Mezinárodní standardní atmosféra - International Standard Atmosphere

Nesmí být zaměňována s Standardní podmínky pro teplotu a tlak.
Porovnání grafu teploty a tlaku mezinárodní standardní atmosféry a přibližných výšek různých objektů a úspěšných stratosférických skoků

The Mezinárodní standardní atmosféra (JE) je statický atmosférický model jak tlak, teplota, hustota, a viskozita z Atmosféra Země změnit v širokém rozsahu nadmořské výšky nebo výšky. Bylo stanoveno, že poskytuje společnou referenci pro teplotu a tlak a skládá se z tabulek hodnot v různých nadmořských výškách a některých vzorců, z nichž byly tyto hodnoty odvozeny. The Mezinárodní organizace pro normalizaci (ISO) vydává ISA jako mezinárodní standard, ISO 2533: 1975.[1] jiný normalizační organizace, tak jako Mezinárodní organizace pro civilní letectví (ICAO) a Vláda Spojených států, publikují rozšíření nebo podmnožiny stejného atmosférického modelu pod vlastní autoritou pro vytváření norem.

Popis

ISA matematický model rozděluje atmosféru na vrstvy s předpokládaným lineárním rozdělením absolutní teplota T proti geopotenciální nadmořská výška h.[2] Další dvě hodnoty (tlak P a hustota ρ) jsou počítány pomocí simultánní řešení rovnic vyplývající z:

  • vertikální tlakový gradient vyplývající z hydrostatická rovnováha, který souvisí s rychlostí změny tlaku s geopotenciální nadmořskou výškou:
, a

v každé geopotenciální výšce, kde G je standard gravitační zrychlení, a Rcharakteristický je konstanta specifického plynu pro suchý vzduch.

Aby se vyřešil tlak, musí být vypočítána hustota vzduchu a je použita při výpočtu dynamický tlak pro jedoucí vozidla. Dynamická viskozita je empirická funkce teploty a kinematická viskozita se vypočítá vydělením dynamické viskozity hustotou.

Standard tedy sestává z tabulky hodnot v různých nadmořských výškách a několika vzorců, z nichž byly tyto hodnoty odvozeny. Ubytovat se nejnižší body na Zemi, model začíná v základní geopotenciální výšce 610 metrů (2 000 ft) pod hladinou moře, se standardní teplotou nastavenou na 19 ° C. S teplotou rychlost zaniknutí −6,5 ° C (-11,7 ° F) na km (zhruba −2 ° C (-3,6 ° F) na 1 000 stop), tabulka interpoluje standardní průměrná hladina moře hodnoty teploty 15 ° C (59 ° F), 101 325 pascalů (14 695 psi) (1 bankomat ) tlak a hustota 1,2250 kilogramů na metr krychlový (0,07647 lb / cu ft). The troposférický tabelace pokračuje na 11 000 metrů (36 089 ft), kde teplota klesla na -56,5 ° C (-69,7 ° F), tlak na 22 632 pascalů (3,2825 psi) a hustota na 0,3639 kilogramu na metr krychlový (0,02272 lb / cu ft). Mezi 11 km a 20 km zůstává teplota konstantní.[3][4]

Vrstvy v ISAStandardní atmosféra 1976
VrstvaÚroveň
název		Základna
geopotenciál
nadmořská výška nad MSL[5]
h (m)		Základna
geometrický
nadmořská výška nad MSL[5]
z (m)
Chyba
hodnotit
(° C / km)[A]
Základna
teplota
T (° C)		Základna
atmosférický
tlak
p (Pa)		Základna
atmosférický
hustota
ρ (kg / m3)
0Troposféra-610-611-6.5+19.0108 900 (1075 atm)1.2985
1Tropopauza11,00011,0190.0−56.522,6320.3639
2Stratosféra20,00020,063+1.0−56.55474.90.0880
3Stratosféra32,00032,162+2.8−44.5868.020.0132
4Stratopauza47,00047,3500.0−2.5110.910.0020
5Mezosféra51,00051,413-2.8−2.566.939
6Mezosféra71,00071,802-2.0−58.53.9564
7Mezopauza84,85286,000—−86.280.3734
A rychlost zaniknutí uvedená na kilometr geopotenciální nadmořská výška (kladná rychlost zaniknutí (λ> 0) znamená zvýšení teploty s výškou)

