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1、第三章、航空器活动的环境及导航第三章、航空器活动的环境及导航l 大气层大气层l 地球的有关知识地球的有关知识 l 地球的运动和时间地球的运动和时间l 空中导航空中导航前两章前面两章以航空器为主体，本章以航空器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。所处的环境为主体。l 大气层的构造大气层的构造l 大气物理参数大气物理参数l 国际标准大气和飞行高度的确定国际标准大气和飞行高度的确定l 航空气象知识航空气象知识3.1 大气层大气层1、大气的构造、大气的构造l大气层分为对流层（变温层）平流层（同温层和大气层分为对流层（变温层）平流层（同温层和中间层）中间层）l对流层（变温层）对流
2、层（变温层）高度：高度：从地球表面向上大约从地球表面向上大约11Km的高度的高度 特点：特点：高度增加，温度下降；高度增加，温度下降；风向风速经常变化风向风速经常变化 空气上下对流剧烈空气上下对流剧烈 气象多气象多 对飞机飞行的影响对飞机飞行的影响：温度变化对飞行的影响：飞机结冰，影响气动外形、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；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；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。云、雨、雾、雪等影响能见度。l平流层（同温层和中间层）平流层（同温层和中间层）高度：高度：对流
3、层以上距地面对流层以上距地面3540Km 特点：特点：（1）恒温）恒温 受地面影响小；受地面影响小；（2）水蒸气少，因此没有云、雨、雾、雪等气象；）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。）密度小，风向稳定，没有对流，空气水平流动。2、大气物理参数、大气物理参数l大气压力大气压力 P 概念：概念：空气的压强，物体单位面积上所承受的空空气的压强，物体单位面积上所承受的空气的垂直作用力。气的垂直作用力。产生原因：产生原因：从布朗运动方面理解从布朗运动方面理解 方向及大小方向及大小：方向：方向:各个方向，大小：大气压物各个方向，大小：大气压物体单位面积
4、上所承受的大气气柱的重量。体单位面积上所承受的大气气柱的重量。单位单位：工程上：公斤工程上：公斤/平方米平方米 公斤公斤/平方厘米平方厘米 标准单位：帕斯卡（标准单位：帕斯卡（Pa）牛）牛/平方米毫米汞柱（平方米毫米汞柱（mmHg）l大气温度大气温度 T概念：概念：空气的温度指空气的冷热程度空气的温度指空气的冷热程度 定理：定理：布朗运动，气体的温度越高，空气分子不布朗运动，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规则运动的越快，分子的平均动能越大。单位：单位：（1）摄氏温度）摄氏温度 （2）华氏温度）华氏温度 F；两者之间的换算关系：两者之间的换算关系：（3）绝对温度）绝
5、对温度 K l空气密度空气密度 概念：概念：单位体积内的空气质量单位体积内的空气质量 公式公式：单位单位：标准单位为标准单位为：千克：千克/立方米立方米 工程单位为工程单位为：公斤：公斤 平方秒平方秒/立方米立方米 对概念的理解对概念的理解（与人口密度比较理解）（与人口密度比较理解）l 音速音速l概念：概念：声音在静止的空气中传播的速度。声音在静止的空气中传播的速度。l单位：单位：米米/秒秒 m/s3、国际标准大气和飞行高度的确定、国际标准大气和飞行高度的确定l国际标准大气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国际标准大气的意义：制定统一的标准规定的前提规定的前提：以北半球中纬
6、度地区的大气物理性：以北半球中纬度地区的大气物理性质的平均值作为基础质的平均值作为基础 符合理想气体方程符合理想气体方程 假设：（假设：（1）分子没有体积）分子没有体积（2）分子间没有引力）分子间没有引力 规定：规定：海平面的高度为零，在海平面，空气的标准状海平面的高度为零，在海平面，空气的标准状态是：态是：l飞行高度的确定飞行高度的确定l为了飞机的飞行安全，飞机在不同的飞行阶段，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：需要使用不同基准的高度。主要有：场压高度场压高度 海平面气压高度以及标准气压高度海平面气压高度以及标准气压高度l场压高度（场压高度（QFE）机
7、场当地海拔高度的气压高度为零，飞机高度表上表示出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起飞和降落阶段使用l海平面气压高度（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爬升和下降阶段使用l标准气压高度（标准气压高度（ISA）l以国际标准大气的基准面得到的高度称为标准气压高度以国际标准大气的基准面得到的高度称为标准气压
