飞行器有两大门派:航空与航天。
有些朋友可能分不清这两派有何区别,今天我们就来给它们划清界限!
要了解航空、航天的区别,首先要了解地球大气层的一个重要特性:海拔高度越高,则空气越稀薄、空气密度越小。
保护着地球生命的大气层
空气密度随高度的变化曲线(0-100km)
空气密度随高度的变化曲线(0-1000km)
从海平面至大约12km高度,这部分的大气称为“对流层”,它集中了大约地球全部大气质量的3/4;在这个高度内活动的主要飞行器有普通民航飞机和低速军用飞机等。
再上升至大约50-55km高度,这部分大气称为“平流层”,此处空气密度、压强已大幅下降,只有浮空器(如气球)和飞行速度较快的军用飞机能在这个空间内活动。
比如俄制的米格-25曾爬升至37.65km高度,创下飞机爬升高度的世界纪录;NASA曾放飞名为“Big 60”的世界体积最大的气球,曾爬升至49.4km高度。
再往上则依次为中间层(85km)、热层(800km)和散逸层(800km以外),空气已经几乎没有,飞行器已无法依靠空气动力或空气浮力飞行。
大气分层
在美国标准大气模式(USSA76模型)中,当:
海拔升高至10km时,空气密度下降至海平面的33.76%,压强下降至26.15%;
海拔升高至50km时,空气密度和压强均下降至海平面的0.08%;
海拔升高至100km时,空气密度下降至海平面的0.00004%(千万分之四),压强下降至海平面的0.00003%(千万分之三)。
详细数据如下表:
飞机必须依靠气动升力抵消自身重力,气动升力的计算公式为:0.5×Cy×ρ×v²×S,其中Cy为升力系数,S为飞机参考面积,都是由飞机自身外形、尺寸决定的固有参数,无法改变。而ρ为空气密度,与升力为一次函数关系;v为飞行速度,为二次函数关系;这两个参数在飞行中是随时变化的。
飞机必须依靠气动升力抵消自身重力
机翼上下表面空气流速不同、造成压力差而产生气动升力
根据USSA76模型和升力公式可知:10km处空气密度约是100km处的74万倍;同一架飞机如果想在100km高度维持10km处的同等升力,必须付出约860倍的速度!
而这种速度,则已远远超过人造卫星环绕地球飞行所需要的轨道速度(所需的最小速度为第一宇宙速度7.9km/s),飞行器根本不需要气动升力也完全可以保持飞行。
基于这种理论,著名航空航天大师冯·卡门(钱学森的老师)提出了一条100km高度的分界线:在此线之上,空气动力已经对飞行器失效,而天体力学起主导作用,飞行器无法依靠空气飞行,而是像人造卫星一样运行。这条100km高度的“卡门线”也获得了国际航空联合会的认可。
因此,一般以卡门线为界,其下方称稠密大气层,其上方称稀薄大气层。
主要在稠密大气层内活动的飞行器称为航空器,主要在稀薄大气层活动的飞行器则称为航天器。
火箭与导弹由于其活动空间贯穿于两者,因此一般给它们单独分为一类。
飞行器的通常分类方法
至此,冯·卡门先生彻底解决了航空、航天两大门派的恩恩怨怨,给它们划分好了各自的地盘。
#头条知士#
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