Ve výše uvedené tabulce geopotenciální nadmořská výška se počítá z matematického modelu, který upravuje nadmořskou výšku tak, aby zahrnovala gravitační změnu s výškou, zatímco geometrická nadmořská výška je standardní přímá svislá vzdálenost výše průměrná hladina moře (MSL).[2] Mějte na paměti, že Lapse Rates uvedené v tabulce jsou uvedeny jako ° C na kilometr geopotenciální nadmořské výšky, nikoli geometrická nadmořská výška.

Model ISA je založen na průměrných podmínkách ve středních zeměpisných šířkách, jak je stanoveno technickou komisí ISO TC 20 / SC 6. Od poloviny 20. století byla čas od času revidována.

Používejte za nestandardních denních podmínek

Model ISA je hypotetický standardní den umožnit reprodukovatelné technické reference pro výpočet a testování výkonu motoru a vozidla v různých nadmořských výškách. To ne poskytnout přísný meteorologický model skutečných atmosférických podmínek (například změny barometrického tlaku v důsledku povětrnostních podmínek ). Nezohledňuje ani to vlhkost vzduchu účinky; vzduch je považován za suchý a čistý a stálého složení. Účinky vlhkosti se zohledňují při analýze vozidla nebo motoru přidáním vodní páry do termodynamický stav vzduchu po získání tlaku a hustoty ze standardního modelu atmosféry.

Nestandardní (horké nebo studené) dny se modelují přidáním zadané teplotní delty ke standardní teplotě v nadmořské výšce, ale tlak, hustota a viskozita jsou ne přepočteno na výslednou nestandardní teplotu. (Tudíž jsou teplotní účinky na ně považovány za mnohem méně důležité než vliv nadmořské výšky.) Tepelné profily dne, chladného dne, tropické a polární teploty s nadmořskou výškou byly definovány pro použití jako reference výkonu, například Ministerstvo obrany Spojených států MIL-STD-210C a jeho nástupce MIL-HDBK-310.[6]

Standardní atmosféra ICAO

Mezinárodní organizace pro civilní letectví (ICAO) vydala v roce 1993 dokument „ICAO Standard Atmosphere“ jako Doc 7488-CD. Má stejný model jako ISA, ale rozšiřuje pokrytí nadmořskou výškou na 80 kilometrů (262 500 stop).[7]

Standardní atmosféra ICAO, stejně jako ISA, neobsahuje vodní páru.

Některé z hodnot definovaných ICAO jsou:

Standardní atmosféra ICAO
Výška km & ftTeplota ° CTlak hPaRychlost zaniknutí ° C / 1000 ft
0 km MSL15.01013.25-1,98 (troposférický)
11 km 36 000 ft−56.5226.000,00 (stratosférický)
20 km 65 000 ft−56.554.70+0,3 (stratosférický)
32 km 105 000 stop−44.58.68

Letecké normy a pravidla létání vycházejí z mezinárodní standardní atmosféry. Ukazatele rychlosti letu jsou kalibrovány za předpokladu, že pracují na úrovni hladiny moře v mezinárodní standardní atmosféře, kde je hustota vzduchu 1,225 kg / m3.

