3.1 大气的特性
正如前文所述，航空器是在大气层内活动的飞行器，因此其飞行也就离不开大气。在进一步介绍飞行器的其他相关知识之前，有必要对大气的特性加以介绍，以期为更好地了解和理解飞行的其他相关知识提供基础。
大气在地球引力作用下聚集在地球周围，大气层总质量的90%集中在离地球表面15千米高度以内，总质量的99.9%集中在地球表面50千米高度以内。在2000多千米高度以上，大气极其稀薄，并逐渐向行星际空间过渡。大气层没有明显的上限，它的各种特性沿铅垂方向上变化很大，例如空气压强和密度都随高度增加而降低，而温度则随高度变化有很大差异。例如，在离地球表面10千米高度，压强约为海平面压强的1/4，空气密度只相当于海平面空气密度的1/3。
3.1.1 大气的分层
根据大气中温度随高度的变化，可将大气层按照高度从低到高划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层5个层次，航空器的飞行环境是对流层和平流层。大气层分布如图3-1所示。各分层的高度范围和特点如表3-1所示。
图3-1 大气层分布图
表 3-1 大气的分层
3.1.2 大气的特性
大气与飞机空气动力学相关的特性有连续性、黏性和可压缩性。
（1）连续性
气体和流体一样具有连续性。大气是由大量分子组成的，在标准大气状态下，每一立方毫米的空间里含有2.7×1016个分子，每个分子都有自己的位置、速度和能量。在气体中，分子之间的联系十分微弱，以至于它们的形状仅仅取决于盛装容器的形状（充满该容器），而没有自己固有的外形。
当飞行器在这种空气介质中运动时，由于飞行器的外形尺寸远远大于气体分子的自由行程（一个空气分子经一次碰撞后到下一次碰撞前平均走过的距离），故在研究飞行器和大气之间的相对运动时，气体分子之间的距离完全可以忽略不计，即把气体看成是连续的介质。这就是在空气动力学研究中常说的连续性假设。
航天器所处的飞行环境为高空大气层和外层空间，那里空气非常稀薄，空气分子间的平均自由行程很大，气体分子的自由行程大约与飞行器的外形尺寸在同一数量级甚至更大。在此情况下，大气就不能看成是连续介质了。
（2）黏性
大气的黏性是空气在流动过程中表现出的一种物理性质。大气的黏性力是相邻大气层之间相互运动时产生的牵扯作用力，也叫作大气的内摩擦力，即大气相邻流动层间出现滑动时产生的摩擦力。流体的黏性和温度是有关系的，随着流体温度的升高，气体的黏性将增加，而液体的黏性反而减小。
大气流过物体时产生的摩擦阻力是与大气的黏性有关系的，因此，大气的黏性与飞机飞行时所产生的摩擦阻力也有很大关系。不同流体的黏性是不相同的，如水的黏性是空气的好几百倍。由于空气的黏性很小，在空气中低速运动时其摩擦力很不易被察觉。但是当飞行速度很大时，黏性力的影响就非常明显；速度如果达到3倍声速以上，由于摩擦力的作用，空气将对飞行器产生严重的气动加热，导致飞行器结构的温度急剧上升，以至于不得不采用防热层和耐高温材料。
在描述空气黏性对于飞机空气动力学特性的影响时，通常用雷诺数来表示。雷诺数是一个表示流体惯性力和黏性力比值的无量纲量。雷诺数和流体的密度、速度和特征长度（如机翼的弦长）成正比，和流体的黏度成反比。雷诺数较小时，黏性力对流场的影响大于惯性力。关于雷诺数的更进一步描述，感兴趣的读者可以参考其他相关的书籍。
（3）可压缩性
气体的可压缩性是指当气体的压强改变时其密度和体积改变的性质。不同状态的物质可压缩性也不同。液体对这种变化的反应很小，因此一般认为液体是不可压缩的；而气体对这种变化的反应很大，所以一般来讲认为气体是可压缩的物质。
当大气流过飞行器表面时，由于飞行器对大气的压缩作用，大气压强会发生变化，密度也会随之发生变化。当气流的速度较小时（一般指100米/秒以下），压强的变化量较小，其密度的变化也很小，因此在研究大气低速流动的有关问题时，可以不考虑大气可压缩性的影响。但当大气流动的速度较高时，由于可压缩性的影响，使得大气以超声速流过飞行器表面时与低速流过飞行器表面时有很大的差别，在某些方面甚至还会发生质的变化。这时就必须考虑大气的可压缩性。关于高速飞行所引起的空气被压缩，从而导致的一系列飞行器空气动力特性的变化，感兴趣的读者可以参考一些有关的专业书籍。