Плотность воздуха

Плотность воздуха представляет собой отношение массы воздуха к его объему (массовая плотность). Ее размерность: г/см³, г/м³. Плотность воздуха непосредственно не измеряется. Она может быть определена по уравнению состояния идеального газа:

ρ= P/RT, (2.3.1)

где Р – давление воздуха, R – универсальная газовая постоянная, Т – температура газа (абсолютная)

или

ρ = P/R (273 + t), (2.3.2)

где t – температура в°С.

Плотность воздуха находится в прямой зависимости от давления и в обратной – от его температуры: увеличивается с понижением температуры и увеличением давления, и наоборот.

С высотой плотность воздуха уменьшается. Это уменьшение в основном определяется изменением атмосферного давления. При постоянном давлении плотность зависит только от изменения температуры. Поэтому при полете на эшелоне (Р = const) на летно-эксплуатационные характеристики самолета, зависящие от плотности воздуха, влияет только температура воздуха.

Плотность воздуха зависит от влажности воздуха, т.е. от содержания в воздухе водяного пара, представляющего собой газ. Водяной пар, входящий в состав воздуха, является менее плотным, чем сухой воздух, поэтому при наличии водяного пара плотность влажного воздуха будет всегда несколько меньше, чем плотность сухого. Эта разность невелика и обычно не превосходит 1%, поэтому в практической деятельности при расчете плотности воздуха влажность не учитывается, а все расчеты делаются для сухого воздуха за исключением условий, наблюдающихся прежде всего в субтропических и тропических условиях. Чем выше температура и влажность воздуха, тем больше различие в значениях плотности. При температуре 40ºС и относительной влажности 100 % влажный воздух легче сухого на 2,8 %. Уменьшение плотности воздуха на 2 % равнозначно понижению давления на 24 гПа.

Такие физические условия, характерные для субтропических и тропических широт, оказывают существенное влияние на взлетно-посадочные характеристики воздушного судна: увеличивается длина разбега, пробега, уменьшается сила тяги двигателя. При высоких значениях температуры и влажности воздуха влажный воздух становится легче сухого на несколько процентов (1-3%). Учет влияния содержащегося в воздухе водяного пара на температуру воздуха осуществляется посредством расчета виртуальной температуры. Виртуальная температура (Т_V) – это температура, которую бы имел сухой воздух, при одинаковом давлении и плотности с влажным воздухом. Это очень полезное определение для атмосферной физики. Виртуальная температура выше истинной температуры. Она рассчитывается:

Т_V = Т (1 + 0,378 е/Р) (2.3.3)

или

Т_V = Т (1 + 0,608 S), (2.3.4)

где S – удельная влажность.

Виртуальная температура выше температуры воздуха на некоторый добавок Δ t_v (табл.3).

Таблица 3.

Поиск по сайту: