A. 概述
1. 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:
图 A1: ISA 温度
国际标准的基础是海平面温度15°C ,气压 1013.25 hPa1。海平面空气标准密度为 1.225 kg/m3。
1
1013.25 hPa 等于 29.92 ‘in Hg。 ‘hPa’ 表示百帕, ‘in Hg’ 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
∙
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:
∙ 在对流层顶之上
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 - 2 x 33 = -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) 。
图 A2:气压高度与气压的函数关系
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:
ρgdh
其中 ρ = 高度 h 的空气密度 g= 重力加速度 (9.80665 m/s2) dh = 体积单位的高 dP = 对应dh 的压力变量
理想气体方程为:
P
ρ
其中
结果:
=RT
R = 通用气体常数 (287.053 J/kg/K)
0 = 1013.25 hPa
∙
ααR
P =P 0(1-h )
T 0
g
其中
P 0 = 1013.25 hPa (海平面的标准气压) T 0 = 288 .15 K (海平面的标准温度)
α = 0.0065 ºC/m
g 0 = 9.80665 m/s2 R = 287.053 J/kg/K h = 高度 (m)
注: 在低空,气压每降低1 hPa,气压高度大约增加 28 英尺。
∙ P =P 1e
-g 0(h -h 1) RT 1
其中
P 1 = 226.32 hPa (在 11,000米的标准气压) T 1 = 216.65 K (在 11,000米的标准温度) h 1 = 11,000 m g 0 = 9.80665 m/s2 R = 287.053 J/kg/K h = 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 ρ 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ρ (kg/m3) :
ρ=
P RT
其中 R = 通用气体常数 (287.053 J/kg/K) P 以百帕为单位 T 为开氏温度
ρ = 1.225 kg/m3
1.2. 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):
表 A2:国际标准大气 (ISA)
A. 概述
1. 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:
图 A1: ISA 温度
国际标准的基础是海平面温度15°C ,气压 1013.25 hPa1。海平面空气标准密度为 1.225 kg/m3。
1
1013.25 hPa 等于 29.92 ‘in Hg。 ‘hPa’ 表示百帕, ‘in Hg’ 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
∙
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:
∙ 在对流层顶之上
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 - 2 x 33 = -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) 。
图 A2:气压高度与气压的函数关系
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:
ρgdh
其中 ρ = 高度 h 的空气密度 g= 重力加速度 (9.80665 m/s2) dh = 体积单位的高 dP = 对应dh 的压力变量
理想气体方程为:
P
ρ
其中
结果:
=RT
R = 通用气体常数 (287.053 J/kg/K)
0 = 1013.25 hPa
∙
ααR
P =P 0(1-h )
T 0
g
其中
P 0 = 1013.25 hPa (海平面的标准气压) T 0 = 288 .15 K (海平面的标准温度)
α = 0.0065 ºC/m
g 0 = 9.80665 m/s2 R = 287.053 J/kg/K h = 高度 (m)
注: 在低空,气压每降低1 hPa,气压高度大约增加 28 英尺。
∙ P =P 1e
-g 0(h -h 1) RT 1
其中
P 1 = 226.32 hPa (在 11,000米的标准气压) T 1 = 216.65 K (在 11,000米的标准温度) h 1 = 11,000 m g 0 = 9.80665 m/s2 R = 287.053 J/kg/K h = 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 ρ 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ρ (kg/m3) :
ρ=
P RT
其中 R = 通用气体常数 (287.053 J/kg/K) P 以百帕为单位 T 为开氏温度
ρ = 1.225 kg/m3
1.2. 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):
表 A2:国际标准大气 (ISA)