Международная стандартная атмосфера

Международная стандартная атмосфера ( ISA ) представляет собой статическую атмосферную модель того, как изменяются давление , температура , плотность и вязкость атмосферы Земли на широком диапазоне высот или высот . Было установлено, чтобы обеспечить общую ссылку на температуру и давление и состоит из таблиц значений на различных высотах, а также некоторые формулы, с помощью которых были получены эти значения. Международная организация по стандартизации (ISO) публикует ISA как международный стандарт , ISO 2533: 1975. ^{[ 1 ]} Другие организации по стандартам , такие как Международная организация гражданской авиации (ICAO) и правительство Соединенных Штатов , публикуют расширения или подмножества той же атмосферной модели под их собственным органом по применению стандартов.

Описание

ISA Математическая модель делит атмосферу на слои с предполагаемым линейным распределением абсолютной температуры T против геопотенциальной высоты h . ^{[ 2 ]} Два других значения (давление P и плотность ρ ) вычисляются путем одновременного решения уравнений , возникающих в результате:

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

{\frac {dP}{dh}}=-\rho g

, и

Идеальный закон газа в молярной форме, который связывает давление , плотность и температуру :

\ P=\rho R_{\rm {specific}}T

На каждой геопотенциальной высоте, где G - стандартное ускорение гравитации , а R, _{специфичная для} R - конкретная константа газа для сухого воздуха (287.0528J= Kg ⁻¹⋅K ⁻¹) Решение дается барометрической формулой .

Плотность воздуха должна быть рассчитана, чтобы решить для 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, с помощью которых были получены эти значения. Для размещения самых низких точек на Земле модель начинается на базовой геопотенциальной высоте 610 метров (2000 футов) ниже уровня моря , со стандартной температурой, установленной при 19 ° C. С скоростью температурной падения -6,5 ° C (-11,7 ° F) на км (примерно -2 ° C (-3,6 ° F) на 1000 футов) таблица интерполяет на стандартные средние значения уровня моря 15 ° C ( 59 ° F) температура, 101,325 Pascals (14,6959 фунтов на квадратный дюйм) (1 атм ) давление и плотность 1,2250 килограммов на кубический метр (0,07647 фунтов/куб. Тропосферная таблица продолжается до 11 000 метров (36 089 футов), где температура упала до -56,5 ° C (-69,7 ° F), давление до 22 632 паскалей (3,2825 фунтов на кв. LB/CU FT). От 11 км до 20 км температура остается постоянной. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Слои в стандартной атмосфере ISA 1976
Слой	Уровень имя	База геопотенциал высота выше MSL ^{[ 5 ]} h (м)	База геометрический высота выше MSL ^{[ 5 ]} от (m)	Промежуток ставка (° C/км) ^[А]	База температура T (° C [K])	База атмосферный давление P (PA)	База атмосферный плотность ρ (кг/м ³)
0	Тропосфера	0	0	-6.5	+15.0 (288.15)	101,325	1.225
1	Тропопауза	11,000	11,019	0.0	−56.5 (216.65)	22632	0.3639
2	Стратосфера	20,000	20,063	+1.0	−56.5 (216.65)	5474.9	0.0880
3	Стратосфера	32,000	32,162	+2.8	−44.5 (228.65)	868.02	0.0132
4	Стратопауза	47,000	47,350	0.0	−2.5 (270.65)	110.91	0.0014
5	Мезосфера	51,000	51,412	-2.8	−2.5 (270.65)	66.939	0.0009
6	Мезосфера	71,000	71,802	-2.0	−58.5 (214.65)	3.9564	0.0001
7	Месопауза	84,852	86,000	—	-86.204 (186.946)	0	0

^а Скорость прохождения, указанная в километре геопотенциальной высоты (положительная скорость перерыва (λ> 0) означает повышение температуры с высотой)

В вышеупомянутой таблице геопотенциальная высота рассчитывается по математической модели, которая регулирует высоту, чтобы включить вариацию тяжести с высотой, в то время как геометрическая высота является стандартным прямым вертикальным расстоянием выше среднего уровня моря (MSL). ^{[ 2 ]}

Уравнение, которое связывает две высоты, составляют (где z - геометрическая высота , h - геопотенциальная высота и r ₀ = 6 356,766 м в этой модели)::

\ z={\frac {r_{0}h}{r_{0}-h}}

Обратите внимание, что скорости промежутка, приведенные в таблице, приведены как ° C на километр геопотенциальной высоты, а не геометрическую высоту.

