国际标准大气(ISA)的解释

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：

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。

11013.25 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(MSL)：

?在MSL以上对流层顶以下(36,089 英尺)：

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(36，089 英尺)：

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：

dP = ρgdh

其中 ρ = 高度 h 的空气密度 g= 重力加速度 (9.80665 m/s 2) 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 (287.053 J/kg/K)

结果： 在平均海平面 (MSL)：

P 0 = 1013.25 hPa

? 高于 MSL 但低于对流层顶 (36,089 英尺)：

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)

RT

P

=ρ

R

g

)

h T (P P αα0

01-=

α = 0.0065 oC/m

g 0 = 9.80665 m/s 2 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。

? 在对流层顶以上 (36,089 英尺)：

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/s 2 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/m 3) ：

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

在平均海平面(MSL)：

ρ0 = 1.225 kg/m 3

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）：

1

101RT )h h (g e

P P --=RT

P =

ρ

表A2：国际标准大气(ISA)