Jeśli jesteś właścicielem tej strony, możesz wyłączyć reklamę poniżej zmieniając pakiet na PRO lub VIP w panelu naszego hostingu już od 4zł!

Budowa atmosfery

Praca urządzeń pokładowych na samolocie przebiega w warunkach ciągłego oddziaływania atmosfery ziemskiej. Oddziaływanie to zależy od wysokości i prędkości lo­tu samolotu. Pewne właściwości atmosfery wykorzystuje się dla pomiaru wysokości, prędkości lotu. Dlatego też w celu poznania warunków pracy urządzeń pokładowych niezbędna jest znajomość budowy i zasadniczych właściwości środowiska, w którym eksploatowany jest SP.

Atmosfera jest mieszaniną gazów nazywaną potocznie powietrzem. Składa się ono z ponad 78% azotu i nieco poniżej 21% tlenu (łącznie 99,03%). W pozostałych 0,97% znajdują się inne gazy, tj.: argon, dwutlenek węgla, neon, hel, krypton, ksenon, wodór, ozon, jod, radon, metan, amoniak, itd.

Do wysokości około 100 km, licząc od powierzchni ziemi, praktycznie nie zmienia się procentowa zawartość głównych gazów tworzących powietrze. Ilości zaś dwutlenku węgla, ozonu i pary wodnej nie są stałe.

W atmosferze znajduje się zawsze pewna ilość pary wodnej, która dostaje się tam w wyniku parowania wody. Największe ilości pary wodnej zawiera warstwa powietrza przylegająca bezpośrednio do powierzchni parującej. W miarę wzrostu wysokości, ilość pary wodnej maleje. W powietrzu, przy powierzchni ziemi, średnia zawartość pary wod­nej waha się od 0,2% przy biegunach, do 2,5% w pobliżu równika. Na wysokości 5 000 m zawartość pary wodnej jest już 10 razy mniejsza niż przy ziemi, a na wysokości 8 000 m jest 100 razy mniejsza. W warstwie powietrza do wysokości 12 000 m na śred­nich szerokościach geograficznych (szerokość geograficzna Polski), a na biegunach 7 000 m i na równiku 18 000 m zawiera się 99% ogólnej ilości pary wodnej.

W atmosferze zachodzi proces jonizacji, niektóre cząsteczki tracą lub przyłączają wolne elektrony, zyskując przy tym ładunki elektryczne. Proces ten zachodzi pod wpływem krótko­falowego i korpuskularnego promieniowania słonecznego, promieni kosmicznych oraz pro­mieniowania ciał promieniotwórczych znajdujących się w obrębie skorupy ziemskiej i w powietrzu. Wraz ze wzrostem wysokości – zawartość jonów wzrasta i jest największa w obszarze wysokości pomiędzy 80 km, a 400 km – ten obszar nazywany jest jonosferą. Dzię­ki obecności jonów powietrze wykazuje nieznaczne przewodnictwo elektryczne.

Atmosfera ziemska na skutek obrotu Ziemi jest znacznie bardziej spłaszczona niż geo­ida. Zilustrować może to najlepiej fakt, że dolna jej warstwa – troposfera ma w rejonie bie­gunów tylko 7 000 m grubości, a w rejonie równika aż 18 000 m. Na naszej szerokości geo­graficznej ma grubość około 12 000 m. Podział atmosfery na warstwy będzie zatem dopaso­wany do naszej szerokości geograficznej i podane niżej granice zasięgu poszczególnych warstw dotyczą tej właśnie szerokości.

