المصطلح الأكثر ملاءمة لربط الأداء الديناميكي الهوائي في الغلاف الجوي غير القياسي هو ارتفاع الكثافة – الارتفاع في الغلاف الجوي القياسي المقابل لقيمة معينة لكثافة الهواء.
ارتفاع الكثافة هو ارتفاع الضغط المصحح لدرجة الحرارة غير القياسية. مع زيادة كثافة الهواء (ارتفاع الكثافة المنخفضة) ، يزداد أداء الطائرة. على العكس من ذلك ، مع انخفاض كثافة الهواء (ارتفاع الكثافة العالية) ، ينخفض أداء الطائرة. انخفاض كثافة الهواء يعني ارتفاع الكثافة العالية ؛ زيادة كثافة الهواء تعني ارتفاع كثافة أقل. يستخدم ارتفاع الكثافة في حساب أداء الطائرات. في ظل حالة الغلاف الجوي القياسية ، يكون للهواء في كل مستوى في الغلاف الجوي كثافة محددة ؛ في ظل الظروف القياسية ، يحدد ارتفاع الضغط وارتفاع الكثافة نفس المستوى. إذن الكثافة هي المسافة الرأسية فوق مستوى سطح البحر في الغلاف الجوي القياسي الذي توجد فيه كثافة معينة.
يجب أن يتضمن حساب ارتفاع الكثافة النظر في الضغط (ارتفاع الضغط) ودرجة الحرارة. نظرًا لأن بيانات أداء الطائرة على أي مستوى تعتمد على كثافة الهواء في ظل ظروف اليوم القياسية ، فإن بيانات الأداء هذه تنطبق على مستويات كثافة الهواء التي قد لا تكون مطابقة لمؤشرات مقياس الارتفاع. في ظل ظروف أعلى أو أقل من المعيار ، لا يمكن تحديد هذه المستويات مباشرة من مقياس الارتفاع.
يتم تحديد ارتفاع الكثافة من خلال إيجاد ارتفاع الضغط أولاً ، ثم تصحيح هذا الارتفاع للتغيرات غير القياسية في درجات الحرارة. نظرًا لأن الكثافة تختلف بشكل مباشر مع الضغط ، وعكسًا مع درجة الحرارة ، فقد يوجد ارتفاع ضغط معين لمجموعة واسعة من درجات الحرارة من خلال السماح للكثافة بالتغير. ومع ذلك ، تحدث كثافة معروفة لأي درجة حرارة وارتفاع ضغط واحد. كثافة الهواء لها تأثير واضح على أداء الطائرات والمحرك. بغض النظر عن الارتفاع الفعلي الذي تعمل به الطائرة ، ستعمل كما لو كانت تعمل على ارتفاع يساوي ارتفاع الكثافة الحالي.
على سبيل المثال ، عند ضبط 29.92 “زئبق ، قد يشير مقياس الارتفاع إلى ارتفاع ضغط قدره 5000 قدم. وفقًا لـ AFM / POH ، قد يتطلب التشغيل الأرضي عند الإقلاع مسافة 790 قدمًا في ظروف درجة الحرارة القياسية.
ومع ذلك ، إذا كانت درجة الحرارة أعلى من القياسية 20 درجة مئوية ، فإن تمدد الهواء يرفع مستوى الكثافة. باستخدام بيانات تصحيح درجة الحرارة من الجداول أو الرسوم البيانية ، أو من خلال اشتقاق ارتفاع الكثافة باستخدام جهاز كمبيوتر ، يمكن العثور على أن مستوى الكثافة أعلى من 7000 قدم ، وقد يكون التشغيل الأرضي أقرب إلى 1000 قدم.
تتأثر كثافة الهواء بالتغيرات في الارتفاع ودرجة الحرارة والرطوبة. يشير الارتفاع عالي الكثافة إلى الهواء الرقيق بينما يشير الارتفاع منخفض الكثافة إلى الهواء الكثيف. الظروف التي تؤدي إلى ارتفاع الكثافة العالية هي الارتفاعات العالية ، والضغوط الجوية المنخفضة ، ودرجات الحرارة المرتفعة ، والرطوبة العالية ، أو مجموعة من هذه العوامل. تعتبر الارتفاعات المنخفضة والضغط الجوي المرتفع ودرجات الحرارة المنخفضة والرطوبة المنخفضة أكثر دلالة على ارتفاع منخفض الكثافة.
