Стандартная атмосфера США

Статическая модель атмосферы

Сравнение графика стандартной атмосферы США 1962 года, определяющего геометрическую высоту в зависимости от плотности воздуха , давления , скорости звука и температуры , с приблизительными высотами различных объектов. ^[1]

Стандартная атмосфера США — это статическая модель атмосферы , показывающая, как давление , температура , плотность и вязкость земной атмосферы изменяются в широком диапазоне высот . Модель, основанная на существующем международном стандарте, была впервые опубликована в 1958 году Комитетом США по распространению на стандартную атмосферу и обновлялась в 1962, 1966 и 1976 годах. По методологии она во многом соответствует Международной стандартной атмосфере , отличаясь главным образом в предполагаемом распределении температуры на больших высотах.

Визуализация объемного состава атмосферы Земли. Водяной пар не учитывается, поскольку он сильно варьируется. Каждый крошечный кубик (например, представляющий криптон) имеет одну миллионную часть объема всего блока. Данные предоставлены НАСА в Лэнгли.

Методология

Математическая модель USSA делит атмосферу на слои с предполагаемым линейным распределением абсолютной температуры T в зависимости от геопотенциальной высоты h . ^[2] Два других значения (давление P и плотность ρ ) вычисляются путем одновременного решения уравнений, следующих из:

• изменение вертикального давления , которое связывает давление, плотность и геопотенциальную высоту (с использованием стандартного давления 101 325 паскалей (14,696 фунтов на квадратный дюйм) на среднем уровне моря в качестве граничного условия ):

${\displaystyle {\frac {dP}{dh}}=-\rho g}$, и

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

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

на каждой геопотенциальной высоте, где g — стандартное ускорение свободного падения , а R _{удельный} — удельная газовая постоянная для сухого воздуха.

Плотность воздуха необходимо рассчитать, чтобы определить давление, и она 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, по которым эти значения были получены.

Чтобы обеспечить моделирование условий ниже среднего уровня моря , тропосфера фактически расширена до -2000 футов (-610 м), где температура составляет 66,1 ° F (18,9 ° C), давление составляет 15,79 фунтов на квадратный дюйм (108 900 Па), а плотность составляет 0,08106 фунтов на кубический фут (1,2985 кг/м ³ ).

Версия 1962 года

Основные предположения, сделанные для версии 1962 года, были: ^[3]

• воздух — чистая, сухая, идеальная газовая смесь ( c _p / c _v = 1,40)
• молекулярная масса до 90 км 28,9644 (шкала С-12)
• Предполагается, что основными компонентами уровня моря являются (в мольных процентах):
  • № 2 – 78,084%
  • О 2 – 20,9476%
  • Ар – 0,934%
  • СО 2 – 0,0314%
  • Не – 0,001818%
  • Он – 0,000524%
  • СН 4 – 0,0002%.
• назначенные средние условия на уровне моря следующие:
  • P = 14,696 фунтов на квадратный дюйм = 2116,22 фунтов на квадратный дюйм = 101325 Па = 760 мм рт. ст. = 29,92  дюйма рт. ст. = 0,1013250 МН/м ²
  • Т = 59 °F = 518,67 °R = 15 °C = 288,15 К
  • ρ = 0,0764734 фунта/(куб футов) = 1,225 0 кг/м ³
  • g = 32,174 1 фут/с ² = 9,80665 м/с ²
  • R * = 1545,31 фут⋅фунт/(фунтмоль⋅°R) = 8,31432 Дж/(моль⋅К).

Федеральные авиационные правила определяют стандартную атмосферу в 14 CFR 1.1 со ссылкой на Стандартную атмосферу США 1962 года (таблицы геопотенциальных высот).

Версия 1976 года

Это самая последняя версия и отличается от предыдущих только на дистанции выше 51 км:

Смотрите также

• Атмосферные модели
• НРЛМСИСЭ-00
• Барометрическая формула
• Стандартная температура и давление

Рекомендации

1. Геометрическая высота в зависимости от температуры, давления, плотности и скорости звука, полученная на основе Стандартной атмосферы США 1962 года.
2. Гьятт, Грэм (14 января 2006 г.): «Стандартная атмосфера». Математическая модель стандартной атмосферы США 1976 года.
3. Туве, Джордж Льюис; Больц, Рэй Э. (1973). Справочник CRC по таблицам для прикладных технических наук . Бока-Ратон: CRC Press . ISBN 0-8493-0252-8.
4. Стандартная атмосфера США, 1962 г., Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1962 г., https://www.ngdc.noaa.gov/stp/space-weather/online-publications/miscellaneous/us-standard-atmSphere-1976/ нам-стандарт-атмосфера_st76-1562_noaa.pdf

Документы

• Расширение США до стандартной атмосферы ИКАО, типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1958 г.
• Стандартная атмосфера США, 1962 г., типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1962 г. [1]
• Дополнения к стандартной атмосфере США, 1966 г., типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1966 г.
• Стандартная атмосфера США, 1976 г., типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1976 г. (размер связанного файла - 17 МБ).

Внешние ссылки

• НАСА GSFC ModelWeb
• Математическая модель стандартной атмосферы США 1976 года.
• Онлайн-калькулятор и генератор таблиц стандартной атмосферы США 1976 года
• Рассчитайте 28 свойств стандартной атмосферы 1976 года.