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第三章、航空器活动的环境及导航大气层地球的有关知识地球的运动和时间空中导航•前两章前面两章以航空器为主体，本章以航空器所处的环境为主体。大气层的构造大气物理参数国际标准大气和飞行高度的确定航空气象知识§3.1大气层1、大气的构造大气层分为对流层（变温层）平流层（同温层和中间层）对流层（变温层）—高度：从地球表面向上大约11Km的高度—特点：•高度增加，温度下降；•风向风速经常变化•空气上下对流剧烈•气象多—对飞机飞行的影响：•温度变化对飞行的影响：飞机结冰，影响气动外形、对机载设备和人体也有危害；•风速、风向的变化及空气对流：使飞机颠簸等；•云、雨、雾、雪等影响能见度。平流层（同温层和中间层）—高度：对流层以上距地面35～40Km—特点：（1）恒温受地面影响小；（2）水蒸气少，因此没有云、雨、雾、雪等气象；（3）密度小，风向稳定，没有对流，空气水平流动。2、大气物理参数大气压力P•概念：空气的压强，物体单位面积上所承受的空气的垂直作用力。•产生原因：从布朗运动方面理解•方向及大小：方向:各个方向，大小：大气压＝物体单位面积上所承受的大气气柱的重量。•单位：工程上：公斤/平方米公斤/平方厘米标准单位：帕斯卡（Pa）牛/平方米毫米汞柱（mmHg）大气温度T•概念：空气的温度指空气的冷热程度•定理：布朗运动，气体的温度越高，空气分子不规则运动的越快，分子的平均动能越大。•单位：（1）摄氏温度（2）华氏温度F；两者之间的换算关系：（3）绝对温度K空气密度•概念：单位体积内的空气质量•公式：•单位：标准单位为：千克/立方米工程单位为：公斤平方秒/立方米•对概念的理解（与人口密度比较理解）音速概念：声音在静止的空气中传播的速度。单位：米/秒m/s3、国际标准大气和飞行高度的确定国际标准大气•规定国际标准大气的意义：制定统一的标准•规定的前提：以北半球中纬度地区的大气物理性质的平均值作为基础•符合理想气体方程•假设：（1）分子没有体积（2）分子间没有引力规定：海平面的高度为零，在海平面，空气的标准状态是：飞行高度的确定为了飞机的飞行安全，飞机在不同的飞行阶段，需要使用不同基准的高度。主要有：场压高度海平面气压高度以及标准气压高度场压高度（QFE）•机场当地海拔高度的气压高度为零，飞机高度表上表示出来的高度就是机场上空的相对高度距离•起飞和降落阶段使用海平面气压高度（QNH）•以当地实际海平面的气压数据作为高度的基准面，飞机高度表上表示出来的高度就是飞机的实际海拔高度•爬升和下降阶段使用标准气压高度（ISA）以国际标准大气的基准面得到的高度称为标准气压高度巡航阶段使用4、航空气象知识1）影响飞行活动的天气情况•云和能见度：•雾：靠近地面的云；雾的形成条件：3个条件雾的形式：辐射雾、平流雾、上升雾和锋面雾•降水：降水现象包括雨、雪、雹等；降水对航空的影响：降低能见度影响跑道性能影响飞机性能•风：空气的流动直接影响到飞机的空速，而空速又是飞机产生升力的基本条件；•风速在高速飞行中对速度影响相对较小，因而低速飞行的驾驶员需要考虑风的影响；—迎风飞行时：—侧风飞行时：—巡航飞行时：•在较小的范围内遇到的危险的气象现象有以下几种：雷暴：任何飞机都应该避开雷暴，否则将非常危险；颠簸：是指大气中空气有不稳定的气流上下运动，可分为三类不同形式的颠簸，分别是—距地面很近的颠簸—风切变—晴空湍流§3.2地球的有关知识地球的经纬度纬度1）赤道平面：与地轴垂直并通过地球中心的平面2）赤道：赤道平面与地表面的交线3）纬度：地球上某点到地心连线和赤道平面的角度4）纬线：概念：同样纬度连接起来的线;特点：和赤道平面平行的平面在地球表面的交线。经度1）经圈：包含地轴的平面与地球表面的交线；2）经线：经圈的南北极之间的线称为经线，又称为子午线；3）本初子午线:以通过伦敦格林尼治天文台的经线作为0度经线,又称为本初子午线4）经度：通过任一点的经线平面与主经线平面的夹角为该点的经度0度经线以西为西经，用W表示；0度经线以东为东经，用E表示方向、距离和坐标•方向：方向一般用方向和方位角来表示，地面一点对一点的坐标体系中的角度关系。