Войти
Сравнение графика температуры и давления в международной стандартной атмосфере и приблизительных высот различных объектов и успешные стратосферные прыжки Международная стандартная атмосфера (ISA ) - это статическая атмосферная модель того, как давление, температура, плотность и вязкость атмосферы Земли изменяются в широком диапазоне высот или высот. Он был создан для обеспечения общего эталона температуры и давления и состоит из таблиц значений на разных высотах, а также некоторых формул, по которым эти значения были получены. Международная организация по стандартизации (ISO) публикует ISA как международный стандарт, ISO 2533: 1975. Другие организации по стандартизации, такие как Международная организация гражданской авиации (ИКАО) и Правительство США, публикуют расширения или подмножества одной и той же атмосферной модели под своими собственными орган по разработке стандартов.
Математическая модель ISA делит атмосферу на слои с предполагаемым линейным распределением абсолютной температуры T против геопотенциальной высоты час Два других значения (давление P и плотность ρ) вычисляются путем одновременного решения уравнений, возникающих из:
и
на каждой геопотенциальной высоте, где g - стандартное ускорение свободного падения, а R удельное - удельная газовая постоянная для сухого воздуха.
Плотность воздуха должна быть рассчитана для определения давления и используется при вычислении динамического давления для движущихся транспортных средств. Динамическая вязкость является эмпирической функцией температуры, а кинематическая вязкость рассчитывается путем деления динамической вязкости на плотность.
Таким образом, стандарт состоит из таблицы значений на различных высотах, а также некоторых формул, по которым эти значения были получены. Чтобы учесть самые низкие точки на Земле, модель начинается с базовой геопотенциальной высоты 610 метров (2000 футов) ниже уровня моря со стандартной температурой, установленной на уровне 19 ° C. При температуре градиент, равной -6,5 ° C (-11,7 ° F) на км (примерно -2 ° C (-3,6 ° F) на 1000 футов), таблица интерполируется по стандарту средние значения на уровне моря, температура 15 ° C (59 ° F), давление 101,325 паскалей (14,6959 фунтов на квадратный дюйм) (1 атм ) и плотность 1,2250 кг на кубический метр (0,07647 фунта / куб. футов). Таблица тропосферы продолжается до 11000 метров (36 089 футов), где температура упала до -56,5 ° C (-69,7 ° F), давление до 22 632 паскалей (3,2825 фунтов на кв. Дюйм), а плотность до 0,3639 килограммов на кубический метр (0,02272 фунта / куб. фут). Между 11 км и 20 км температура остается постоянной.
| Layer | Level. name | Base. геопотенциал. высота над MSL. h (м) | Базовая. геометрическая. высота над MSL. z (м) | . Промежуток. скорость. (° C / км) | . Базовая. температура. T (° C) | Базовая. атмосферная. давление. p (Па) | Базовая. атмосферная. плотность. ρ (кг / м) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | Тропосфера | -610 | -611 | -6,5 | +19,0 | 108,900 (1,075 атм) | 1,2985 |
| 1 | Тропопауза | 11,000 | 11,019 | 0,0 | -56,5 | 22,632 | 0,3639 |
| 2 | Стратосфера | 20,000 | 20,063 | +1,0 | -56,5 | 5474,9 | 0,0880 |
| 3 | Стратосфера | 32000 | 32,162 | +2,8 | −44,5 | 868,02 | 0,0132 |
| 4 | Стратопауза | 47000 | 47,350 | 0,0 | −2,5 | 110.91 | 0.0020 |
| 5 | Мезосфен ere | 51,000 | 51,413 | -2,8 | -2,5 | 66,939 | |
| 6 | Мезосфера | 71,000 | 71,802 | -2,0 | -58,5 | 3,9564 | |
| 7 | Мезопауза | 84,852 | 86,000 | — | -86,28 | 0,3734 |
В приведенной выше таблице геопотенциальная высота рассчитывается на основе математической модели, которая регулирует высоту, чтобы включить изменение силы тяжести с высотой, в то время как геометрическая высота является стандартным прямым вертикальным расстоянием выше среднего уровня моря (MSL). Обратите внимание, что указанные в таблице интервалы времени указаны в градусах Цельсия на километр геопотенциальной высоты, а не геометрической высоты.
