Internationell standardatmosfär

Ej att förväxla med standardvillkor för temperatur och tryck .
Jämförelse av en graf av International Standard Atmosphere temperatur och tryck och ungefärliga höjder för olika objekt och framgångsrika stratosfäriska hopp

International Standard Atmosphere ( ISA ) är en statisk atmosfärisk modell av hur trycket , temperaturen , densiteten och viskositeten hos jordens atmosfär förändras över ett brett spektrum av höjder eller höjder . Det har etablerats för att ge en gemensam referens för temperatur och tryck och består av tabeller med värden på olika höjder, plus några formler som dessa värden härleddes från. International Organization for Standardization (ISO) publicerar ISA som en internationell standard , ISO 2533:1975. Andra standardiseringsorganisationer , såsom International Civil Aviation Organisation (ICAO) och USA:s regering , publicerar tillägg eller delmängder av samma atmosfäriska modell under sin egen standardiseringsmyndighet.

Beskrivning

matematiska modellen ISA delar in atmosfären i lager med en antagen linjär fördelning av absolut temperatur T mot geopotentialhöjd h . De andra två värdena (tryck P och densitet ρ ) beräknas genom att samtidigt lösa ekvationerna som resulterar från:

  • den vertikala tryckgradienten som härrör från hydrostatisk balans , som relaterar hastigheten för tryckets förändring med geopotentialhöjd:
och

vid varje geopotentialhöjd, där g är standardaccelerationen för gravitationen och R specific är den specifika gaskonstanten för torr luft (287.0528J⋅kg −1 ⋅K −1 ). Lösningen ges av den barometriska formeln .

Luftdensiteten måste beräknas för att lösa trycket och används för att beräkna dynamiskt tryck för fordon i rörelse. Dynamisk viskositet är en empirisk funktion av temperatur, och kinematisk viskositet beräknas genom att dividera dynamisk viskositet med densiteten.

Således består standarden av en tabulering av värden på olika höjder, plus några formler med vilka dessa värden härleddes. För att hysa de lägsta punkterna på jorden , börjar modellen på en bas geopotentialhöjd av 610 meter (2 000 fot) under havsytan , med standardtemperatur inställd på 19 °C. Med en temperaturförskjutningshastighet på -6,5 °C (-11,7 °F) per km (ungefär -2 °C (-3,6 °F) per 1 000 fot), interpoleras tabellen till standardmedelvärdena för havsnivån på 15 °C ( 59 °F) temperatur, 101 325 pascal (14,6959 psi) (1 atm ) tryck och en densitet på 1,2250 kg per kubikmeter (0,07647 lb/cu ft). Den troposfäriska tabuleringen fortsätter till 11 000 meter (36 089 fot), där temperaturen har sjunkit till -56,5 °C (-69,7 °F), trycket till 22 632 pascal (3,2825 psi) och densiteten till 0,3639 kilogram (0,227 kg per kubikmeter) lb/cu ft). Mellan 11 km och 20 km förblir temperaturen konstant.

Lager i ISA Standard Atmosphere 1976
Lager
Nivånamn _


Bas geopotentialhöjd över MSL h (m)


Geometrisk bashöjd över MSL z (m)

Förfallohastighet ( °C/km )


Bastemperatur T (°C )



Basatmosfäriskt tryck p ( Pa)

Atmosfärisk basdensitet ρ (kg/ m 3 )
0 Troposfär -610 -611 +6,5 +19,0 108 900 (1,075 atm) 1,2985
1 Tropopaus 11 000 11 019 0,0 −56,5 22,632 0,3639
2 Stratosfär 20 000 20 063 -1,0 −56,5 5474,9 0,0880
3 Stratosfär 32 000 32,162 -2.8 −44,5 868,02 0,0132
4 Stratopaus 47 000 47 350 0,0 −2.5 110,91 0,0020
5 Mesosfären 51 000 51,413 +2,8 −2.5 66,939
6 Mesosfären 71 000 71,802 +2,0 −58,5 3,9564
7 Mesopause 84,852 86 000 — −86,28 0,3734
en lapse rate given per kilometer geopotentiell höjd (En positiv lapse rate (λ > 0) betyder att temperaturen minskar med höjden)

I ovanstående tabell beräknas geopotentialhöjd utifrån en matematisk modell som justerar höjden för att inkludera gravitationsvariationen med höjden, medan geometrisk höjd är det vanliga direkta vertikala avståndet över medelhavsytan (MSL). Observera att Lapse-frekvenserna som anges i tabellen anges som °C per kilometer geopotentiell höjd, inte geometrisk höjd.

