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PHAK 10.4 密度高度

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在非标准大气中将空气动力学性能相关联的更合适的术语是密度高度——标准大气中的高度对应于特定的空气密度值。

密度高度是针对非标准温度校正的压力高度。 随着空气密度的增加(较低的密度高度),飞机性能增加。 相反,随着空气密度降低(更高的密度高度),飞机性能下降。 空气密度的降低意味着高密度高度; 空气密度的增加意味着较低的密度高度。 密度高度用于计算飞机性能。 在标准大气条件下,大气中每个级别的空气具有特定的密度; 在标准条件下,压力高度和密度高度识别相同的水平。 那么,密度高度是标准大气中海平面上的垂直距离,在该大气中可以找到给定的密度。

密度高度的计算必须涉及压力(压力高度)和温度。 由于任何级别的飞机性能数据都是基于标准日条件下的空气密度,因此这些性能数据适用于可能与高度计指示不同的空气密度水平。 在高于或低于标准的条件下,这些水平不能直接从高度计确定。

密度高度是通过首先找到压力高度来确定的,然后校正该高度以进行非标准温度变化。 由于密度直接随压力而变化,与温度相反,因此通过允许密度变化,可能存在给定的压力高度。 然而,对于任何一种温度和压力高度,都会出现一种已知的密度。 空气的密度对飞机和发动机性能有明显的影响。 无论飞机运行的实际高度如何,它的性能就好像它在与现有密度高度相等的高度运行。

例如,当设置为 29.92 英寸 Hg 时,高度计可能表示压力高度为 5,000 英尺。根据 AFM/POH 的说法,起飞时的地面运行可能需要在标准温度条件下达到 790 英尺的距离。

但是,如果温度高于标准温度 20 °C,空气的膨胀会提高密度水平。 使用表或图表中的温度校正数据,或通过计算机导出密度高度,可能会发现密度水平高于 7,000 英尺,地面运行可能接近 1,000 英尺。

空气密度受海拔、温度和湿度变化的影响。 高密度高度是指稀薄的空气,而低密度的高度是指密集的空气。 导致高海拔高度的条件是高海拔、低气压、高温、高湿度或这些因素的某种组合。 较低的海拔、高大气压、低温和低湿度更能表明低密度。

使用飞行计算机,可以通过在飞行水平输入压力高度和外部空气温度来计算密度高度。 密度高度也可以通过参考图 10-3 和 10-4 中的表格和图表来确定。

Figure 10-3. Field elevation versus pressure.
图 10-3。 场高程与压力。
Figure 10-4. Density altitude chart.
图 10-4。 密度高度图。

10.4.1 压力对密度的影响 #

由于空气是气体,因此可以压缩或膨胀。 当空气被压缩时,更多的空气可以占据给定的体积。 相反,当给定体积空气的压力减小时,空气膨胀并占据更大的空间。 也就是说,在较低压力下的原始空气柱包含较小的空气质量。 换句话说,密度降低。 事实上,密度与压力成正比。 如果压力加倍,密度会加倍,如果压力降低,密度也是如此。 该声明仅在恒定温度下为真。

10.4.2 温度对密度的影响 #

增加物质的温度会降低其密度。 相反,降低温度会增加密度。 因此,空气的密度随温度而变化。 这种说法只有在恒定的压力下才是正确的。

在大气中,温度和压力都随海拔下降而降低,对密度有相互矛盾的影响。 然而,随着海拔的升高,压力的相当快的下降通常会产生主要影响。 因此,飞行员可以预期密度随海拔的降低而降低。

10.4.3 湿度(水分)对密度的影响 #

前面的段落是基于完全干燥空气的前提。 实际上,它永远不会完全干燥。 在某些条件下,悬浮在大气中的少量水蒸气可能可以忽略不计,但在其他条件下,湿度可能成为飞机性能的重要因素。 水蒸气比空气轻; 因此,潮湿的空气比干燥的空气更轻。 因此,随着空气中含水量的增加,空气变得不那么密集,增加密度高度和降低性能。 当在给定的一组条件下,它含有最大量的水蒸气时,它是最轻或最不致密的。

湿度,也称为相对湿度,是指大气中包含的水蒸气量,表示为空气所能容纳的最大水蒸气量的百分比。 该量随温度而变化; 温暖的空气可以容纳更多的水蒸气,而较冷的空气可以容纳更少的水蒸气。 不含水蒸气的完美干燥空气的相对湿度为零,而无法容纳更多水蒸气的饱和空气的相对湿度为 100%。 仅湿度通常不被认为是计算密度高度和飞机性能的重要因素; 然而,它确实有贡献。

温度越高,空气所能容纳的水蒸气量就越多。 在比较两个单独的气团时,第一个温暖和潮湿(两种质量都使空气更轻)和第二个冷和干燥(两者都使它更重),第一个必须比第二个更不致密。 压力、温度和湿度对飞机性能的影响很大,因为它们对密度的影响。 没有用于计算湿度对密度高度影响的经验法则或图表,但必须考虑到这一点。 预计在高湿度条件下的整体性能会下降。

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