•方位角：以经线北部为基准，顺时针测量到水平面的给定的方向线的角度。•距离：地球表面两点之间连线的长度(弧度长度)•大圆：通过球心的平面和球面相交的交线，经圈和赤道都是大圆•距离的定义：•大圆的周长＝公里•纬度每差1度的距离为1米定义为通过巴黎经圈的四千万分之一。1海里定义为大圆上1分的长度：航线1）航线：飞机从地球表面一点到另一点的预定的路线称为航线。主要使用大圆航线和等角航线2）大圆航线：沿着大圆两点之间弧线的航线为大圆航线•特点：距离最短方向改变3）等角航线：航线角不变的航线•特点：航线角不变•但距离较长实际应用中：航程短，用等角航线；航程长，用大圆航线§3.3地球的运动和时间时间和时刻地球上的时刻1、时间和时刻•时间包括了时刻和时段两方面的概念。•时刻：描述运动顺序性，时间的一点。•时段：描述运动持续性，时间的一段。2、地球上的时刻1）地球的运动地球运动的时间关系、地球运动的角度关系2）时刻的种类和相互关系地方时概念：将当地经线正对太阳的时刻作为正午12时，正背太阳的时刻作为0时。特点：数目多，当地使用方便，不适于协调活动。区时•概念：将全球15度倍数的经度作为标准经度，在标准经度两侧7.5度的地区构成一个时区，使用这个标准经度的地方时作为这个时区的区时。•特点：各地时间不等于该地地方时，但便于不同地区时间的换算。北京时间世界时概念：各地区统一以0区的区时作为标准时，称为世界时。意义：世界性活动的增多，使用区时也无法满足对时间同步性和准确性的要求，所以引入世界时。§3.4空中导航1、导航的基本概念导航是指一个物体在运动中确定它在空间或地面的位置和方向的方法。导航的基本发展过程1）早期：飞行高度不高，采用地面标志和航空地图；2）气压仪表时代出现了领航学；3）无线电技术和电子技术发展时代电子综合仪表系统实现了导航的自动化。2、导航的主要参数的确定导航主要的参数有航向、地速、时间和高度。时间和高度已在前面有所介绍，以下主要介绍速度和航向两个参数。飞行中速度的确定：•空速：飞机对空气的相对运动的速度；•地速：飞机在地面投影点的速度；•航迹：飞机地面投影点的移动的轨迹；•航迹角：由经线北端顺时针量到航迹的角度航行速度三角形飞行中方向的确定•地磁南北极与地球南北极是分离的，所以方向的确定需要通过计算得到•航向的种类真经线：从地球的南北极出发的地理经线在航空中称为真经线真航向(ZX)：以真经线为基准的航向•磁经线：以磁针指示的方向线；•磁差()：磁经线与真经线的夹角；•磁航向(CX)：以磁经线为基准的航向称为磁航向。•罗经线：由于飞机本身存在磁场，由受飞机磁场影响的磁针指示出来的方向，称为罗经线；•罗差(△L)：罗经线和磁经线偏离的角度叫罗差；•罗航向(LX)：以罗经线北端为基准确定的航向称为罗航向；各航向的计算3、导航的设备系统•导航的设备系统是由地面设备和机载设备共同组成的。1）目视飞行导航及使用的设备•目视导航：驾驶员在航图上画出要经过的路线，并记住主要航点处地面上的某个标志，据此不断修正航向；•推测导航：根据飞机飞行的速度和预测的风向和风力的影响计算出航向和时间；•使用的机械工具和仪表：主要包括航空地图、磁罗盘、六分仪以及时钟和计算工具；•地面导航设施：主要是机场地面上的各种标志和指挥旗帜以及一些灯光标志。2）仪表飞行的航线导航设备•指点信标：安置在航路的固定点上，当飞机经过其上空时才接受到信号，依此来判断飞机的位置；•无方向信标（中波导航台）：飞机上的自动定向仪的旋转环形天线在正对无线电台时信号最强，这时通过电子线路使天线自动锁定在这个方向上，就可以测出飞机对于这个信标的方位；•甚高频全向信标：发出的信号有射频部分和载波部分；•测距仪：目的是使飞机通过策略他和测距台之间脉冲电波通过的时间来测出飞机和测距台之间的距离；•区域导航：使用的仍旧是甚高频全向信标——测距仪地面站台的信号，但是在飞机上增加了一台航线计算机，有了区域导航，飞机就可以直接在没有航路的航线飞行；•惯性导航系统：由惯性基准系统得出的位置和方向数据用于导航就形成了惯性导航系统；•卫星导航系统：它目前还处于试用阶段，将是未来航行系统的重要组成部分；•其他航线导航系统：塔康导航系统、罗兰系统和欧米茄系统。