Internationale Standardatmosphäre

Nicht zu verwechseln mit Standardbedingungen für Temperatur und Druck.
Vergleich eines Graphen der internationalen Standardatmosphäre Temperatur und Druck sowie ungefähre Höhen verschiedener Objekte und erfolgreicher stratosphärischer Sprünge

Das Internationale Standardatmosphäre (IST EIN) ist ein Statisches atmosphärisches Modell wie das Druck, Temperatur, Dichte, und Viskosität des Erdatmosphäre wechseln über eine breite Palette von Höhen oder Erhöhungen. Es wurde festgestellt, dass es eine gemeinsame Referenz für Temperatur und Druck liefert, und besteht aus Werten Tabellen in verschiedenen Höhen sowie einigen Formeln, durch die diese Werte abgeleitet wurden. Das Internationale Standardisierungsorganisation (ISO) veröffentlicht die ISA als internationaler Standard, ISO 2533: 1975.[1] Sonstiges Standardsorganisationen, so wie die Internationale Zivilluftfahrtorganisation (Icao) und die Regierung der Vereinigten StaatenVeröffentlichung von Erweiterungen oder Teilmengen desselben atmosphärischen Modells unter ihrer eigenen Standardbehörde.

Beschreibung

Die Isa mathematisches Modell unterteilt die Atmosphäre in Schichten mit einer angenommenen linearen Verteilung von Absolute Temperatur T gegen Geopotentialhöhe h.[2] Die anderen beiden Werte (Druck P und Dichte ρ) werden berechnet von gleichzeitig die Gleichungen lösen entstehende:

, und

in jeder geopotentialen Höhe, wo g ist der Standard Erdbeschleunigung, und RSpezifisch ist der Spezifische Gaskonstante für trockene Luft (287.058J�kg–1≤K–1).

Die Luftdichte muss berechnet werden, um den Druck zu lösen, und wird bei der Berechnung verwendet dynamischer Druck Für bewegene Fahrzeuge. Dynamische Viskosität ist eine empirische Funktion der Temperatur und kinematische Viskosität wird berechnet, indem dynamische Viskosität durch die Dichte geteilt wird.

Somit besteht der Standard aus einer Tabelle von Werten in verschiedenen Höhen und einigen Formeln, durch die diese Werte abgeleitet wurden. Aufnehmen die niedrigsten Punkte der ErdeDas Modell beginnt in einer Basisgeopotentialhöhe von 610 Metern (2.000 Fuß) unter dem Meeresspiegel, mit Standardtemperatur auf 19 ° C. Mit einer Temperatur Leichzrate von –6,5 ° C (-11,7 ° F) pro km (ungefähr –2 ° C (-3,6 ° F) pro 1.000 ft) interpoliert die Tabelle in die Standard mittlerer Meeresspiegel Werte von 15 ° C (59 ° F) Temperatur, 101.325 Pascals (14,6959 psi) (1 Geldautomat) Druck und eine Dichte von 1,2250 Kilogramm pro Kubikmeter (0,07647 lb/cu ft). Das troposphärisch Die Tabulierung setzt sich bis zu 11.000 Metern fort (36.089 ft), wobei die Temperatur auf –56,5 ° C (–69,7 ° F), der Druck auf 22.632 Pascals (3,2825 psi) und die Dichte auf 0,3639 Kilogramm per Kubikmeter (0,0272 LB/ 0,3639 Kilogramm (0,0272) gesunken ist (0,0272 LB/ cu ft). Zwischen 11 km und 20 km bleibt die Temperatur konstant.[3][4]

Schichten in der ISA -Standardatmosphäre 1976
Schicht Eben
Name		 Base
geopotential
Höhe oben MSL[5]
h (m)		 Base
geometrisch
Höhe oben MSL[5]
z (m)
Ablauf
Bewertung
(° C/km)[a]
Base
Temperatur
T (° C)		 Base
atmosphärisch
Druck
p (PA)		 Base
atmosphärisch
Dichte
ρ (kg/m3))
0 Troposphäre -610 -611 +6.5 +19.0 108.900 (1,075 atm) 1.2985
1 Tropopause 11.000 11.019 0,0 –56,5 22.632 0,3639
2 Stratosphäre 20.000 20.063 -1.0 –56,5 5474.9 0,0880
3 Stratosphäre 32.000 32,162 -2.8 –44,5 868.02 0,0132
4 Stratopause 47.000 47.350 0,0 –2,5 110.91 0,0020
5 Mesosphäre 51.000 51.413 +2.8 –2,5 66.939
6 Mesosphäre 71.000 71.802 +2.0 –58,5 3.9564
7 Mesopause 84.852 86.000 - –86,28 0,3734
a Leichzrate gegeben pro Kilometer von Geopotentialhöhe (eine positive Rücklaufrate (λ> 0) bedeutet, dass die Temperatur mit der Höhe abnimmt)

