Плотность высоты

Таблица расчета высоты и плотности

Плотностная высота — это высота относительно стандартных атмосферных условий , при которой плотность воздуха была бы равна указанной плотности воздуха в месте наблюдения. Другими словами, высота по плотности — это плотность воздуха, заданная как высота над средним уровнем моря . Высоту по плотности также можно рассматривать как высоту по давлению, скорректированную с учетом нестандартной температуры.

Как повышение температуры , так и понижение атмосферного давления , и, в гораздо меньшей степени, увеличение влажности вызовут увеличение плотности высоты. В жарких и влажных условиях высота плотности в определенном месте может быть значительно выше истинной высоты.

В авиации высота по плотности используется для оценки аэродинамических характеристик самолета в определенных погодных условиях. создаваемая Подъемная сила, самолета аэродинамическими профилями , и соотношение между его приборной воздушной скоростью (IAS) и истинной воздушной скоростью (TAS) также зависят от изменений плотности воздуха. Кроме того, на мощность, вырабатываемую двигателем самолета, влияют плотность и состав атмосферы.

Безопасность самолетов

Плотность воздуха, пожалуй, самый важный фактор, влияющий на летно-технические характеристики самолета. Это имеет прямое отношение к:

• Эффективность пропеллера или ротора, который для пропеллера (фактически аэродинамического профиля ) ведет себя аналогично подъемной силе крыла.
• Выходная мощность двигателя без наддува — выходная мощность зависит от потребления кислорода, поэтому мощность двигателя снижается по мере уменьшения эквивалентной плотности сухого воздуха, и он производит еще меньше мощности, поскольку в более влажных условиях влага вытесняет кислород.

Самолеты, взлетающие из « горячих и высоких » аэропортов, таких как аэропорт Кито или Мехико , находятся в значительном аэродинамическом невыгодном положении. Следующие эффекты возникают из-за высоты по плотности, превышающей фактическую физическую высоту:

• Самолет будет медленнее ускоряться при взлете из-за снижения выработки мощности.
• Самолет будет набирать высоту медленнее из-за снижения выработки мощности.

Из-за этих проблем с характеристиками может потребоваться снизить взлетную массу самолета или запланировать взлет на более прохладное время дня. направление ветра и уклон ВПП Возможно, потребуется принять во внимание .

Прыжки с парашютом

Высота плотности является важным фактором в прыжках с парашютом, и о нем сложно правильно судить даже опытным парашютистам. Помимо общего изменения эффективности крыла, характерного для всей авиации, у прыжков с парашютом есть и другие аспекты. Существует повышенный риск из-за высокой мобильности парашютистов (которые часто отправляются в зону высадки с совершенно другой высотой плотности, чем они привыкли, не будучи сознательно осведомлены об этом с помощью процедуры калибровки по QNH / QFE ). . Другим фактором является более высокая восприимчивость к гипоксии на высотах с большой плотностью населения, что в сочетании, особенно с неожиданно более высокой скоростью свободного падения , может создавать опасные ситуации и несчастные случаи. Парашюты на больших высотах летают более агрессивно, что делает их эффективную площадь меньше, что более требовательно к навыкам пилота и может быть особенно опасным при высокоэффективных приземлениях, которые требуют точных расчетов и имеют низкую погрешность, прежде чем они станут опасными.

Расчет

Высоту по плотности можно рассчитать по атмосферному давлению и температуре наружного воздуха (при условии сухости воздуха) по следующей формуле:

${\text{DA}}\approx {\frac {T_{\text{SL}}}{\Gamma }}\left[1-\left({\frac {P/P_{\text{SL}}}{T/T_{\text{SL}}}}\right)^{\left({\frac {gM}{\Gamma R}}-1\right)^{-1}}\right].$

В этой формуле

${\text{DA}}$, высота по плотности в метрах (м);

$P$, (статическое) атмосферное давление;

$P_{\text{SL}}$, стандартное атмосферное давление на уровне моря , Международная стандартная атмосфера (ISA): 1013,25 гектопаскалей (гПа) или стандартная атмосфера США : 29,92 дюйма ртутного столба (дюйм рт. ст.);

$T$, температура наружного воздуха в Кельвинах (К);

$T_{\text{SL}}$ = 288,15   К, температура воздуха на уровне моря по МСА;

$\Gamma$ = 0,0065   К/м, градиент температуры ISA (ниже 11   км);

$R$ ≈ 8,3144598   Дж/моль·К, постоянная идеального газа ;

$g$ ≈ 9,80665   м/с ² , гравитационное ускорение ;

$M$ ≈ 0,028964   кг/моль, молярная масса сухого воздуха.

