Строение атмосферы и параметры стандартной атмосферы. Общие сведения о пилотажно-навигационных параметрах

Пилотажно-навигационные приборы и измерительные системы обеспечивают экипаж и технические средства управления полетом информацией, необходимой для решения задач самолетовождения. Под самолетовождением понимают комплекс действий экипажа и работников наземных технических служб движения, направленных на обеспечение наибольшей точности выполнения полета ЛА по установленной трассе (маршруту) и осуществление его посадки в заданное время. Поэтому для решения задач самолетовождения необходимо определять, в первую очередь, значения параметров, характеризующих полет ЛА.

Полет ЛА как движение твердого тела в пространстве состоит из поступательного движения центра масс ЛА по заданной траектории и углового движения относительно центра масс.

Рис. 1. Прямоугольные системы координат. а- земная; б – нормальная

Для описания траекторий полетов на небольшие расстояния, а также при взлете и посадке применяются местные системы координат (например, декартова прямоугольная система координат O₀ X₀ Y Z₀ (рис. 1). Для описания траекторий полетов на значительные расстояния в основном используются географическая и ортодромическая системы координат, которые предполагают сферическую модель Земли (рис. 2).

В каждый i -ый момент времени положение центра массы ЛА в декартовой системе координат будет определяться линейными координатами: Н — высотой полета, L — пройденным расстоянием и Z — боковым отклонением (рис. 1, а). В географической системе координат положение центра масс ЛА определяется, кроме Я, широтой Ф и долготой К полета, в ортодромической - Н — высотой, ф_орт — ортодромической широтой и Хорт — ортодромической долготой.

При построении мар­шрутов самолетов используют частноортодромические системы координат (рис. 3.1, б), начало которых совмещают с конечным пунктом каждого участка полета. Связь между угловыми и линейными параметрами ортодромической системы координат для определения места положения (МП) самолета следующая:

S _орт = [π (R ₃ + H)/180⁰ ] λ_орт; Z _орт = [π (R ₃ + H)/180⁰ ]φ_орт,

где, R а – радиус Земли.

Рис. 2. Глобальные системы координат: а) - геосферическая; б) - ортодромическая

За высоту полета Н принимают расстояние от некоторого уровня, принятого за нуль, до ЛА, отсчитанное по вертикали. В зависимости от выбранного уровня отсчета различают:

- абсолютную высоту (Н_а6с), когда за начало отсчета принимается уровень моря с параметрами стандартной атмосферы (СА): давление Р = 760 мм рт. ст. = 101325ПА, температура Т_о = 288,15 К, плотность ρ₀ = 1,225 кг/м³, ускорение свободного падения g₀ = 9,80665 м/с², скорость звука

а = 340,294 м/с;

- относительную высоту, когда за начало отсчета принимают уровень места взлета или посадки;

- истинную высоту, отсчитываемую от той точки земной поверхности, над которой пролетает ЛА.

Основные составляющие атмосферы Земли – азот и кислород. Остальные газы: водяной пар, углекислота, неон, метан, водород и другие – составляют около 1 %. Давление атмосферы на уровне моря – 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.

Параметры стандартной атмосферы соответствует температуре воздуха 15,0°С, относительной влажности f = 0 %, плотности ρ = 1,225 кг/м³.

Атмосфера Земли состоит из ряда слоев – тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы, экзосферы:

Рис. 2. Строение атмосферы

Таблица №1. Параметры атмосферы

	Высота	Температура	Характеристика
Тропосфера	0-12 км.	Падает на 60 на каждый км.	Тропосфера нагревается инфракрасным излучением земной поверхности
Стратосфера	12-25 км. 25-50 км.	- 500 С Немного растет, на Н=50 км. около 00 С	Температура растет за счёт реакции разложения озона, которая сопровождается выделением теплоты
Мезосфера	50-85 км.		Озон поглощает ультрафиолетовое излучение в области, защищая жизнь на поверхности Земли
Термосфера	85-800 км.	Температура увеличивается с высотой. Днём на Н=400 км. около 15000 С	Ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца ионизирует молекулы воздуха. Поэтому термосферу называют ионосферой. От ионосферы отражаются радиоволны. Становятся преобладающими водород и гелий.
Экзосфера	Свыше 800 км.		Молекулы движутся с огромными скоростями, иногда в межпланетное пространство.

Их разделяют промежуточные слои атмосферы – тропопауза, стратопауза, мезопауза и термопауза. В мезопаузе, на высоте 85 км, находится температурный минимум. Здесь же наблюдаются серебристые облака.

По уровню ионизации, электропроводности и способности отражать и поглощать радиоволны в атмосфере выделяют еще несколько слоев. Слой атмосферы, заключенный между высотами 100 и 1000 км, называют ионосферой. Положение и интенсивность слоев ионосферы меняется ото дня к ночи и в зависимости от изменений солнечной активности. Максимальная концентрация свободных ионов в ионосфере составляет (2–50)∙10⁵ см^–3 и достигается на высотах 250–400 км от поверхности Земли.

Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу фреона и других активных веществ, его количество резко уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что озоновые дыры – одно из проявлений солнечной активности.