Mecanica avionului

SEMINAR 1

ATMOSFERA STANDARD

Atmosfera standard este reglementata de ISO /76 sau ICAO precum si STANAG 4082.

Algoritmul de calcul al atmosferei standard cu înaltimea este preluat dupa [X9], rezultatele obtinute fiind foarte apropiate de cele tabelare indicate în lucrarile de specialitate.

1. Constante ale atmosferei standard

Algoritmul pleaca de la definirea unor constante ale aerului la nivelul solului:

- temperatura a aerului la nivelul marii, în conditii standard;

- presiunea aerului la nivelul marii, în conditii standard;

- viteza sunetului în aer,la nivelul marii, în conditii standard;

- densitatea aerului la nivelul marii, în conditii standard;

- raza Pamântului, considerat sferic;

- constanta aerului

- acceleratia greutatii;

- constanta exponentiala a aerului;

- altitudinea geometrica;

2. Relatii de calcul ale atmosferei standard

În continuare, se determina altitudinea geopotentiala:

, masurata în (1.1)

Având profilul temperaturii definit prin temperatura la sol si pantele pe domenii de înaltime, si implicit temperaturile în punctele de schimbare a pantei, de poate descrie temperatura prin segmente liniare cu înaltimea. Pentru primul interval se poate scrie

(1.2)

unde , sau in forma raportata:

la aceasta se adauga ecuatia de stare pentru aerul uscat:

(1.3)

iar din ecuatia de echilibru pe verticala a unei coloane de aer:

, (1.4)

de unde prin înlocuirea densitatii din ecuatia de stare rezulta:

; (1.5)

separând variabilele,

; (1.6)

si integrând pentru primul interval se obtine:

(1.7)

de unde rezulta in final:

(1.8)

Tinând cont de ecuatia de stare, putem obtine si densitatea:

(1.9)

înlocuind constantele, pentru troposfera ( primul interval ) obtinem:

(1.10)

(1.11)

(1.12)

În lucrarile aeronautice se folosesc altitudinile virtuale în locul variabilelor atmosferei. În functie de variabila de definitie distinge altitudinea temperaturii ht, altitudinea presiunii hp si altitudinea densitatii hÁ. Definitiile functionale ale acestor altitudini virtuale se obtin din relatiile:

(1.13)

(1.14)

(1.15)

3. Efectele umiditatii asupra densitatii

În aviatie se masoara umiditatea prin introducerea punctului de roua, care reprezinta temperatura Td, la care aerul este saturat cu vapori de apa. Temperatura Td este acea temperatura care, daca este depasita se va produce ploaia sau ceata. Conform relatiei empirice propuse de Tetens, presiunea vaporilor de apa, ps, în mm Hg , la temperatura de saturatie Td, în °C, este:

(1.16)

care, împreuna cu raportul maselor moleculare ale vaporilor de apa si aer uscat

, (1.17)

ne permite determinarea noii constante a amestecului gazos, aer umed, la o anumita presiune p:

(1.18)

4. Viteza sunetului

Viteza sunetului este necesara pentru determinarea regimurilor de zbor ale aeronavelor (subsonic, transonic, supersonic, hipersonic). Pentru un anume gaz (aerul în cazul de fata), viteza sunetului depinde doar de temperatura:

(1.19)

unde reamintim ca este viteza sunetului nivelul marii, în conditii ISA.

5. Vâscozitatea aerului

Vâscozitatea da masura frecarii interne a unui fluid, sau, altfel spus, marimea tendintei ca un strat de aer în miscare sa antreneze stratul adiacent.

Într-o prima aproximatie putem considera ca vâscozitatea depinde doar de temperatura dupa legea: