和非標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的空氣動(dòng)力學(xué)性能有關(guān)的更合適的術(shù)語是密度高度- 對應(yīng)于特定空氣密度時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的高度。
密度高度是經(jīng)非標(biāo)準(zhǔn)溫度修正后的壓力高度。當(dāng)空氣的密度增加(較低的密度高度)時(shí),飛機(jī)性能增加,相反地,隨著空氣密度降低(較高的密度高度)時(shí),空氣性能降低。空氣密度的下降意味著高密度高度;空氣密度增加意味著較低的密度高度。密度高度用于計(jì)算性能。在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下,大氣中每個(gè)高度上的空氣都有特定的密度,且在標(biāo)準(zhǔn)條件下,壓力高度和密度高度表示的高度相同。因而,密度高度是標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下給定密度位置在海平面上的垂直距離。
密度高度的計(jì)算必須要考慮壓力(壓力高度)和溫度。因?yàn)槿魏胃叨壬巷w機(jī)性能是基于標(biāo)準(zhǔn)白天條件下的空氣密度,應(yīng)用到空氣密度高度的這個(gè)性能數(shù)據(jù)可能和高度計(jì)指示不一致。在高于或者低于標(biāo)準(zhǔn)的條件下,這些高度不能直接從高度計(jì)來計(jì)算。
密度高度先通過首次測得的壓力高度來計(jì)算,然后為非標(biāo)準(zhǔn)溫度的變化而修正這個(gè)高度。由于密度直接隨壓力而變化,隨溫度相反地變化,允許密度變化的時(shí)候一個(gè)給定的壓力高度可能存在于很大范圍的溫度 內(nèi)。然而,一個(gè)已知的密度會(huì)在任何一個(gè)溫度和壓力高度下發(fā)生。當(dāng)然,空氣的密度對飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)性能有明顯的影響。不管飛機(jī)運(yùn)行的實(shí)際高度是多少,它會(huì)表現(xiàn)出好像它運(yùn)行在一個(gè)等于當(dāng)前密度高度的高度上。
例如,當(dāng)設(shè)定為29.92時(shí),高度計(jì)可能指示壓力高度為5000英尺。根據(jù)飛機(jī)飛行手冊/飛行員操作手冊,在標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下 起飛時(shí)的地面滑跑可能要求距離為790英尺。然而,如果溫度是標(biāo)準(zhǔn)之上的20攝氏度,空氣的膨脹提高了密度高度。使用表格或者圖表中的溫度修正數(shù)據(jù)或者用計(jì)算機(jī)得出密度高度,可能發(fā)現(xiàn)密度高度是7000英尺,需要的地面滑跑距離可能會(huì)接近1000英尺。
空氣密度受高度,溫度和濕度變化的影響。高密度高度指的是稀薄空氣而低密度高度指的是稠密的空氣。導(dǎo)致高密度高度的條件是高海拔高度,低大氣壓力,高溫,高濕度或者這些因素的某些組合。低海拔高度,高大氣壓力,低溫和低濕度是低密度高度的更明顯預(yù)兆。
使用飛行計(jì)算器,密度高度可以通過輸入壓力高度和飛行高度上的外部空氣溫度來計(jì)算。密度高度也可以通過參考如圖9-3和9-4的表格和圖表來計(jì)算。
因?yàn)榭諝馐菤怏w,它可以被壓縮或膨脹。當(dāng)空氣被壓縮時(shí),一定的體積就可以包含更多質(zhì)量的空氣。相反地,當(dāng)作用于一定體積的空氣的壓力降低時(shí),空氣就會(huì)膨脹,占據(jù)更大的空間。即,原來的空氣柱在低壓力時(shí)包含的空氣質(zhì)量更少。換句話說,密度降低了。實(shí)際上,密度直接和壓力成比例。如果壓力加倍,密度也加倍,且如果壓力下降了,密度也就降低。這個(gè)結(jié)論只在恒溫時(shí)才成立。
物質(zhì)的溫度增加會(huì)降低它的密度。相反地,降低溫度會(huì)增加密度。因此,空氣密度和溫度相反變化。這個(gè)結(jié)論只在恒溫時(shí)成立。
在大氣中,溫度和壓力都隨高度而降低,對密度有相反的影響。然而,高度增加時(shí)壓力的明顯快速下降通常是主要的影響。因此,飛行員可以預(yù)期密度隨高度而降低。
前面的幾段文字假設(shè)空氣是完全干燥的。實(shí)際上,它從來不是完全干燥的。在大氣中懸浮的少量水蒸氣在某些情況下幾乎可以忽略不計(jì),但是在其他情況下,濕度可能變成飛機(jī)性能中的一個(gè)重要因素。水蒸氣比空氣輕;進(jìn)而,潮濕的空氣比干燥的空氣輕。因此,空氣中的水份增加時(shí),空氣密度會(huì)降低,密度高度增加,降低了性能。當(dāng)在一組設(shè)定條件下,空氣可以變得最輕,它含有最多的水蒸氣。
濕度,也稱為“相對濕度”,是指大氣中的水蒸汽含量,用空氣可以包含的最多水蒸氣的百分比來表示。這個(gè)含量隨著溫度而變化,暖空氣可以含有更多的水蒸氣,而冷空氣包含的更少。完全干燥的空氣不包含水蒸氣,其相對濕度為0%,而飽和的空氣則不能再吸收更多的水蒸汽,其相對濕度為100%。在計(jì)算密度高度和飛機(jī)性能時(shí),單獨(dú)的濕度不被看作一個(gè)重要因素;然而,它確實(shí)有影響。
溫度越高,空氣就可以含有更多的水蒸氣。當(dāng)比較兩個(gè)獨(dú)立的空氣團(tuán)時(shí),第一個(gè)是溫暖且潮濕的(這兩個(gè)屬性都使空氣趨向變輕),第二個(gè)氣團(tuán)冷且干燥(兩個(gè)屬性讓它變的更重),第一個(gè)氣團(tuán)必定沒有第二個(gè)稠密。壓力,溫度和濕度對飛機(jī)性能有很大的影響,因?yàn)樗鼈儗γ芏扔杏绊。沒有簡單規(guī)則或者圖表來計(jì)算濕度對密度高度的影響,因此可以這樣考慮,在高濕度條件下總體性能會(huì)預(yù)期下降。