Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать со Стандартными условиями по температуре и давлению .
Сравнение графика международной стандартной температуры и давления атмосферы и приблизительных высот различных объектов и успешных стратосферных прыжков

Международные стандартная атмосфера ( МС ) является статической моделью атмосферы того , как давление , температура , плотность и вязкость из атмосферы Земли изменения в широком диапазоне высот или возвышений . Он был создан для обеспечения общего эталона температуры и давления и состоит из таблиц значений на различных высотах, а также некоторых формул, по которым эти значения были получены. Международная организация по стандартизации (ISO) публикует ISA в качестве международного стандарта , ISO 2533: 1975.[1] Другие организации по стандартизации , такие как Международная организация гражданской авиации (ИКАО) и правительство Соединенных Штатов , публикуют расширения или подмножества одной и той же атмосферной модели под своим собственным органом по разработке стандартов.

Описание [ править ]

Математическая модель ISA делит атмосферу на слои с предполагаемым линейным распределением абсолютной температуры T в зависимости от геопотенциальной высоты h . [2] Два других значения (давление P и плотность ρ ) вычисляются путем одновременного решения уравнений, полученных из:

  • вертикальный градиент давления, возникающий в результате гидростатического баланса , который связывает скорость изменения давления с геопотенциальной высотой:
, и

на каждую геопотенциальную высоту, где г является стандартным ускорением силы тяжести , а R удельным является удельным газовым постоянным для сухого воздуха.

Плотность воздуха должна быть рассчитана для определения давления и используется при расчете 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 при стандартной температуре, установленной на уровне 19 ° C. При градиенте температуры −6,5 ° C (-11,7 ° F) на км (примерно −2 ° C (-3,6 ° F) на 1000 футов) таблица интерполируется к стандартным средним значениям уровня моря 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 фут). тропосфереТабулирование продолжается до 11000 метров (36089 футов), где температура упала до -56,5 ° C (-69,7 ° F), давление до 22632 паскалей (3,2825 фунтов на квадратный дюйм), а плотность до 0,3639 кг на кубический метр (0,02272 фунта / куб футов). Между 11 км и 20 км температура остается постоянной. [3] [4]

Слои в ISAСтандартная атмосфера 1976
Слой
Название уровня		Базовая
геопотенциальная
высота над уровнем моря [5]
ч (м)		Базовая
геометрическая
высота над MSL [5]
z (м)
Интервальная
скорость
(° С / км) [а]
Базовая
температура
T (° C)		Базовое
атмосферное
давление
p (Па)		Базовая плотность
атмосферы ρ (кг / м 3 )

0Тропосфера-610-611-6,5+19,0108 900 (1,075 атм)1,2985
1Тропопауза11 00011 0190,0-56,522 6320,3639
2Стратосфера20 00020 063+1,0-56,55474,90,0880
3Стратосфера32 00032 162+2,8-44,5868,020,0132
4Стратопауза47 00047 3500,0−2,5110,910,0020
5Мезосфера51 00051 413-2,8−2,566,939
6Мезосфера71 00071 802-2,0-58,53,9564
7Мезопауза84 85286 000--86,280,3734
скорость падения приведено на километргеопотенциальной высоты (Положительный температурный градиент (λ> 0) означаеттемпература растет с высотой)

В приведенной выше таблице геопотенциальная высота рассчитывается на основе математической модели, которая регулирует высоту с учетом изменения силы тяжести с высотой, в то время как геометрическая высота является стандартным прямым вертикальным расстоянием над средним уровнем моря (MSL). [2] Обратите внимание, что интервалы времени, указанные в таблице, указаны в градусах Цельсия на километр геопотенциальной высоты, а не геометрической высоты.

Модель ISA основана на средних условиях на средних широтах, как это определено техническим комитетом ISO TC 20 / SC 6. Начиная с середины 20 века, он периодически пересматривался.

Использовать при нестандартных дневных условиях [ править ]

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 влияние влажности ; воздух предполагается сухим, чистым и постоянного состава. Влияние влажности учитывается при анализе транспортного средства или двигателя путем добавления водяного пара к термодинамическому состоянию воздуха после получения давления и плотности из стандартной модели атмосферы.

Нестандартные (горячие 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, холодный, тропический и полярный день с высотой были определены для использования в качестве эталонов производительности, например, Департаментом США Защита MIL-STD-210C и его преемник MIL-HDBK-310. [6]

Стандартная атмосфера ИКАО [ править ]

Международная организация гражданской авиации (ИКАО) опубликовала свою «Стандартную атмосферу ИКАО» как Doc 7488-CD в 1993 году. Она имеет ту же модель, что и ISA, но расширяет зону действия по высоте до 80 километров (262 500 футов). [7]

Стандартная атмосфера ИКАО, как и ISA, не содержит водяного пара.

Некоторые из значений, определенных ИКАО:

Стандартная атмосфера ИКАО
Высота, км и футТемпература ° CДавление гПаПогрешность ° C / 1000 футов
0 км MSL15.01013,25−1,98 (тропосферный)
11 км 36000 футов-56,5226,000,00 (стратосферное)
20 км 65000 футов-56,554,70+0,3 (стратосферное)
32 км 105000 футов-44,58,68

Авиационные стандарты и правила полетов основаны на Международной стандартной атмосфере. Индикаторы воздушной скорости калибруются исходя из предположения, что они работают на уровне моря в международной стандартной атмосфере, где плотность воздуха составляет 1,225 кг / м 3 .

