Atmosfera (815047)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Атмосфера

ПВРД, как и другие средные комбинированные двигатели, использует воздух в качестве рабочего тела. Полёт может происходить в атмосфере от самых малых высот до 90 км.

Характеристики ПВРД и ЛА зависят от свойств атмосферы, таких как распределение температуры и давления по высоте. Из-за изменения вязкости по высоте значительно изменяется коэффициент аэродинамического сопротивления C_x, что влияет на выбор оптимальных параметров ПВРД совместно с ЛА через соотношение

_.

Существуют понятия стандартной атмосферы, а также летней и зимней. В ряде случаев учёт свойств летней и зимней атмосфер является обязательным, поскольку существует вероятность не запуска двигателя в условиях отклонения параметров атмосферы от стандартной.

Атмосфера земли состоит из нескольких частей:

Тропосфера: в средних широтах до 11 км, 8 км – на северном полюсе и 14 км на экваторе. От верхних слоёв тропосфера качественно отличается значительным перемешиванием воздуха как по вертикали, так и по горизонтали, образовании облаков, выделении осадков. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,6 °C / 100 м.

Тропопауза: переходный слой от тропосферы к стратосфере, в котором прекращается снижение температуры с высотой.

Стратосфера: от 11 до 50 км.

Характерно незначительное изменение температур в слое 11 … 25 км (нижний слой стратосферы).

25 …. 40 км – верхний слой стратосферы, это область инверсии, где температура растёт от -56,5 °C до 0,8 °C.

Стратопауза – 40 … 50 км с постоянной температурой 273 К (около 0°C). Пограничный слой между стратосферой и мезосферой.

Мезосфера – 50 … 90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3) °C/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен.

В мезопаузе (до 100 км) имеет место температура – 90 ° С.

Линия кармана – около 100 км – условная граница между атмосферой Земли и космосом.

Свойства атмосферы меняются в зависимости от географических координат, времени года и суток, активности Солнца.

Для упрощения расчётов была введена стандартная атмосфера (СА), представляющая из себя условную атмосферу, предназначенную для проведения расчётов в одинаковых условиях. СА устанавливает средние числовые значения основных параметров воздуха в зависимости от геометрической и геопотенциальной высот для широты 45°32'33" в условиях средней солнечной активности.

При этом введены допущения:

1. Исключено влияние географических координат и времени суток.

2. Воздух – идеальный газ.

Состав до 94 км.

ГОСТ 4401-81

Средняя молярная масса μ воздуха до 94 км равна 28,96 кг/кмоль.

1. За нулевую высоту в СА принят средний уровень моря. Для H=0:

g₀ = 9,80665 м/с²

T₀ = 288,15 K

μ₀ = 17.894 10^-6, Па·с – динамическая вязкость

p₀ = 10,1325 Па

R_ = 287 ^Дж⁄_(кг∙К))

1. Влажность воздуха в СА равна 0.

2. Модель СА до 95 км разрабатывается на слои на высоте, в пределах которых температура или постоянна, или меняется по линейному закону

Уравнение атмосферы

1. Закон тяготения

где:

r – 6356,767 км, условный радиус Земли;

h – геометрическая высота в км;

Есть ещё составляющая от вращения Земли, но её можно пренебречь (0,17 % от гравитационного ускорения)

1. Закон движения воздуха как идеального газа:

(1)

1. Уравнение состояния идеального газа:

где: p – давление на данной высоте; T – температура на данной высоте.

Для определения давления в атмосфере в расчёт формулы вводят потенциал силы тяжести, или геопотенциал, характеризующий потенциальную энергию частицы, расположенной в заданной точке.

где H – геопотенциальная высота

при подстановке

Значение на высоте 40 км: H - h = 0,25 км; на высоте 80 км: H - h = 1 км.

Замена геометрической высоты на геопотенциальную позволяет выразить уравнение (1) в виде:

РАСЧЁТ СТАНДАРТНОЙ АТМОСФЕРЫ

Вся толща атмосферы может быть разделена на слои, в которых температура или постоянна, или изменяется линейно геопотенциальной высоте.

где T_H; и p_H - температура, градиент температуры и давление для геопотенциальной высоты H_H (как правило нижняя граница рассматриваемого слоя).

Если в заданном слое T = const, то ; и интегрирование уравнения (3) даёт:

Если :

Исходные коэффициенты СА представлены в таблице

Отсюда считается распределение давления геопотенциальной высоты:

и

Плотность, скорость звука, динамическая вязкость µ и кинематическая ν рассчитывают по стандартным зависимостям.

(k = 1,4 – безразмерная постоянная в выражении адиабаты)

T_S = 110,4 K – температурный коэффициент

Зимняя и летняя атмосфера

Приведённые в таблице исходные коэффициенты СА являются результатами расчёта на основе задания температуры на начальном уровне определённого участка T_H. При этом задают и давление на начальной высоте. Помимо СА могут рассматриваться и другие атмосферы, чаще всего летняя и зимняя. Если нет других данных можно использовать графики распределения температуры по высоте для зима > лето. Кривая 1 дана с вероятностью 0,885. Кривая 2 относится к предельно допустимым дистанциям. Давление можно брать из СА, если нет иного. Тогда вычисляется только градиент T температур по высоте.

Например для кривых 1 и 2 можно рассчитать массивы данных для атмосфер зима 1 и 2 (W1 и W2) и лето (S1;S2), где h_ꓥ - геометрическая высота, T_W1 и T_W2; T_S1 и T_S2, dT_W и T_S.

Таким образом, расчёт параметров атмосферы на заданной высоте проводят по следующему алгоритму:

1. Задаётся тип: СА, зима, лето.

2. Задаётся геометрическая высота полёта в км.

3. Вычисляется геопотенциальная высота.

4. Определяется номер участка в таблицах, на которых находится данная высота и определяется градиент температуры, температура и давление. Если атмосфера нестандартная, то , где вместо геопотенциальной высоты может браться геометрическая зависимость от способа задания атмосферы.

5. Вычисляются ρ; a; μ; ν.

Приближённо можно пользоваться зависимостями; если берётся СА

Если H ≤ 11 км, Энтальпия потока:

T₀ = 288,15 K; c_p = 1004,5 /кг*K; i₀ = 289447 ;

Если H > 11 км, то:

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов домашнего задания