Модель ISA основана на средних условиях в средних широтах, как определено Техническим комитетом ISO 20/SC 6. Время от времени он был пересмотрен с середины 20 -го века.

Использовать в нестандартных условиях

ISA моделирует гипотетический стандартный день , позволяющий воспроизводимый инженерный справочник для расчета и тестирования производительности двигателя и транспортных средств на различных высотах. Он не обеспечивает строгую метеорологическую модель фактических атмосферных условий (например, изменения барометрического давления из -за условий ветра ). Также это не учитывает влажности эффекты ; Предполагается, что воздух является сухим и чистым и постоянным составом. Эффекты влажности учитываются при анализе транспортных средств или двигателей путем добавления водяного пара в термодинамическое состояние воздуха после получения давления и плотности от стандартной модели атмосферы.

Нестандартные (горячие или холодные) дни моделируются путем добавления указанной дельты температуры к стандартной температуре на высоте, но давление принимается как стандартное значение дня. Плотность и вязкость пересчитываются при результирующей температуре и давлении с использованием уравнения идеального газа состояния. Жаркий день, холодный день, тропические и полярные температурные профили с высотой были определены для использования в качестве ссылок на производительность, такие как Министерство обороны Соединенных Штатов MIL-STD-210C, и его преемник MIL-HDBK-310. ^{[ 6 ]}

Стандартная атмосфера ICAO

Международная организация гражданской авиации (ICAO) опубликовала свою «Стандартную атмосферу ICAO» в качестве DOC 7488-CD в 1993 году. Она имеет ту же модель, что и ISA, но расширяет охват высоты до 80 километров (262 500 футов). ^{[ 7 ]}

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

Некоторые из значений, определенных ICAO:

**Стандартная атмосфера ICAO**
Высота Km & ft	Температура ° C.	Давление HPA	Скорость промежутка ° C/1000 футов	Скорость переключения C/1000 м
0 км мсл	15.0	1013.25	+1,98 (тропосферный)	+6,5 (тропосферный)
11 км 36 000 футов	−56.5	226.00	0,00 (стратосферный)	0,00 (стратосферный)
20 км 65 000 футов	−56.5	54.70	-0.3 (стратосферный)	-0.1 (стратосфер)
32 км 105 000 футов	−44.5	8.68

Авиационные стандарты и полевые правила основаны на международной стандартной атмосфере. Индикаторы воздушной скорости откалибруются по предположению, что они работают на уровне моря в международной стандартной атмосфере, где плотность воздуха составляет 1,225 кг/м. ³.

Физические свойства стандартной атмосферы ИКАО: ^{[ 8 ]}

Физические свойства стандартной атмосферы ИКАО
Параметр	Ценить
Плотность	1,225 кг м ^-3
Кинематическая вязкость	1.4607 × 10 ^-5 м ² с ^-1
Динамическая вязкость	1.7894 × 10 ^-5 кг м ^-1 с ^-1
Молярная объем	2.3645 × 10 ^-2 м ³ мол ^-1
Молекулярный вес	28.966
Теплопроводность	2.5339 × 10 ^-2 W M. ^-1 K ^-1
Средний свободный путь	6.6317 × 10 ^-8 м
Частота столкновения	6.9204 × 10 ⁹ с ^-1
Скорость частиц	4.5894 × 10 ² РС ^-1
Плотность числа	2.5475 × 10 ²⁵ м ^-3

Другие стандартные атмосферы

Стандартная атмосфера США представляет собой набор моделей, которые определяют значения для температуры атмосферы, плотности, давления и других свойств на широком диапазоне высот. Первая модель, основанная на существующем международном стандарте, была опубликована в 1958 году Комитетом США по расширению на стандартную атмосферу, ^{[ 9 ]} и был обновлен в 1962 году, ^{[ 5 ]} 1966, ^{[ 10 ]} и 1976. ^{[ 11 ]} Стандартная атмосфера американской атмосферы, международная стандартная атмосфера и WMO (World Meteorological Organization) совпадают с атмосферой ISO International Standard для высот до 32 км. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

NRLMSISE-00 -более новая модель атмосферы Земли от земли до космоса, разработанная Военно-морской исследовательской лабораторией США, принимая во внимание фактические данные спутникового сопротивления. Основное использование этой модели - помочь прогнозам спутникового орбитального распада из -за атмосферного сопротивления . Коспар международная справочная атмосфера (CIRA) 2012 и стандарт ISO 14222 Земля атмосферы рекомендуют NRLMSISE-00 для использования композиции.

