Atmosfera wzorcowa

Ciśnienie i temperatura w atmosferze wzorcowej ISA 1976

Atmosfera wzorcowa, atmosfera standardowa (ang. International Standard Atmosphere, ISA) – pionowy, umowny rozkład ciśnienia, temperatury, gęstości i lepkości kinematycznej powietrza oraz prędkości dźwięku przyjęty za wzorzec międzynarodowy do porównywania wyników badań statków powietrznych i zespołów napędowych przeprowadzanych w różnych warunkach. Parametry atmosfery wzorcowej są obliczane przy założeniu, że atmosfera jest układem statycznym, powietrze jest gazem suchym, a jego skład chemiczny nie zależy od wysokości. Ponadto przyjmuje się stałe wartości graniczne dla wysokości równej poziomowi morza:

  • temperatura: T 0 {\displaystyle T_{0}} = 288,15 K (15 °C)
  • ciśnienie: p 0 {\displaystyle p_{0}} = 1013,25 hPa
  • gęstość: ρ 0 {\displaystyle \rho _{0}} = 1,2255 kg/m³
  • lepkość kinematyczna: ν 0 {\displaystyle \nu _{0}} = 1,461·10−5 m²/s
  • prędkość dźwięku: a 0 {\displaystyle a_{0}} = 340,3 m/s
  • pionowy gradient temperatury do 11 km wynoszący –6,5 K/km (°C/km), od 11–20 km temperatura jest stała (–56,5 °C), a od 20 do 32 km dodatni gradient wynoszący 1 K/km (°C/km).

Do obliczania parametrów atmosfery wzorcowej do 11 000 m przyjmuje się wzory:

  • temperatura: T = T 0 − 6 , 5 K km {\displaystyle T=T_{0}-6{,}5{\frac {\text{K}}{\text{km}}}}
  • ciśnienie: p = p 0 ⋅ ( 1 − H 44   300 ) 5,256 {\displaystyle p=p_{0}\cdot \left(1-{\frac {H}{44\ 300}}\right)^{5{,}256}}
  • gęstość: ρ = ρ 0 ⋅ ( 1 − H 44   300 ) 4,256 {\displaystyle \rho =\rho _{0}\cdot \left(1-{\frac {H}{44\ 300}}\right)^{4{,}256}}
  • prędkość dźwięku: a = a 0 ⋅ T 288 . {\displaystyle a=a_{0}\cdot {\sqrt {\frac {T}{288}}}.}

Wiele przyrządów jest skalowanych w oparciu o założenia atmosfery wzorcowej, np. wysokościomierze barometryczne wskazujące wysokość na podstawie ciśnienia statycznego.

Warstwy atmosfery wzorcowej

Model ISA dzieli atmosferę na warstwy według liniowych zmian temperatury z wysokością (stałego gradientu temperatury)[1]. Inne wartości są obliczane z podstawowych stałych fizycznych i relacji między nimi. Standard składa się z tabeli wartości w podstawie warstwy, gradientu temperatury w warstwie[2][3].

Warstwy według ISA
Warstwa Nazwa
sfery 		Geopotencjalna
wysokość podstawy
h {\displaystyle h} (w m) 		Wysokość podstawy
geometryczna
z {\displaystyle z} (w m) 		Gradient
temperatury
(w °C/km) 		Temperatura
podstawy
T {\displaystyle T} (w °C) 		Ciśnienie
w podstawie
p {\displaystyle p} (w Pa)
0 troposfera 0,0 0,0 −6,5 15,0 101 325
1 tropopauza 11 000 11 019 +0,0 −56,5 22 632
2 stratosfera 20 000 20 063 +1,0 −56,5 5474,9
3 stratosfera 32 000 32 162 +2,8 −44,5 868,02
4 stratopauza 47 000 47 350 +0,0 −2,5 110,91
5 mezosfera 51 000 51 413 −2,8 −2,5 66,939
6 mezosfera 71 000 71 802 −2,0 −58,5 3,9564
7 mezopauza 84 852 86 000 – −86,2 0,3734

Przypisy

  1. ↑ Gyatt, Graham (2006-01-14): „The Standard Atmosphere”. A mathematical model of the 1976 U.S. Standard Atmosphere.
  2. ↑ D.J. Auld, K. Srinivas: Properties of the Atmosphere. 2008. [dostęp 2010-12-11].
  3. ↑ G.K. Batchelor, An Introduction to Fluid Dynamics, Cambridge Univ. Press, 1967.

Linki zewnętrzne

  • http://www.desktopaero.com/appliedaero/appendices/stdatm.html – Standard Atmosphere Computations
  • https://web.archive.org/web/20081027161831/http://aero.stanford.edu/StdAtm.html – Standard Atmosphere Computations
Encyklopedia internetowa (reference atmospheric model):
  • PWN: 3872129
  • SNL: ISA_-_Den_internasjonale_standardatmosfæren, standardatmosfære_-_atmosfærisk_modell