книги из ГПНТБ / Величко К.Ф. Основы теории полета управляемых баллистических ракет учебное пособие

показывают, что атмосфера имеет ясно выраженное слоистое строение. Ниже приводится модель строения атмосферы соглас­ но справочнику по космонавтике / 15/ а.

Слои различаются между ообой составом основных газов, распределением по вертикали температуры, давления и плотнос­ ти, а также степенью ионизации.

По составу воздуха атмосфера делится на две сферы: гомосферу и гетеросферу. Границы их выражены нерезко. Между

атмосферу' принято делить на четыре основные сферы: тропосфе­ ру, стратосферу, мезосферу, термосферу - и три переходные

соты 00-100 км, в котором химический состав воздуха остает­ ся неизменным (за исключением его переменных составных час­ тей - водяного пара, углекислого гдза, озона и атмосферных

растает. Концентрация озона достигает максимума в слое 2530 км. Озон сильно поглощает как солнечную радиацию, так и земное излучение. Поэтому ультрафиолетовые лучи Солнца мало

вес воздуха изменяются с высотой, в гетероофере составные части атмосферы находятся в атомарном состоянии: на высоте

ней границы -.тропопаузы колеблется в зависимости от широты, места и времени года /см .табл. 1 .3 /. Этот слой атмосферы со-

- 32 -

держит до 80% воей ее кассы и до 90% всех ее водяных паров. В тропосфере температура убывает с высотой в среднем на 6,5° на 1 км. Это происходит потому , что тропосфера нагревается

рующие погоду на Земле /перемешивание воздуха, конденсация водяных паров, образование облачности, 'выпадение осадков,

обледенения, гроаы, струйные течения в' тррпопаузе в направ­ лении с аапада на восток со скоростями до 400 км/час и более/.

Стратосфера - слой атмосферы,в котором температура поч­ ти постоянна по внсоте ( в среднем - 56°С) • В ней содержит­ ся около 20% всей массы атмооферы. Верхняя граница стратос­ феры - стратопауга - находится на высоте 50-55 км, где тем­ пература достигает 0°С. Рост температуры объясняется нали­ чием в слое оаона, поглощающего энергию ультрафиолетового излучения.

Мезосфера - слой атмосферы, простирающийся от отратопауеы до 80 км. Температура в нём понижается на 3-4° на 1 км высоты. На высоте 80 км температура равна - 68°С- В верхней части слоя преобладают вападные ветры со скоростями 20-230 км/час. На долю меэооферы приходится не более 0,3% всей мас­ сы атмосферы.

Термосфера - слой атмосферы от 80 до 800 км над поверх­ ностью Земли. Он характеризуется непрерывным ростом темпера­ туры. На высотах 100-120 км диссоциирован кислород. С высот 120 км и выше начинается диссоциация азота. Различные излу­ чения Солнца и звезд вызывают не только диссоциацию молекул,

но и их ионизацию , т .е . в термосфере образуется несколько слоев, содержащих большое количество варяженных частиц -

ионов. На долю термооферы приходится менее 0,06% воей массы

атмосферы.

Выше 500-1000 км различают экэосферу "Или слой рассея­ ния - слой-атмосферы. Расчеты показывают, что температура

- 33

в нем рвом * с высотой. Основными компонентами атмосферы в этом слое является атомарный кислород к авот, а такав ато ­ марный водород.

Часть атмосферы, с высоты порядка 10000 хм называют геокоровоЙ /вемной короной/. Е5 верхняя граница определяет-, ся высотой 22-24 тыс.км. На данной высоте в выше частицы га­ зов настолько разрежены и обладают столь большими скоростя­ ми, что часть иа них, преодолевая силу притяжения , уходит

вмежпланетное пространство.

Вразличных справочниках /1 5 / приведены данные о физи­ ческих характеристиках атыооферы и их игмененин с высотой.

Численные данные, характеризующие изменение средних параметров вовдуха по высоте ( плотность- р , давлениер ,

температура Т ), приведены в таблице 1 .4 , которая является исходной для баллистических раочет9в.- В этой таблице до высоты 20 км за средние параметры воздуха приняты данные . так называемой международной стандартной атмосферы, т .е .у с ­ ловно введенной атмосферы, параметры которой считаются не зависящими от времени года и суток и от широты местности. Международная стандартная атмосфера определяется , исходя из следующих предположений:

1. воздух - идеальный газ с газовой постоянной

R= 29,27

~2- Параметры воэдуха на уровне моря имеют значения:

На ооновании таблицы международной стандартной атмос­ феры /5 / в таблице 1.4 приводится выписка еначений. пара­ метров для различных высот. Таблица дополнена значениями скорости звука "а'1, определенными по формуле а * 20f f м /оек.

