Высота по плотности

редактировать
Таблица вычисления высоты по плотности

Высота по плотности - это высота относительно стандартных атмосферных условий, при которой плотность воздуха будет равна указанной плотности воздуха в месте наблюдения. Другими словами, высота по плотности - это плотность воздуха, заданная как высота над средним уровнем моря. Высота по плотности также может рассматриваться как барометрическая высота с поправкой на нестандартную температуру.

И повышение температуры, и снижение атмосферного давления, и, в гораздо меньшей степени, увеличение влажности, вызовет увеличение плотности на высоте. В жарких и влажных условиях высота по плотности в определенном месте может быть значительно выше истинной высоты.

В авиации высота по плотности используется для оценки аэродинамических характеристик самолета при определенных погодных условиях. подъемная сила, создаваемая аэродинамическими поверхностями самолета, и соотношение между его показанной воздушной скоростью (IAS) и его истинной воздушной скоростью (TAS), также подвержены изменениям плотности воздуха. Кроме того, мощность двигателя самолета зависит от плотности и состава атмосферы.

Содержание

  • 1 Безопасность самолета
  • 2 Прыжки с парашютом
  • 3 Расчет
    • 3.1 Формула Национальной метеорологической службы (NWS)
    • 3.2 Формула аппроксимации для расчета высоты по плотности на основе барометрической высоты
  • 4 См. Также
  • 5 Примечания
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

Безопасность воздушного судна

Плотность воздуха, возможно, является самым важным фактором, влияющим на летно-технические характеристики воздушного судна. Он имеет прямое отношение к:

  • подъемной силе, создаваемой крылом - уменьшение плотности воздуха снижает подъемную силу крыла.
  • Эффективность пропеллера или ротора - что для пропеллер (фактически аэродинамический профиль ) ведет себя аналогично подъемной силе на крыле.
  • Выходная мощность двигателя - выходная мощность зависит от потребления кислорода, поэтому мощность двигателя уменьшается, как эквивалентная плотность сухого воздуха уменьшается, и он производит еще меньше энергии, поскольку влага вытесняет кислород в более влажных условиях.

Самолет вылетает из аэропорта «жарко и высоко », например, Аэропорт Кито или Мехико находятся в значительном аэродинамическом недостатке. Следующие эффекты возникают из-за высоты по плотности, превышающей фактическую физическую высоту:

  • Самолет будет ускоряться медленнее при взлете из-за пониженной выработки мощности.
  • Самолету необходимо будет достичь более высокая истинная воздушная скорость для достижения той же подъемной силы - это подразумевает как более длинный разбег при взлете, так и более высокую истинную воздушную скорость, которую необходимо поддерживать в воздухе, чтобы избежать сваливания .
  • Самолет будет набирать медленнее из-за его снижение выработки мощности и уменьшение подъемной силы.

Из-за этих проблем с летными характеристиками может потребоваться снижение взлетной массы самолета или может потребоваться запланировать взлет на более прохладное время дня. Возможно, потребуется учитывать направление ветра и уклон взлетно-посадочной полосы.

Прыжки с парашютом

Высота по плотности является важным фактором в прыжках с парашютом, и его трудно правильно оценить даже для опытных парашютистов. В дополнение к общему изменению эффективности крыла, которое характерно для всей авиации, парашютный спорт требует дополнительных соображений. Существует повышенный риск из-за высокой мобильности прыгунов (которые часто будут путешествовать в зону приземления с совершенно другой высотой плотности, чем они привыкли, не будучи сознательно осведомлены об этом рутиной калибровка по QNH / QFE ). Другим фактором является более высокая подверженность гипоксии на большой высоте над уровнем моря, что в сочетании, особенно с неожиданно высокой скоростью свободного падения, может создавать опасные ситуации и несчастные случаи. Парашюты на больших высотах летают более агрессивно, уменьшая их эффективную площадь, что требует более высоких навыков пилота и может быть особенно опасным при высокопроизводительных посадках, которые требуют точных оценок и имеют низкий предел погрешности, прежде чем они станут опасными.

Расчет

Высота по плотности может быть рассчитана на основе атмосферного давления и температуры наружного воздуха (при условии сухого воздуха) по следующей формуле:

DA = T SL Γ [1 - (P / P SL T / T SL) Γ R g M - Γ R]. {\ displaystyle {\ text {DA}} = {\ frac {T _ {\ text {SL}}} {\ Gamma}} \ left [1- \ left ({\ frac {P / P _ {\ text {SL}} }} {T / T _ {\ text {SL}}}} \ right) ^ {\ frac {\ Gamma R} {gM- \ Gamma R}} \ right].}{\ displaystyle {\ text {DA}} = {\ frac {T _ {\ text {SL}}} {\ Gamma}} \ left [1- \ left ({ \ frac {P / P _ {\ text {SL}}} {T / T _ {\ text {SL}}}} \ right) ^ {\ frac {\ Gamma R} {gM- \ Gamma R}} \ right].}

