在平面内测量的轴之间的夹角（飞机横轴和纵轴所在平面内测量的角度）角度）2022年1月24日14时34分第15/共25大气数据系统：国际标准大气大气数据系统：国际标准大气n1972年，由航空航天器技术委员会起草，年，由航空航天器技术委员会起草，国际民航组织、国际气象组织讨论，世国际民航组织、国际气象组织讨论，世界各主要国家同意，国际标准化组织编界各主要国家同意，国际标准化组织编写写国际标准国际标准ISO-2533标准大气标准大气。n标准规定了标准规定了20008000米高度范围内米高度范围内大气参数与高度的关系。大气参数与高
11、度的关系。2022年1月24日14时34分第16/共25大气数据系统：国际标准大气大气数据系统：国际标准大气 国际标准大气的规定国际标准大气的规定n空气为干燥清洁的空气为干燥清洁的理想气体理想气体，并遵循理想，并遵循理想气体方程所确立的关系气体方程所确立的关系式中，式中，p：气体压强，：气体压强，：空气密度，：空气密度，R：空：空气气体常数，气气体常数，T：气体温度：气体温度RTMTRP*2022年1月24日14时34分第17/共25国际标准大气国际标准大气n国际标准大气以国际标准大气以平均海平面平均海平面作为零高度作为零高度气压为气压为1个标准大气压，气温个标准大气压，气温15，密度为密度为
12、0.125kg.s2/m4n为便于探讨大气中的压力分布，国际标为便于探讨大气中的压力分布，国际标准大气引用了准大气引用了重力势高度重力势高度的概念。的概念。重力势表示地球大气层内某一给定点上空重力势表示地球大气层内某一给定点上空气微粒的势能。气微粒的势能。重力势高度以平均海平面作为重力势高度重力势高度以平均海平面作为重力势高度和几何高度的共同基准。和几何高度的共同基准。重力势高度又称为重力势高度又称为标准气压高度标准气压高度。2022年1月24日14时34分第18/共25国际标准大气国际标准大气当空气微粒沿地球法线移动，单位质量所当空气微粒沿地球法线移动，单位质量所做的功为：做的功为：d=gh
13、dz= ghdh 重力势高度：重力势高度：H= /gn重力加速度随地理纬度的变化：重力加速度随地理纬度的变化：重力势高度与几何高度重力势高度与几何高度的关系为：的关系为： H=rh/(r+h)0hhg dh 29.80616 1 0.0026373cos20.0000059cos 2g2022年1月24日14时34分第19/共25国际标准大气国际标准大气n国际标准大气规定的国际标准大气规定的高度分层高度分层、大气温、大气温度及气温垂直梯度的关系度及气温垂直梯度的关系式中，式中，Hb和和Tb分别为相应层的重力势和大分别为相应层的重力势和大气温度的下界面值，气温度的下界面值，为气温的垂直变化为气温
14、的垂直变化率率( (=dT/dH)=dT/dH)bbhHHTT2022年1月24日14时34分第20/共25国际标准大气国际标准大气n国际标准大气条件，国际标准大气条件，气压与温度气压与温度的关系的关系取截面积为取截面积为dF、高度为、高度为dh的微气柱，其上下压差为的微气柱，其上下压差为dp分分析：析：dpdFgdhdFdh/hhnHbbdpdFg dhdFpRTggdppdhdHRTRTTTTHH 2022年1月24日14时34分第21/共25国际标准大气国际标准大气从而得到国际标准大气条件下，从而得到国际标准大气条件下，气压与高气压与高度的关系度的关系为为bbbnbhbgRbhbTHHT
15、RgPPHPPTHnlnlnln 10/或时bbnbhhbnbbHHRTgPPPPgRTHHlnln ln0或时2022年1月24日14时34分第22/共25大气数据系统：大气参数的测量单大气数据系统：大气参数的测量单位位n压力单位压力单位l帕斯卡帕斯卡Pa：每平方米的面积上作用有：每平方米的面积上作用有1牛顿的力牛顿的力 1Pa=1N/m2l标准大气标准大气atm：标准海平面的气压：标准海平面的气压 1atm=101325Pal工程大气压工程大气压at：1at=1Kgf/cm2=9.80665104Pa2022年1月24日14时34分第23/共25大气参数的测量单位大气参数的测量单位巴巴ba
16、r： 1bar=106dyn/cm2= 105 Pa毫米液柱：以液柱高度来表示压力的大小毫米液柱：以液柱高度来表示压力的大小1mmHg=1Torr=1/760atm=133.322Pa1mmH2O=9.80665Pa磅磅/英寸英寸2PSi：1PSi=1bf/in2=6.89476103Pa2022年1月24日14时34分第24/共25大气参数的测量单位大气参数的测量单位n温标温标作为温标的条件：可重复出现的固定点温度，作为温标的条件：可重复出现的固定点温度，标准温度计，相邻温度点的内插公式。标准温度计，相邻温度点的内插公式。三相点：可使一种物质三相（气相，液相，三相点：可使一种物质三相（气相，
17、液相，固相）共存的一个温度和压力的数值。如水固相）共存的一个温度和压力的数值。如水的三相点在的三相点在0.01（273.16K）及）及611.73Pa 出现。出现。摄氏温标（摄氏温标（t）、华氏温标（）、华氏温标（F）、热力学温）、热力学温标（标（T）、国际实用温标）、国际实用温标15.273 3259tTtF2022年1月24日14时34分第25/共25作业作业n1.国际标准大气的内容是什么？国际标准大气的内容是什么？n2.国际标准大气条件下，气压与高度的国际标准大气条件下，气压与高度的关系是什么？关系是什么？n3.大气温度及气温垂直梯度的关系。大气温度及气温垂直梯度的关系。n4.常见的大气压力单位。常见的大气压力单位。n5.摄氏温度与其他温度的换算公式。摄氏温度与其他温度的换算公式。