8、高度 l巡航阶段使用巡航阶段使用4、航空气象知识、航空气象知识1）影响飞行活动的天气）影响飞行活动的天气情况情况 云和能见度：云和能见度：雾：雾：靠近地面的云；靠近地面的云；雾的形成条件：雾的形成条件：3个条件个条件 雾的形式：辐射雾、平流雾、上升雾和锋面雾雾的形式：辐射雾、平流雾、上升雾和锋面雾降水：降水：降水现象包括雨、雪、雹等；降水现象包括雨、雪、雹等；降水对航空的影响：降低能见度降水对航空的影响：降低能见度 影响跑道性能影响跑道性能 影响飞机性能影响飞机性能 风：风：空气的流动直接影响到飞机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空速，而空速又是飞机产生升力的基本条件；
9、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；驾驶员需要考虑风的影响；迎风飞行时：迎风飞行时：侧风飞行时：侧风飞行时：巡航飞行时：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：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；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，分别是三类不同形式的颠簸，分别是 距地面很近的颠簸距地面很近的颠
10、簸 风切变风切变 晴空湍流晴空湍流3.2 地球的有关知识地球的有关知识l地球的经纬度地球的经纬度 l纬度纬度 1）赤道平面：）赤道平面：与地轴垂直并通过地与地轴垂直并通过地 球中心的平面球中心的平面 2）赤道）赤道：赤道平面与地表面的交线：赤道平面与地表面的交线 3）纬度）纬度：地球上某点到地心连线和：地球上某点到地心连线和 赤道平面的角度赤道平面的角度 4）纬线：）纬线：概念：同样纬度连接起来的线概念：同样纬度连接起来的线;特点：和赤道平面平行的平面特点：和赤道平面平行的平面 在地球表面的交线。在地球表面的交线。l经度经度 1）经圈：）经圈：包含地轴的平面与地球包含地轴的平面与地球 表面的交
11、线；表面的交线；2）经线：）经线：经圈的南北极之间的线经圈的南北极之间的线 称为经线称为经线，又称为子午线；，又称为子午线；3）本初子午线）本初子午线:以通过伦敦格林以通过伦敦格林 尼治天文台的经线作为尼治天文台的经线作为0度经度经线线,又称为本初子午线又称为本初子午线4）经度：）经度：通过任一点的经线平面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与主经线平面的夹角为该点的经度 0度经线以西为西经，度经线以西为西经，用用W表示；表示；0度经线以东为东经，度经线以东为东经，用用E表示表示l方向、距离和坐标方向、距离和坐标方向：方向：方向一般用方向和方位角来表示，地面一方向一般用方向和方
12、位角来表示，地面一点对一点的坐标体系中的角度关系。点对一点的坐标体系中的角度关系。方位角：方位角：以经线北部为基准，顺时针测量到水平以经线北部为基准，顺时针测量到水平面的给定的方向线的角度。面的给定的方向线的角度。距离：距离：地球表面两点之间连线的长度地球表面两点之间连线的长度(弧度长度弧度长度)大圆：大圆：通过球心的平面和球面相交的交线通过球心的平面和球面相交的交线，经圈，经圈和赤道都是大圆和赤道都是大圆距离的定义：距离的定义：大圆的周长大圆的周长 公里公里 纬度每差纬度每差1度的距离为度的距离为l1米定义为通过巴黎经圈的四千万分之一。米定义为通过巴黎经圈的四千万分之一。l1海里定义为大圆上
13、海里定义为大圆上1分的长度：分的长度：l 航线航线1）航线：）航线：飞机从地球表面一点到另一点的预定的路线称为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航线。主要使用大圆航线和等角航线 2）大圆航线：）大圆航线：沿着大圆两点之间弧线的航线为大圆航线沿着大圆两点之间弧线的航线为大圆航线特点：距离最短方向改变特点：距离最短方向改变3）等角航线：）等角航线：航线角不变的航线航线角不变的航线特点：航线角不变特点：航线角不变 但距离较长但距离较长 实际应用中：实际应用中：航程短，用等角航线；航程短，用等角航线；航程长，航程长，用大圆航线用大圆航线3.3地球的运动和时间地球
14、的运动和时间l时间和时刻时间和时刻l地球上的时刻地球上的时刻1、时间和时刻、时间和时刻时间包括了时刻和时段两方面的概念。时间包括了时刻和时段两方面的概念。时刻：时刻：描述运动顺序性，时间的一点。描述运动顺序性，时间的一点。时段：时段：描述运动持续性，时间的一段。描述运动持续性，时间的一段。2、地球上的时刻、地球上的时刻 1）地球的运动）地球的运动 地球运动的时间关系地球运动的时间关系、地球运动的角度关系、地球运动的角度关系 2）时刻的种类和相互关系）时刻的种类和相互关系l地方时地方时 l概念：将当地经线正对太阳的时刻作为正午概念：将当地经线正对太阳的时刻作为正午12时，正背太时，正背太阳的时刻
15、作为阳的时刻作为0时。时。l特点：数目多，当地使用方便，不适于协调活动。特点：数目多，当地使用方便，不适于协调活动。l区时区时 概念：将全球概念：将全球15度倍数的经度作为标准经度，度倍数的经度作为标准经度，在标准经在标准经度两侧度两侧7.5度的地区度的地区 构成一个时区，使用这构成一个时区，使用这 个标准经度的个标准经度的地方时作为地方时作为 这个时区的区时。这个时区的区时。特点：各地时间不等于该地特点：各地时间不等于该地 地方时，但便于不同地区时地方时，但便于不同地区时 间的换算。间的换算。l北京时间北京时间l世界时世界时 概念：各地区统一以概念：各地区统一以0区的区时作区的区时作为标准时
