Международная стандартная атмосфера - International Standard Atmosphere

Не путать с Стандартные условия по температуре и давлению.
Сравнение графика международной стандартной температуры и давления атмосферы и приблизительных высот различных объектов и успешных стратосферных прыжков

В Международная стандартная атмосфера (ЭТО) это статическая модель атмосферы о том, как давление, температура, плотность, и вязкость из Атмосфера Земли изменить широкий спектр высоты или возвышения. 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. В Международная организация по стандартизации (ISO) публикует ISA как Международный стандарт, ISO 2533: 1975.[1] Другой организации по стандартизации, такой как Международная организация гражданской авиации (ИКАО) и Правительство США, публиковать расширения или подмножества одной и той же атмосферной модели под своим собственным органом по разработке стандартов.

Описание

ISA математическая модель делит атмосферу на слои с предполагаемым линейным распределением абсолютная температура Т против геопотенциальная высота час.[2] Два других значения (давление п и плотность ρ) вычисляются одновременно решая уравнения в результате:

  • вертикальный градиент давления в результате гидростатический баланс, который связывает скорость изменения давления с геопотенциальной высотой:
, и

на каждой геопотенциальной высоте, где г это стандарт ускорение свободного падения, и рконкретный это удельная газовая постоянная для сухого воздуха.

Плотность воздуха должна быть рассчитана для определения давления и используется при вычислении динамическое давление 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. Разместить самые низкие точки на Земле, модель начинается на базовой геопотенциальной высоте 610 метров (2000 футов) ниже уровня моря, при стандартной температуре 19 ° C. С температурой скорость отклонения −6,5 ° C (-11,7 ° F) на км (примерно −2 ° C (-3,6 ° F) на 1000 футов), таблица интерполируется к стандартный средний уровень моря значения температуры 15 ° C (59 ° F), 101,325 паскалей (14,6959 фунтов на кв. дюйм) (1 банкомат ) давление и плотность 1,2250 кг на кубический метр (0,07647 фунта / куб фут). В тропосферный табулирование 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
СлойУровень
имя		База
геопотенциал
высота над MSL[5]
час (м)		База
геометрический
высота над MSL[5]
z (м)
Промежуток
показатель
(° C / км)[а]
База
температура
Т (° C)		База
атмосферный
давление
п (Па)		База
атмосферный
плотность
ρ (кг / м3)
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
а показатель отклонения дан на километр геопотенциальная высота (положительный градиент (λ> 0) означает, что температура увеличивается с высотой)

В приведенной выше таблице геопотенциальная высота вычисляется на основе математической модели, которая регулирует высоту с учетом изменения силы тяжести с высотой, в то время как геометрическая высота стандартное прямое вертикальное расстояние над средний уровень моря (MSL).[2] 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.

Использование в нестандартных дневных условиях

ISA моделирует гипотетический стандартный день чтобы обеспечить воспроизводимый технический справочник для расчета и проверки характеристик двигателя и транспортного средства на различных высотах. Это не предоставить точную метеорологическую модель реальных атмосферных условий (например, изменения атмосферного давления из-за ветровых условий ). Он также не учитывает влажность эффекты; воздух считается сухим, чистым и постоянного состава. Влияние влажности учитывается при анализе транспортного средства или двигателя путем добавления водяного пара в термодинамическое состояние 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 пересчитывается 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 Министерство обороны США MIL-STD-210C и его преемник MIL-HDBK-310.[6]

Стандартная атмосфера ИКАО

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 откалиброваны исходя из предположения, что они работают на уровне моря в международной стандартной атмосфере, где плотность воздуха составляет 1,225 кг / м3.

Другие стандартные атмосферы

Дальнейшая информация: Эталонная атмосферная модель

В Стандартная атмосфера США представляет собой 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.[8] и был обновлен в 1962 г.,[5] 1966,[9] и 1976.[10] Стандартная атмосфера США, Международная стандартная атмосфера и стандартные атмосферы ВМО (Всемирная метеорологическая организация) идентичны международным стандартам атмосферы ISO для высот до 32 км.[11][12]

NRLMSISE-00 это более новая модель Атмосфера Земли с земли в космос, разработанный Лаборатория военно-морских исследований США принимая во внимание фактические данные о сопротивлении спутника. Основное использование этой модели - помощь в прогнозировании спутниковое орбитальный распад из-за атмосферное сопротивление. COSPAR International Reference Atmosphere (CIRA) 2012 и стандарт плотности земной атмосферы ISO 14222 рекомендуют NRLMSISE-00 для использования в составе.

JB2008 это более новая модель Атмосфера Земли от 120 до 2000 км, разработано Космическое командование ВВС США и Технологии космической среды с учетом реалистичной солнечной радиации и временной эволюции геомагнитных бурь. Это наиболее полезно для расчета затухания орбиты спутника из-за атмосферное сопротивление. Международная эталонная атмосфера COSPAR (CIRA) 2012 и стандарт плотности земной атмосферы ISO 14222 рекомендуют JB2008 для определения массовой плотности при перетягивании.

В стандартные условия по температуре и давлению представляют собой модель температуры и давления газа, используемую в химия.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Международная организация по стандартизации, Стандартная атмосфера, ISO 2533: 1975, 1975.
  2. ^ а б Гьятт, Грэм (14 января 2006 г.): "Стандартная атмосфера" В архиве 2007-03-10 на Wayback Machine. Математическая модель стандартной атмосферы США 1976 года.
  3. ^ Auld, D.J .; Шринивас, К. (2008). «Свойства атмосферы». Архивировано из оригинал на 2013-06-09. Получено 2008-03-13.
  4. ^ Бэтчелор, Г. К., Введение в динамику жидкости, Cambridge Univ. Пресс, 1967.
  5. ^ а б 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 км (262 500 футов)) (Третье изд.). Международная организация гражданской авиации. 1993. ISBN  92-9194-004-6. Doc 7488-CD.
  8. ^ Расширение США до стандартной атмосферы ИКАО, Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1958 г.
  9. ^ Стандартные добавки к атмосфере США, 1966 г., Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1966 г.
  10. ^ Стандартная атмосфера США, 1976, Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1976 (связанный файл - 17 МБ)
  11. ^ НАСА, "Стандартная атмосфера США 1976" В архиве 2006-05-13 на Wayback Machine
  12. ^ Tomasi, C .; Витаке, В .; Де Сантис, Л.В. (1998). «Функции относительной оптической массы воздуха, водяного пара, озона и диоксида азота в моделях атмосферы, представляющих различные широтные и сезонные условия». Метеорология и физика атмосферы. 65 (1): 11–30. Bibcode:1998Карта .... 65 ... 11Т. Дои: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). Стандартный справочник для авиационных и космонавтических инженеров. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN  0-07-136229-0.
  • Справочные заметки NASA JPL
  • ИКАО, Руководство по стандартной атмосфере ИКАО (расширено до 80 км (262 500 футов)), Doc 7488-CD, Третье издание, 1993 г., ISBN  92-9194-004-6.

внешние ссылки