JB2008 - более новая модель атмосферы Земли с 120 км до 2000 км, разработанная технологиями Космического командования ВВС США и космической окружающей среды с учетом реалистичной солнечной излучения и эволюции времени геомагнитных штормов. ^{[ 14 ]} Это наиболее полезно для расчета спутникового орбитального распада из -за атмосферного сопротивления . Как CIRA 2012, так и ISO 14222 рекомендуют JB2008 для массовой плотности при использовании сопротивления. ^{[ Цитация необходима ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Международная организация по стандартизации , стандартная атмосфера , ISO 2533: 1975, 1975.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Gyatt, Graham (2006-01-14): «Стандартная атмосфера» архивировала 2007-03-10 на машине Wayback . Математическая модель стандартной атмосферы США 1976 года.
^ Auld, DJ; Шринивас, К. (2008). «Свойства атмосферы» . Архивировано с оригинала 2013-06-09 . Получено 2008-03-13 .
^ Batchelor, GK, Введение в жидкую динамику , Cambridge Univ. Пресс, 1967.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Стандартная атмосфера США, 1962, Правительственная типография США, Вашингтон, округ Колумбия, 1962
^ MathWorks atmosnonstd
^ Руководство по стандартной атмосфере ИКАО (продлено до 80 километров (262 500 футов)) (третье изд.). Международная организация гражданской авиации . 1993. ISBN 92-9194-004-6 Полем DOC 7488-CD.
^ Tennent, RM (1971). Научная книга данных . Харлоу: Оливер и Бойд. п. 79. ISBN 0050024876 .
^ Расширение США на стандартную атмосферу ICAO, правительственная типография США, Вашингтон, округ Колумбия, 1958
^ Стандартные атмосферные добавки США, 1966, Правительственная типография США, Вашингтон, округ Колумбия, 1966
^ Стандартная атмосфера США , 1976, правительственная типография США, Вашингтон, округ Колумбия, 1976 (связанный файл 17 МБ)
^ НАСА , «Стандартная атмосфера США . » 1976
^ Томаси, C.; Vitake, v.; De Santis, LV (1998). «Относительные оптические массовые функции для воздуха, водяного пара, озона и диоксида азота в атмосферных моделях, представляющих различные широтные и сезонные условия». Метеорология и атмосферная физика . 65 (1): 11–30. Bibcode : 1998map .... 65 ... 11t . doi : 10.1007/bf01030266 . S2CID 123129752 . ... Стандартная атмосфера ISO (Международная организация по стандартизации), 1972. Эта модель идентична нынешней стандартной атмосферах ICAO (Международная организация гражданской авиации) и WMO (Всемирная метеорологическая организация) до высоты 32 км
^ "JB2008" . Архивировано из оригинала 2023-07-15 . Получено 2021-08-10 .

Дэвис, Марк (2003). Стандартное руководство для аэронавтических и астронавтических инженеров . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-136229-0 .
Справочные примечания НАСА JPL JPL
ИКАО, Руководство стандартной атмосферы ИКАО (продлен до 80 километров (262 500 футов)) , DOC 7488-CD, Третье издание, 1993, ISBN 92-9194-004-6 .

Внешние ссылки

[ISO_1975-1] Международная организация по стандартизации , стандартная атмосфера , ISO 2533: 1975, 1975.

[Graham_Gyatt-2] Jump up to: ^а ^{беременный} Gyatt, Graham (2006-01-14): «Стандартная атмосфера» архивировала 2007-03-10 на машине Wayback . Математическая модель стандартной атмосферы США 1976 года.

[aeromech.usyd.edu.au-3] Auld, DJ; Шринивас, К. (2008). «Свойства атмосферы» . Архивировано с оригинала 2013-06-09 . Получено 2008-03-13 .

[Batchelor_1967-4] Batchelor, GK, Введение в жидкую динамику , Cambridge Univ. Пресс, 1967.

[USA_1962-5] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Стандартная атмосфера США, 1962, Правительственная типография США, Вашингтон, округ Колумбия, 1962

[6] MathWorks atmosnonstd

[ICAO_1993-7] Руководство по стандартной атмосфере ИКАО (продлено до 80 километров (262 500 футов)) (третье изд.). Международная организация гражданской авиации . 1993. ISBN 92-9194-004-6 Полем DOC 7488-CD.

[8] Tennent, RM (1971). Научная книга данных . Харлоу: Оливер и Бойд. п. 79. ISBN 0050024876 .

