Kapitel 3. Standardatmosfären



Relevanta dokument
Grundläggande aerodynamik

Linnéuniversitetet Institutionen för fysik och elektroteknik

Aerodynamik - Prestanda

Det totala motståndet kan beräknas med hjälp av ekvation (6.13), som lyder:

6.5 Effektbehov för oaccelererad planflykt

Fysikaliska modeller. Skapa modeller av en fysikalisk verklighet med hjälp av experiment. Peter Andersson IFM fysik, adjunkt

6.12 Räckvidd och uthållighet

Fysik (Ö) Bestäm hur mycket av luften som finnas under 20 km, 15 km, 10 km och 5 km genom 2 / p(h) = p 0 e mgh

Labbrapport svängande skivor

Inlämningsuppgift 4 NUM131

4 rörelsemängd. en modell för gaser. Innehåll

Termodynamik FL4. 1:a HS ENERGIBALANS VÄRMEKAPACITET IDEALA GASER ENERGIBALANS FÖR SLUTNA SYSTEM

Övningsuppgifter till Originintroduktion

Sammanfattning av räkneövning 1 i Ingenjörsmetodik för ME1 och IT1. SI-enheter (MKSA)

Termodynamik FL1. Energi SYSTEM. Grundläggande begrepp. Energi. Energi kan lagras. Energi kan omvandlas från en form till en annan.

Fysikalisk kemi KEM040. Clausius-Clapeyronekvationen Bestämning av ångtryck och ångbildningsentalpi för en ren vätska (Lab2)

Sammanfattning av räkneövning 1 i Ingenjörsmetodik för ME1 och IT1. SI-enheter (MKSA)

Kan hagel bli hur stora som helst?

Då du skall lösa kemiska problem av den typ som kommer nedan är det praktiskt att ha en lösningsmetod som man kan använda till alla problem.

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Fast fas Flytande fas Gasfas

Termodynamik Föreläsning 4

Övningar till datorintroduktion

Bestäm brombutans normala kokpunkt samt beräkna förångningsentalpin H vap och förångningsentropin

Temperatur T 1K (Kelvin)

Kapitel 5. Gaser. är kompressibel, är helt löslig i andra gaser, upptar jämt fördelat volymen av en behållare, och utövar tryck på sin omgivning.

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Flytande fas Gasfas

Kraft, tryck och rörelse

Produktion. i samarbete med. MAO Design 2013 Jonas Waxlax, Per-Oskar Joenpelto

Grundläggande aerodynamik, del 2

Grundläggande aerodynamik, del 3

FÖRSLAG PÅ ATT ÖKA PRODUKTIONEN OCH SÄNKA ENERGI FÖRBRUKNINGEN I BANDUGNSVERKET

Föreläsning 2 Vädrets makter

Provet består av Del I, Del II, Del III samt en muntlig del och ger totalt 76 poäng varav 28 E-, 24 C- och 24 A-poäng.

Repetition F4. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Meteorologi - Grunder och introduktion - Meteorologiska modeller och prognoser

P1. I en cylinder med lättrörlig(friktionsfri) men tätslutande kolv finns(torr) luft vid trycket 105 kpa, temperaturen 300 K och volymen 1.40 m 3.

Institutet för rymdfysik Kiruna

KEMISK TERMODYNAMIK. Lab 1, Datorlaboration APRIL 10, 2016

LEONARDO DA VINCI ( )

10. Relativitetsteori Tid och Längd

Separata blad för varje problem.

En pendels svängningstid

Grundläggande aerodynamik, del 5

Lösningsförslag. Tentamen i KE1160 Termodynamik den 13 januari 2015 kl Ulf Gedde - Magnus Bergström - Per Alvfors

Allmänt om flygbuller

Övningstentamen i KFK080 för B

Homogen gasjämvikt: FYSIKALISK KEMI. Laboration 2. Dissociation av dikvävetetraoxid. N2O4(g) 2 NO2(g)

Planering Fysik för V, ht-10, lp 2

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Flytande fas Gasfas

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Fysik 1 kapitel 6 och framåt, olika begrepp.

Prov-prov i Prestanda och Färdplanering PPL/L1P

Chalmers. Matematik- och fysikprovet 2009 Fysikdelen

STOCKHOLMS UNIVERSITET FYSIKUM

Hur förändras den ideala gasens inre energi? Beräkna också q. (3p)

Vädrets makter. Föreläsning 6 Djup konvektion, superceller och tromber Tropisk meteorologi och orkaner Väderprognoser

Provet består av Del I, Del II, Del III samt en muntlig del och ger totalt 76 poäng varav 28 E-, 24 C- och 24 A-poäng.

WALLENBERGS FYSIKPRIS

jämvikt (där båda faserna samexisterar)? Härled Clapeyrons ekvation utgående från sambandet

Kapitel 9 Hydrostatik. Fysik 1 - MB 2008

Solens energi alstras genom fusionsreaktioner

Appendix i instruktionen

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Planering Fysik för V, ht-11, lp 2

10. Kinetisk gasteori

METEOROLOGI. Innehåll

Tentamen för kursen. Linjära statistiska modeller. 16 augusti

Tätheten mellan molekylerna är störst vid fast form och minst vid gasform.