In der obigen Tabelle, Geopotentialhöhe wird aus einem mathematischen Modell berechnet, das die Höhe so anpasst Geometrische Höhe ist der Standard direkt vertikaler Abstand darüber mittlerer Meeresspiegel (MSL).[2] Beachten Sie, dass die in der Tabelle genannten Lag -Raten als ° C pro Kilometer geopotentialer Höhe und nicht der geometrischen Höhe angegeben sind.

Das ISA -Modell basiert auf den durchschnittlichen Bedingungen in der Mitte des Breitens, wie durch das technische Komitee des ISO TC 20/SC 6 festgelegt. Es wurde seit Mitte des 20. Jahrhunderts von Zeit zu Zeit überarbeitet.

Verwendung bei nicht standardmäßigen Tagesbedingungen

Die ISA modelliert eine hypothetische Standard -Tag Um eine reproduzierbare technische Referenz für die Berechnung und Prüfung der Motor- und Fahrzeugleistung in verschiedenen Höhen zu ermöglichen. Es nicht Bieten Sie ein strenges meteorologisches Modell der tatsächlichen atmosphärischen Bedingungen (zum Beispiel, zum Beispiel, Änderungen des barometrischen Drucks aufgrund von Windbedingungen). Es macht es auch nicht aus Feuchtigkeit Auswirkungen; Es wird angenommen, dass Luft trocken und sauber ist und eine ständige Zusammensetzung ist. Luftfeuchtigkeitseffekte werden in der Fahrzeug- oder Motoranalyse berücksichtigt, indem der Wasserdampf zu dem hinzugefügt wird Thermodynamischer Zustand der Luft nach dem Erhalt des Drucks und der Dichte aus dem Standard -Atmosphärenmodell.

Nicht standardmäßige (heiße oder kalte) Tage werden modelliert, indem ein bestimmtes Temperaturdelta in die Standardtemperatur in der Höhe hinzugefügt wird, der Druck jedoch als Standard-Tag-Wert genommen wird. Dichte und Viskosität werden bei der daraus resultierenden Temperatur und Druck unter Verwendung der idealen Gasgleichung des Zustands neu berechnet. Heißer Tag, kalter Tag, tropische und polare Temperaturprofile mit Höhe wurden für die Verwendung als Leistungsreferenzen definiert, wie z. Verteidigungsministerium der Vereinigten Staaten MIL-STD-210C und sein Nachfolger Mil-HDBK-310.[6]

ICAO -Standardatmosphäre

Die International Civil Aviation Organization (ICAO) veröffentlichte 1993 ihre "ICAO-Standardatmosphäre" als DOC 7488-CD. Sie hat das gleiche Modell wie die ISA, erweitert jedoch die Höhenabdeckung auf 80 Kilometer (262.500 Fuß).[7]

Die ICAO -Standardatmosphäre enthält wie die ISA keinen Wasserdampf.

Einige der von ICAO definierten Werte sind:

ICAO -Standardatmosphäre
Höhenkm & ft Temperatur ° C. Druck HPA Rücklaufquote ° C/1000 ft
0 km MSL 15.0 1013.25 –1,98 (Troposphärische)
11 km 36 000 ft –56,5 226.00 0,00 (stratosphärische)
20 km 65 000 ft –56,5 54.70 +0,3 (stratosphärische)
32 km 105 000 ft –44,5 8.68

Luftfahrtstandards und Flugregeln basieren auf der internationalen Standardatmosphäre. Fluggeschwindigkeitsindikatoren werden unter der Annahme kalibriert3.