Na podstawie właściwości fizycznych i stosownie do rozwoju różnych zjawisk przyjęto podział atmosfery na pięć zasadniczych warstw:

  1. Troposfera (012) km – tylko w niej występują produkty kondensacji pary wodnej (chmury, mgły, opady), wraz ze zwiększaniem wysokości temperatura i ciśnienie powietrza maleją oraz występują pionowe ruchy powietrza.
  2. Stratosfera (12…50) km – ciśnienie zmniejsza się wraz ze zwiększaniem się wyso­kości, nie ma zjawisk związanych z występowaniem pary wodnej, a temperatura jest stała na granicy z tropopauzą. Niezależnie od pory dnia i pory roku wynosi ona zawsze -54 °C na naszej szerokości geograficznej. Nad biegunami temperatura wy­nosi około -45 °C, zaś w rejonie równika -80 °C i dalej wzrasta, aż do osiągnięcia wartości powyżej zera. Pomiędzy troposferą a stratosferą wyróżnia się warstwę gra­niczną – tropopauzę, której grubość wynosi około 2 000 m. W warstwie tej zanika spadek temperatury i mogą w niej wyjątkowo zachodzić zjawiska związane z wy­stępowaniem pary wodnej – czyli warstwa ta może przyjmować cechy tak troposfery, jak i stratosfery. Nie jest ona warstwą jednolitą i tam gdzie następują jej prze­rwania, powstają niezwykle silne wiatry zwane prądami strumieniowymi.
  3. Mezosfera (50…85) km – warstwa powyżej stratosfery, w której temperatura znowu spada aż do wartości około -80 °C. W tej warstwie jest największa liczba jonów ma­jących duże znaczenie dla propagacji fal radiowych.
  4. Termosfera (85…800) km – warstwa, w której znowu temperatura rośnie i przekracza nawet wartości 1000 °C – jest to wynikiem absorpcji promieniowania słonecznego w zakresie najmniejszych długości fal.
  5. Egzosfera ponad 800 km – dochodzi tam już wpływ działania korony słonecznej, prędkości cząsteczek gazu są ogromne i osiągają 11,2 km/s, co pozwala im na roz­praszanie się w przestrzeni kosmicznej.
 

Tak, jak pomiędzy troposferą i stratosferą występuje warstwa rozdziału – tropopauza, to pomiędzy stratosferą i mezosferą jest warstwa rozdziału zwana stratopauzą, pomiędzy mezosferą i termosferą występuje mezopauza, a pomiędzy termosferą i egzosferą- termopauza.

Stan atmosfery charakteryzują następujące podstawowe parametry:

  • ciśnienie;
  • gęstość;
  • temperatura;
  • wilgotność.

Ciśnienie powietrza

Ciśnieniem atmosferycznym nazywa się działanie siły ciężkości powietrza na jed­nostkę powierzchni ziemi. Ciśnienie to zależy od wysokości nad poziomem morza, sze­rokości geograficznej oraz temperatury. Wraz ze wzrostem wysokości nad powierzchnią ziemi ciśnienie atmosferyczne zmniejsza się.

Dane o zależności ciśnienia od wysokości ujęte są w Międzynarodowej Atmosferze Wzorcowej ISA (International Standard Atmosphere)

Atmosfera wzorcowa jest atmosferą umowną przyjętą za wzorzec, po pierwszej wojnie światowej, przez FAI (Federation Aéronautique Internationale) i CINA (Commission Interna­tionale de Navigation Aerienne), a po drugiej wojnie światowej poprawiona i przyjęta przez międzynarodową organizację lotniczą ICAO (International Civil Aviation Organisation) do po­równywania wyników badań i obliczeń aerodynamicznych przeprowadzanych w różnych wa­runkach atmosferycznych. Zgodnie z ISA wielkości ciśnienia, temperatury i gęstości powietrza na poziomie morza i szerokości geograficznej 45° przyjęto jako standardowe:

  • ciśnienie po = 1013,25 hPa (760 mm Hg; 29,92 in Hg [inch - cal]);
  • temperatura To = 288 K (to = +15 °C);
  • gęstość powietrza do = 1,2255 kg/m3.