Порядок определения параметров воздуха на различных высо­ тах приведен в примере 1.4 .

- 35 -

Наиболее существенными свойствами воздуха, которые влияют ни. величину аэродинамических сил, являются механические свойст­ ва:- инертность, вязкость и сжимаемость.

Инертность. Под инертностью воздуха понимают его способ­ ность оопротивлятьоя изменению состояния относительного по­ коя или равномерного прямолинейного движения.

Мерой инертности всякого тела, как и8вестно, является его масса, чем больше масса тела, тем больцую силу требует­ ся приложить к нему для того, чтобы изменить его состояние относительного покоя или движения.

Инертность воздуха обычно оценивают массовой плотностью р . массовая плотность воздуха, как известно, с высотой уменьшается.

- 30 -

При движении тела в'атмосфере чаоть его кинетической энергии расходуется на изменение состояния относительного покоя массы воедуха или его движения, т .е . тело расталкивает в сторона воздух, раздвигает воздушные потоки при своем дви­ жении. Таким образом, инертность воздуха является одной из причин возникновения аэродинамических сил.

Вязкость. Под вязкоотью понимаетоя способность воздуха сопротивляться сдвигу ОДНОГО ОЛОЯ относительно ДРУГОГО,СООЗДнего олоя. Она проявляется в возникновении между ооовдними

оложи внутреннего трения.

из слоя 1, попадая в слой П, будут тормозить его. движение и наоборот, молекулы олоя П, попадая в слой 1, теряет овой избы­ ток скорости и стремятся увеличить окорооть олоя 1 . Торможе­ ние t т .е . потеря кинетической енергии ведет к возрастание температуры.

Рис.1.12

При обтеканий воздуимш потоком тела вязкость воздуха в значительной мере проявляется вблизи поверхности, где об­ разуется пограничный олой. Пограничным слоем называется от­ носительно тонкий сдой воздушного потока,, в котором частицы воздуха заторможены сиджи внутреннего трения.

Непосредственно на поверхности обтекаемого тела молеку­ лы воздуха прилипают к нему и их окорость падает до нуля. Внутри пограничного сдоя не вое частицы заторможены одинако­ во, по мере удаления от поверхности тела скорость движения

- 37 -

молекул в пограничном слое увеличивается. Вне пограничного

среды, называется■его свойство изменять свою'плотность при изменении давления. Обычно о сжимаемости воздуха судят по скорости звука в воздухе "а".

Скорость 8вука / а / . Скоростью 8вука называется скорость распространения в упругой среде возмущэний, вызванных слабы­ ми повышениями или понижениями давления. При этом совершен­ но' не обязательно, чтобы возмущения имели колебательный ха­ рактер и вызывали слуховое ощущение. Они могут быть и единич­ ными /при скачкообразных повышениях и понижениях давления/

ней имеется теснейшая связь: чемоольше сжимаемость среды, тем меньше в ней скорость звука. Следовательно, измерив ско­

мущения плотности и давления передаются от частицы к чавти-

це со скоростью, примерно равной средней скорости хаогичес-

_ 33 -

кого движения молекул нововыученного.газа, которая опреде­ ляется только температурой. Поэтому, чем выше температура

характеризуется отношением скорости полета к скорости звука. Очевидным является то, что чем больше скорость полета раке­ ты, тем больше она будет сжимать воздух.

Исследования этого вопроса приводят к следующим выво­

дам:

- сжимаемость воздуха при движении проявляется тем

важное значение в аэродинамике больших /сверхзвуковых /ско­ ростей.

п .З . Происхождение и физическая сущность аэродинамической силы лобового сопро­

39 -

не только при теоретических исследованиях, но и на практике в аэродинамических трубах для определения деиствукхцих на ра­ кету сил. Правильность этого принципа обращения движения под­ тверждается многолетней практикой.

Аэродинамические силы, действующие на ракету в полете, возникают вследствие обтекания ракеты набегающим потоком воз­ духа. Теоретические исследования и практические опыты позво­ лили установить,из каких элементов складывается полная аэро­ динамическая сила лобового сопротивления.

ввука,аэродинамические силы возникают вследствие двух основа ных причин: сопротивления трения /вязкости воздуха/ и сопро­ тивления давления /неравномерного распределения аэродинами­ ческого давления по поверхности обтекаемого тела/.

Рис.1.13

Как видно из ри с .1 .13,поток воздуха , набегающий на