Kap 3 egenskaper hos rena ämnen

Del A: Digitala verktyg är inte tillåtna. Endast svar krävs. Skriv dina svar direkt på provpappret.

Arbetet beror på vägen

SVÄNGNINGSTIDEN FÖR EN PENDEL

7. TRYCK. Spektrum Fysik Lärarhandledning Författaren och Liber AB

Transportstyrelsens föreskrifter om prestandasäkerhet vid flygning med flygplan;

Jämviktsuppgifter. 2. Kolmonoxid och vattenånga bildar koldioxid och väte enligt följande reaktionsformel:

Transportstyrelsens föreskrifter om prestandasäkerhet vid flygning med flygplan;

Linjära ekvationer med tillämpningar

Reglerteknik I: F1. Introduktion. Dave Zachariah. Inst. Informationsteknologi, Avd. Systemteknik

T / C +17. c) När man andas utomhus en kall dag ser man sin andedräkt som rök ur munnen. Vad beror det på?

Tentamen i Termodynamik för K och B kl 8-13

1. Solen A. Cirka ljusår från jorden. 2. Andromedagalaxen B. Cirka 8 ljusminuter från jorden.

27,8 19,4 3,2 = = ,63 = 3945 N = = 27,8 3,2 1 2,63 3,2 = 75,49 m 2

Densitet Tabellen nedan visar massan och volymen för olika mängder kopparnubb.

Tryck. fredag 31 januari 14

Kapitel Ekvationsräkning

Problemsamling. Peter Wintoft Institutet för rymdfysik Scheelevägen Lund

Wilma kommer ut från sitt luftkonditionerade hotellrum bildas genast kondens (imma) på hennes glasögon. Uppskatta

U = W + Q (1) Formeln (1) kan även uttryckas differentiells, d v s om man betraktar mycket liten tillförsel av energi: du = dq + dw (2)

Engelska Svenska Svenska som andraspråk Idrott och hälsa Musik Biologi Fysik Kemi Slöjd...

Fysik. Ämnesprov, läsår 2016/2017. Delprov A1. Årskurs. Elevens namn och klass/grupp

TENTAPLUGG.NU AV STUDENTER FÖR STUDENTER. Kursnamn Fysik 1. Datum LP Laboration Balkböjning. Kursexaminator. Betygsgränser.

Uppgifter till Väder och klimat-delen i Fysik 1

Entropi. Det är omöjligt att överföra värme från ett "kallare" till ett "varmare" system utan att samtidigt utföra arbete.

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Värme och väder. Solen värmer och skapar väder

Några problemlösnings och modelleringsuppgifter med räta linjer

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 10 Relativitetsteori den 26 april 2012.

6. Värme, värmekapacitet, specifik värmekapacitet (s )

Trycket är beroende av kraft och area

Hur kan en fallskärm flyga?

Transkript:

Kapitel 3. Standardatmosfären Omfattning: Allmänt om atmosfären Standardatmosfären Syfte med standardatmosfären Definition av höjd Lite fysik ISA-tabeller Tryck-, temp.- och densitetshöjd jonas.palo@bredband.net 070-653 45 30 Allmänt om atmosfären Jordens atmosfär: Skydd mot strålning Skydd mot diverse rymdskräp Förser oss med syre Men främst En miljö lämplig att flyga i! Sammansättning: Kvävgas N 2 utgör runt 4/5 av luften Syrgas O 2 ca 1/5 Ca 1 % utgörs av övriga gaser (till största delen Argon) 1

Allmänt om atmosfären Stora förändringar i temperatur, tryck och densitet inom atmosfären Därför indelad i olika skikt, sfärer Troposfären: 0-18 km (varierar) Utgör ca 75 % av atmosfärens massa Innehåller vädret Stratosfären: Ca 11-50 km Gränsen mellan tropo- och stratosfären kallas tropopausen Allmänt om atmosfären Jordens atmosfär är väldigt dynamisk Variationer i tryck och temperatur styrs av plats, tidpunkt, höjd, årstid etc. Innebär problem vid design och beräkning av prestanda för flygplan Prestanda styrs av lyftkraft och motstånd, som i sin tur styrs av atmosfären Därför har man infört det som kallas för standardatmosfär! 2

Standardatmosfären International Standard Atmosphere, ISA ISA bygger på experimentella data och fysikaliska samband tillsammans med en matematisk modell Ger medelvärden för tryck, temperatur och densitet som funktion av höjd Gör det möjligt att relatera flyg- och vindtunneltester samt prestandaberäkningar vid ex. design av flygplan till en gemensam referens Standardatmosfären Utgångsvärden för p, T och vid havsnivå enligt ISA: Tryck, p = 1,01325 x 10 5 Pa (1 013,25 hpa) Densitet, = 1,225 kg/m 3 Temperatur, T = 288,16 K (15 C) För ISA gäller även Tropopausen på 11 km höjd Temperaturgradienter etc. 3