Jiné standardní atmosféry

Další informace: Referenční atmosférický model

The Americká standardní atmosféra je sada modelů, které definují hodnoty atmosférické teploty, hustoty, tlaku a dalších vlastností v širokém rozsahu nadmořských výšek. První model, založený na stávajícím mezinárodním standardu, byl publikován v roce 1958 americkým výborem pro rozšíření standardní atmosféry,[8] a byl aktualizován v roce 1962,[5] 1966,[9] a 1976.[10] Americká standardní atmosféra, mezinárodní standardní atmosféra a standardní atmosféry WMO (Světová meteorologická organizace) jsou stejné jako mezinárodní standardní atmosféra ISO pro nadmořské výšky až 32 km.[11][12]

NRLMSISE-00 je novější model Atmosféra Země ze země do vesmíru, vyvinutý US Naval Research Laboratory zohlednění skutečných údajů o přetažení satelitu. Primárním využitím tohoto modelu je podpora předpovědí satelit orbitální úpadek kvůli atmosférický odpor. Mezinárodní referenční atmosféra COSPAR (CIRA) 2012 a norma ISO 14222 Earth Atmosphere Density doporučují pro složení kompozice NRLMSISE-00.

JB2008 je novější model Atmosféra Země od 120 do 2 000 km, vyvinutý Evropskou komisí US Air Force Space Command a Technologie vesmírného prostředí s přihlédnutím k realistickému slunečnímu záření a časovému vývoji geomagnetických bouří. Je to nejužitečnější pro výpočet orbitálního rozpadu satelitu kvůli atmosférický odpor. Mezinárodní referenční atmosféra COSPAR (CIRA) 2012 a norma ISO 14222 Earth Atmosphere Density doporučují JB2008 pro hmotnostní hustotu při použití tažením.

The standardní podmínky pro teplotu a tlak jsou model teploty a tlaku plynu používaný v chemie.

Viz také

Reference

  1. ^ Mezinárodní organizace pro normalizaci, Standardní atmosféra, ISO 2533: 1975, 1975.
  2. ^ A b Gyatt, Graham (2006-01-14): „Standardní atmosféra“ Archivováno 10.03.2007 na Wayback Machine. Matematický model standardní atmosféry USA z roku 1976.
  3. ^ Auld, D.J .; Srinivas, K. (2008). „Vlastnosti atmosféry“. Archivovány od originál dne 06.06.2013. Citováno 2008-03-13.
  4. ^ Batchelor, G. K., Úvod do dynamiky tekutin, Cambridge Univ. Press, 1967.
  5. ^ A b C US Standard Atmosphere, 1962, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 1962
  6. ^ Mathworks atmosnonstd
  7. ^ Příručka standardní atmosféry ICAO (rozšířena na 80 kilometrů (262 500 stop)) (Třetí vydání.). Mezinárodní organizace pro civilní letectví. 1993. ISBN  92-9194-004-6. Doc 7488-CD.
  8. ^ Rozšíření USA na standardní atmosféru ICAO, U.S. Government Printing Office, Washington, DC, 1958
  9. ^ US Standard Atmosphere Supplements, 1966, U.S. Government Printing Office, Washington, DC, 1966
  10. ^ Americká standardní atmosféra, 1976, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 1976 (propojený soubor je 17 MB)
  11. ^ NASA, „US Standard Atmosphere 1976“ Archivováno 2006-05-13 na Wayback Machine
  12. ^ Tomasi, C .; Vitake, V .; De Santis, L.V. (1998). "Relativní funkce optické hmoty pro vzduch, vodní páru, ozon a oxid dusičitý v atmosférických modelech představujících různé zeměpisné šířky a sezónní podmínky". Meteorologie a fyzika atmosféry. 65 (1): 11–30. Bibcode:1998MAP .... 65 ... 11T. doi:10.1007 / BF01030266. … ISO (International Organization for Standardization) Standard Atmosphere, 1972. Tento model je identický se současným Standard Atmospheres ICAO (Mezinárodní organizace pro civilní letectví) a WMO (Světová meteorologická organizace) až do výšky 32 km
  • Davies, Mark (2003). Standardní příručka pro letecké a astronautické inženýry. New York: McGraw-Hill. ISBN  0-07-136229-0.
  • Referenční poznámky NASA JPL
  • ICAO, Příručka standardní atmosféry ICAO (rozšířena na 80 kilometrů (262 500 stop)), Doc 7488-CD, třetí vydání, 1993, ISBN  92-9194-004-6.

externí odkazy