ISA-modellen är baserad på genomsnittliga förhållanden på medelstora breddgrader, som fastställts av ISO:s tekniska kommitté TC 20/SC 6. Den har reviderats då och då sedan mitten av 1900-talet.

Använd under icke-standardiserade dagsförhållanden

ISA modellerar en hypotetisk standarddag för att möjliggöra en reproducerbar teknisk referens för beräkning och testning av motor- och fordonsprestanda på olika höjder. Den inte en rigorös meteorologisk modell av faktiska atmosfäriska förhållanden (till exempel förändringar i barometertrycket på grund av vindförhållanden) . Det tar inte heller hänsyn till fukteffekter ; luften antas vara torr och ren och av konstant sammansättning. Fuktighetseffekter tas med i fordons- eller motoranalyser genom att tillföra vattenånga till termodynamiska tillstånd efter att ha erhållit trycket och densiteten från standardatmosfärmodellen.

Icke-standardiserade (varma eller kalla) dagar modelleras genom att lägga till ett specificerat temperaturdelta till standardtemperaturen på höjden, men trycket tas som standarddagsvärde. Densitet och viskositet räknas om vid den resulterande temperaturen och trycket med hjälp av den ideala gasekvationen för tillstånd. Varma dagar, kalla dagar, tropiska och polära temperaturprofiler med höjd har definierats för användning som prestandareferenser, såsom USA:s försvarsdepartement MIL-STD-210C och dess efterföljare MIL-HDBK-310.

ICAO standardatmosfär

International Civil Aviation Organisation (ICAO) publicerade sin "ICAO Standard Atmosphere" som Doc 7488-CD 1993. Den har samma modell som ISA, men utökar höjdtäckningen till 80 kilometer (262 500 fot).

ICAO Standard Atmosphere, liksom ISA, innehåller inte vattenånga.

Några av värdena som definieras av ICAO är:

ICAO standardatmosfär
Höjd km & fot Temperatur °C Tryck hPa Förfallohastighet °C/1000 fot Bortfallshastighet C/1000 m
0 km MSL 15,0 1013,25 −1,98 (troposfärisk) − 6,5 (troposfärisk)
11 km 36 000 fot −56,5 226,00 0,00 (stratosfärisk) 0,00 (stratosfärisk)
20 km 65 000 fot −56,5 54,70 +0,3 (stratosfärisk) +0,1 (stratosfärisk)
32 km 105 000 fot −44,5 8,68

Luftfartsstandarder och flygregler är baserade på International Standard Atmosphere. Flyghastighetsindikatorer är kalibrerade under antagandet att de arbetar vid havsnivå i den internationella standardatmosfären där luftdensiteten är 1,225 kg/m 3 .

Andra standardatmosfärer

Ytterligare information: Atmosfärisk referensmodell

US Standard Atmosphere är en uppsättning modeller som definierar värden för atmosfärisk temperatur, densitet, tryck och andra egenskaper över ett brett spektrum av höjder. Den första modellen, baserad på en befintlig internationell standard, publicerades 1958 av US Committee on Extension to the Standard Atmosphere och uppdaterades 1962, 1966 och 1976. The US Standard Atmosphere, International Standard Atmosphere och WMO (World Meteorological Organisation) standardatmosfärer är desamma som ISO International Standard Atmosphere för höjder upp till 32 km.

NRLMSISE-00 är en nyare modell av jordens atmosfär från marken till rymden, utvecklad av US Naval Research Laboratory med hänsyn till faktiska satellitdata. En primär användning av denna modell är att hjälpa förutsägelser av satellitomloppsförfall på grund av luftmotstånd . COSPAR International Reference Atmosphere (CIRA) 2012 och ISO 14222 Earth Atmosphere Density-standarden rekommenderar båda NRLMSISE-00 för kompositionsanvändning.

JB2008 är en nyare modell av jordens atmosfär från 120 km till 2000 km, utvecklad av US Air Force Space Command and Space Environment Technologies med hänsyn till realistisk solinstrålning och tidsutveckling av geomagnetiska stormar. Det är mest användbart för att beräkna satellitomloppssönderfall på grund av luftmotstånd . Både CIRA 2012 och ISO 14222 rekommenderar JB2008 för massdensitet vid draganvändning. [ citat behövs ]

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=International_Standard_Atmosphere&oldid=1136841711 "