В этой формуле

DA = {\ displaystyle {\ text {DA}} =}{\ displaystyle {\ text { DA}} =} Высота по плотности в метрах (m {\ displaystyle \ mathrm {m}}{\ displaystyle \ mathrm {m}} );
P = { \ displaystyle P =}P = (Статическое) атмосферное давление;
P SL = {\ displaystyle P _ {\ text {SL}} =}{\ displaystyle P _ {\ text {SL}} =} Стандартный уровень моря атмосферное давление (1013.25 {\ displaystyle 1013.25}{\ displaystyle 1013.25} гектопаскалях (h P a {\ displaystyle \ mathrm {hPa}}{\ displaystyle \ mathrm {hPa}} ) в Международной стандартной атмосфере (ISA), или 29,92 {\ displaystyle 29,92}{\ displaystyle 29.92} дюймов ртутного столба (в H g {\ displaystyle \ mathrm {inHg}}{\ displaystyle \ mathrm {inHg}} ) в стандартной атмосфере США );
T = {\ displaystyle T =}{\ displaystyle T =} Температура наружного воздуха в кельвинах (K {\ displaystyle \ mathrm {K}}{\ displaystyle \ mathrm {K}} ) (добавить 273.15 {\ displaystyle 273.15}{\ displaystyle 273.15} до температуры в градусах Цельсия (∘ C {\ displaystyle {^ {\ circ} \ mathrm {C}}}{\ displaystyle {^ {\ circ} \ mathrm {C}}} ));
T SL = {\ displaystyle T _ {\ text {SL }} =}{\ displaystyle T _ {\ text {SL}} =} Температура воздуха на уровне моря по ISA = 288,15 K {\ displaystyle = 288,15 ~ \ mathrm {K}}{\ displaystyle = 288,15 ~ \ ma thrm {K}} ;
Γ = {\ displaystyle \ Gamma =}{\ displaystyle \ Gamma =} ISA градиент температуры = 0,0065 К / м {\ displaystyle = 0,0065 ~ \ mathrm {K} / \ mathrm {m}}{\ displaystyle = 0,0065 ~ \ mathrm {K} / \ mathrm {m}} ;
R = {\ displaystyle R =}{\ displaystyle R =} Постоянная идеального газа = 8,3144598 Дж / (моль К) {\ displaystyle = 8.3144598 ~ \ mathrm {J} / (\ mathrm {mol} ~ \ mathrm {K})}{\ displaystyle = 8.3144598 ~ \ mathrm {J} / (\ mathrm {mol} ~ \ mathrm {K})} ;
г = {\ displaystyle g =}{\ displaystyle g =} Ускорение свободного падения = 9,80665 м / с 2 {\ displaystyle = 9.80665 ~ \ mathrm {m} / \ mathrm {s} ^ {2}}{\ displaystyle = 9.80665 ~ \ mathrm {m} / \ mathrm {s} ^ {2}} ;
M = {\ displaystyle M =}{\ displaystyle M =} Молярная масса сухого воздуха = 0,028964 кг / моль {\ displaystyle = 0,028964 ~ \ mathrm {кг} / \ mathrm {mol}}{\ displaystyle = 0,028964 ~ \ mathrm {kg} / \ mathrm {mol}} .

Национальная метеорологическая служба (NWS) формула

Национальная метеорологическая служба использует следующее приближение сухого воздуха к формуле для высоты плотности выше в своем стандарте:

DA = (145442,16 f t) × (1 - [(17,326 F / i n H g) × P 459,67 F + T] 0,235). {\ displaystyle {\ text {DA}} = (145442,16 ~ \ mathrm {ft}) \ times \ left (1- \ left [{\ frac {(17,326 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {F}} / \ mathrm {inHg}) \ times P} {459.67 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {F}} + T}} \ right] ^ {0.235} \ right).}{\ displaystyle {\ text {DA}} = (145442,16 ~ \ mathrm {ft}) \ times \ left (1- \ left [{\ frac {(17,326 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {F}} / \ mathrm {inHg}) \ times P} {459.67 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {F}} + T}} \ right] ^ {0.235} \ right).}

В этой формуле

DA = {\ displaystyle {\ text {DA}} =}{\ displaystyle {\ text { DA}} =} Высота по плотности в футах (ft {\ displaystyle \ mathrm {ft}}{\ displaystyle \ mathrm {ft}} );
P = {\ displaystyle P =}P = Давление на станции (статическое атмосферное давление) в дюймах ртутного столба (в H g {\ displaystyle \ mathrm {inHg}}{\ displaystyle \ mathrm {inHg}} );
T = {\ displaystyle T =}{\ displaystyle T =} Температура станции (температура наружного воздуха) в градусах Фаренгейта (∘ F {\ displaystyle {^ {\ circ} \ mathrm {F}}}{\ displaystyle {^ {\ circ} \ mathrm {F}}} ).

Обратите внимание, что Стандарт NWS указывает, что высота по плотности должна быть округлена до ближайшего значения 100 футов {\ displaystyle 100 ~ \ mathrm {ft}}{\ displaystyle 100 ~ \ mathrm {ft}} .