باستخدام كمبيوتر طيران ، يمكن حساب ارتفاع الكثافة عن طريق إدخال ارتفاع الضغط ودرجة حرارة الهواء الخارجي على مستوى الطيران. يمكن أيضًا تحديد ارتفاع الكثافة بالإشارة إلى الجدول والمخطط في الأشكال 10-3 و 10-4.
10.4.1 آثار الضغط على الكثافة #
نظرًا لأن الهواء غاز ، يمكن ضغطه أو توسيعه. عندما يتم ضغط الهواء ، يمكن أن تشغل كمية أكبر من الهواء حجمًا معينًا. على العكس من ذلك ، عندما ينخفض الضغط على حجم معين من الهواء ، يتوسع الهواء ويحتل مساحة أكبر. أي أن العمود الأصلي للهواء عند ضغط منخفض يحتوي على كتلة أصغر من الهواء. بمعنى آخر ، تنخفض الكثافة. في الواقع ، الكثافة تتناسب طرديًا مع الضغط. إذا تضاعف الضغط ، تتضاعف الكثافة ، وإذا انخفض الضغط ، كذلك الكثافة. هذا البيان صحيح فقط عند درجة حرارة ثابتة.
10.4.2 آثار درجة الحرارة على الكثافة #
تؤدي زيادة درجة حرارة مادة ما إلى تقليل كثافتها. على العكس من ذلك ، يؤدي تقليل درجة الحرارة إلى زيادة الكثافة. وبالتالي ، فإن كثافة الهواء تختلف عكسيا مع درجة الحرارة. هذا البيان صحيح فقط عند ضغط ثابت.
في الغلاف الجوي ، تنخفض درجة الحرارة والضغط مع الارتفاع ، ولها تأثيرات متضاربة على الكثافة. ومع ذلك ، فإن الانخفاض السريع في الضغط مع زيادة الارتفاع عادة ما يكون له التأثير السائد. ومن ثم ، يمكن للطيارين توقع انخفاض الكثافة مع الارتفاع.
10.4.3 آثار الرطوبة (الرطوبة) على الكثافة #
تستند الفقرات السابقة إلى الافتراض المسبق للهواء الجاف تمامًا. في الواقع ، لم يكن جافًا تمامًا أبدًا. قد تكون الكمية الصغيرة من بخار الماء المعلق في الغلاف الجوي ضئيلة في ظل ظروف معينة ، ولكن في ظروف أخرى قد تصبح الرطوبة عاملاً مهمًا في أداء الطائرة. بخار الماء أخف من الهواء. وبالتالي ، فإن الهواء الرطب أخف من الهواء الجاف. لذلك ، مع زيادة محتوى الماء في الهواء ، يصبح الهواء أقل كثافة ، مما يزيد من ارتفاع الكثافة ويقلل من الأداء. يكون أخف وزنا أو أقل كثافة عندما يحتوي ، في مجموعة معينة من الظروف ، على أكبر قدر من بخار الماء.
تشير الرطوبة ، التي تسمى أيضًا الرطوبة النسبية ، إلى كمية بخار الماء الموجودة في الغلاف الجوي ، ويتم التعبير عنها كنسبة مئوية من الحد الأقصى لبخار الماء الذي يمكن أن يحمله الهواء. هذا المبلغ يختلف باختلاف درجة الحرارة ؛ يمكن للهواء الدافئ أن يحمل المزيد من بخار الماء ، بينما يمكن للهواء البارد أن يحتفظ به أقل. الهواء الجاف تمامًا الذي لا يحتوي على بخار ماء له رطوبة نسبية تبلغ صفر بالمائة ، بينما الهواء المشبع الذي لا يمكنه الاحتفاظ بأي بخار ماء يحتوي على رطوبة نسبية تبلغ 100 بالمائة. لا تعتبر الرطوبة وحدها عاملاً أساسيًا في حساب ارتفاع الكثافة وأداء الطائرة ؛ ومع ذلك ، فإنه يساهم.
كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت كمية بخار الماء التي يمكن أن يحملها الهواء. عند مقارنة كتلتي هوائية منفصلتين ، الأولى دافئة ورطبة (كل من الصفات تجعل الهواء أخف) والثاني بارد وجاف (كلاهما من الصفات مما يجعله أثقل) ، يجب أن يكون الأول أقل كثافة من الثانية. الضغط ودرجة الحرارة والرطوبة لها تأثير كبير على أداء الطائرة بسبب تأثيرها على الكثافة. لا توجد قاعدة عامة أو مخطط يستخدم لحساب تأثيرات الرطوبة على ارتفاع الكثافة ، ولكن يجب أخذها في الاعتبار. توقع انخفاض في الأداء العام في ظروف الرطوبة العالية.