Andere Standardatmosphären

Weitere Informationen: Referenzmodell

Das US -Standardatmosphäre ist eine Reihe von Modellen, die Werte für atmosphärische Temperatur, Dichte, Druck und andere Eigenschaften über einen weiten Bereich von Höhen definieren. Das erste Modell, das auf einem bestehenden internationalen Standard basiert, wurde 1958 vom US -Ausschuss für Erweiterung der Standardatmosphäre veröffentlicht.[8] und wurde 1962 aktualisiert,[5] 1966,[9] und 1976.[10] Die US -amerikanische Standardatmosphäre, die internationale Standardatmosphäre und die WMO -Standardatmosphäre (World Meteorological Organization) sind die gleichen wie die ISO International Standard Atmosphäre für Höhen bis zu 32 km.[11][12]

NRLMSISE-00 ist ein neueres Modell der Erdatmosphäre von Boden zum Weltraum, entwickelt von der US Naval Research Laboratory Berücksichtigung der tatsächlichen Satelliten -Ziehendaten. Eine primäre Verwendung dieses Modells besteht darin, Vorhersagen von zu unterstützen Satellit Orbitalverfall aufgrund atmosphärischer Luftwiderstand. Die COSPAR International Reference Atmosphäre (CIRA) 2012 und der ISO 14222 Earth Atmosphäre-Dichtestandard empfehlen NRLMSISE-00 für Kompositionszwecke.

JB2008 ist ein neueres Modell der Erdatmosphäre von 120 bis 2000 km, entwickelt von der US Air Force Space Command und Raumumwelttechnologien unter Berücksichtigung realistischer Sonneneinstrahlung und Zeitentwicklung geomagnetischer Stürme. Es ist am nützlichsten für die Berechnung des Satelliten -Orbitalverfalls aufgrund atmosphärischer Luftwiderstand. Die COSPAR International Reference Atmosphäre (CIRA) 2012 und der ISO 14222 Earth Atmosphäre -Dichtestandard empfehlen JB2008 für die Massendichte bei Draganwendungen.

Das Standardbedingungen für Temperatur und Druck sind ein Modell der Gastemperatur und des Drucks, der in verwendet wird Chemie.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Internationale Standardisierungsorganisation, Standardatmosphäre, ISO 2533: 1975, 1975.
  2. ^ a b Gyatt, Graham (2006-01-14): "Die Standardatmosphäre" Archiviert 2007-03-10 im Wayback -Maschine. Ein mathematisches Modell der US -amerikanischen Standardatmosphäre von 1976.
  3. ^ Auld, D.J.; Srinivas, K. (2008). "Eigenschaften der Atmosphäre". Archiviert von das Original Am 2013-06-09. Abgerufen 2008-03-13.
  4. ^ Batchelor, G. K.,, Eine Einführung in die Flüssigkeitsdynamik, Cambridge Univ. Press, 1967.
  5. ^ a b c US -amerikanische Standardatmosphäre, 1962, Druckerei der US -Regierung, Washington, D. C., 1962
  6. ^ MathWorks atmosnonstd
  7. ^ Handbuch der ICAO -Standardatmosphäre (erweitert auf 262 500 Fuß)) (Dritter Aufl.). Internationale Zivilluftfahrtorganisation. 1993. ISBN 92-9194-004-6. DOC 7488-CD.
  8. ^ US -Erweiterung der ICAO -Standardatmosphäre, Druckerei der US -Regierung, Washington, D. C., 1958
  9. ^ US -amerikanische Standardatmosphärenpräparate, 1966, Druckerei der US -Regierung, Washington, D. C., 1966
  10. ^ US -Standardatmosphäre, 1976, Druckbüro der US -Regierung, Washington, D. C., 1976 (Linked File ist 17 MB)
  11. ^ NASA, "US -amerikanische Standardatmosphäre 1976" Archiviert 2006-05-13 im Wayback -Maschine
  12. ^ Tomasi, C.; Vitake, v.; De Santis, L.V. (1998). "Relative optische Massenfunktionen für Luft-, Wasserdampf-, Ozon- und Stickstoffdioxid in atmosphärischen Modellen, die unterschiedliche Breiten- und Saisonbedingungen aufweisen". Meteorologie und atmosphärische Physik. 65 (1): 11–30. Bibcode:1998Map .... 65 ... 11t. doi:10.1007/bf01030266. S2CID 123129752. … Die Standardatmosphäre der ISO (Internationale Organisation für Standardisierung), 1972. Dieses Modell ist identisch mit den gegenwärtigen Standardatmosphären von ICAO (International Civil Aviation Organization) und WMO (World Meteorological Organization) bis zu einer Höhe von 32 km
  • Davies, Mark (2003). Das Standardhandbuch für Luftfahrt- und Astronautische Ingenieure. New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-136229-0.
  • NASA JPL -Referenznotizen
  • Icao, Handbuch der ICAO -Standardatmosphäre (erweitert auf 262 500 Fuß)), Doc 7488-CD, dritte Ausgabe, 1993, ISBN92-9194-004-6.

Externe Links