2014年化工工程師普通物理知識點輔導16

　　在平流層下部，氣溫不隨高度而變，音速也不變，為295.2米/秒?？諝饬鲃拥囊?guī)律和飛機的空氣動力特性，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動，音速是一個非常重要的基準值。

　　音速不是一個固定的值. 在干燥空氣中, 音速的經(jīng)驗公式是:

　　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)場合可以忽略不計. 對于華氏氣溫, 可以用公式換算: F=9C/5+32(C=攝氏氣溫).

　　國際標準大氣ISA規(guī)定: 在對流層中(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℃.

　　利用上面的公式計算不同海拔的氣溫, 再綜合前面的音速經(jīng)驗公式, 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). 噴氣式飛機都喜歡在 1萬米左右的高空巡航, 因為這里是平流層的底部, 可以避開對流層因?qū)α骰顒佣a(chǎn)生的氣流. 在11000~20000m的同溫層內(nèi), 音速的標準值是1062km/h, 而且基本穩(wěn)定.

　　噴氣式飛機都用馬赫數(shù) Ma來表示速度, 而不用對地速度. 這是因為物體在空氣中飛行時, 前端會壓縮空氣形成波動, 這個波動是以音速傳播的(因為聲波也是波動的一種). 如果物體的飛行速度超過音速, 那么這些波動無法從前端傳播, 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. 激波會極大地增加飛行阻力, 影響到整個飛行狀態(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, 但他們的對地速度是不相等的; 不過, 他們受到的阻力卻大致相當. 所以, 飛行器都是用當?shù)氐囊羲? 來衡量當前速度的。

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