国际标准大气(ISA)

A.概述1.国际标准大气(ISA)1.1.标准大气模型的建立大气是指地球周围的大气层。在世界的不同地区，其特点是不同的。为此，需要采用一组平均的条件，即：国际标准大气(ISA)。1.1.1.温度模型的建立下图(图A1)解释了标准大气中温度的变化：604020-200-40-6024681012高度亚音速喷气机运输巡航高度层海平面对流层对流层顶=36089ft同温层-56.5°C15°C温度(°C)(km)500010000150002000025000300003500040000(ft)图A1：ISA温度国际标准的基础是海平面温度15°C，气压1013.25hPa1。海平面空气标准密度为1.225kg/m3。11013.25hPa等于29.92‘inHg。‘hPa’表示百帕，‘inHg’表示英寸汞柱。在对流层顶以下，温度以恒定的速率-6.5°C/1000米或-1.98°C/1000英尺随着高度变化。标准的对流层顶的高度为11,000米或36,089英尺。从对流层顶向上，温度保持恒定的-56.5°C。因此，在ISA模型中被认为是理想气体的空气具有以下特性：在平均海平面(MSL)：ISA温度=T0=+15°C=288.15K在MSL以上对流层顶以下(36,089英尺)：ISA温度(ºC)=T0-1.98x[高度(英尺)/1000]为了快速确定在给定高度的标准温度，可以使用以下的近似公式：ISA温度(ºC)=15-2x[高度(英尺)/1000]在对流层顶之上(36，089英尺)：ISA温度=-56.5ºC=216.5K这个ISA模型作为一个基准，用于比较真实大气条件和相应的发动机/飞机性能。因此，在给定的高度，大气条件被表达为ISA+/-ISA。例如：让我们考虑以下条件的飞行：高度=33,000英尺实际温度=-41ºC在33,000英尺的标准温度为：ISA=15-2x33=-51ºC，而实际温度为-41ºC，即：比标准温度高10ºC。结论：飞行条件为ISA+10。1.1.2.气压模型的建立为了计算给定高度条件下的标准的压力P，我们进行以下假设：对应高度，温度是标准的。空气是理想气体。通过测量气压得到的高度被称为气压高度（PA），可以建立一个标准(ISA)表格(表A1)。ZpPRESSUREALTITUDEP40000300002000010000(ft)Zp=f(p)ISAtable(hPa)(km)246810122003005008501013.25图A2：气压高度与气压的函数关系PAPA=f(P)气压高度PAPA=f(P)压力(hPa)气压高度(PA)FL=PA/100(英尺)(米)2003866111784390250340001036334030030066916430050018287557418085048131467501013000表A1：用表格表示的气压高度值示例假定一个体积的气体处于静平衡，其气体状态方程为：dP=gdh其中=高度h的空气密度g=重力加速度(9.80665m/s2)dh=体积单位的高dP=对应dh的压力变量理想气体方程为：其中R=通用气体常数(287.053J/kg/K)结果：在平均海平面(MSL)：P0=1013.25hPa高于MSL但低于对流层顶(36,089英尺)：其中P0=1013.25hPa(海平面的标准气压)T0=288.15K(海平面的标准温度)=0.0065ºC/mRTPRg)hT(PP0001g0=9.80665m/s2R=287.053J/kg/Kh=高度(m)注：在低空，气压每降低1hPa，气压高度大约增加28英尺。在对流层顶以上(36,089英尺)：其中P1=226.32hPa(在11,000米的标准气压)T1=216.65K(在11,000米的标准温度)h1=11，000mg0=9.80665m/s2R=287.053J/kg/Kh=高度(米)1.1.3.密度模型的建立为了计算给定高度上的标准密度空气被假设为理想气体。因此，在给定高度，可以按以下方法获得标准密度(kg/m3)：其中R=通用气体常数(287.053J/kg/K)P以百帕为单位T为开氏温度在平均海平面(MSL)：0=1.225kg/m31.2.国际标准大气(ISA)表可以按以下表A2的方式，按高度提供国际标准大气的参数（温度、压力、密度）：1101RT)hh(gePPRTP高度(英尺)温度(°C)压力压力比=P/Po密度=ρ/ρo音速(kt)高度(米)hPaPSIIn.Hg4000039000380003700036000-56.5-56.5-56.5-56.5-56.31881972062172272.722.582.993.143.305.545.816.106.406.710.18510.19420.20380.21380.22430.24620.25830.27100.28440.298157357357357357312192118871158211278109733500034000330003200031000-54.3-52.4-50.4-48.4-46.42382502622742873.463.633.803.984.177.047.387.748.118.490.23530.24670.25860.27090.28370.30990.32200.33450.34730.3605576579581584586106681036310058975494493000029000280002700026000-44.4-42.5-40.5-38.5-36.53013153293443604.364.574.784.995.228.899.309.7310.1710.630.29700.31070.32500.33980.35520.37410.38810.40250.41730.4325589591594597599914488398534823079252500024000230002200021000-34.5-32.5-30.6-28.6-26.63763934104284465.455.705.956.216.4711.1011.6012.1112.6413.180.37110.38760.40460.42230.44060.44810.46420.48060.49760.5150602604607609611762073157010670664012000019000180001700016000-24.6-22.6-20.7-18.7-16.74664855065275496.757.047.347.657.9713.7514.3414.9415.5716.220.45950.47910.49940.52030.54200.53280.55110.56990.58920.6090614616619621624609657915406518248771500014000130001200011000-14.7-12.7-10.8-8.8-6.85725956196446708.298.638.999.359.7216.8917.5818.2919.0319.790.56430.58750.61130.63600.66140.62920.65000.67130.69320.715662662863163363645724267396236583353100009000800070006000-4.8-2.8-0.8+1.1+3.169772475378281210.1010.5110.9211.3411.7820.5821.3922.2223.0923.980.68770.71480.74280.77160.80140.73850.76200.78600.81060.83596386406436456473048274324382134182950004000300020001000+5.1+7.1+9.1+11.0+13.084387590894297712.2312.6913.1713.6714.1724.9025.8426.8227.8228.860.83200.86370.89620.92980.96440.86170.88810.91510.94280.9711650652654656659152412199146103050+15.0101314.7029.921.00001.00006610-1000+17.0105015.2331.021.03661.0295664-305表A2：国际标准大气(ISA)