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2.1.2 空气的特性

1.空气的连续性

空气是没有任何形状的,将空气存放在什么形状的容器中,空气就是什么形状,将容器开口置于空气中,空气总会填满这个容器。

研究无人机在空气中飞行时,一般将空气看作是连绵一片的、不会被切断的连续介质。当空气受到物体扰动而发生运动时,必然是一团气体一起运动。通常将这种概念称为空气的连续性假设。

空气的连续性假设在研究无人机空气动力学与飞行原理时,意义非常重要。图2-3所示为空气的连续性原理图。

图2-3 空气的连续性原理图

2.空气的温度

空气的温度随着大气层的高度不断变化,量化温度的主要方法有:摄氏度、华氏度与开氏度(绝对温度)。在对流层中,温度随高度的增加而降低,高度每增加约1km,气温下降约6.5℃;在平流层中,温度先是保持不变,约为-56.5℃,向上升至20~32km处时,气温开始升高;在中间层中,大气温度随着高度的增加急剧下降;在电离层中,温度变化与高度没有直接关系;在散逸层中,温度随高度的增加不断升高。

3.空气的密度

空气的密度是指在一定体积下,空气的质量大小。密度一般用 ρ 表示,密度的公式为 ρ = m / V 。空气的分子与分子之间间隙很大,空气的密度大说明空气中含有的空气分子多,空气的密度小说明空气中含有的空气分子少。图2-4所示为空气密度随海拔高度的变化。

图2-4 空气密度随海拔高度的变化

4.空气的压力

空气的压力也叫空气的压强。其定义为:物体单位面积上所承受的垂直于物体表面的空气作用力。压强的单位是帕斯卡,简称为“帕”,用字母表示为Pa。1Pa表示1牛顿力作用在一平方米面积上,公式为1Pa=1N/m 2

空气分子在大气中做不规则运动,所以空气压力是没有方向的。只要有物体触碰到空气,在这个物体的任何表面都有空气压力。

气压计可用来确定无人机的飞行高度,在大气中大气压力随着高度的增加呈线性下降。当达到一定高度时,空气密度与压力较小,发动机功率与飞机升力会显著降低,这就是无人机性能中的一个重要参数:升限。图2-5所示为气压随海拔高度变化。

图2-5 气压随海拔高度变化

5.空气的压缩性

空气的压缩性是指当空气的压强发生变化,其体积与密度随之发生改变的性质。不同物质的压缩性不同。液体的压缩性很小,通常将液体看成是不可压缩的;气体的压缩性很大,所以气体是可以被压缩的。

6.空气的黏性

空气在流动过程中,质点之间相对运动产生内摩擦力的性质,称为空气的黏性。空气的黏性随着温度的变化而变化,温度越低空气的黏性越小,温度越高空气的黏性越大。

7.声速

声速是声音在介质中传播的速度。声音在标准大气中的传播速度为340m/s,1马赫(Ma)等于一倍声速。声波是声音的一种传播形式,是一种机械波。

8.空气温度、压强与密度之间的关系

在温度一定时,空气的压强与其密度成正比。温度相同,空气的压强越大,其密度也越大;反之,空气的压强越小,其密度也越小。

在密度一定时,空气的压强与其温度成正比。密度相等,空气的压强越大,其温度也越大;反之,空气的压强越小,其温度也越小。 9WauXChkNy9rn8eN5oZ2Wu1YUJqgJ8wItmYD1G0y5IUe4kdlJoZ4E8g8KKlZtNjd

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