Формула аппроксимации для расчета высоты по плотности на основе барометрической высоты

Это - это более простая формула для вычисления (с большим приближением) высоты плотности по th Барометрическая высота и отклонение температуры ISA:

DA = PA + (118,8 f t / C) × (OAT - температура ISA). {\ displaystyle {\ text {DA}} = {\ text {PA}} + (118,8 ~ \ mathrm {ft} / {^ {\ circ} \ mathrm {C}}) \ times ({\ text {OAT} } - {\ text {Температура ISA}}).}{\ displaystyle {\ text {DA}} = {\ text {PA}} + (118,8 ~ \ mathrm {ft} / {^ {\ circ} \ mathrm {C}}) \ times ({\ text {OAT}} - {\ text {Температура ISA}}).}

В этой формуле

PA = {\ displaystyle {\ text {PA}} =}{\ displaystyle {\ text {PA}} =} Барометрическая высота в футах (ft {\ displaystyle \ mathrm {ft}}{\ displaystyle \ mathrm {ft}} ) = Высота станции в футах + (27 ft / mb) × (1013 mb - QNH) {\ displaystyle = {\ text {Высота станции в футах}} + (27 ~ \ mathrm {ft} / \ mathrm {mb}) \ times (1013 ~ \ mathrm {mb} - {\ text {QNH}})}{\ displaystyle = {\ text {Высота станции в футах}} + (27 ~ \ mathrm {ft} / \ mathrm {mb}) \ times (1013 ~ \ mathrm {mb} - { \ text {QNH}})} ;
QNH = {\ displaystyle {\ text {QNH}} =}{\ displaystyle {\ text {QNH}} =} Атмосферное давление в миллибарах (мб {\ displaystyle \ mathrm {mb}}{\ displaystyle \ mathrm {mb}} ) с поправкой на средний уровень моря ;
OAT = {\ displaystyle {\ text {OAT}} =}{\ displaystyle {\ text {OAT}} =} Температура наружного воздуха в градусах Цельсия (∘ C {\ displaystyle {^ {\ circ} \ mathrm {C}}}{\ displaystyle {^ {\ circ} \ mathrm {C}}} );
ISA Температура = 15 ∘ C - (1,98 ∘ C) × (PA 1000 футов) {\ displaystyle {\ text {ISA Temperature}} = 15 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {C}} - (1,98 ~ {^ { \ circ} \ mathrm {C}}) \ times \ left ({\ dfrac {\ text {PA}} {1000 ~ \ mathrm {ft}} } \ right)}{\ displaystyle {\ text {ISA Temperature}} = 15 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {C}} - (1.98 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {C}}) \ times \ left ({\ dfrac {\ text {PA}} {1000 ~ \ mathrm {ft}}} \ right)} , при условии, что температура наружного воздуха падает со скоростью 1,98 ∘ C {\ displaystyle 1.98 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {C}}}{\ displaystyle 1.98 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {C}}} на 1000 футов {\ displaystyle 1000 ~ \ mathrm {ft}}{\ displaystyle 1000 ~ \ mathrm {ft}} высоты до тропопаузы (на 36000 футов {\ displaystyle 36,000 ~ \ mathrm {ft}}{\ displaystyle 36,000 ~ \ mathrm {ft}} ) достигнуто.

Округление в большую сторону 1,98 ∘ C {\ displaystyle 1.98 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {C}}}{\ displaystyle 1.98 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {C}}} - 2 ∘ C {\ displaystyle 2 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {C}}}{\ displaystyle 2 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {C} }} , это приближение упрощается и становится

DA = PA + (118,8 фут / C) × [(PA 500 футов) ∘ C + OAT - 15 ∘ C] = (1,2376 × PA) + [(118,8 фут / C) × OAT] - 1782 фут. {\ displaystyle {\ begin {align} {\ text {DA}} = {\ text {PA}} + (118,8 ~ \ mathrm {ft} / {^ {\ circ} \ mathrm {C}}) \ раз \ left [\ left ({\ frac {\ text {PA}} {500 ~ \ mathrm {ft}}} \ right) {^ {\ circ} \ mathrm {C}} + {\ text {OAT}} - 15 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {C}} \ right] \\ = (1,2376 \ times {\ text {PA}}) + [(118,8 ~ \ mathrm {ft} / {^ {\ circ} \ mathrm {C}}) \ times {\ text {OAT}}] - 1782 ~ \ mathrm {ft}. \ end {align}}}{\ displaystyle {\ begin {align} {\ text {DA}} = {\ text {PA}} + (118,8 ~ \ mathrm {ft} / {^ {\ circ} \ mathrm {C} }) \ times \ left [\ left ({\ frac {\ text {PA}} {500 ~ \ mathrm {ft}}} \ right) {^ {\ circ} \ mathrm {C}} + {\ text { OAT}} - 15 ~ {^ {\ circ} \ mathrm {C}} \ right] \\ = (1,2376 \ times {\ text {PA}}) + [(118,8 ~ \ mathrm {ft} / {^ {\ circ} \ mathrm {C}}) \ times {\ text {OAT}}] - 1782 ~ \ mathrm {ft}. \ end {align}}}

См. также

Примечания

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-17 13:34:50
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте