2013年环保工程师普通物理知识点16

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　　在平流层下部，气温不随高度而变，音速也不变，为295.2米/秒。空气流动的规律和飞机的空气动力特性，在飞行速度小于音速和大于音速的情况下，具有质的差别，因此，研究航空器在大气中的运动，音速是一个非常重要的基准值。

　　音速不是一个固定的值. 在干燥空气中, 音速的经验公式是:

　　音速 u=331.3+(0.606c)m/s (c=摄氏气温)

　　常温下(15℃), 音速为 u=331.3+(0.606x15)= 340.4m/s, 这就是为什么都说音速是 340m/s (1225km/h)的缘故. 潮湿空气的音速略有增加, 但是幅度不到0.5%, 大多数场合可以忽略不计. 对于华氏气温, 可以用公式换算: F=9C/5+32(C=摄氏气温).

　　国际标准大气ISA规定: 在对流层中(0~11000m), 海平面的气温为 15℃, 气压 101325Pa, 空气密度1.226kg/m³; 海拔每升高1000m, 气温下降 6.5℃.

　　利用上面的公式计算不同海拔的气温, 再综合前面的音速经验公式, 就可以推算不同海拔的音速了.

　　在11000~20000m的高空(属平流层, 气温基本没有变化, 所以又叫"同温层"), 温度下降到零下57℃(15-11x6.5= -56.5℃), 这里的音速是 u= 331.3+[0.606x(-57)]= 296.7m/s (约1068km/h). 喷气式飞机都喜欢在 1万米左右的高空巡航, 因为这里是平流层的底部, 可以避开对流层因对流活动而产生的气流. 在11000~20000m的同温层内, 音速的标准值是1062km/h, 而且基本稳定.

　　喷气式飞机都用马赫数 Ma来表示速度, 而不用对地速度. 这是因为物体在空气中飞行时, 前端会压缩空气形成波动, 这个波动是以音速传播的(因为声波也是波动的一种). 如果物体的飞行速度超过音速, 那么这些波动无法从前端传播, 而在物体前端堆积, 压力增大, 最终形成激波. 激波是超音速飞行的主要阻力源.

　　物体飞行速度一旦超过音速, 必然产生激波. 激波会极大地增加飞行阻力, 影响到整个飞行状态以及燃料的消耗. 在不同的空气环境中, 尽管飞行器的 Ma数相同, 但他们的对地速度是不相等的; 不过, 他们受到的阻力却大致相当. 所以, 飞行器都是用当地的音速, 来衡量当前速度的。

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