Формула Национальной метеорологической службы (NWS)

Национальная метеорологическая служба использует следующую аппроксимацию сухого воздуха для формулы высоты по плотности, приведенной выше в своем стандарте:

${\text{DA}}_{\text{NWS}}=145442.16~{\text{ft}}\left(1-\left[17.326~{\frac {^{\circ }{\text{F}}}{\text{inHg}}}\ {\frac {P}{459.67~{{}^{\circ }{\text{F}}}+T}}\right]^{0.235}\right).$

В этой формуле

${\text{DA}}_{\text{NWS}}$, высота плотности Национальной метеорологической службы в футах ( ${\text{ft}}$);

$P$, давление на станции (статическое атмосферное давление) в дюймах ртутного столба (inHg);

$T$, температура станции (температура наружного воздуха) в градусах Фаренгейта (°F).

Обратите внимание, что стандарт NWS указывает, что высота по плотности должна быть округлена до ближайших 100   футов.

Аппроксимационная формула расчета плотности высоты по барометрической высоте

Это более простая формула для расчета (с большим приближением) высоты плотности на основе барометрической высоты и отклонения температуры ISA :

${\text{DA}}\approx {\text{PA}}+118.8~{\frac {\text{ft}}{^{\circ }{\text{C}}}}\left(T_{\text{OA}}-T_{\text{ISA}}\right).$

В этой формуле

${\text{PA}}$, барометрическая высота в футах (футах) ${\textstyle \approx {\text{station elevation in feet}}+27~{\frac {\text{ft}}{\text{mb}}}(1013~{\text{mb}}-{\text{QNH}})}$;

${\text{QNH}}$, атмосферное давление в миллибарах (мб), приведенное к среднему уровню моря ;

$T_{\text{OA}}$, температура наружного воздуха в градусах Цельсия (°С);

${\textstyle T_{\text{ISA}}\approx 15~{{}^{\circ }{\text{C}}}-1.98~{{}^{\circ }{\text{C}}}\,{\frac {\text{PA}}{1000~{\text{ft}}}}}$, предполагая, что температура наружного воздуха падает со скоростью 1,98   °C на каждые 1000   футов высоты до тех пор, пока не будет достигнута тропопауза (на высоте 36 000 футов ).

Округлив 1,98   °C до 2   °C, это приближение упрощается и становится

${\begin{aligned}{\text{DA}}&\approx {\text{PA}}+118.8~{\frac {\text{ft}}{^{\circ }{\text{C}}}}\left[T_{\text{OA}}+{\frac {\text{PA}}{500~{\text{ft}}}}{^{\circ }{\text{C}}}-15~{^{\circ }{\text{C}}}\right]\\[3pt]&=1.2376\,{\text{PA}}+118.8~{\frac {\text{ft}}{{}^{\circ }{\text{C}}}}\,T_{\text{OA}}-1782~{\text{ft}}.\end{aligned}}$

См. также

• Температура наружного воздуха
• Барометрическая формула
• Плотность воздуха
• Горячий и высокий
• Список самых длинных взлетно-посадочных полос

Ссылки

• Аэронавигация . Департаменты ВВС и ВМФ. 1 декабря 1989 г. AFM 51-40 / NAVAIR 00-80V-49.
• «Плотность воздуха и высота над уровнем моря» . Проверено 9 января 2006 г.
• Консультативный циркуляр AC 61-23C, Справочник пилота по авиационным знаниям США , Федеральное управление гражданской авиации , пересмотренный в 1997 г.
• http://www.tpub.com/content/aerographer/14269/css/14269_74.htm. Архивировано 19 сентября 2008 г. в Wayback Machine.

• В этой статье использованы общедоступные материалы из Справочник пилота по авиационным знаниям . Правительство Соединенных Штатов .

Внешние ссылки

• Калькулятор плотности и высоты
• Влияние плотности и высоты на летно-технические характеристики самолета
• NewByte Калькулятор атмосферы