[USA_1958-9] Расширение США на стандартную атмосферу ICAO, правительственная типография США, Вашингтон, округ Колумбия, 1958

[USA_1966-10] Стандартные атмосферные добавки США, 1966, Правительственная типография США, Вашингтон, округ Колумбия, 1966

[USA_1976-11] Стандартная атмосфера США , 1976, правительственная типография США, Вашингтон, округ Колумбия, 1976 (связанный файл 17 МБ)

[NASA_GSFC-12] НАСА , «Стандартная атмосфера США . » 1976

[Tomasi1998-13] Томаси, C.; Vitake, v.; De Santis, LV (1998). «Относительные оптические массовые функции для воздуха, водяного пара, озона и диоксида азота в атмосферных моделях, представляющих различные широтные и сезонные условия». Метеорология и атмосферная физика . 65 (1): 11–30. Bibcode : 1998map .... 65 ... 11t . doi : 10.1007/bf01030266 . S2CID 123129752 . ... Стандартная атмосфера ISO (Международная организация по стандартизации), 1972. Эта модель идентична нынешней стандартной атмосферах ICAO (Международная организация гражданской авиации) и WMO (Всемирная метеорологическая организация) до высоты 32 км

[14] "JB2008" . Архивировано из оригинала 2023-07-15 . Получено 2021-08-10 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

v Т и ISO Стандарты по стандартному номеру
List of ISO standards – ISO romanizations – IEC standards
1–9999	1 2 3 4 6 7 9 16 17 31 -0 -1 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 68-1 128 216 217 226 228 233 259 261 262 302 306 361 500 518 519 639 -1 -2 -3 -5 -6 646 657 668 690 704 732 764 838 843 860 898 965 999 1000 1004 1007 1073-1 1073-2 1155 1413 1538 1629 1745 1989 2014 2015 2022 2033 2047 2108 2145 2146 2240 2281 2533 2709 2711 2720 2788 2848 2852 2921 3029 3103 3166 -1 -2 -3 3297 3307 3601 3602 3864 3901 3950 3977 4031 4157 4165 4217 4909 5218 5426 5427 5428 5725 5775 5776 5800 5807 5964 6166 6344 6346 6373 6385 6425 6429 6438 6523 6709 6943 7001 7002 7010 7027 7064 7098 7185 7200 7498 -1 7637 7736 7810 7811 7812 7813 7816 7942 8000 8093 8178 8217 8373 8501-1 8571 8583 8601 8613 8632 8651 8652 8691 8805/8806 8807 8820-5 8859 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -8-I -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -16 8879 9000/9001 9036 9075 9126 9141 9227 9241 9293 9314 9362 9407 9496 9506 9529 9564 9592/9593 9594 9660 9797-1 9897 9899 9945 9984 9985 9995
10000–19999	10006 10007 10116 10118-3 10160 10161 10165 10179 10206 10218 10279 10303 -11 -21 -22 -28 -238 10383 10585 10589 10628 10646 10664 10746 10861 10957 10962 10967 11073 11170 11172 11179 11404 11544 11783 11784 11785 11801 11889 11898 11940 (-2) 11941 11941 (TR) 11992 12006 12052 12182 12207 12234-2 12620 13211 -1 -2 13216 13250 13399 13406-2 13450 13485 13490 13567 13568 13584 13616 13816 13818 14000 14031 14224 14289 14396 14443 14496 -2 -3 -6 -10 -11 -12 -14 -17 -20 14617 14644 14649 14651 14698 14764 14882 14971 15022 15189 15288 15291 15398 15408 15444 -3 -9 15445 15438 15504 15511 15686 15693 15706 -2 15707 15897 15919 15924 15926 15926 WIP 15930 15938 16023 16262 16355-1 16485 16612-2 16750 16949 (TS) 17024 17025 17100 17203 17369 17442 17506 17799 18004 18014 18181 18245 18629 18916 19005 19011 19092 -1 -2 19114 19115 19125 19136 19407 19439 19500 19501 19502 19503 19505 19506 19507 19508 19509 19510 19600 19752 19757 19770 19775-1 19794-5 19831
20000–29999	20000 20022 20121 20400 20802 20830 21000 21001 21047 21122 21500 21827 22000 22275 22300 22301 22395 22537 23000 23003 23008 23009 23090-3 23092 23094-1 23094-2 23270 23271 23360 23941 24517 24613 24617 24707 24728 25178 25964 26000 26262 26300 26324 27000 series 27000 27001 27002 27005 27006 27729 28000 29110 29148 29199-2 29500
30000+	30170 31000 32000 37001 38500 39075 40500 42010 45001 50001 55000 56000 80000
Category