Другая стандартная атмосфера [ править ]

Дополнительная информация: Справочная атмосферная модель.

Стандарт США Атмосфера представляет собой набор моделей , которые определяют значения для атмосферной температуры, плотности, давления и других свойств в широком диапазоне высот. Первая модель, на основе существующего международного стандарта, был опубликован в 1958 году Комитетом США по на внутренней линии к стандартной атмосфере, [8] и был обновлен в 1962 году [5] 1966, [9] и 1976 г. [10] Стандартная атмосфера США, Международная стандартная атмосфера и стандартные атмосферы ВМО (Всемирная метеорологическая организация) такие же, как и Международная стандартная атмосфера ISO для высот до 32 км. [11] [12]

NRLMSISE-00 - это новая модель атмосферы Земли от земли до космоса, разработанная Лабораторией военно-морских исследований США с учетом фактических данных о сопротивлении спутника. Основное использование этой модели состоит в том, чтобы помочь в предсказании уменьшения орбиты 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 более новая модель атмосферы Земли на расстоянии от 120 до 2000 км, разработанная космическим командованием ВВС США и Space Environment Technologies с учетом реалистичного солнечного излучения и временной эволюции геомагнитных бурь. Это наиболее полезно для расчета затухания орбиты спутника из-за сопротивления атмосферы . COSPAR International Reference Atmosphere (CIRA) 2012 и стандарт плотности земной атмосферы ISO 14222 рекомендуют JB2008 для определения массовой плотности при перетягивании.

В стандартных условиями являются образцом температуры и давления газа , используемой в химии .

См. Также [ править ]

  • Акронимы и сокращения в авионике
  • Плотность воздуха
  • Стандартная атмосфера Jet

Ссылки [ править ]

  1. ^ Международная организация по стандартизации , стандартная атмосфера , ISO 2533: 1975, 1975.
  2. ^ a b Гьятт, Грэм (14 января 2006 г.): «Стандартная атмосфера». Архивировано 10 марта 2007 г. в Wayback Machine . Математическая модель стандартной атмосферы США 1976 года.
  3. ^ Auld, DJ; Шринивас, К. (2008). «Свойства атмосферы» . Архивировано из оригинала на 2013-06-09 . Проверено 13 марта 2008 .
  4. ^ Бэтчелор, GK, Введение в динамику жидкости , Кембриджский университет. Пресс, 1967.
  5. ^ a b c Стандартная атмосфера США, 1962 г., Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1962 г.
  6. ^ Mathworks atmosnonstd
  7. ↑ Руководство по стандартной атмосфере ИКАО (расширено до 80 километров (262 500 футов)) (Третье изд.). Международная организация гражданской авиации . 1993. ISBN 92-9194-004-6. Doc 7488-CD.
  8. ^ Расширение США к стандартной атмосфере ИКАО, Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1958
  9. ↑ Стандартные дополнения к атмосфере США, 1966, Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1966
  10. ↑ Стандартная атмосфера США , 1976 г., Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1976 г. (размер связанного файла 17 МБ)
  11. ↑ НАСА , «Стандартная атмосфера США 1976». Архивировано 13 мая2006 г. в Wayback Machine.
  12. ^ Tomasi, C .; Витаке, В .; Де Сантис, LV (1998). «Функции относительной оптической массы воздуха, водяного пара, озона и диоксида азота в атмосферных моделях, представляющих различные широтные и сезонные условия». Метеорология и физика атмосферы . 65 (1): 11–30. Bibcode : 1998MAP .... 65 ... 11T . DOI : 10.1007 / BF01030266 . … Стандартная атмосфера ISO (Международной организации по стандартизации), 1972 г. Эта модель идентична существующим в настоящее время Стандартным атмосферам ИКАО (Международной организации гражданской авиации) и ВМО (Всемирной метеорологической организации) на высоте до 32 км.
  • Дэвис, Марк (2003). Стандартное руководство для инженеров авиации и космонавтики . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-136229-0.
  • Справочные заметки NASA JPL
  • ИКАО, Руководство по стандартной атмосфере ИКАО (расширено до 80 километров (262 500 футов)) , Doc 7488-CD, третье издание, 1993, ISBN 92-9194-004-6 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Онлайн-калькулятор стандартной атмосферы 1976 года с генератором таблиц в графическом формате.
  • Многоязычный калькулятор окон, который вычисляет атмосферные (стандартные и нестандартные!) Характеристики в соответствии с «стандартной атмосферой 1976 года» и преобразует различные воздушные скорости (истинные / эквивалентные / откалиброванные) в соответствии с соответствующими атмосферными условиями.
  • Бесплатная версия Android для полной модели международной стандартной атмосферы
  • Калькулятор стандартной атмосферы NewByte и конвертер скорости
  • Калькулятор атмосферы ИКАО
  • Стандарты ИКАО
  • Полный калькулятор ISA (модель 1976 г.)
  • Исходный код JB2008 и ссылки