16、，称为世界时。为标准时，称为世界时。意义：世界性活动的增多，使用区意义：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。的要求，所以引入世界时。3.4空中导航空中导航1、导航的基本概念、导航的基本概念l 导航是指一个物体在运动中确定它在空间导航是指一个物体在运动中确定它在空间 或地面或地面的位置和方向的方法。的位置和方向的方法。l 导航的基本发展过程导航的基本发展过程 1）早期）早期：飞行高度不高，采用地面标志和航空地图：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）气压仪表时代出现了领航学；3）无线电技术和
17、电子技术发展时代电子综合仪表系统实）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现了导航的自动化。2、导航的主要参数的确定、导航的主要参数的确定l导航主要的参数有航向、地速、时间和高导航主要的参数有航向、地速、时间和高 度。时度。时间和高度已在前面有所介绍，以下间和高度已在前面有所介绍，以下 主要介绍速度主要介绍速度和航向两个参数。和航向两个参数。l飞行中速度的确定飞行中速度的确定：空速：飞机对空气的相对运动的速度；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；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：飞机地面投影点的移动的轨迹；航
18、迹角航迹角：由经线北端顺时针量到航迹的角度：由经线北端顺时针量到航迹的角度 航行速度三航行速度三角形角形l飞行中方向的确定飞行中方向的确定 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通过计算得到航向的种类航向的种类 真经线：从地球的南北极出发的地理经真经线：从地球的南北极出发的地理经线在航空中称为真经线线在航空中称为真经线 真航向真航向(ZX)：以真经线：以真经线 为基准的航向为基准的航向磁经线：以磁针指示的方向线；磁经线：以磁针指示的方向线；磁差磁差()：磁经线与真经：磁经线与真经 线的夹角；线的夹角；磁航向磁航向(CX)
19、：以磁经线为：以磁经线为 基准的航向称为磁航向。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；针指示出来的方向，称为罗经线；罗差罗差(L )：罗经线和磁经线偏离的角度叫罗差；：罗经线和磁经线偏离的角度叫罗差；罗航向罗航向(LX)：以罗经线北端为基准确定的航向称为罗航向；：以罗经线北端为基准确定的航向称为罗航向；l各航向的计算各航向的计算3、导航的设备系统、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。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
20、设备）目视飞行导航及使用的设备目视导航：目视导航：驾驶员在航图上画出要经过的路线，并记住主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；要航点处地面上的某个标志，据此不断修正航向；推测导航：推测导航：根据飞机飞行的速度和预测的风向和风力的影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；响计算出航向和时间；使用的机械工具和仪表：使用的机械工具和仪表：主要包括航空地图、磁罗盘、六主要包括航空地图、磁罗盘、六分仪以及时钟和计算工具；分仪以及时钟和计算工具；地面导航设施：地面导航设施：主要是机场地面上的各种标志和指挥旗帜主要是机场地面上的各种标志和指
21、挥旗帜以及一些灯光标志。以及一些灯光标志。2）仪表飞行的航线导航设备）仪表飞行的航线导航设备指点信标：指点信标：安置在航路的固定点上，当飞机经过其上空时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；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）：无方向信标（中波导航台）：飞机上的自动定向仪的旋转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；信标的方位；甚高频全向信
22、标：甚高频全向信标：发出的信号有射频部分和载波部分；发出的信号有射频部分和载波部分；测距仪：测距仪：目的是使飞机通过策略他和测距台之间脉冲电波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；通过的时间来测出飞机和测距台之间的距离；区域导航：区域导航：使用的仍旧是甚高频全向信标使用的仍旧是甚高频全向信标测距仪地面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；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：惯性导航系统：由惯性基准系统得出的位置和方向数据用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；于导航就形成了惯性导航系统；卫星导航系统：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；统的重要组成部分；其他航线导航系统：其他航线导航系统：塔康导航系统、罗兰系统和欧米茄系塔康导航系统、罗兰系统和欧米茄系统。统。