Dla określenia ciśnienia, temperatury i gęstości na różnych wysokościach przyjęto również za standardowe następujące wielkości:

Wartość temperatury:

W troposferze zmniejsza się wraz z wysokością do wysokości H < 11000 m, zgodnie ze wzorem:

th= t0-tgrH

gdzie:

  • V = 0,0065 °C/m,
  • tH – temperatura na wysokości H,
  • to – temperatura przy ziemi,
  • H – wysokość lotu w metrach

W stratosferze dla wysokości od 11 000 do 30 000 m, tgr = 0;

  • przyspieszenie ziemskie g = 9,80665 m/s2;
  • prędkość dźwięku a = 340,249 m/s;
  • powietrze jest suchym gazem doskonałym, o stałym składzie chemicznym na wysokościach od 0 m do 30 000 m, zaś stała gazowa R = 287 J/kgK.

Parametry zawarte w tablicy ISA są podstawą dla zależności hipsometrycznej, według której wyskalowany jest wysokościomierz barometryczny. Tablica ta pozwala na określenie dla mierzonego ciśnienia odpowiadającej mu wysokości.

Temperatura

Temperatura jest to stopień nagrzania danego ciała. Temperaturę powietrza mierzy się w stopniach skali Celsjusza (°C) lub temperaturę termodynamiczną w kelwinach (K).

W lotnictwie przyjęto skalę Celsjusza. Skale termometrów lotniczych opisane są w stopniach Celsjusza, w związku z tym dla zapewnienia czytelności skryptu będzie wyko­rzystywana ta skala.

Kelwin jest to 1/256,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody. _

Tę samą nazwę i to samo oznaczenie (kelwin – K) stosuje się do wyrażania za­równo stanu temperatury, jak i różnicy temperatury.

Punkt potrójny wody oznacza stan wody uwarunkowany odpowiednią temperaturą i ciśnieniem, w których ona może występować jednocześnie w trzech stanach: stałym, ciekłym i gazowym. Ten stan zachodzi dla temperatury TTr=273,16 K (tTr=0,01oC) i ciśnienia pTr= 631,163 N/m2, stąd powiązanie między temperaturą wyrażoną w skali Celsjusza (tc) i skali Kelvina (TK) ma postać:

tc= Tk – 273,15 i odwrotnie TK = tc + 273,15

Skala Celsjusza oparta jest na dwóch punktach stałych: temperaturze topnienia lodu i temperaturze wrzenia wody w określonych warunkach; punktom tym nadano wartości liczbowe 0 i 100; 1/100 część tego obszaru uznano za stopień termometryczny w skali Celsjusza. Wartość przedziału temperatury równa 1 K odpowiada wartości 1°C.

W ISA przyjęto, że w troposferze temperatura obniża się średnio o 0,65 °C na każde 100 m wysokości. Wielkość wskazująca o ile zmienia się temperatura powietrza przy zmianie wysokości o 1 m nazywa się pionowym gradientem temperatury. Znając wielkość gradientu i temperaturę przy ziemi, można wyznaczyć temperaturę dla wszystkich wyso­kości w troposferze.

Gęstość powietrza

Gęstością powietrza nazywa się masę 1 m3 powietrza i oznacza się grecką literą p.

 p=m/V

gdzie:

  • m – masa;
  • V – objętość.

Gęstość powietrza nie jest wielkością stałą i zmniejsza się wraz ze wzrostem wyso­kości w wyniku zmiany temperatury i ciśnienia.

Wilgotność powietrza

Ilość wilgoci zawartej w powietrzu w postaci pary wodnej zależy od jego temperatury i określa się pojęciem wilgotności. Rozróżnia się wilgotność bezwzględną i względną.

  • Wilgotnością bezwzględną nazywa się ilość pary wodnej w gramach, zawartej w 1 m3 powietrza, przy danej temperaturze.
  • Wilgotnością względną nazywa się stosunek ilości pary wodnej znajdującej się w powietrzu do ilości pary wodnej, która nasyciłaby powietrze przy danej temperaturze.

Podziel się tym wpisem

Twitter Delicious Facebook Digg Stumbleupon Favorites Więcej

Zostaw odpowiedź

Kanał YouTube

Flash Content