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：

高度(ft)40000350003000025000200001500010000-56.5°C-60-405000-200(km)1210864215°C20

同温层 对流层顶 = 36089 ft亚音速喷气机运输巡航 高度层 对流层 海平面4060 温度(°C)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 (MSL)：

ISA 温度 = T0 = +15°C = 288.15 K

? 在 MSL以上对流层顶以下 (36,089 英尺)：

ISA 温度 (oC) = T0 - 1.98 x [高度(英尺)/1000] 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：

ISA 温度 (oC) = 15 - 2 x[高度(英尺)/1000]

? 在对流层顶之上 (36，089 英尺)：

ISA 温度 = -56.5oC = 216.5 K

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)。

PA Zp 气压高度 PRESSURE ALTITUDE(ft)(km)400001210Zp = f(p) PA = f(P) ISA table3000082000064100002P200300500

图 A2：气压高度与气压的函数关系

8501013.25(hPa)

压力 (hPa) 200 250 300 500 850 1013 气压高度 (PA) (英尺) 38661 34000 30066 18287 4813 0 FL= PA/100 390 340 300 180 50 0 (米) 11784 10363 9164 5574 1467 0 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 = ?gdh

其中 ??= 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? 其中

结果：

?RTR = 通用气体常数 (287.053 J/kg/K)

? 在平均海平面 (MSL)：

P0 = 1013.25 hPa

? 高于 MSL但低于对流层顶 (36,089 英尺)：

0??RP?P0(1?h)T0g

其中

P0 = 1013.25 hPa (海平面的标准气压) T0 = 288 .15 K (海平面的标准温度)

? = 0.0065 oC/m

g0 = 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。

? 在对流层顶以上 (36,089 英尺)： P?P1e

?g0(h?h1)RT1其中

P1 = 226.32 hPa (在 11,000米的标准气压) T1 = 216.65 K (在 11,000米的标准温度) h1 = 11，000 m g0 = 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 ? 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? (kg/m3) ：

??

PRT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)：

?0 = 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）：

高度 温度 (°C) hPa 压力 压力比 In.Hg 密度 ? = ρ/ρo 音速 (kt) 高度 (米)

(英尺) ? = P/Po PSI

40 000 39 000 38 000 37 000 36 000 35 000 34 000 33 000 32 000 31 000 30 000 29 000 28 000 27 000 26 000 25 000 24 000 23 000 22 000 21 000 20 000 19 000 18 000 17 000 16 000 15 000 14 000 13 000 12 000 11 000 10 000 9 000 8 000 7 000 6 000 - 56.5 - 56.5 - 56.5 - 56.5 - 56.3 - 54.3 - 52.4 - 50.4 - 48.4 - 46.4 - 44.4 - 42.5 - 40.5 - 38.5 - 36.5 - 34.5 - 32.5 - 30.6 - 28.6 - 26.6 - 24.6 - 22.6 - 20.7 - 18.7 - 16.7 - 14.7 - 12.7 - 10.8 - 8.8 - 6.8 - 4.8 - 2.8 - 0.8 + 1.1 + 3.1 188 197 206 217 227 238 250 262 274 287 301 315 329 344 360 376 393 410 428 446 466 485 506 527 549 572 595 619 644 670 697 724 753 782 812 2.72 2.58 2.99 3.14 3.30 3.46 3.63 3.80 3.98 4.17 4.36 4.57 4.78 4.99 5.22 5.45 5.70 5.95 6.21 6.47 6.75 7.04 7.34 7.65 7.97 8.29 8.63 8.99 9.35 9.72 10.10 10.51 10.92 11.34 11.78 5.54 5.81 6.10 6.40 6.71 7.04 7.38 7.74 8.11 8.49 8.89 9.30 9.73 10.17 10.63 11.10 11.60 12.11 12.64 13.18 13.75 14.34 14.94 15.57 16.22 16.89 17.58 18.29 19.03 19.79 20.58 21.39 22.22 23.09 23.98 0.1851 0.1942 0.2038 0.2138 0.2243 0.2353 0.2467 0.2586 0.2709 0.2837 0.2970 0.3107 0.3250 0.3398 0.3552 0.3711 0.3876 0.4046 0.4223 0.4406 0.4595 0.4791 0.4994 0.5203 0.5420 0.5643 0.5875 0.6113 0.6360 0.6614 0.6877 0.7148 0.7428 0.7716 0.8014 0.2462 0.2583 0.2710 0.2844 0.2981 0.3099 0.3220 0.3345 0.3473 0.3605 0.3741 0.3881 0.4025 0.4173 0.4325 0.4481 0.4642 0.4806 0.4976 0.5150 0.5328 0.5511 0.5699 0.5892 0.6090 0.6292 0.6500 0.6713 0.6932 0.7156 0.7385 0.7620 0.7860 0.8106 0.8359 573 573 573 573 573 576 579 581 584 586 589 591 594 597 599 602 604 607 609 611 614 616 619 621 624 626 628 631 633 636 638 640 643 645 647 12 192 11 887 11 582 11 278 10 973 10 668 10 363 10 058 9 754 9 449 9 144 8 839 8 534 8 230 7 925 7 620 7 315 7 010 6 706 6 401 6 096 5 791 5 406 5 182 4 877 4 572 4 267 3 962 3 658 3 353 3 048 2 743 2 438 2 134 1 829

5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 - 1 000 + 5.1 + 7.1 + 9.1 + 11.0 + 13.0 + 15.0 + 17.0 843 875 908 942 977 1013 1050 12.23 12.69 13.17 13.67 14.17 14.70 15.23

24.90 25.84 26.82 27.82 28.86 29.92 31.02 0.8320 0.8637 0.8962 0.9298 0.9644 1.0000 1.0366 0.8617 0.8881 0.9151 0.9428 0.9711 1.0000 1.0295 650 652 654 656 659 661 664 1 524 1 219 914 610 305 0 - 305

表 A2：国际标准大气 (ISA)

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