Модель ISA основана на средних условиях в средних широтах, как это определено техническим комитетом ISO TC 20 / SC 6. Начиная с середины 20 века, он периодически пересматривался.
ISA моделирует гипотетический стандартный день, чтобы обеспечить воспроизводимый технический справочник для расчета и тестирования характеристик двигателя и транспортного средства на различных высотах.. Он не обеспечивает точной метеорологической модели реальных атмосферных условий (например, изменений барометрического давления из-за ветровых условий ). Он также не учитывает эффекты влажности ; воздух считается сухим, чистым и постоянного состава. Эффекты влажности учитываются при анализе транспортного средства или двигателя путем добавления водяного пара к термодинамическому состоянию воздуха после получения давления и плотности из стандартной модели атмосферы.
Нестандартные (жаркие или холодные) дни моделируются путем добавления заданной температурной дельты к стандартной температуре на высоте, но давление, плотность и вязкость не пересчитываются при полученной нестандартной температуре. (Таким образом, влияние температуры на них считается гораздо менее важным, чем влияние высоты.) Профили температуры в жаркий день, холодный день, тропический и полярный день с высотой были определены для использования в качестве эталонов производительности, например United Министерство обороны штата MIL-STD-210C и его преемник MIL-HDBK-310.
Международная организация гражданской авиации (ИКАО) опубликовала свой «Стандарт ИКАО» Атмосфера »как Doc 7488-CD в 1993 году. Он имеет ту же модель, что и ISA, но расширяет зону действия до 80 километров (262 500 футов).
Стандартная атмосфера ИКАО, как и ISA, не содержит водяной пар.
Некоторые из значений, определенных ИКАО:
| Высота, км и фут | Температура, ° C | Давление, гПа | Промежуток времени ° C / 1000 футов |
|---|---|---|---|
| 0 км MSL | 15,0 | 1013,25 | -1,98 (тропосферный) |
| 11 км 36000 футов | −56,5 | 226,00 | 0,00 (стратосферное) |
| 20 км 65000 футов | -56,5 | 54,70 | +0,3 (стратосферное) |
| 32 км 105 000 футов | -44,5 | 8,68 |
Авиационные стандарты и правила полетов основаны на Международной стандартной атмосфере. Индикаторы воздушной скорости откалиброваны исходя из предположения, что они работают на уровне моря в международной стандартной атмосфере, где плотность воздуха составляет 1,225 кг / м3.
США Стандартная атмосфера - это набор моделей, которые определяют значения температуры, плотности, давления и других свойств атмосферы в широком диапазоне высот. Первая модель, основанная на существующем международном стандарте, была опубликована в 1958 году Комитетом США по распространению на стандартную атмосферу и обновлялась в 1962, 1966 и 1976 годах. Стандартная атмосфера США, Международная стандартная атмосфера и ВМО (World Meteorological Организация) стандартные атмосферы соответствуют Международному стандарту атмосферы ISO для высот до 32 км.
NRLMSISE-00 - это новая модель земной атмосферы от земли до космоса, разработанная Военно-морская исследовательская лаборатория США с учетом фактических данных о сопротивлении спутника. Основное использование этой модели - помощь в предсказании орбитального распада спутника из-за сопротивления атмосферы. Международный стандарт эталонной атмосферы COSPAR (CIRA) 2012 и стандарт плотности земной атмосферы ISO 14222 рекомендуют NRLMSISE-00 для использования в составе.
JB2008 - это новая модель атмосферы Земли от 120 до 2000 км, разработанная космическим командованием ВВС США и Space Environment Technologies принимая во внимание реалистичную солнечную энергетику и временную эволюцию геомагнитных бурь. Это наиболее полезно для расчета затухания орбиты спутника из-за атмосферного сопротивления. COSPAR International Reference Atmosphere (CIRA) 2012 и стандарт плотности земной атмосферы ISO 14222 рекомендуют JB2008 для определения массовой плотности при перетягивании.
стандартные условия для температуры и давления представляют собой модель температуры и давления газа, используемую в химии.
