Приложение А (справочное). Физические основы определения параметров атмосферы в ПСА

Приложение А
(справочное)

Физические основы
определения параметров атмосферы в ПСА

А.1. Атмосфера в ПСА представляет собой смесь газов, водяного пара и некоторого количества аэрозолей. В определенных условиях в составе воздуха меняется концентрация водяного пара, углекислого газа, озона и других составляющих с незначительным содержанием. Состав сухого воздуха в ПСА считается постоянным и соответствует значениям, приведенным в таблице А.1.

Таблица А.1 - Состав сухого чистого воздуха в ПСА

Газ	Объемное содержание, %	Молекулярная масса М,	Газ	Объемное содержание, %	Молекулярная масса М,
Азот ()	78.084	28.0134	Закись азота (NO)		44.0128
Кислород ()	20.9476	31.9988	Метан ()		16.04303
Аргон ()	0.934	39.948	Озон ()
			летом	до	47.9982
Углекислый газ ()	0.0314	44.00995	зимой	до	47.9982
Неон (Ne)		20.183	Сернистый ангидрид ()	до	64.0628
Гелий (Не)		4.0026	Двуокись азота ()	до	46.0055
Криптон ()		83.80	Йод ()	до	253.8088
Ксенон (Хе)		131.30	Воздух	100	28.964420
Водород ()		2.01594

А.2 Наибольшей изменчивости в ПСА подвержено содержание водяного пара, концентрация которого у поверхности земли при высокой температуре достигает 4 %, а с ростом высоты и понижением температуры падает.

А.3 Молекулярная масса воздуха Мс определяется согласно ГОСТ Р 53460-2009 по уравнению состояния идеального газа по стандартным значениям температуры, давления, плотности и универсальной газовой постоянной, соответствующим среднему уровню моря.

А.4 Информационной основой определения параметров атмосферы в ПСА на территории РФ, стран СНГ и Балтии служат данные многолетних измерений ПА на государственной сети примерно 3600 метеорологических станций и 146 аэрологических станций, распределение которых по территории АС России, стран СНГ и Балтии приведено на рисунках 1 П и 2 П.

А.5 Непосредственно измеряемыми метеорологическими параметрами являются температура Т, давление Р, удельная влажность q, скорость ветра V и его направление . Плотность и влажность (q - удельная влажность) воздуха непосредственно не измеряются.

А.6 Плотность воздуха согласно ГОСТ 27239-87 рассчитывается по значениям температуры, давления и удельной влажности из уравнения:

,

(1)

где q (г/кГ) - удельная влажность воздуха, Р (мбар) - давление на высоте h (м), Т (K) - температура, R - универсальная газовая постоянная.

А.7 Удельная влажность воздуха q (г/кГ) согласно ГОСТ 26352-84 рассчитывается по эмпирически определяемым значениям точки росы D [°С] из уравнения:

,

(2)

где Р (мбар) - давление на высоте h (м), Т [K] и t [°С] - температуры по Кельвину и Цельсию соответственно; а = 7,6 и b = 240,7 при Т  0°С и и при t  0 °С.

А.8 Состав, молярная масса атмосферы и термодинамические соотношения: концентрация частиц воздуха до высот 120 км, средняя скорость частиц воздуха, средняя длина свободного пробега и частота соударения частиц воздуха, скорость звука, динамическая и кинематическая вязкость воздуха, теплопроводность определяются в соответствии с ГОСТ 4401.

А.9 Соотношения, часто используемые в авиакосмической практике

А.9.1 Концентрация частиц воздуха n, , в единице объема

.

(3)

А.9.2 Средняя скорость движения частиц воздуха , м/с, получена исходя из максвелловского распределения скоростей молекул одноатомного идеального газа в условиях термодинамического равновесия и отсутствия внешнего силового воздействия и определяется выражением

.

(4)

А.9.3 Средняя длина свободного пробега частиц воздуха I, м/с, с учетом распределения относительных скоростей соударяющихся частиц значение определяется выражением

.

(5)

А.9.4 Средняя частота соударения частиц воздуха , , равна отношению средней скорости частиц воздуха к средней длине пробега частиц на той же высоте, то есть , откуда

.

(6)

А.9.5 Скорость звука а (скорость распространения бесконечно малого возмущения в газе), м/с, определяется выражением

.

(7)

А.9.6 Динамическая вязкость воздуха , , характеризует значение внутреннего трения между двумя соседними слоями воздуха, движущимися с разными скоростями в соответствии с выражением

.

(8)

А.9.7 Кинематическая вязкость равна отношению динамической вязкости воздуха к его плотности, то есть

.

(9)

Ограничения этого соотношения аналогично ограничению, установленному для уравнения динамической вязкости.

А.9.8 Теплопроводность , , рассчитывается по формуле

.

(10)