Стандартная атмосфера США

Статическая модель атмосферы

Сравнение графика геометрической высоты Стандартной атмосферы США 1962 года в зависимости от плотности воздуха , давления , скорости звука и температуры с приблизительными высотами различных объектов. ^[1]

Стандартная атмосфера США — это статическая атмосферная модель того, как давление , температура , плотность и вязкость атмосферы Земли изменяются в широком диапазоне высот или возвышенностей . Модель, основанная на существующем международном стандарте, была впервые опубликована в 1958 году Комитетом США по расширению стандартной атмосферы и обновлялась в 1962, 1966 и 1976 годах. Она в значительной степени соответствует методологии Международной стандартной атмосферы , отличаясь в основном предполагаемым распределением температуры на больших высотах.

Визуализация состава по объему атмосферы Земли. Водяной пар не включен, так как он очень изменчив. Каждый крошечный куб (например, представляющий криптон) имеет одну миллионную часть объема всего блока. Данные предоставлены NASA Langley.

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, полученных из:

• вертикальное изменение давления , которое связывает давление, плотность и геопотенциальную высоту (используя стандартное давление 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 — _{удельная} газовая постоянная для сухого воздуха.

Плотность воздуха должна быть рассчитана для решения проблемы давления и 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 разных высотах, а также некоторых формул, по которым эти значения были получены.

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

версия 1962 года

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

• Воздух — чистая, сухая, идеальная газовая смесь ( c _p / c _v = 1,40)
• Молекулярный вес до 90 км 28,9644 (шкала С-12)
• Предполагается, что основными компонентами уровня моря являются (в мольных процентах):
  • Н 2 – 78,084%
  • О2 – 20,9476%
  • Ар – 0,934%
  • СО2 – 0,0314 %
  • Ne – 0,001818%
  • Он – 0,000524%
  • СН4 _– 0,0002%.
• Установленные 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
  • T = 59 °F = 518,67 °R = 15 °C = 288,15 К
  • ρ = 0,0764734 фунт/(куб. фут) = 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, которая отличается от предыдущих версий только высотой выше 51 км:

Смотрите также

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

Ссылки

1. Геометрическая высота в зависимости от температуры, давления, плотности и скорости звука, полученные на основе Стандартной атмосферы США 1962 года.
2. Gyatt, Graham (2006-01-14): "Стандартная атмосфера". Математическая модель Стандартной атмосферы США 1976 года.
3. Tuve, George Lewis; Bolz, Ray E. (1973). Справочник таблиц CRC для прикладной инженерной науки . Бока-Ратон: CRC Press . ISBN 0-8493-0252-8.
4. Стандартная атмосфера США, 1962, Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1962, https://www.ngdc.noaa.gov/stp/space-weather/online-publications/miscellaneous/us-standard-atmosphere-1976/us-standard-atmosphere_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. (Прикрепленный файл — 17 МБ).

Внешние ссылки

• NASA GSFC МодельWeb
• Математическая модель стандартной атмосферы США 1976 года
• Онлайн-калькулятор и генератор таблиц для стандартной атмосферы США 1976 года
• Рассчитайте 28 свойств стандартной атмосферы 1976 года