Definition av höjd Vad är höjd (eng. altitude)? Vi kommer att titta på sex olika typer av höjd: Absolut, geometrisk och geopotentiell höjd För att komma fram till hur ISA-värden kan beräknas Tryck-, temperatur- och densitetshöjd Användning av ISA-tabeller Definition av höjd Geometrisk höjd, h G : Uppmätt höjd över havsnivå Absolut höjd, h a : Geometrisk höjd + jordradien h a =h G + r Absoluta höjden viktig eftersom tyngdaccelerationen varierar med h a (enl. gamle Newton) 4

Definition av höjd För g på en specifik höjd gäller då: = g r h 2 = g r r + g 0 0 a h G (ekv. 3.1) (g 0 = tyngdaccelerationen vid havsnivå) Hydrostatisk ekvation Vi vill ju kunna beräkna hur p, och T varierar mot höjd Grunden för sådana beräkningar är den hydrostatiska ekvationen Bygger på krafter som verkar på ett stationärt element av luft Jämvikt enl. figur: p = p + dp + ρg dh G som blir dp = ρg dh G (ekv. 3.2) En ändring i tryck svarar mot en ändring i höjd 5

Hydrostatisk ekvation Tyngdaccelerationen g i uttrycket är en variabel Kan dock antas vara konstant, dvs. g 0 (upp till 15 km) Vilket ger: dp = ρg dh (ekv. 3.3) 0 h G har blivit h för att kompensera för antagandet g = g 0 h kallas för geopotentiell höjd Samband mellan h och h G Vi är ute efter hur p, T och varierar mot geometrisk höjd, h G Ekv. 3.3 ger variationen mot geopotentiell höjd Löses genom att relatera h till h G vilket (efter division av ekv. 3.3 och 3.2 samt inblandning av ekv. för g och integrering) mynnar ut i: h r = hg (ekv. 3.6) r + hg som ger sambandet mellan h och h G Dock är skillnaden mellan h och h G mycket liten för låga höjder Ex: För ett h G på 10 000 m blir motsvarande värde för h 9 984 m, en avvikelse på 0,16 % 6

Definition av ISA ISA baseras på temperaturen och hur den varierar med höjd Utgörs av ett antal räta linjer Isotermiska regioner Gradienter Figuren ger T = T(h) Betyder att p(h) och (h) kan beräknas med hjälp av allm. gaslagen Definition av ISA För de isotermiska regionerna Genom tillämpning av hydrostatiska ekvationen och allm. gaslagen fås: p p 1 = e [ g /( RT )]( h ) 0 h 1 (ekv. 3.9) ρ ρ 1 = e [ g /( RT )]( h ) 0 h 1 (ekv. 3.10) Ekvationerna ger hur p och varierar mot höjd 7

Definition av ISA För gradienterna T varierar, dock linjärt, enl. konstanten a Resultatet blir då: p p 1 T = T 1 g 0 /( ar) (ekv. 3.12) ρ ρ 1 T = T1 {[ g /( ar) ] 1} 0 + (ekv. 3.13) Standardatmosfären Nu är det möjligt att att beräkna p och som funktion av höjd Ex: Beräkna tryck, temperatur och densitet enligt ISA på en geopotentiell höjd av 12 km Denna typ av beräkning ligger som grund för de ISA-tabeller som är framtagna (Appendix A och B i boken) 8

Tryck-, temperatur- och densitetshöjd p-, T- och -höjd går att fås direkt ur ISA-tabellerna Vad är då dessa höjder? Utanför flygplanet uppmäts en densitet på 0,55080 kg/m 3. Tabellvärdet för densiteten anger en geometrisk höjd på 7 600 m, vilket är densitetshöjden Motsvarande gäller för tryck och temperatur Ex: Ett flygplan flyger på en höjd där omgivande densitet och temperatur uppmäts till 0,43433 kg/m 3 respektive 229,09K. Fastställ flygplanets tryck-, temperatur- och densitetshöjd! Tryck-, temperatur- och densitetshöjd Tryckhöjd används för att ange flyghöjd Alla använder samma utgångsvärde, 1 013,25 hpa Densitetshöjd viktigt stor inverkan på flygplanets prestanda Speciellt vid start- och landning Varmt = tunnare luft, ger lägre densitet som ger hög densitetshöjd Kallt = tätare luft, ger högre densitet som ger låg densitetshöjd påverkar också dragkraften 9

Sammanfattning Standardatmosfären bygger på experimentella data och en enkel matematisk modell (hydr. ekv. och allm. gaslagen) Ger medelvärden för p, T och som funktion av h Möjliggör bl a prestandaberäkningar Värdena för p, T och vid havsnivå Genom tropopausen (0-11 km) avtar temp. Linjärt med 6,5 C /km I början av stratosfären är temperaturen konstant (-56,5 C) Tabellvärden ger tryck-, temperatur- och densitetshöjd 10